Питание микроорганизмов

Питание микроорганизмов

 

 

Содержание:

Введение

1. Способы питания

2. Транспорт питательных  веществ

3. Пищевые потребности  микроорганизмов

4.Типы питания

Заключение 

Список литературы

 

 

Введение

 

 

Большинство микроорганизмов - одноклеточные существа. Их делят  на тех у которых имеется ядро (эукариоты) и на микроорганизмы  с примитивным ядерным аппаратом, т.е. доядерным организмом (прокариоты).

Все микроорганизмы, как  и все другие живые существа нуждаются  в пище, которая поступает в  их клетки из окружающей среды. Пищей  обычно называют вещества, которые, попав  в живой организм, служат либо источником энергии, либо материалом для построения составных частей клетки.

Потребность в питательных  веществах микроорганизмы могут  удовлетворять непосредственно  усваивая их или предварительно преобразуя в доступную форму.

 

 

Способы питания

 

Существуют два способа  питания живых существ - голозойный и голофитный.

При голозойном способе питания живой организм захватывает или заглатывает плотные частицы пищи, которая затем переваривается в пищеварительном тракте. Указанный тип питания характерен для животных - от простейших до  высших.

При голофитном способе питания живые существа, не имеющие специальных органов для заглатывания и пищеварения, используют питательные вещества, всасывая их в виде относительно небольших молекул из водного раствора. Данный способ питания свойственен растениям и микроорганизмам.

Полимерные органические соединения (полисахариды, белки и  др.) микроорганизмы не могут поглощать  и использовать непосредственно  в обмене веществ клетки. Такие  вещества должны быть вначале расщеплены на простые соединения, для которых  клеточная мембрана проницаемы. Крупные  молекулы расщепляются экзоферментами, экскретируемыми клетками микроорганизмов  в среду. Такое внешнее или  внеклеточное переваривание свойственно  только микроорганизмам.

Поступление воды и растворенных в ней питательных веществ  из окружающей среды внутрь микробной  клетки, а так же выход продуктов  обмена происходит через клеточную  стенку, капсулу и слизистые слои. Капсула и слизистые слои  представляют собой достаточно рыхлые образования  и, возможно, не оказывают значительного  влияния на транспорт веществ, тогда  как клеточная стенка служит существенным барьером для поступления питательных  соединений в клетку.

Активную роль в поступлении  в клетку питательных веществ  играет цитоплазматическая мембрана. Чтобы обеспечить нормальную жизнедеятельность микроорганизма, последняя должна быть проницаемой для  питательных веществ и кислорода, поступающих в клетку, а так же для продуктов обмена, выходящих наружу.

Поступление воды и растворенных в ней веществ через цитоплазматическую мембрану - активный процесс. Заключается  в том, что живая микробная  клетка никогда не находится в  равновесии с веществами окружающей среды, проходящими через её мембрану.

    
Транспорт питательных веществ

 

Выделяют несколько типов  транспортных систем,  при помощи которых вещества  из окружающей среды походят через цитоплазматическую мембрану: пассивную диффузию, облегченную  диффузию, активный транспорт и перенос  групп (радикалов). Причем два из них (пассивная и облегченная диффузия) обеспечивают только транспорт веществ, но не накопление веществ в микробной  клетке, в то время как активный транспорт способствует аккумуляции  веществ внутри клетки.

При пассивной диффузии транспорт веществ происходит через цитоплазматическую мембрану под действием разности концентраций (для электролитов) или разности электрических потенциалов (для ионов) по обе стороны мембраны. Экспериментами показано, что за исключением воды, только кислород и некоторые ионы проходят через цитоплазматическую мембрану в результате пассивной диффузии. Скорость такого переноса веществ весьма незначительна. Определенное значение пассивная диффузия приобретает при нарушении жизнедеятельности бактериальной клетки.

Транспорт большинства растворенных веществ осуществляется через мембрану при действии специальных механизмов переноса. Для этого служат молекулы-переносчики, циркулирующие между внутренним и внешним пограничными слоями  цитоплазматической мембраны. Такие  связанные с цитоплазматической мембраной переносчики, представляющие собой субстратспецифичные связывающие  белки, называют пермезами или транслоказами.

Транспорт растворенных веществ, осуществляемый переносчиками, может  быть в виде облегченной диффузии и активного транспорта. Движущей силой облегченной диффузии служит разница в концентрации какого-либо вещества по обе стороны мембраны. Молекула вещества соединяется с молекулой-переносчиком у наружной поверхности мембраны, и образовавшийся комплекс диффундирует через мембрану к её внутренней стороне. Там он диссоциирует и освобождаемое вещество оказывается внутри клетки. Затем переносчик диффундирует к наружной поверхности и может присоединить новую молекулу вещества. Облегченная диффузия не требует расхода энергии, если наружная концентрация веществ выше внутренней, так как она перемещается «вниз» по химическому градиенту. Скорость процесса зависит от концентрации вещества в наружном растворе.

Активный транспорт связан с работой специфических транспортных белков (пермеаз, транслоказ и др.), которые так же находятся в цитоплазматической мембране. В этом случае растворенные вещества переносятся в клетки микроорганизмов «вверх» по химическому градиенту. Большинство веществ проникают в клетки в результате активного транспорта. Источником энергии для транспортирных процессов служат АТФ, протонный потенциал и фосфоенолпируват. Существует система «первичного» и «вторичного» активного транспорта.

В системах «первичного»  активного транспорта используется химическая энергия. Использование энергии обусловлено изменениями которые претерпевает переносчик: когда он обращен к внешней поверхности мембраны, то обладает высоким сродством к субстрату, а когда к внутренней - низким сродством с субстратом.

В системах «вторичного»активного транспорта для переноса против градиента концентрации через мембрану многих веществ, в том числе неорганических и органических ионов, сахаров, используется энергия протонного потенциала. В процессе дыхания локализованной в мембране дыхательной цепи осуществляется выход протонов. В результате перемещения протонов через мембрану за счет энергии дыхания создается градиент электрохимического потенциала между наружной и внутренней сторонами мембраны. Протонный потенциал обусловлен фосфорилированием, т.е. синтез АТФ, или используется непосредственно транспортными системами.

У многих микроорганизмов  сахара, фруктоза, глюкоза транспортируются в клетку при помощи фосфотрансферазной системы переноса групп (радикалов). Данный процесс отличается от активного  транспорта тем, что субстрат попадает внутрь бактериальной клетки в химически  модифицированной форме - чаще в виде фосфатного эфира. Движущая сила рассматриваемого процесса состоит в том, что внутри цитоплазматической мембраны сахар  связывается в результате реакции  с фосфорилированным ферментом, образующийся итоге фосфорный эфир освобождается и поступает в  цитоплазму.

Таким образом, удовлетворение пищевых потребностей микроорганизмов  зависит не только от внутреннего  комплекса ферментов, необходимого для утилизации определенных соединений, но и от действия специфических транспортных механизмов.  
Пищевые потребности микроорганизмов

 

В состав клеток микроорганизмов  входят следующие элементы:

Углерод - 50%

Кислород - 20%

Азот - 14%

Водород - 8%

Фосфор - 3%

Сера, калий, натрий  - по 1%

Кальций, магний, хлор - по 0,5%

Железо - 0,2%

Другие элементы - 0,3%.

Помимо питательных элементов, используемых для построения структурных  частей клетки, микроорганизмы нуждаются  в постоянном источнике энергии, которая расходуется на биосинтез, транспорт веществ,  и другие жизненные  процессы в клетке.

Наибольшее значение для  микроорганизмов имеет углерод, составляющий в сухом веществе клетки 50%. потребности у микроорганизмов в источнике углерода весьма различны. Фотосинтезирующие организмы использующие энергию солнечного света и бактерии, получающие энергию при окислении неорганических веществ, потребляют наиболее окисленную форму углерода СО₂ как единственный или главный источник углерода. Большую часть энергии получаемой от солнечного света или от окисления восстановленных органических соединений, данные физиологические группы микроорганизмов расходуют на восстановление СО₂ до уровня органического вещества. Органические вещества служат одновременно и источником углерода, и источником энергии.  Питательная ценность органических источников углерода зависит от строения их молекул. Усвояемость органических соединений зависит не только от их растворимости и степени окисленности атомов углерода, но и от пространственной конфигурации молекул. Микроорганизмы значительно различаются по способности усваивать разные соединения углерода и синтезировать из них составные части клетки. Некоторые виды удивительно всеядны.  Но есть микроорганизмы, нуждающиеся в определенных соединениях.

 

Микроорганизмы нуждаются  в источнике азотного питания. Он служит материалом для образования  аминных и иминных групп в  молекулах аминокислот, пуринов  и пиримидинов, нуклеиновых кислот и других соединений. Самый доступный  источник азота – это ионы аммония  и аммиака, они достаточно быстро проникают в клетку. Усвояемость  органических источников азота весьма различна белками могут питаться только микроорганизмы, выделяющие в  среду экзоферменты, расщепляющие молекулу белков до пептидов и аминокислот.

 

Сера – необходимый  компонент клеточного материала  всех организмов, в которых она  встречается главным образом  в восстановленной форме. Большинство  микроорганизмов могут использовать сульфаты как питательное вещество, но существуют бактерии, нуждающиеся  для биосинтеза в источнике восстановленной  серы.  Этим источником могут служить  неорганические сульфиды, тиосульфаты  и содержащие суру органические соединения.

 

Типы питания

 

Микроорганизмы, которые  используют энергию солнечного света  называют Фототрофами.

Хемотрофы – это микроорганизмы, которые в качестве энергетического  материала используют разнообразные  органические и неорганические соединения.

В зависимости от того в  какой форме микроорганизмы получают из окружающей среды углерод, их подразделяют на две группы.

-  автотрофные – используют  в качестве единственного источника  углерода диоксид углероды.

-  гетеротрофные –  получают углерод в составе  довольно сложных восстановленных  органических соединений.

В зависимости от природы  окисляемого субстрата выделяют:

- органотрофов – окисляющие  органические вещества

- лифотрофов – окисляющие  неорганические вещества.

 

Заключение

 

 

 

Все  микроорганизмы нуждаются  в пище, которая поступает в  их клетки из окружающей среды. Пищей  обычно называют вещества, которые, попав  в живой организм, служат либо источником энергии, либо материалом для построения составных частей клетки.

Потребность в питательных  веществах микроорганизмы могут  удовлетворять непосредственно  усваивая их или предварительно преобразуя в доступную форму.

Микроорганизмы различаются  по способу питания, у них у  каждого свои потребности в химических элементах, и различные способы  транспорта питательных веществ  в клетку.

 

Литература

      

В.Е.Емцев - «Микробиология», М.:2005.

 

Е.З.Теппер, В.К.Шильников - «Практикум по микробиологии», М.:2005