Химический состав микроорганизмов

Состав веществ тела микроорганизмов в принципе мало отличается от химического состава тела животных и расте­ний,

Важнейшими химическими элементами, преобладающи­ми в клетках микроорганизмов, являются углерод, кисло­род, водород, азот, сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций, хлор и железо. Первые четыре из указанных" эле­ментов составляют основу органического вещества, поэтому называются органогенными элементами. Они составляют 90-97% сухого вещества. Другие элементы называются зольными или минеральными, на долюих приходится 3-10%. Из них большую часть составляет фосфор, который входит в состав важных веществ клетки (нуклеиновых кислот, АТФ и др.).

В клетках микроорганизмов находятся, хотя и в крайне малых количествах, микроэлементы: медь, цинк, марганец, молибден и многие другие. Некоторые микроэлементы вхо­дят в состав ферментов, витаминов.

Соотношение отдельных химических элементов замет­но колеблется в зависимости от вида микроорганизма и ус­ловий его роста. Содержание (среднее) органогенных эле­ментов в клетках микроорганизмов (в % на сухое вещество) приведено в табл. 1.

Таблица 1

Все элементы связаны в клетках в различные соедине­ния, среди которых преобладает вода.

Вода составляет 75-85% массы клеток. Она имеет важ­ное значение в жизни микроорганизмов. Все вещества по­ступают в клетку только с водой, с ней же удаляются и продукты обмена.

Часть воды в клетке находится в связанном Состоянии (с белками, углеводами и другими веществами) и входит в клеточные структуры. Остальная вода находится в свободном состоянии. Она служит дисперсной средой для коллои­дов и растворителем различных органических и минераль­ных соединений, образующихся в клетке при обмене ве­ществ. Вода — участник многих химических реакций, про­текающих в клетке.

Содержание воды в клетке изменяется в зависимости от условий внешней среды, физиологического состояния клетки, ее возраста и т. п. В спорах бактерий и грибов зна­чительно меньше воды, чем в вегетативных клетках, за счет низкого содержания в них свободной воды. Потеря свобод­ной воды влечет за собой высыхание клетки и более или менее глубокие изменения обмена веществ. С потерей свя­занной воды нарушаются клеточные структуры и наступает гибель клетки.

Органические вещества. Сухое вещество клеток мик­роорганизмов не превышает 15—25% и состоит преимуще­ственно (до 85-95%) из органических соединений — бел­ков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и др.

Белковые вещества являются основными компонента­ми клетки. Содержание их в бактериях достигает 40-80% сухого вещества, в дрожжах 40-60, грибах — 15-40%. По аминокислотному составу белки микроорганизмов сходны с белками других организмов.

Некоторые белки выполняют каталитические функции: катализируют различные биохимические реакции, проте­кающие постоянно в микробной клетке. Такие белки назы­ваются ферментами.

Многие микроорганизмы накапливают большое количе­ство белков в клетке. Считается, что такие микроорганиз­мы можно рассматривать в качестве возможных продуцен­тов пищевого и кормового белка. Рентабельность промыш­ленного производства таких "белковых продуктов" опреде­ляется быстротой накопления биомассы микроорганизмов и использованием для их выращивания дешевого недефицит­ного сырья.

В клетках микроорганизмов содержатсянуклеиновые кислоты — рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибо-нуклеиновая (ДНК).

ДНК сосредоточена главным образом в ядре клеток или в нуклеоидах бактериальных клеток. В молекуле ДНК зако­дирована вся наследственная информация клетки, "записа­ны" все особенности будущего организма, выработанные в процессе длительной эволюции и свойственные данному виду. РНК преимущественно сосредоточена в цитоплазме и в рибосомах.

Углеводы входят в состав различных мембран клеток микроорганизмов. Они используются для синтеза различных веществ в клетке и в качестве энергетического материала. Углеводы могут откладываться в клетке и в виде запасных питательных веществ. В клетках большинства бактерий уг­леводы составляют 10—30% сухого вещества, у грибов со­держание углеводов выше — 40-60%. В теле микроорга­низмов углеводы встречаются преимущественно в виде полисахаридов — гликогена, гранулезы (углевод, близкий к крахмалу), декстрина, клетчатки или близких ей соедине­ний. Полисахариды находятся ив связанном состоянии с бел­ками, липидами.

Липиды в клетках большинства микроорганизмов состав­ляют 3—10% сухого вещества. Лишь у некоторых дрожжей и плесеней количество липидов может быть значительно выше — до 40—60%. Липиды входят в состав клеточной стен­ки, цитоплазматической мембраны и в состав других мемб­ран, а также откладываются в виде запасных гранул. Часть липидов связана с другими веществами клетки, образуя слож­ные комплексы.

В клетках микроорганизмов обнаруживают пигменты, витамины и другие органические вещества.

Пигменты, иликрасящие вещества, обусловливают окраску микроорганизмов, иногда они выделяются в окру­жающую среду. Фотосинтезирующие бактерии содержат особые пигменты типа хлорофилла растений — бактериохлорофилл. Фототрофные бактерии и некоторые дрожжи об­разуют, кроме того, пигменты - каротиноиды. Каротиноиды, как и бактериохлорофилл, участвуют в ассимиляции углекислого газа. У некоторых дрожжей в значительных ко­личествах образуются желто-розовые и оранжевые кароти­ноиды, которые являются провитаминами витамина А.

Минеральные вещества. Они составляют не более 5-15% сухого вещества клетки и представлены сульфатами, фосфатами, карбонатами, хлоридами и др. Фосфаты могут быть в свободном виде и входят в состав различных соеди­нений: нуклеиновых кислот, АТФ и АДФ.

Минеральные соединения играют большую роль в регу­лировании внутриклеточного осмотического давления и кол­лоидного состояния цитоплазмы. Они влияют на скорость и направление биохимических реакций, являются стимулято­рами роста, активаторами ферментов.