Питание бактерий

Питательные субстраты поступают внутрь бактериальной клетки через всю ее поверхность, обеспечивая высокую скорость про­цессов метаболизма и адаптацию к меняющимся условиям ок­ружающей среды.

Типы питания. Широкому распространению бактерий способ­ствует разнообразие типов их питания. Микроорганизмы нуж­даются в углероде, азоте, сере, фосфоре, калии и других эле­ментах. По источникам углерода для питания бактерии делят на аутотрофы (от греч. autos — сам, trophe — пища), использу­ющие для построения своих клеток диоксид углерода СО2 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы (от греч. heteros — другой, trophe — пища), питающиеся за счет готовых органических соединений. Аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве, серобакте­рии, обитающие в воде с сероводородом, железобактерии, живущие в воде с закисным железом и др. Гетеротрофы, ути­лизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами. Гетеротрофы, вызывающие заболевания у человека или животных, относят к патогенным и условно-патогенным. Среди патогенных микробов встречаются облигатные и факультативные паразиты (от греч. parasites — нахлебник). Облигатные внутриклеточные паразиты способны существовать только внутри клетки (например, рик-кетсии, вирусы и некоторые простейшие).

В зависимости от окисляемого субстрата, называемого доно­ром электронов или водорода, микробы делят на две группы. Микробы, использующие в качестве доноров водорода неорга­нические соединения, называют литотрофными (от греч. lithos — камень), а микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения, — органотрофами. По ис­точнику энергии бактерии делятся на фототрофы, т.е. фотосин-тезирующие (например, сине-зеленые водоросли, использующие энергию света), и хемотрофы, нуждающиеся в химических источниках энергии.

Факторы роста. Для роста микробов на питательных средах необходимы определенные дополнительные компоненты, соеди­нения, которые сами микробы синтезировать не могут, поэтому эти вещества надо добавлять в питательные среды. Такие соеди­нения называются факторами роста. К факторам роста относят: аминокислоты, необходимые для построения молекул белков, пурины и пиримидины — для образования нуклеиновых кис­лот, витамины, входящие в состав некоторых ферментов. По отношению к факторам роста различают ауксотрофы и прототрофы. Ауксотрофы нуждаются в одном или нескольких фак­торах роста, прототрофы могут сами синтезировать нужные для роста соединения из глюкозы и солей аммония.

Механизмы питания. Проникновение различных веществ в бак­териальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, их концентрации, проницаемости мембран и др. Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы с относительной молекулярной массой более 600. Основным регу­лятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Условно можно выделить 4 механизма проник­новения питательных веществ в бактериальную клетку: простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транс­локация групп.

Простая диффузия — наиболее простой механизм поступления веществ в клетку: перемещение веществ происходит вслед­ствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. Вещества проходят в основном через липидную часть цитоплазматической мембраны (органические моле­кулы, лекарственные препараты) и реже по заполненным водой каналам и цитоплазматической мембране. Пассивная диффузия осуществляется без затраты энергии.

Облегченная диффузия происходит также в результате разни­цы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью мо­лекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мем­бране и обладающих определенной специфичностью. Каждый пе­реносчик транспортирует через мембрану соответствующее ве­щество или передает его другому компоненту цитоплазматичес­кой мембраны — собственно переносчику. Белками-переносчи­ками могут быть пермеазы, место синтеза которых — цитоплазматическая мембрана. Облегченная диффузия протекает без зат­раты энергии, вещества перемещаются в направлении от более высокой концентрации к более низкой.

Активный транспорт происходит с помощью пермеаз и на­правлен на перенос веществ в направлении от меньшей кон­центрации в сторону большей, т.е. как бы против «течения», поэтому этот процесс сопровождается затратой метаболической энергии — АТФ, образующегося в результате окислительно-вос­становительных реакций в клетке.

Перенос (транслокация) групп сходен с активным транспор­том, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется.

Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.