Обмена веществ микроорганизмов и его регуляция

Обмен веществмикроорганизмов, как и других биологических объектов, состоит в поступлении в организм из внешней среды различных веществ и изменении их в соответствии с характерным для них метаболистическим путем. Метаболистический путь – это совокупность реакций синтеза сложных соединений из более простых (анаболизм) и распада соединений до конечных продуктов (катаболизм). И синтез и распад происходит в клетках одновременно. Многие реакции и промежуточные продукты являются для них общими. Так в ходе жизнедеятельности клетки синтезируются ферменты, которые катализируют реакции распада, а образовавшиеся при расщеплении веществ мономеры используются в дальнейшем для синтеза новых биополимеров.

При катаболизме (дыхании)пищевые вещества (углеводы, жиры, белки и др.) расщепляются с выделением энергии. В зависимости от химизма этого процесса распад веществ происходит либо за счет дыхания, либо за счет брожения.

Дыхание – сложный процесс биологического окисления веществ различной природы (преимущественно биологической), сопряженный с образованием большого количества энергии, аккумулируемой в виде связей в структуре АТФ и т.д., и образованием СО₂ и Н₂О.

Выделяют 2 типа биологического окисления: прямое и непрямое.

1. При прямом окислении неорганические вещества, такие, как молекулярный водород, оксид углерода, метан, сера, аммиак, соли азотистой кислоты, железо и др. окисляются атмосферным кислородом с помощью ферментов оксидаз.

2. При непрямом окислении происходит реакция дегидрогенирования, то есть связанный до этого кислород становится активным окислителем. В реакции участвуют ферменты дегидрогеназы.

Брожение– неполный распад органических соединений с образованием незначительного количества энергии и энергетически богатых продуктов.

По отношению к кислороду микроорганизмы делят на:

1. Аэробы – нуждаются в кислороде для дыхания. При этом облигатные (безусловные) аэробы используют только кислород как акцептор электрона (уксуснокислые бактерии, возбудитель туберкулеза, пигментные гнилостные бактерии, многие плесени и др.), а микроаэрофилы требуют пониженной концентрации кислорода (не более 10 % в среде), то есть у них преобладает аэробный тип дыхания. В таких условиях развиваются актиномицеты, возбудитель бруцеллеза, некоторые плесени и др.

2. Факультативные анаэробы – развиваются как при доступе кислорода, так и в отсутствии его, то есть могут переходить от дыхания кислородом к анаэробиозу. К ним относятся молочнокислые бактерии, стафилококки, кишечная палочка и др.

3. Облигатные анаэробы – развиваются в бескислородных условиях, некоторые способны к размножению в атмосфере, содержащей не более 5 % кислорода. К ним относятся маслянокислые бактерии, пропионовокислые бактерии, гнилостные клостридии, возбудитель ботулизма, бефидобактерии и др.

Анаболизм (питание)включает процессы синтеза, при которых используется энергия, аккумулируемая в ходе катаболизма.

Большинство микроорганизмов так же как и растения имеют голофитный способ питания или внеклеточный, т.е. процесс пищеварения происходит в окружающей среде (субстрате) под действием экзоферментов.

В зависимости от источника углерода, содержание которого составляет 50 % от сухой массы клетки, и источника энергии все микроорганизмы делят на 8 групп:

1. Хемолитоавтотрофы – энергию получают за счет химических реакций, донором электронов являются неорганические вещества, а источником углерода является углекислота (тионовые бактерии).

2. Хемолитогетеротрофы – энергию получают за счет химических реакций, донором являются неорганические вещества, а питаются готовыми органическими соединениями (сульфатвосстанавливающие бактерии).

3. Хемоорганоавтотрофы – используют в качестве энергии химические реакции, донором электронов служат органика, источником углерода является углекислота.

4. Хемоорганогетеротрофы – в качестве энергии используют химические реакции, донором электронов и источником углерода служат органические вещества, таких микроорганизмов большинство.

5. Фотолитоавтотрофы – используют энергию света, источником углерода является углекислота, а в качестве донора электронов – химические реакции (цианобактерии, водоросли и анаэрорбные пурпурные бактерии).

6. Фотолитогетеротрофы – энергию получают за счет света, для роста используют органические вещества, а донором электрнов являются неорганические вещества.

7. Фотоорганоавтотрофы – используют энергию света, донором электронов служит органика, источником углерода – углекислота, такие микроорганизмы встречаются крайне редко.

8. Фотоорганогетеротрофы – используют энергию света, а донором электронов и источником углерода служат готовые органические вещества (пурпурные несерные бактерии).