Химический состав микробной клетки.

Физиология микроорганизмов изучает жизнедеятельность микробных клеток, процессы их питания, дыхания, роста, размножения, закономерности взаимодействия с окружающей средой.

В наибольшем количестве в клетках содержатся углерод, азот, водород и кислород. Их называют важнейшими элементами – органогенами и они используются для построения сложных органических веществ: белков, углеводов, липидов.

Вода. Значительную часть клетки составляет вода - 70 -90% от общей массы. Вода служит средой, в которой протекают разнообразные химические процессы микробной клетки. Количество воды в клетке постоянно, и это постоянство регулируется цитоплазматической мембраной. Удаление воды из клетки путём высушивания приводит к приостановке процессов метаболизма, прекращению размножения.

Содержание свободной воды в клетке может изменяеться в зависимости от условий внешней среды, физиологического состояния клетки, ее возраста и т.п.

Состав сухого вещества Сухой остаток микробной клетки составляет от 15% до 30%.распределен следующим образом:52 % составляют белки, 17 % — углеводы, 9 % - липиды, 16 % - РНК, 3 % - ДНК и 3 % — минеральные вещества.

Белки - это простые белки - протеины и сложные белки - протеиды. В спорах находится дипиколиновая кислота, с которой связана высокая резистентность спор. Жгутики построены из белка флагеллина, обладающего сократительной способностью и выраженными антигенными свойствами. Пили (ворсинки) содержат особый белок-пилин.

Белки входят в состав пептидогликана- составляющего основу бактериальной клеточной стенки.

Синтез белка осуществляется в рибосомах. Белки входят в состав ферментов. Белками являются экзотоксины, с которыми связана патогенность целого ряда микробов; белками являются многие антигены.

Нуклеиновые кислоты являются важнейшими компонентами микробов. В ДНК зашифрована вся наследственная информация клетки (может находиться в ядерном аппарате (хромосомная ДНК) или в цитоплазме в специализированных образованиях-плазмидах- плазмидная (внехромосомная) ДНК), а РНК(рибонуклеиновая кислота) участвует в процессах считывания информации, передачи се на рибосомы и синтеза в них белка.

Углеводы входят в состав различных мембран клеток микроорганизмов. Они используются для синтеза различных веществ в клетке и в качестве энергетического материала. Углеводы входят также в состав тейхоевой кислоты, характерной для грамположительных бактерий.

Углеводы могут откладываться в клетке в виде запасных питательных веществ. В клетках большинства бактерий углеводы составляют 10-30% сухого вещества, у грибов – 40-60%. Но количество углеводов в клетке непостоянно и зависит от рода, вида, и условий развития микробов.

Липиды у бактерий, не содержащих жировые вещества в виде включений, составляют около 10% сухого остатка. У некоторых дрожжей и плесеней количество липидов может быть значительно выше – до 60 %.В состав липидов входят нейтральные жиры, фосфолипиды и свободные жирные кислоты. Фосфолипиды являются составной частью цитоплазматической мембраны, принимают участие в транспорте веществ.

Липиды входят в состав липополисахарида клеточной стенки грамотрицательных бактерий.

Минеральные вещества микроорганизмов разнообразны, количество и состав их зависит от вида микроорганизмов и состава питательной среды. Основные элементы, необходимые для жизнедеятельности клетки - азот, натрий, калий, фосфор, кальций, магний, железо, медь, сера, хлор, кремний.

Азот входит в состав белков, нуклеотидов. Сера входит в структуру белков. Фосфор в виде фосфатов представлен в нуклеиновых кислотах, АТФ.

В качестве активаторов ферментов используются ионы Mg, Fe, Mn. Ионы К и Mg необходимы для активации рибосом. Са является составной частью клеточной стенки грамположительных бактерий.

Ионы металлов участвуют в поддержании постоянства осмотического давления, реакции среды (рН) в клетке.

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

Пигменты, или красящие вещества, у некоторых микроорганизмов составляют значительную долю сухого вещества клетки. Пигменты обусловливают окраску микроорганизмов, а иногда выделяются в окружающую среду.

Фотосинтезирующие бактерии содержат особые пигменты типа хлорофилла растений – бактериохлорофилл. Фототрофные микроорганизмы и некоторые дрожжи образуют, кроме того, пигменты каротиноиды. Каротиноиды, как и бактериохлорофилл, участвуют в ассимиляции углекислого газа.

2.Метаболизм (обмен веществ) микроорганизмов

Метаболизм – совокупность биохимических процессов, направленных на получение энергии и воспроизведение клеточного материала. Он складывается из двух взаимосвязанных процессов: катаболизмаи анаболизма.

Катаболизм (энергетический метаболизм) – это процесс расщепления крупных молекул до более простых, в результате которого выделяется энергия, накапливающаяся в форме АТФ.

Анаболизм (конструктивный метаболизм) – обеспечивает синтез макромолекул, из которых строится клетка. При этом используется энергия, полученная в процессе катаболизма.

Специальных органов питания у бактерий нет. Вещества проникают через всю поверхность клетки, в виде мелких молекул. Такой способ питания называется голофитным.

Питательные вещества могут поступать в клетку в растворимом виде (это характерно для прокариот)- осмотрофы, или в виде отдельных частиц-фаготрофы.

Для микроорганизмов характерно внеклеточное или внешнее питание. Чтобы проникнуть в клетку питательные вещества должны находиться в растворенном состоянии и иметь соответствующий размер молекул. Микроорганизмы в ответ на присутствие этого вещества в среде (индуктора) синтезируют и выделяют в среду соответствующий индуцибельный фермент (экзофермент), который расщепляет макромолекулу полимера на мономеры, которые поглощаются клеткой.

Основные химические элементы- органогены, необходимые для синтеза органичеких соединений - углерод, азот, водород, кислород, сера, фосфор.