31. Питание прокариот. Химический состав прокариотной клетки. Макроэлементы и микроэлементы. Пищевые потребности микроорганизмов в соединениях углерода и азота. Факторы роста.

Известны два способа питания живых существ:

• Голозойный способ –живой организм захватывает или заглатывает плотные частицы пищи,которыезатем перевариваются в пищеварительном тракте. Этот способ питания характерен для животных.

• Голофитный способ –живые существа используют питательные вещества всасывая их в видеотносительно небольших молекул из водного раствора. Этот способ питания характерен для микроорганизмов и растений.

Разнообразные вещества, в которых нуждаются микроорганизмы и которые потребляются для синтеза основных органических веществ клетки, роста, размножения и для получения энергии называются питательными веществами, а среда,содержащая питательные вещества,называется питательной средой.

Потребности микроорганизмов в питательных веществах разнообразны, но независимо от потребностей в питательной среде должны содержаться все необходимые элементы, которые имеются в клетках микроорганизмов, причем соотношение органогенных элементов должно примерно соответствовать этому соотношению в клетке.

Источниками водорода и кислорода являются вода, молекулярный водород и кислород, а также химические вещества, содержащие эти элементы. Источниками макроэлементов являются минеральные соли (калий фосфорнокислый, магний сернокислый, железо хлорное и др.).

Источниками углерода и азота могут быть как органические, так и неорганические соединения.

В соответствии с принятой классификацией микроорганизмов потипу питания их разделяют на группы

• зависимости источника углерода, источника энергии и источника электронов (природы окисляемого субстрата) (рис.6.2.).

В зависимости от источника углерода микроорганизмы делятся на:

- автотрофы (сами себя питающие),которые используют углерод из неорганических соединений(углекислого газа и карбонатов);

- гетеротрофы (питаются за счет других) –используют углерод из органических соединений.

• зависимости от источника энергии различают:

- фототрофы –микроорганизмы,которые в качестве источника энергии используют энергиюсолнечного света;

- хемотрофы – энергетическим материалом для этих микроорганизмов являются разнообразныеорганические и неорганические вещества.

• зависимости от источника электронов (природы окисляемого субстрата) микроорганизмы делятся

на:

- литотрофы – окисляют неорганические вещества и за счет этого получают энергию;

- органотрофы –получают энергию путем окисления органических веществ.

ганизмов, когда для получения энергии, необходимой для синтеза веществ клетки из диоксида углерода, помимо световой энергии, используется энергия окисления органических соединений.

Хемолитоавтотрофия –тип питания,при котором микроорганизмы получают энергию за счет окислениянеорганических соединений, а источником углерода являются неорганические соединения.

Хемоорганогетеротрофия – тип питания микроорганизмов,получающих энергию и углерод изорганических соединений. Микроорганизмы, встречающиеся в пищевых продуктах, имеют именно такой тип питания.

Среди хемоорганогетеротрофов различают сапрофиты– такие микроорганизмы, которые питаются за счет органических веществ из различных субстратов растительного и животного происхождения (из отмерших клеток и тканей) и паразиты– используют органические вещества из живых клеток.

Кроме углерода, важнейшим элементом питательной среды является азот. Автотрофы обычно

используют азот из минеральных соединений, а гетеротрофы, кроме неорганических соединений азота, используют аммонийные соли органических кислот, аминокислоты, пептоны и другие соединения. Некоторые гетеротрофы усваивают атмосферный азот (азотфиксаторы).

Существуют микроорганизмы, которые сами не способны синтезировать то или иное органическое вещество (например, аминокислоты, витамины). Такие микроорганизмы называют ауксотрофными по данному веществу. Вещества, которые добавляют для ускорения роста и обменных процессов называют

ростовыми веществами.

Химический состав микробной клетки

Основную часть микробной клетки составляет вода (80–90% общей массы клетки). Вода в клетке содержится в свободном и связанном состоянии.

Связанная вода входит в состав коллоидов клетки и с трудом высвобождается из них.С потерейсвязанной воды нарушаются клеточные структуры и наступает гибель клетки. Свободная вода участвует в биохимических реакциях, служит растворителем для различных соединений, образующихся в клетке в процессе обмена веществ. При удалении свободной воды гибели клетки не происходит.

Важнейшими химическими элементами, преобладающими в клетках микроорганизмов, являются органогенные элементы – кислород,углерод,азот и водород.Из этих элементов состоят органическиевещества (составляют до 85–95% сухих веществ клетки).

• состав клетки также входят макроэлементы: сера, фосфор, калий, магний, кальций, железо, натрий, хлор. Эти химические элементы образуют минеральные или зольные вещества, которые составляют 3–10% от массы сухих веществ клетки.

• малых количествах в клетках микроорганизмов содержатся микроэлементы, которые входят в состав активных центров некоторых ферментов (медь, цинк, марганец, молибден, никель и многие другие элементы периодической системы Менделеева).

Органические вещества клетки представлены:

• белковыми веществами. Они состоят из тех же аминокислот, что и белки животных и растений. Наибольшее значение из них имеют нуклеопротеиды – белки, связанные с нуклеиновыми кислотами, которые являются обязательными компонентами ядра и рибосом. Некоторые белки являются ферментами – катализаторами биохимических реакций;

• нуклеиновыми кислотами. ДНК содержится в ядре или нуклеоиде, РНК – в ядре, цитоплазме и рибосомах;

• углеводами. Они входят в состав различных мембран клетки. Используются для синтеза различных веществ в клетке и в качестве энергетического материала. В клетках микроорганизмов углеводы встречаются преимущественно в виде полисахаридов – гликогена, гранулезы, декстринов, клетчатки. Имеются полисахариды, связанные с белками, липидами;

• липидами. Входят в состав цитоплазматической мембраны, а также откладываются в виде запасных питательных веществ. Кроме того, в клетках микроорганизмов содержатся витамины, пигменты и другие органические вещества.

Минеральные вещества клетки представлены сульфатами, фосфатами, карбонатами, хлоридами и др.