Метаболизм микроорганизмов

— это биохимические реакции клетки, состоят из двух основных процессов, противоположных, но взаимосвязанных. Это реакции катаболизма (энергетический метаболизм)-процессы расщепления различных веществ (углеводов белков жиров) с выделение энергии, которая аккумулируется в виде АТФ, и затем эта энергия АТФ используется клеткой во всех энергозависимых процессах, и реакции анаболизма (конструктивного метаболизма)-происходят процессы биосинтеза различных молекул, компонентов клетки, используется энергия АТФ. Реакции катаболизма и анаболизма часто протекают одновременно, многие реакции и промежуточные продукты являются общими (амфиболические реакции, продукты-амфиболиты). Пример амфиболической реакции является цикл трикарбоновых кислот. Источником энергии и материалом для построения различных клеточных молекул и клеточных структур являются вещества, поступающие из внешней среды.

Для микроорганизмов характерен голофитный способ питания. У микробов за исключением некоторых простейших, нет специальных органов для захвата пищи, а питательные вещества всасываются всей поверхностью клетки из растворов, и органические полимерные соединения(белки, полисахариды)не могут сразу усваиваться клеткой, в начале они должны быть расщеплены на более простые соединения, которые уже могут пройти через клеточную поверхность, для этого микроорганизмы выделяют во внешнюю среду ферменты(экзоферменты), которые участвуют в расщеплении этих крупных полимерных молекул(такой тип свойственен только микроорганизмам).

Механизмы поступления питательных веществ в клетки:

-пассивная диффузия-неспецифическое поступление веществ в клетку за счёт разницы концентраций (электрического потенциала в случае ионов) без затраты энергии, скорость не велика, таким способом поступает вода, кислород6 некоторые ионы, чужеродные для клетки вещества в том числе различные ингибиторы

-облегченная диффузия -разница концентраций вещества по обе стороны цитоплазматической мембране, происходит по градиенту концентрации, не требует затраты энергии (тк происходит по градиенту концентрации), осуществляется с участим ферментов пермеаз(субстрат специфичны, связывают молекулу вещества на внешней стороне мембраны, а затем транспортируют это вещество к внутренней стороне, вещество освобождается и попадает в цитоплазму, а переносчик транспортируется обратно к наружной стороне мембраны)(переносчик тех или иных соединений)

-активный транспорт-перенос молекул против градиента концентраций, участвуют ферменты(пермеазы), требуется затраты энергии АТФ

-транслокация групп- перенос веществ с присоединением какой-то химической группы(групп), химическая модификация молекул в процессе транспорта. Например, фосфорилирование углеводов (поступление в клетку в виде фосфатного эфира), участвуют комплекс ферментов(пермеаз) и ферменты трансферазы (участвуют в модификации молекул))

Количество пермеазных белков в цитоплазматической мембране достаточно велико (несколько тысяч пермеаз в эшерихии коли)

Потребности микроорганизмов в питательных веществах

Для клетки неободимы: -элементы органогены(C,N,O,P,H,S)-в клетке в достаточно больших количествах, входят в состав жизненно важных молекул

углерод 50% от сухого веса всех органических соединений, азот содержится в аминогруппах, в составе пиридиновых и пуриновых оснований, в клеточной стенке в пептидогликане, в структуре хитина у грибов, входит в состав некоторых витаминов(тиамин), сера- сульфгидрильные группы белков содержат серу, водород и кислород-вода, фосфор необходим для синтеза фосфолипидов(все мембранные структуры клетки, входит в состав нуклеиновых кислот(ДНК,РНК),НАДФ

-макроэлементы(ионы К,Ca,Mg,Fe,Na)-доли процентов в клетке

Калий и натрий регуляторы осмотического барьера, участвуют в создании протонного потенциала, калий в углеводном обмене учувствует, магний является регулятором некоторых ферментов, входит в состав фотосинтезирующей системы у некоторых фототрофных бактерий, железо входит в состав цитохромов, кальций входит в состав некоторых клеточных структур(споры), включён в состав наружной мембраны грамотрицательных бактерий, участвует в стабилизации данной культуры, необходим для роста некоторых бактерий

-микроэлементы (Cu, CO, Mn, Mo, Ni, Zn, I, B)-активаторы различных ферментов, супероксиддисмутаза содержит некоторые из них, молибден в нитрогеназе (процесс фиксации азота)

-факторы роста: витамины, аминокислоты, азотистые основания, липиды-вещества, которые клетка не способна синтезировать самостоятельно, а должна получать в готовом виде

В аминокислотах, азотистых основаниях нуждаются некоторые стрептококки

Многие микроорганизмы не способны синтезировать витамины -пневмококки витамин В1

В6, пантотеновая кислота, никотиновая кислота, их не способны синтезировать некоторые патогенные микроорганизмы

В липидах нуждаются микоплазмы, а также некоторые молочнокислые (лактобацилам необходимы эфиры жирных кислот для того, чтобы они могли расти и размножаться самостоятельно). Молочнокислым бактериям необходимы многие факторы роста (хорошо растут в молоке, питательная среда для них должна состоять из 20-ти разных компонентов)

В зависимости от того способны ли микроорганизмы синтезировать факторы роста делятся на ауксотрофы и прототрофы

Ауксотрофы- микроорганизмы, которые нуждаются в одном или нескольких факторах роста (не могут сами синтезировать), растут на питательных средах, содержащих необходимые ростовые вещества

Прототрофы-способны синтезировать все необходимые для роста соединения из доступных источников углерода и азота

Источником углерода для микроорганизмов являются органические вещества, для некоторых бактерий неорганические (углекислый газ или карбонаты), среди органических веществ наиболее активно микроорганизмы используют сахара (глюкозу, сахарозу), многоатомные спирты, органические кислоты

Источником азотного питания являются ионы аммония или аммиак, они быстро проникают в клетку и затем из них образуются аминогруппы. Из неорганических источников азота следует отметить нитраты, нитриты, некоторые микроорганизмы усваивают атмосферный азот (азотфиксаторы), азот, находящийся в аминокислотах.

Для создания искусственных сред часто используются органические компоненты азота (пептон состоит из гидролизата белков и содержит аминокислоты, олиго и полипептиды). В природе органический азот также образуется при разложении белков

Источником серы могут быть сульфаты, сульфиды и содержащие серу органические соединения

Источником фосфора являются фосфаты