Физиология бактерий. Питание и дыхание бактерий

Метаболизм бактериальной клетки – обмен веществ бактерии с окружающей средой и превращения одних веществ в другие внутри микробной клетки. 

В процессе метаболизма в клетке происходят последовательные ферментативные реакции разрушения и синтеза биомолекул. Промежуточные или конечные вещества, образующиеся в результате этих реакций, называются метаболитами. 

Метаболизм бактерий включает питание, получение энергии, рост и размножение бактерий, а также их взаимодействие с окружающей средой. 

Катаболизм – энергетический метаболизм, процесс расщепления, разложения, распада питательных веществ на составляющие фрагменты. Характеризуется выделением свободной энергии и расходованием большой массы питательного субстрата. 

Пример – превращение глюкозы до углекислого газа и воды. 

Анаболизм – конструктивный (пластический) метаболизм, характеризующийся синтезом макромолекул и образованием структурных элементов бактериальной клетки. Протекает с поглощением энергии при расходовании небольшого объёма питательных веществ. 

Синтез белков происходит из аминокислот, синтез нуклеиновых кислот – из пуриновых и пиримидиновых оснований, синтез липидов – из глицерина и жирных кислот, синтез полисахаридов – из моносахаров. 

Питание бактерий

Самым необходимым химическим элементом для бактерий является углерод, поскольку он служит каркасом биомолекул (белков, углеводов, жирных кислот). 

По источнику углерода бактерии подразделяются на 2 группы: 

1. Автотрофы - микроорганизмы, усваивающие углерод из неорганических соединений (углекислоты воздуха или карбонатов):

• Хемотрофы – используют для синтеза органических веществ энергию химических связей неорганических веществ 
   
• Фототрофы – используют энергию видимого света и инфракрасных лучей.

2. Гетеротрофы - микроорганизмы, использующие углерод органических соединений:

• Сапрофиты – микроорганизмы, живущие за счёт использования углерода мёртвых субстратов 
   
• Паразиты – микроорганизмы, живущие на поверхности или внутри организма хозяина и питающиеся за его счёт

3. Прототрофы - гетеротрофные бактерии, способные расти на питательных средах, в состав которых входит одно органическое вещество в качестве источника углерода, а остальные химические элементы содержатся в составе неорганических соединений

4. Ауксотрофы - бактерии, для роста и размножения которых требуются дополнительные органические вещества (факторы роста). 

Факторы роста – аминокислоты, витамины, пурины, пиримидины, пентозы, гексозы, липиды. 

В качестве источника углерода бактерии чаще всего используют углеводы, спирты, различные органические кислоты. Наиболее полноценными источниками углерода для питания микробов являются сахара (особенно гексозы) и многоатомные спирты (глицерин, маннит, сорбит и др.). Эти соединения включают в искусственные питательные среды для выращивания микроорганизмов. 

По способу усвоения азотистых веществ микробы подразделяются на 4 группы: 

1. Протеолитические - микробы, способные расщеплять нативные белки, пептиды и аминокислоты  
    
2. Дезаминирующие - микробы, способные отщеплять аминогруппы только у свободных аминокислот  
    
3. Нитритно-нитратные - микробы, усваивающие окисленные формы азота    
    
4. Азотфиксирующие микробы, обладающие свойством питаться атмосферным азотом. 

Основным источником азота у микроорганизмов автотрофов являются неорганические соединения азота, а у гетеротрофных микроорганизмов - аминокислоты, которые они получают из белков живого организма или из питательных сред. 

По источнику энергии микроорганизмы подразделяются на следующие группы: 

1. Фототрофы – источником энергии является свет 

2. Хемотрофы – получают энергию за счёт окислительно-восстановительных реакций

• Литотрофы в качестве доноров электронов используют неорганические веществ  
   
• Органотрофы в качестве доноров электронов используют органические соединения

По источникам углерода и энергии выделяют следующие группы микроорганизмов: 

1. Фотоаутотрофы – источником энергии является – свет, а источником углерода – углекислый газ. К этой группе относятся высшие растения, водоросли, многие фотосинтезирующие бактерии
    
2. Фотогетеротрофы – источник энергии - свет, источник углерода – органическое вещество (пурпурные и зеленые бактерии) 
    
3. Хемоаутотрофы – источник энергии – химическое вещество, источник углерода – углекислый газ (бактерии)
    
4. Хемогетеротрофы – источник энергии – химическое вещество, источник углерода – органическое вещество (простейшие, грибы, бактерии). 

По типу дыхания бактерии подразделяются на несколько групп: 

1. Облигатные аэробы: растут и размножаются только при свободном доступе кислорода (например, микобактерии туберкулеза); они требуют для своего развития присутствия в среде культивирования не менее 20% кислорода. Кислород для облигатных аэробов является конечным акцептором электронов.  
    
2. Микроаэрофилы развиваются при низкой (до 1%) концентрации кислорода в окружающей атмосфере (например, лептоспиры, бруцеллы).  
    
3. Факультативные анаэробы развиваются как при доступе кислорода воздуха, так и при его отсутствии (энтеробактерии). Они обладают смешанным типом метаболизма: в присутствии кислорода энергия у них запасается в результате дыхания, а при отсутствии кислорода процесс получения энергии переключается на брожение.  
    
4. Аэротолерантные микроорганизмы не используют кислород для получения энергии, но могут развиваться в его атмосфере (например, молочнокислые бактерии).  
    
5. Облигатные анаэробы растут и размножаются только в бескислородных условиях (возбудитель ботулизма). Тип метаболизма у них бродильный. 

Если хотите больше узнать о физиологии бактерий, переходите к нашему курсу. 

Читайте также о болгарской палочке.