Питание бактерий

Под питанием понимают процессы поступления и выведения питательных веществ в клетку и из клетки. Питание, в первую очередь, обеспечивает размножение и метаболизм клетки. Стоит отметить, что бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, поэтому являются голофитными. Питательные вещества могут поступать в клетку в растворимом виде (это характерно для прокариотов) – осмотрофы; или в виде отдельных частиц – фаготрофы.

Среди необходимых питательных веществ выделяют органогены – это девять химических элементов, концентрация которых в бактериальной клетке превосходит 10-4 моль. К ним относятся: углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, магний, кальций, сера. Кроме органогенов, необходимы микроэлементы. Они обеспечивают активность ферментов. Это цинк, марганец, молибден, кобальт, медь, никель, вольфрам, натрий, хлор.

Для бактерий характерно многообразие источников получения питательных веществ.

В зависимости от источника получения углерода бактерии делят на:

аутотрофы (используют неорганические вещества – СО₂ и не нуждаются в сложных органических соединениях);

гетеротрофы (используют в качестве источника углерода готовые органические соединения, которыми являются углеводы, углеводороды, аминокислоты и органические кислоты);

метатрофы (используют органические вещества неживой природы);

паратрофы (используют органические вещества живой природы).

Процессы питания должны обеспечивать энергетические потребности бактериальной клетки.

По источникам энергии микроорганизмы делят на:

фототрофы (способны использовать солнечную энергию – фотосинтез);

хемотрофы (получают энергию за счет химических окислительно-восстановительных реакций).

Если при этом донорами электронов являются неорганические соединения, то это – литотрофы (хемолитотрофы); если органические – органотрофы (хемоорганотрофы).

Если бактериальная клетка в состоянии синтезировать все необходимые для жизнедеятельности вещества, то это прототрофы. Если бактерии нуждаются в дополнительных веществах (факторах роста), то это ауксотрофы, которые являются мутантами прототрофов, потерявшими гены; ответственные за синтез некоторых веществ – витаминов, аминокислот, поэтому нуждаются в этих веществах в готовом виде.

Факторами роста (основными) для трудно культивируемых бактерий являются витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, кровяные факторы (гемин) и др., присутствие которых ускоряет рост.

Микроорганизмы ассимилируют питательные вещества в виде небольших молекул, поэтому белки, полисахариды и другие биополимеры могут служить источниками питания только после расщепления их экзоферментами до более простых соединений.

Основным регулятором поступления питательных веществ в клетку является ЦПМ. Метаболиты и ионы поступают в микробную клетку различными путями.

4 пути поступления метаболитов и ионов в микробную клетку:

I. Пассивный транспорт (без энергетических затрат) по градиенту концентрации, не имеет субстратной специфичности.

II. Облегченная диффузия –по градиенту концентрации, субстратспецифичная, энерго не затратная, осуществляется при участии специализированных белков-переносчиков – пермеаз.

III. Активный транспорт – против градиента концентрации, субстратспецифичен (специальные связывающие белки в комплексе с пермеазами), энергозатратный (за счет АТФ), (на поверхности ЦПМ происходит взаимодействие субстрата со специальными связывающими белками в комплексе с пермеазами), вещества поступают в клетку в химически неизмененном виде.

IV. Транслокация (перенос групп) – против градиента концентрации, с помощью фосфотрансферазной системы, энергозатратна, вещества (преимущественно сахара) поступают в клетку в фосфорилированном виде.