V.1. Транспорт питательных веществ

Между клеткой и окружающей средой постоянно происходит обмен различными веществами. Клеточная стенка прокариот не является существенным барьером для небольших молекул и ионов, но задерживает макромолекулы. Барьером, обеспечивающим избирательное поступление веществ в клетку, является ЦПМ.

Перемещение осуществляют различные транспортные системы. Вещества (вода, кислород некоторые ионы) могут поступать в клетку пассивно, без энергетических затрат, по градиенту концентраций (пассивная диффузия). Транспорт большинства растворенных веществ осуществляется через мембрану при действии специальных механизмов переноса. Специальные мембранные белки – пермеазы способствуют прохождению различных молекул через ЦПМ. Транспорт веществ, осуществляемый переносчиками, может быть в виде облегченной диффузии и активного транспорта.

Движущей силой облегченной диффузии служит разница в концентрации какого-либо вещества по обе стороны мембраны (например, глицерина). Молекула вещества соединяется с молекулой-переносчиком у наружной поверхности мембраны, и образовавшийся комплекс диффундирует через мембрану к ее внутренней стороне. Там он диссоциирует, вещество оказывается внутри клетки, а переносчик диффундирует к наружной поверхности и может присоединять новую молекулу.

Многие сахара, белки и другие вещества поступают в клетку путем активного транспорта, против градиента их концентраций. Активный транспорт осуществляется с помощью специфических белков-переносчиков (пермеаз, транслоказ и др.) и требует расхода молекул АТФ.

Для переноса веществ бактерии могут использовать энергию протонного потенциала. В процессе дыхания в локализованной мембране дыхательной цепи осуществляется вывод протонов. В результате перемещения протонов через мембрану, за счет энергии дыхания, создается градиент электрохимического потенциала (протонный потенциал) между наружной и внутренней мембранами. Протонный потенциал обуславливает фосфорилирование, т.е. синтез АТФ, или используется непосредственно транспортными системами. Для поддержания протонного потенциала микроорганизм непрерывно выкачивает за пределы своей клетки протоны и другие ионы. В этих целях используются специфические транспортные белки. Способность белка катализировать одновременный и однонаправленный транспорт одного протона и одной молекулы субстрата (например, сахара) называют симпортом. Унипорт наблюдается, когда белок осуществляет перенос только одного субстрата (без протона), антипорт – когда белок осуществляет перенос двух разных субстратов (обычно ионов) в противоположных направлениях.

У некоторых микроорганизмов вещества (например, сахара) могут транспортироваться в клетку при помощи фосфотрансферазной системы. Внутри ЦПМ сахар связывается с фосфорилированным ферментом, образующийся в итоге фосфорный эфир освобождается и поступает в цитоплазму.

Основные соединения, усваиваемые бактериальной клеткой, – углеводы, аминокислоты, органические кислоты, жирные кислоты, минеральные вещества, витамины и др. Бактерии могут также утилизировать вещества, не пригодные для животных клеток (например, карболовую кислоту, нафталин, мыло и др.). Как и другие формы жизни, бактерии нуждаются в одних и тех же макроэлементах – C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg, Fe. Микроэлементы – Mn, Mo, Zn, Cu, Co, Ni, Va, B, Cl, Na, Se, Si, Wo – требуются бактериям для синтеза коферментов, либо поддержания специфического типа метаболизма. Рост и развитие бактерий облигатно зависят от наличия воды, так все химические реакции протекают в водной среде.

Многие микроорганизмы (ауксотрофы – от лат. auxilium – помощь + греч. trophe – питание) нуждаются в дополнительных веществах – факторах роста (витамины, пурины, пиримидины).

Количественная потребность в питательных элементах и их содержание у различных бактерий варьирует, но принципиально химический состав микроорганизмов сходен с другими живыми клетками.

В зависимости от того, в какой форме микроорганизмы получают углерод из окружающей среды, их подразделяют на две группы: автотрофные (источник углерода – диоксид углерода) и гетеротрофные (источник углерода – органические вещества).

Среди гетеротрофных прокариот много облигатных внутриклеточных (могут жить только внутри других клеток) паразитов (от греч. parasitos – нахлебник, от para – возле, мимо, вне + sitos – хлеб, пища). Факультативные паразиты способны расти при создании подходящих условий вне клетки хозяина. Большинство бактерий относится к сапротрофам. Сапротрофы (от греч. sapros – гнилой + греч. trophe – пища, питание) непосредственно не зависят от других организмов, но нуждаются в готовых органических соединениях. Они используют продукты жизнедеятельности других организмов или разлагающие растительные и животные ткани.

Олиготрофные (от греч. oligos – немногочисленный, незначительный, trophe – пища, питание) микроорганизмы способны расти при низких концентрациях в среде органических веществ. Копиотрофы (от греч. copiosus – изобилие + trophe – пища, питание) предпочитают высокие концентрации питательных веществ.

В зависимости от того, какой источник энергии могут использовать прокариоты, их делят на фототрофов (источник энергии – свет) и хемотрофов (источник энергии – окислительно-восстановительные реакции). Организмы, у которых источниками (донорами) электронов в энергетическом процессе являются неорганические вещества, называют литотрофами, а тe, у которых донорами электронов служат органические вещества – органотрофами. В зависимости от источника энергии и донора электронов возможны четыре основных типа энергетического метаболизма – хемолитотрофия, хемоорганотрофия, фотолитотрофия, фотоорганотрофия (табл. 4).

Для некоторых микроорганизмов осуществление данного типа метаболизма не явялется единственным и обязательным (облигатным). Такие организмы называются факультативными (облигатными). Организмы способные одновременно использовать два источника углерода (СО₂+ органические вещества) и/или энергии (например, энергию света + энергию окисления химического соединения), называются миксотрофами.

1. Какие способы питания характерны для микроорганизмов?

2. Как осуществляется транспорт веществ в микроорганизмы?

3. Какой механизм лежит в основе активного транспорта?

4. Какие питательные субстраты используют микроорганизмы?

5. На какие группы делятся микроорганизмы в зависимости от источника энергии?

1. Гусев М.В. Микробиология: Учебник для студ. биол. спец. вузов /М.В. Гусев, Л.А.Минеева. – М.: Изд. центр «Академия», 2003. – 464 с.

2. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология: Учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2005. – 445 с.

3. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую микробиологию: Учеб. пособие. – М.: Книжный дом «Университет», 2001. – 256 с.

4. Коротяев А.И., Бабичев С.А. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология: Учебник для вузов. – СПб.: СпецЛит, 2002. – 591 с.

5. Нетрусов А.И., Бонч-Осмоловская Е.А., Горленко В.М. и др. Экология микроорганизмов. – М: Изд. центр «Академия», 2005.– 272с.

6. Поздеев О.К. Медицинская микробиология / Под ред. акад. РАМН В.И. Покровского. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. – 768 с.

7. Практикум по микробиологии: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова и др.; Под ред. А.И. Нетрусова. – М: Изд. центр «Академия», 2005. – 608 с.

8. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 556 с.

Систематика – классификация организмов по группам (таксонам) в соответствие с определенными свойствами (признаками). Основной задачей систематики является создание естественной системы, отражающей филогенетические взаимоотношения микроорганизмов. Существующая в настоящее время систематика, базирующаяся на фенотипических признаках микроорганизмов, носит в значительной степени искусственный характер. Успехи молекулярной биологии и генетики в исследовании генома микроорганизмов позволяют надеяться на возможность создания естественной (филогенетической) систематики.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: