Элементный состав клеток микроорганизмов

Компоненты	Процент массы сухого вещества	Компоненты	Процент массы сухого вещества
Углерод		Кислород
Азот		водород
Фосфор		Сера	]
Калий		Натрий
Кальции	0,5	Магний	0,5
Хлор	0,5	Железо	0,2
Другие эле­менты	0,3

Развитие микроорганизмов зависит, в первую очередь, от на­личия воды. Только растворенные в воде вещества могут посту­пать в микробную клетку. Вода составляет около 80-90 % веса микроорганизма. Все химические реакции, протекающие в живых Организмах, требуют наличия водной среды, в связи с чем для ро­ста и размножения микроорганизмов необходимо присутствие воды в окружающей его среде.

Тот факт, что вода необходима для проявления любого типа активности микроорганизмов, был известен в течение многих ве­ков; на его основе возник один из самых старых методов предотв­ращения гниения скоропортящихся продуктов, а именно, высуши­вание. В настоящее время одним из промышленных методов кон­сервирования пищевых продуктов является сублимация, т.е. обез­воживание при низкой температуре и высоком вакууме, который сопровождается испарением воды и быстрым охлаждением и за­мораживанием. Образовавшийся в продукте лед легко возгоняется, минуя жидкую фазу. Продолжительность сохранения пищевых продуктов после такой обработки составляет более двух лет.

Вопрос о том, может ли какое-либо химическое соединение использоваться микроорганизмом как питательное вещество, оп­ределяется двумя основными факторами. Первый из них - это спо­собность соединения проникать внутрь микроорганизма, что озна­чает его способность проходить через цитоплазматическую мем­брану. Второй фактор - это размер молекулы, который влияет на способность молекулы проникать во внутрь клетки.

Такие элементы, как углерод, водород и кислород, часто яв­ляются доступными для микроорганизма. Они составляют основ­ную часть веса сухих микроорганизмов.

В зависимости от источника углерода микроорганизмы под­разделяются на аутотрофов, гетеротрофов и миксотрофов.

Аутотрофы (от греч. autos - сам, trophe - питание), способны усваивать углерод из углекислоты воздуха или из карбонатов. К ним относят нитрифицирующие бактерии, железобактерии, бесцветные и окрашенные серобактерии и др. Аутотрофы способны синтезировать все компоненты микробной клетки, превращая углекислоту в слож­ные органические соединения. Поскольку такие микробы не нужда­ются в органических соединениях углерода, входящих в состав жи­вотных и растительных клеток, они не являются болезнетворными.

Гетеротрофы (от греч. heteros - другой, trophe - питание), в отличие от аутотрофов, усваивают углерод из органических соеди­нений. Такими соединениями могут быть углеводы, белки, жиры, метан, углеводороды нефти и др. К гетеротрофам относятся гнило­стные бактерии, микроскопические грибы, дрожжи и другие сапрофиты, широко распространенные в почве. Они играют ведущую роль в процессах трансформации органических соединений. К гетеротрофам относятся также все болезнетворные микроорга­низмы.

Гетеротрофы подразделяются на две подгруппы: подгруппы метатрофных и паратрофных микроорганизмов. Метатрофы, или сапрофиты (от греч. sapros - гнилой, phytos - растение), живут за счет использования мертвых субстратов и продуктов обмена различных организмов. Сапрофиты представляют большую группу гнилостных бактерий, широко распространенных в природе и игра­ющих важную роль в круговороте биогенных веществ.

Паратрофы, или паразиты (гр. parasitos - нахлебник), живут за счет хозяина и паразитируют на растениях, в организме живот­ных и человека и питаются за их счет.

Такое подразделение микроорганизмов не является четким. Некоторые микроорганизмы могут быть отнесены и к одной, и к другой группе. Такие микроорганизмы носят название миксотрофы (миксо - смесь, смешанный тип питания).

Источником углерода для гетеротрофов могут быть различные органические соединения, такие, как углеводы, спирты, органичес­кие кислоты. Углеводы являются наиболее доступным для микро­организмов источником углерода. Для использования Сахаров у мик­роорганизмов имеются определенные ферментные системы, кото­рые иногда настолько специфичны, что по реакции разложения Саха­ров можно идентифицировать отдельные виды микроорганизмов.

В качестве источника углерода многие микроорганизмы ис­пользуют также аминокислоты, поэтому они хорошо растут на мясо-пептонном бульоне, широко применяемом в микробиологической ла­боратории.

Для того чтобы микроорганизмы могли синтезировать амино­кислоты, белки, некоторые витамины и другие вещества, в среде должен присутствовать доступный для данного микроорганизма источник азота. Аутотрофы могут фиксировать азот из воздуха и использовать неорганические соли азота. Гетеротрофы предпочи­тают органические соединения азота, причем в виде иона аммо­ния, поскольку атом азота включается в органические соединения именно в виде этого иона. Основным источником азотистого питания у гетеротрофов являются аминокислоты.

По способу усвоения азотистых веществ микроорганизмы делят на четыре группы:

1. Протеолитические микроорганизмы, способные расщеп­лять нативные белки, пептиды и аминокислоты.

2. Дезаминирующие микроорганизмы, способные разлагать только отдельные аминокислоты, но не белковые вещества.

3. Нитритно-нитратные микроорганизмы, усваивающие окисленные формы азота.

4. Азотфиксирующие микроорганизмы, обладающие свой­ством усваивать атмосферный азот.

Универсальным источником углерода и азота при выращива­нии бактерий на питательных средах являются пептоны, а сами сре­ды носят название мясо-пеотонный агар и мясо-пептонный бульон.

Важным элементом в питании микроорганизмов является фос­фор. Фосфор в клетках живых организмов присутствует в форме фосфатов, главным образом, в виде фосфонуклеопротеидов и фософлипидов. Поскольку к этим соединениям относятся такие важ­нейшие составные части клетки, как ДНК, РНК и АТФ, то совер­шенно очевидно, что фосфат играет очень большую роль в клеточ­ном метаболизме, в ее биосинтетических процессах. Для обеспе­чения роста микроорганизмов в окружающей среде должны при­сутствовать преимущественно неорганические фосфаты, например, тринатрийфосфат (Na₃PO4). Источником фосфатов могут быть и органические соединения, например, нуклеиновые кислоты.

Другим важным компонентом клетки является сера. Источ­ником серы для бактерий служат сульфат-ионы или органические соединения в виде аминокислот (метионин, цистин, цистеин), кото­рые присутствуют главным образом в белках. Атом серы в цистеине входит в состав тиоловой или сульфгидрильной (-SH) группы. Серобактерии могут использовать и молекулярную серу. В их теле находится до 80 % серы.

Жизненно важные элементы - калий, магний и железо - микро­организмы получают из различных солей. Железо входит в состав гемина и служит катализатором окислительных реакций. Магний активирует различные ферменты бактерий, в частности, протеазу. Микроэлементы бор, цинк, марганец, кобальт и др. присутствуют в клетке бактерий в ничтожных количествах и служат стимулятора­ми роста.

Некоторые микроорганизмы не имели или утратили способ­ность синтезировать достаточное количество органических соеди­нений, необходимых для построения нового клеточного материала. Поэтому для того чтобы обеспечить рост микроорганизмов, эти вещества необходимо вносить в среду. Такие вещества получили название факторов роста. Микроорганизмы, которые нуждаются в каком-либо факторе роста, называют ауксотрофными, те же, ко­торые не нуждаются в факторах роста, называют прототрофными. Основными факторами роста являются аминокислоты, пурины и пиримидины (входящие в состав нуклеиновых кислот), витамины, жирные кислоты и компоненты мембран, элементы минерального питания (К, Mg, Mn, Fe, Zn, Na, Ca, C1). Ионы металлов использу­ются в качестве кофакторов ферментов, а также компонентов раз­личных металлокомплексов.