Механизм питания бактерий

Особенности питания бактерий

Механизм питания бактерий

Для осуществления нормальных процессов жизнедеятельности бактери нуждаются в целом ряде химических веществ: азоте, углеводе, фосфоре, сере, калии и др. элементах.

В зависимости от того, откуда микроорганизмы получают углерод, бактерии делят на:

  • аутотрофы, то есть организмы, использующие для образования органических соединений с целью построения тела диокисид углерода и другие неорганические вещества (нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железобактерии и др);
  • гетеротрофы, организмы, употребляющие готовые органические вещества.

Гетеротрофы, в свою очередь, делят на:

  • сапрофиты, организмы, утилизирующие остатки отмерших организмов;
  • паразиты, организмы, питающиеся за счет организма хозяина.

В зависимости от вида окисляемого субстрата, являющегося донором водорода или электронов, бактерии делят на группы:

  • литотрофные организмы, использующие неорганические соединения в качестве доноров водорода;
  • органотрофные организмы, использующие органические соединения в качестве доноров водорода.
  • Курсовая работа 490 руб.
  • Реферат 240 руб.
  • Контрольная работа 210 руб.

В зависимости от источника энергии различают:

  • фототрофы, фотосинтезирующие организмы;
  • хемотрофы, организмы, использующие химические источники энергии.

Факторы роста

Для роста на питательных средах микроорганизмам необходимы дополнительные компоненты – факторы роста.

Определение 1

Факторы роста – это соединения, которые микроорганизмы сами вырабатывать не могут, но нуждаются в них для роста. Факторы роста добавляют в питательные среды.

К факторам роста относятся следующие соединения:

  • аминокислоты участвуют в построении белков;
  • пиримидины и пурины образуют нуклеиновые кислоты;
  • витамины входят в состав некоторых ферментов и т.д.

По отношению к факторам роста микроорганизмы делят на:

  • ауксотрофы. Этим бактериям необходим один фактор роста или несколько.
  • прототрофы. Могут самостоятельно синтезировать соединения, необходимые для роста. Способны создавать компоненты из солей аммония и глюкозы.

Механизмы питания

Поступление веществ в бактериальную клетку зависит от ряда факторов:

  • $pH$ среды;
  • растворимости молекул в воде или липидах;
  • концентрации веществ;
  • разных факторов, влияющих на проницаемость мембран и т.д.

Замечание 1

Главный регулятор поступления разных соединений в клетку – цитоплазматическая мембрана.

Условно выделяют четыре механизма поступления веществ в клетку:

  • Простая диффузия. Перемещение веществ осуществляется в результате разницы концентраций по разные стороны ЦПМ. Данный вид транспорта происходит без затраты энергии. Органические молекулы, медицинские препараты проходят через липидный слой цитоплазматической мембраны, реже – по каналам в ЦПМ, заполненным водой.
  • Облегченная диффузия. Перемещение веществ осуществляется в результате разницы концентраций по разные стороны ЦПМ. Процесс возможен при наличии специфических молекул-переносчиков, находящихся в ЦПМ. Каждый переносчик может транспортировать через мембрану определенное вещество.Например, белками-переносчиками выступают пермеазы, местом синтеза которых является цитоплазматическая мембрана.
  • Активный транспорт. Осуществляется при помощи пермеаз, протекает в направлении от веществ с меньшей концентрацией в сторону веществ с большей концентрацией. Процесс происходит с затратой АТФ, которая образуется в ходе окислительно-восстановительных процессов в клетке.
  • Перенос групп (транслокация). Процесс сходен с активным транспортом. Отличительной чертой является то, что в ходе переноса молекула видоизменяется, к примеру, фосфорилируется. Из клетки выход веществ происходит в результате диффузии, при участии транспортных систем.

Ферменты бактерий

Определение 2

Ферменты – белковые соединения, участвующие в процессах анаболизма и катаболизма, распознающие необходимые субстраты, вступающие с ними во взаимодействие и ускоряющие химические процессы.

Ферменты, катализирующие метаболизм, происходящий внутри клетки, называют эндоферментами.В окружающую среду бактериальная клетка выделяет экзоферменты, которые расщепляют макромолекулы питательных сред до простых веществ, способных усваиваться клеткой. Некоторые экзоферменты способны инактивировать антибиотики, то есть выполняют защитную функцию (пенициллиназа).

  • Конститутивные ферменты. Синтезируются клеткой постоянно, не завися от присутствия в питательной среде субстратов.
  • Индуцибельные ферменты (адаптивные). Способны синтезироваться клеткой только при присутствии в среде субстрата этого фермента.

Ферменты агрессии разрушают клетки и ткани, способствуя широкому распространению бактерий и их токсинов. Например, коллагеназа, гиалуронидаза, дезоксирибонуклеаза, лецитовителлаза, нейраминидаза и др.

Все ферменты бактерий можно разделить на следующие классы:

  • окислительно-восстановительные ферменты – оксидоредуктазы (оксидазы, дегидрогеназы);
  • трансферазы, осуществляющие перенос радикалов и атомов;
  • гидролазы, участвующие в процессах гидролиза (фосфатазы, эстеразы, глюкозидазы);
  • лиазы, отщепляющие группы веществ от субстратов негидролитическим путем (карбоксилазы);
  • изомеразы, способные превращать органические вещества в изомеры (фосфогексоизомераза);
  • синтетазы, или лигазы, катализирующие синтез сложных веществ из простых (глютаминсинтетаза, аспарагинсинтетаза).

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/carstvo_drobyanki/osobennosti_pitaniya_bakteriy/

Дыхание и питание микроорганизмов

Механизм питания бактерий

Каждый день вокруг нас сосредоточено большое количество микроорганизмов, которых мы не замечаем, ведь размер микробов настолько мал, что рассмотреть их можно только под микроскопом. Несмотря на это, в их клетках происходят характерные для живых организмов процессы питания, дыхания, выделения и размножения.

Самые распространенные виды микроорганизмов

Все микроорганизмы можно разделить на несколько видов, которые объединены в группу по общим признакам в строении, образе жизни и питании:

  1. Бактерии. Это микроорганизмы, которые преимущественно имеют одноклеточное тело, размеры которого не превышают нескольких десятков мкм. Все бактерии делятся на три вида: шаровидные, палочковидные и извитые.
  2. Вирусы. Эти микробы не имеют клеточного строения, размеры их тела измеряются в нанометрах, поэтому увидеть вирусы можно только при помощи мощного микроскопа. Тело вируса состоит из белка и нуклеиновой кислоты. Бактериофаги – это вирусы бактерий, микрофаги – вирусы грибов.
  3. Грибы. Эти микроорганизмы не используют процесс фотосинтеза для преобразования неорганических веществ в органические, поэтому им требуется готовое питание, которое они получают от различных субстратов. Грибы могут располагать свои колонии на растениях, животных, человеке, вызывая заболевания.
  4. Дрожжи. Тело этих микроорганизмов чаще всего имеет округлую форму, строение в большинстве случаев одноклеточное. Дрожжи делятся почкованием, могут находиться в почве, на продуктах питания, в отходах производства.

Физиология микроорганизмов

Микроорганизмы, как и другие живые организмы, тоже нуждаются в питании и дыхании. Они растут, размножаются, выделяют продукты распада и со временем умирают. Особенности питания микроорганизмов – это специфика получения необходимых веществ для роста и размножения, связанная со строением микроба.

Физиологические процессы микроорганизмов имеют некоторые особенности:

  • микробы могут развиваться в кислородной и бескислородной среде;
  • большинство микробов могут выживать даже в самых суровых условиях окружающей среды;
  • микробы обладают способностью быстро приспосабливаться к меняющимся условиям.

Дыхание и питание микроорганизмов – это жизненно важные процессы, обеспечивающие рост и развитие микробов.

Как питаются?

Способ питания той или иной группы микроорганизмов зависит от их особенностей строения. Изучением вопроса жизни микробов занимается наука микробиология. Питание микроорганизмов может происходить по разным схемам.

Некоторые микробы используют неорганические вещества, воду и кислород для образования органических веществ для питания. Другие микробы питаются уже готовыми органическими веществами, которые находятся в окружающей среде.

Выделяются несколько видов механизмов питания микробов:

  1. Пассивная диффузия. Питательные вещества поступают в клетку из-за разницы в концентрации веществ по ту и другую сторону мембраны цитоплазмы.
  2. Облегченная диффузия. Этот процесс происходит в том случае, если концентрация вещества вне клетки выше, чем концентрация вещества внутри ее. Переносом веществ занимаются специальные белки, которые связывают молекулу вещества и переносят ее в цитоплазму.
  3. Активный перенос. Используется при очень низкой концентрации субстрата во внешней среде. Его осуществляют все те же белки, только в этом случае процесс переноса сопровождается затратой энергии.
  4. Транслокация радикалов. Такой способ переноса веществ сопровождается расщеплением молекулы вещества на составляющие. Перенос осуществляют белки пермеазы.

Виды микроорганизмов по способу питания

Для активного роста и размножения микроорганизмам необходимо постоянное питание. В зависимости от типа питания микроорганизмов можно выделить следующую классификацию групп микробов:

  1. Аутотрофы. Бактерии этого вида производят органические вещества из неорганических за счет использования внешних ресурсов. Аминоаутотрофы используют молекулы азота воздуха, фототрофы – солнечную энергию. Хемотрофы получают энергию путем окисления органических веществ.
  2. Гетеротрофы. Не производят органические вещества самостоятельно, а берут готовое питание из среды. Аминогетеротрофы потребляют азот из органических веществ. Сапрофиты получают органические вещества от умерших организмов, а паразиты – приспосабливаются к жизни на живых организмах.
  3. Миксотрофы. Эти организмы способны использовать разные способы получения органических веществ.

В процессе дыхания происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате которых образуется аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая аккумулирует химическую энергию. Окисляемыми веществами могут быть спирты, глюкоза, органические кислоты, жиры.

По типу дыхания все микроорганизмы подразделяются на две группы:

  1. Аэробы. Микробы, относящиеся к этой группе, могут существовать только при наличии молекулярного кислорода, который используется ими в окислительных реакциях.
  2. Анаэробы. Могут расти и размножаться только в бескислородной среде, так как процесс образования АТФ происходит путем субстратного фосфорилирования.
  3. Факультативные анаэробы. Эти микроорганизмы могут использовать оба способа окисления сложных органических веществ, поэтому расти и размножаться они могут и в кислородной, и в бескислородной среде.
  4. Микроаэрофилы. Благоприятной средой для таких микробов является среда с пониженным давлением кислорода.
  5. Капнофильные микроорганизмы. Активно растут и размножаются при повышенном содержании углекислого газа в воздухе.

Благоприятные условия для роста и размножения микроорганизмов

Активный рост микроорганизмов возможен только при наличии необходимой для них питательной среды. При постоянном поступлении нужных веществ клетки начнут активно делиться, микробы будут размножаться, и увеличивать численность своей колонии.

Температура окружающей среды должна быть не ниже +6 градусов Цельсия, наилучшими условиями является теплая среда (+23…+27 °С). Бактериям с аэробным типом дыхания необходим постоянный приток молекулярного кислорода, анаэробам, напротив, кислород противопоказан.

Использование микроорганизмов

Некоторые колонии бактерий, грибов и дрожжей используют для организации очистных сооружений. Бактерии способны перерабатывать стоковые отходы в процессе своей жизнедеятельности, организуя экологичный способ избавления от большого количества отходов производства.

Процесс очищения построен на способности определенных видов бактерий приспосабливаться к составу вносимых стоков. Растут и активно размножаются те группы микроорганизмов, для которых питательная среда является подходящей. Идет активное расщепление сложных веществ до более простых.

Человек – источник питания для микроорганизмов

Не все микроорганизмы приносят благо человечеству. Многие из них приспосабливаются к жизни в организме человека, оказывая паразитическое воздействие, вызывая серьезные заболевания.

Паразиты – это организмы, которые живут внутри другого живого организма или на его поверхности, и питаются за его счет. Паразиты, попавшие в организм человека, наносят значительный урон его здоровью. В некоторых случаях наступает летальный исход.

Некоторые бактерии, попадая в пищеварительную систему, могут нарушить нормальную микрофлору ЖКТ и привести к полному расстройству механизма переработки и распада питательных веществ. Вирусы – возбудители заболеваний, которые человек переносит очень тяжело. Грибы – это паразиты, которые могут размещать свои колонии на кожных покровах, ногтевых пластинах, вызывая разрушение тканей.

Микроорганизмам-паразитам будет легче организовать свою жизнедеятельность в организме ослабленного человека, иммунитет которого не способен бороться с патогенной микрофлорой.

В заключение

Для того чтобы знать, как использовать микроорганизмы или как бороться с ними, нужно понимать принцип их физиологических процессов. Если создавать все условия для возникновения подходящей для них среды, тогда микробы будут активно питаться и размножаться. Микробы можно убить, но этот процесс занимает достаточно длительно время.

Источник: https://FB.ru/article/396617/dyihanie-i-pitanie-mikroorganizmov

Типы питания бактерий: механизмы классификации на группы

Механизм питания бактерий

Питание позволяет клеточным организмам восполнять запасы энергии и необходимых веществ, которые расходуются в процессе жизнедеятельности. Все типы питания, известные современной науке, присутствуют у бактерий.

Обмен веществ (метаболизм) разных живых организмов имеет сходные механизмы, но у микробов есть ряд особенностей:

  1. Благодаря высокой интенсивности метаболизма вес перерабатываемых веществ в 30-40 раз больше веса самого микроорганизма.
  2. В питании участвует вся поверхность клетки.
  3. Пища перерабатывается выделяемыми ферментами снаружи, а внутрь клетки поступают образовавшиеся после этого более простые соединения.
  4. Чрезвычайно высокая адаптация к изменяющейся среде обитания.

Бактерии делятся на группы в зависимости от признака, по которому производится классификация:

  1. По используемому источнику энергии:
    • фототрофы – энергия солнечного света;
    • хемотрофы – энергия окислительно-восстановительных реакций.
  2. По типу соединения, служащего донором электронов:
    • органотрофы – органические вещества;
    • литотрофы – неорганические вещества.
  3. По источнику углерода:
    • автотрофы – углекислый газ;
    • гетеротрофы – органические вещества.

Фототрофы

К этой группе относятся бактерии, использующие для синтеза органики энергию света, которая преобразуется с помощью фотосинтетических пигментов. Такими пигментами могут быть:

  • хлорофилл;
  • бактериохлорофилл.

В первом случае фотосинтез происходит с выделением кислорода. Такой процесс называется оксигенным или кислородным фотосинтезом. Он наблюдается у цианобактерий (Cyanobacteria).

Во втором случае используется пигмент, относящийся к хлорофиллам, но реагирующий на свет с другой длиной волны, который не могут поглощать ни растения, ни водоросли, ни цианобактерии. При этом выделение кислорода не происходит (аноксигенный или бескислородный фотосинтез). Примером могут служить пурпурные (Purple bacteria), зеленые (Chlorobiaceae) и гелиобактерии (Heliobacteriaceae).

Существует теория, что для фотосинтеза могут быть использованы и другие источники света.

Так, обнаруженный в окрестностях подводного термального источника вид GSB1, относящийся к серобактериям (Chlorobiaceae), обитает на глубине более двух километров, куда не проникает солнечный свет.

Предполагается, что бактериохлорофилл этого вида поглощает длинные световые волны термального источника.

Хемотрофы

Этот тип микробов использует энергию окислительно-восстановительных реакций. Это наиболее многочисленная группа бактерий, к которой кроме других относится большинство почвенных и болезнетворных микробов.

Суть процесса состоит в поэтапном окислении органических или неорганических веществ, сопровождающемся выделением энергии. Химические реакции могут быть двух видов: аэробными, с обязательным присутствием кислорода или анаэробными, то есть бескислородными. Процессы первого типа принято называть дыханием, а второго – брожением.

Хемотрофы являются единственными живыми организмами Земли, которые не зависят от энергии света Солнца.

Органотрофы и литотрофы

Питание позволяет бактерии восполнить запас электронов, необходимых ей для многих клеточных процессов. При всем многообразии веществ, которые могут быть донорами электронов, микробы делятся на две группы:

Органотрофы окисляют органику. Донорами выступают молекулы аминокислот, жиров, сахаров (чаще всего – глюкозы). После окисления молекулы могут распадаться, образуя более простые устойчивые соединения. К органотрофам, в частности, относятся бактерии гниения.

Донорами электронов для литотрофов выступают неорганические соединения. Так, в процессе питания литотрофы могут повышать валентность металлов, окислять аммиак до нитритов или азота, нитриты – до нитратов, сульфид – до серы, серу – до сульфата, фосфит – до фосфата, угарный газ – до углекислого и т.д.

Автотрофы и гетеротрофы

Важнейшим химическим элементом, необходимым клетке, является углерод. В зависимости от источника его получения бактерии делятся на два типа – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы способны усваивать его из углекислого газа. Синтез белков, жиров и углеводов происходит на основе неорганических элементов. К этой группе, в частности, относятся многие почвенные микробы и цианобактерии. Автотрофы – это первичные производители органики, и они являются начальным звеном многих цепочек питания.

Гетеротрофы получают углерод из готовых органических соединений. Среди них выделяют паразитов (паратрофов) и сапрофитов (сапротрофов). Паразиты питаются органическими веществами, произведенными другими живыми существами. Сапрофиты – это микробы гниения, разлагающие мертвую органику. Большая их часть относится к почвенным бактериям.

Лишь малая часть микроорганизмов, в частности, хламидии (Chlamydia) и риккетсии (Rickettsia), являются строгими (облигатными) паразитами, которые способны жить только в организме хозяина. Остальные паратрофы могут обитать вне его, переходить на гнилостное питание.

Деление на автотрофов и гетеротрофов используется и для определения источника других необходимых для бактерий химических элементов – азота, фосфора, калия, магния и т.д. Так, одни почвенные бактерии в процессе питания усваивают атмосферный азот, другие окисляют аммиак, выделяющийся в процессе гниения, до нитратов, третьи окисляют нитриты до нитратов.

Полная классификация

Сочетание признаков рассмотренных выше классификаций описывает все возможные типы питания:

  1. Хемоорганоавтотрофы. Окисляют трудноусваиваемые вещества. Например, некоторые представители аминобактерий (Aminobacter), метилобактерий (Methylobacterium), флавобактерий (Flavobacterium), псевдомонад (Pseudomonas).
  2. Хемоорганогетеротрофы. Большинство видов бактерий.
  3. Хемолитоавтотрофы. Водородные, нитрифицирующие, серо-, железобактерии.
  4. Хемолитогетеротрофы. Некоторые водородные бактерии.
  5. Фотоорганоавтотрофы. Довольно редкий механизм питания, при котором окисляются неусваиваемые вещества. Встречается у некоторых пурпурных бактерий.
  6. Фотоорганогетеротрофы. Часть пурпурных и цианобактерий.
  7. Фотолитоавтотрофы. Некоторые зеленые, пурпурные и цианобактерии.
  8. Фотолитогетеротрофы. Гелиобактерии, часть пурпурных, зеленых и цианобактерий.

Кроме того, часть бактерий относят к миксотрофному типу. Они могут одновременно использовать различные типы питания.

Так, представитель родобактерий (Rhodobacteraceae) паракоккпантотропус (Paracoccus pantotrophus) обладает органогетеротрофным и литоавтотрофным типом питания.

А цианобактерии не только синтезируют органику фототрофным путем, но и могут потреблять готовые органические вещества, разлагая их до неорганических.

Зависимость развития бактерий от питания

Рост и развитие бактерий напрямую зависят не только от внешних условий среды, но во многом и от питания. Обычно это происходит по следующей схеме:

  1. При попадании микробов в питательную среду происходит их адаптация к пище и рост клеток. Популяция не увеличивается.
  2. Резкий рост численности популяции за счет деления клеток.
  3. Баланс между количеством новых и погибших клеток – относительная стабильность популяции.
  4. Сокращение численности бактерий по мере обеднения среды и накопления в ней продуктов обмена.

Если на третьей стадии обеспечивать постоянное пополнение питательных веществ и отвод продуктов метаболизма, то получится так называемая непрерывная культура. Ее широко используют в микробиологии.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник: https://probakterii.ru/prokaryotes/vital-functions/tipy-pitanija-bakterij.html

Медицина и здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: