Обмен веществ в микроорганизмах

Образ жизни микроорганизма состоит в постоянном воспроизводстве своей биомассы. Совокупность протекающих в клетке процессов, обеспечивающих воспроизведение биомассы, называется обменом веществ или метаболизмом. Клеточный метаболизм складывается из двух потоков реакции, имеющих разную направленность:

1) Энергетический метаболизм – поток реакций, сопровождающийся мобилизацией энергии и преобразование её в электрохимическую или химическую форму, которая затем может использоваться во всех энергетических процессах;

2) Конструктивный метаболизм – поток реакций, в результате которых за счёт поступающих извне веществ строится вещество клеток. Процесс связан с потреблением свободной энергии клетки, запасённой в химической форме в молекулах АТФ или других богатых энергией соединениях.

Конструктивный и энергетический процессы протекают одновременно. У большинства микроорганизмов связанных тесно между собой:

· Определённые реакции энергетического метаболизма поставляют энергию и восстановители, необходимые для биосинтезов и других клеточных энергозависимых функций.

· Определенные промежуточные этапы или метаболиты обоих путей могут быть одинаковыми.Амфиболиты – промежуточные соединения. Промежуточные реакции одинаковые для обоих потоков – амфиболические.

Химический состав клеток микроорганизмов

1) Основные элементы: C, O₂,H₂, N₂, F, S. Их так же называют органогенными,т.к. они составляют основную массу органического вещества клетки, 99%;

2) Макроэлементы составляют 10 и 100 доли процента всех химических элементов клетки, к ним относятся: Na, Mg, Ca, K;

3) Микроэлементы составляют 1000 и менее доли процента от всех химических элементов клетки. К ним относят: Mn, Fe, Co, Cu, Zn. Входят в состав ферментов как коферменты.

Клетки микроорганизмов на 75-80% состоят из воды. Остальное – сухое вещество. Вода в клетке находится в двух состояниях:

1) Свободная вода. Участвует в химических реакциях и служит раствором для различных соединений, образующихся в клетке в процессе обмена веществ;

2) Связанная вода. В составе коллоидов клетки (белки, полисахариды и т.д.) С трудом высвобождается из них.

Сухое вещество образовано неорганическими веществами.До 14% сухого вещества – соли.

Органические вещества

Составляют около 90% сухо массы клетки. Белки составляют до 52% всех органических веществ клетки. Функции белков:

· Ферментативная;

· Структурная;

· Транспортная;

· Энергетическая.

Углеводы составляют до 17% всех органических веществ клетки. Функции:

· Запасающая;

· Энергетическая

· Структурная.

Нуклеиновые кислоты: РНК до 16%, ДНК до 3% всех органических веществ клетки. Функции нуклеиновых кислот – это хранение, воспроизведение и передача генетической информации.иРНК – участвует в биосинтезе белков тРНК; рРНК – входит в состав рибосомы; тРНК – переносит аминокислоты к месту синтеза белков.

Липиды составляют до 9% органических веществ в клетке. Функции:

· Запасающая;

· Энергетическая;

· Структурная.

Потребность микроорганизмов в питательных веществах

Потребность в углероде

Углерод необходим для конструктивного метаболизма. В зависимости от источника микроорганизмы делятся на две группы: автотрофы – микроорганизмы, способные использовать для биосинтеза веществ в клетке неорганические источники углерода. Чаще всего СО₂.Например, цианобактерии. Гетеротрофы – микроорганизмы, которые не могут использовать СО₂ в качестве источника углерода. Нуждаются в готовых органических соединениях.Тип питание автотрофный либо гетеротрофный. Подразделение микроорганизмов на две группы достаточно условно, так как между ними имеется ряд переходных групп.

По потребности в питательных веществах делят на пять групп:

1) Облигатные внутриклеточные паразиты. Имеют наибольшую степень гетеротрофии и зависят от метаболизма хозяина;

2) Факультативные паразиты. Способны расти вне клетки хозяина при соответствующих условиях;

3) Сапрофиты – гетеротрофные организмы, который не зависят от других, но нуждаются в готовых органических соединениях. Используют продукты жизнедеятельности других организмов;

4) Гетеротрофы, требующие для роста ограниченное число органических соединений;

5) Гетеротрофы, нуждающиеся только в одном источнике углерода.

По потребности в концентрации органического вещества делят на две группы:

1) Олиготрофы способны расти при низких концентрациях органических веществ. Оптимум содержания вещества от 1-15 мг/л;

2) Копиотрофыспособны расти при высоких концентрациях питательных веществ. Для них оптимум содержания 10 г/л.

Потребность в азоте

Многие организмы могут потреблять окисленные формы азота в виде солей аминокислот, мочевины органических веществ. Некоторые прокариоты могут использовать молекулярный азот изатмосферы. Все азотосодержащие вещества подвергаются превращениям, приводящим к образованию аммиака, который используется в конструктивном метаболизме.

Лекция 3