Питание бактерий. Механизмы транспорта веществ внутрь бактериальной клетки
Механизмы транспорта веществ внутрь бактериальной клетки
Поступление питательных веществ внутрь бактериальной клетки происходит разными способами. Различают следующие типы переноса питательных веществ из
внешней среды в бактериальную клетку:
1 Пассивный перенос (по градиенту концентрации без затрат энергии):
- простая диффузия;
- облегченная диффузия.
2 Активный перенос (против градиента концентрации с затратой энергии с
помощью пермеаз):
- активный транспорт;
- транслокация радикалов.
Простая диффузия (осмос) – это поступление питательных веществ из окружающей среды через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану в результате разницы концентраций питательных веществ в теле бактериальной клетки и в питательной среде (по градиенту концентрации). При этом концентрация вещества вне клетки выше, чем внутри клетки. Переносимое вещество не взаимодействует с компонентами клеточной мембраны. Процесс осуществляется без затрат энергии. Посредством пассивной диффузии в клетку поступают газы, вода и некоторые ионы, например, ионы натрия.
Внешняя
 |
среда ЦПМ Цитоплазма
Схема простой диффузии
Облегченная диффузия – это транспорт веществ через клеточную мембрану с помощью белка-переносчика (паромщика) - транслоказы. При этом концентрация вещества в среде превышает его концентрацию в клетке, то есть перенос осуществляется по градиенту концентрации. Процесс идет без затрат энергии. Для микробов примером облегченной диффузии является перенос глицерина.
 |
Внешняя среда ЦПМ Цитоплазма
Схема облегченной диффузии
Активный транспорт осуществляется также с помощью белков - переносчиков – пермеаз, но с затратой энергии. Энергия необходима для модификации белка-переносчика на внутренней стороне мембраны. Активный транспорт направлен против градиента концентрации и позволяет создать значительную концентрацию вещества внутри клетки при его небольшом количестве в питательной среде. Пермеаза на внешней стороне цито плазматической мембраны связывается специфически с молекулой субстрата и с помощью АТФ транспортирует ее к внутренней стороне мембраны. На внутренней поверхности мембраны пермеаза высвобождает субстрат в цитоплазму. С помощью активного транспорта в бактериальную клетку поступает основное количество питательных веществ в виде небольших молекул - аминокислоты, некоторые сахара, органические кислоты.
Внешняя среда ЦПМ Цитоплазма
Схема активного транспорта
Транслокация радикалов также осуществляется с помощью пермеаз и с затратой энергии. При этом в процессе переноса происходит химическая модификация переносимого вещества. Этим способом переносятся пурины, пиримидины, некоторые сахара.
Внешняя среда ЦПМ Цитоплазма
Схема транслокации радикалов
Поступив в клетку, питательные вещества вступают в биохимические реакции, в результате которых образуются как источники энергии, так и структурные компоненты клетки.
Классификация бактерий по типам питания (аутотрофы, гетеротрофы, сапрофиты, облигатные и факультативные паразиты) и источникам энеогии(фототрофы и хемотрофы). Примеры. Факторы роста. Ауксотрофы и прототрофы.
По типу питания живые существа делятся на 2 группы: голозойные, голофитные
Голозойный тип питания характерен для животных (от высших до простейших, имеющих органы для принятия пищи, ее переваривания и выведения).
Микробы относятся к голофитному типу питания. Они не имеют органов для принятия пищи, и питательные вещества у них проникают через всю поверхность тела.
Типы питания микробов
По источнику углерода бактерии подразделяются на 2 группы:
1. Автотрофы — микроорганизмы, способные воспринимать углерод из угольной кислоты (СО2) воздуха. К ним относят нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.
2. Гетеротрофы получают углерод главным образом из готовых органических соединений. Гетеротрофы — возбудители различного рода брожений, гнилостные микробы, а также все болезнетворные микроорганизмы: возбудители туберкулеза, бруцеллеза и др.
По источнику энергии
Автотрофы, использующие для синтеза органических веществ энергию видимого света и инфракрасных лучей, называются фототрофами (фотосинтезирующими бактериями). Автотрофы, использующие для биосинтетических целей энергию, заключенную в химических связях неорганических веществ, называются хемотрофами (хемосинтезирующими бактериями).
Гетеротрофы в зависимости от субстрата подразделяются на 2 подгруппы:
- сапрофиты – микроорганизмы, живущие за счет использования углерода мертвых субстратов;
- паразиты – микроорганизмы, живущие на поверхности или внутри организма хозяина и питающиеся за его счет.
Микробы, способные размножаться только в живых клетках организма (например, вирусы, риккетсии), называются абсолютными внутриклеточными паразитами. Микроорганизмы, способные длительно переживать и размножаться в клетках хозяина и на искусственных питательных средах (например пастереллы, листерии, иерсинии и др.), называются факультативными внутриклеточными паразитами. Некоторые микробы (например хламидии) обладают “энергетическим” паразитизмом. Они имеют собственный метаболизм, но зависят от энергетического обмена клеток хозяина.
Гетеротрофные бактерии, способные расти на питательных средах, в состав которых входит одно органическое вещество в качестве источника углерода, а остальные химические элементы содержатся в составе неорганических соединений, называются прототрофами.
Бактерии, для роста и размножения которых требуются дополнительные органические вещества, называются ауксотрофами. Такие дополнительные органические вещества называются факторами роста. К факторам роста относятся аминокислоты, витамины, пурины, пиримидины, пентозы, гексозы, липиды.
Распределение бактерий по источнику углерода.
 |  |
По способу усвоения азотистых веществ микробы подразделяются на 4 группы:
протеолитические - микробы, способные расщеплять нативные белки, пептиды и аминокислоты;
дезаминирующие - микробы, способные отщеплять аминогруппы только у свободных аминокислот;
нитритно-нитратные - микробы, усваивающие окисленные формы азота; азотфиксирующие микробы, обладающие свойством питаться атмосферным азотом.