Питание микроорганизмов Химический состав бактериальной клетки n

Питание микроорганизмов

Химический состав бактериальной клетки n n n n Вода – 70 -85%. Белки -15%. РНК – 6%. Низкомолекулярные метаболиты – 3%. Полисахариды – 2%. Фосфолипиды – 2%. ДНК – 1%. Неорганические ионы (Na, K, Mg, Ca и др. ) – 1%.

Химические элементы бактериальной клетки n. С – 50% n O – 20% n N – 14% n H – 8% n. P – 3% n S – 1% n K – 1% n Ca – 0. 5% n Mg – 0. 5% n Fe – 0. 2%

Макроэлементы (г/л): С, N, P, O, H, S, K, Mg, Na, Ca, Fe Микроэлементы: Cr, Co, Cu, Mo, Mn, Ni, Se, V, W, Zn

Прототрофы – не нуждаются в факторах роста. n Ауксотрофы – требуют добавления в среду факторов роста (мутанты, патогены). n Факторы роста – аминокислоты, витамины. n

Олиготрофные микроорганизмы – растут при низких концентрациях питательных веществ (от долей до 100 мг/мл). n Копиотрофные микроорганизмы – растут при обычных концентрациях питательных веществ (1 – 100 г/л). n

Особенности метаболизма олиготрофов n n n n n аэробность; высокое соотношение поверхность/объем; малые размеры; отсутствие покоящихся стадий; высокое сродство к субстрату; широкая субстратная специфичность; накопление резервных веществ; гибкость метаболизма; низкая скорость роста.

Гидролитики – микроорганизмы, обладающие мощными литическими ферментами (гидролазами), способными разрушать высокомолекулярные соединения. n Диссипотрофы – микроорганизмы, не имеющие гидролаз. n

Типы питания микроорганизмов Источник энергии Донор электронов органика СВЕТ (органо-) (фото-) неорганика (лито-) ЭНЕРГИЯ ХИМ. СВЯЗЕЙ (хемо-) органика (органо-) неорганика (лито-) Источник углерода СО 2 Органика фотооргано гетеротрофы фотооргано автотрофы фотолито гетеротрофы фотолито автотрофы хемооргано гетеротрофы хемооргано автотрофы хемолито гетеротрофы хемолито автотрофы

Транспорт веществ в клетку - облегченная диффузия - Активный унипорт - - Пассивный пассивная диффузия симпорт - антипорт - транслокация группы

Виды активного транспорта

Транслокация группы

Классификация бактерий по источнику углерода Автотрофы – используют неорганические источники углерода (СО 2). Гетеротрофы - используют органические источники углерода (белки, аминокислоты, углеводы, спирты и др. ).

Классификация гетеротрофов n n Сапрофиты – используют органические остатки отмерших организмов Паразиты - используют органические вещества живых организмов Олиготрофы Копиотрофы

Основные природные источники органического углерода Целлюлоза n Крахмал n Хитин n Белки n

Общая схема катаболизма микроорганизмов

Пути катаболизма гексоз 1. Фруктозобифосфатный путь гликолиз, путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса Итог: 2 молекулы пирувата (С 3) 2 АТФ 2 NADH 2

2. 2 -кето-3 -дезокси -6 фосфоглюконатный путь (КДФГ- путь) Путь Энтнера-Дудорова Только у бактерий! Итог: 2 молекулы пирувата (С 3) 1 АТФ 1 NADH 2 1 NADРH 2

3. Пентозофосфатный путь Варбурга-Диккенса-Хорекера Окисление глюкозы до С 5 соединений (ксилулозо-5 -фосфат, рибозо-5 -фосфат и др. ) Итог: 1 пентозофосфат (С 5) СО 2 2 NADРH 2 Значение: получение пентозофосфатов – предшественников нуклеотидов и нуклеиновых кислот

Дальнейшее использование пирувата: Пируват (С 3) + Со. А+NAD Ацетил-Co. А + NADH 2 + CO 2 Пируват (С 3) + Со. А+2 Fd Ацетил-Co. А + 2 Fd. H + CO 2 Пируват (С 3) + Со. А Ацетил-Co. А + Формиат

Оксалоацетат, сукцинат, фумарат и др. Ацетил-Co. А (С 2) Цикл трикарбоновых кислот 2 СО 2, 8 Н, 1 АТФ

Использование СО 2 автотрофами 1. Цикл Кальвина (рибулозобифосфатный цикл) Рибулозо-1, 5 -бифосфат (С 5) + СО 2 С 6 СО 2 + 18 АТФ + 12 NAD(P)H 2 C 6 H 12 O 6 + 18 P + 18 АДФ + 12 NAD(P) Фотосинтезирующие бактерии, аэробные хемолитоавтотрофные бактерии

2. Анаэробный ацетил-Со. А-путь 2 СО 2 Ацетил-Со. А (С 2) + СО 2 Пируват (С 3) Метанобразующие, сульфатредуцирующие бактерии

3. Восстановительный цикл трикарбоновых кислот Зелёные серобактерии

Классификация бактерий по источнику азота n Аминогетеротрофы – используют органические источники азота n Аминоавтотрофы – используют неорганические источники азота

Основные источники азота для аминогетеротрофов 1. Белки и аминокислоты 2. Нуклеиновые кислоты 3. Мочевина и мочевая кислота NH 3

Основные источники азота для аминоавтотрофов N 2 Бактерии-азотфиксаторы: -Свободноживущие (Azotobacter, Beijerinckia) -Ассоциативные (Azospirillum, Erwinia) -Симбиотические (Rhizobium, Frankia) N 2+ 6 H++ 6 e + 12 АТФ 2 NH 3+ 12 АДФ + 12 Р нитрогеназа

NH 4 Бактерии-нитрификаторы 1 фаза: NH 4+ +1. 5 O 2 NO 2 - +H 2 O +2 H+ (Nitrosomonas, Nitrosococcus) 2 фаза: NO 2 - + 0. 5 O 2 NO 3(Nitrobacter, Nitrococcus)

NO 2, NO 3 Бактерии-денитрификаторы NO 3 - NO 2 - NH 2 OH NO N 2 O Pseudomonas, Bacillus NH 3 N 2

Превращение (круговорот) азота в наземных биогеоценозах

Основные источники фосфора Органические: - фосфолипиды - нуклеопротеиды и др. Неорганические: - фосфаты Ca, Fe, Al

Основные источники серы Органические: - Аминокислоты (цистеин, метионин) Неорганические: - сульфаты Ca, Na, K и др. - сульфиды Fe, Na, Zn и др.