Питание рост и размножение микроорганизмов кафедра техносферной безопасности

Питание, рост и размножение микроорганизмов кафедра техносферной безопасности Тюм. ГАСУ

План 1. Способы питания и поступление в клетку различных веществ 2. Пищевые потребности микроорганизмов 3. Типы питания микроорганизмов 4. Рост и размножение микроорганизмов

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Известны два способа питания живых существ — голозойный и голофитный. § При голозойном способе питания живой организм захватывает или заглатывает плотные частицы пищи, которая затем переваривается в пищеварительном тракте. Указанный способ питания характерен для животных (от простейших до высших).

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § При голофитном способе питания живые существа, не имеющие специальных органов для заглатывания и пищеварения, используют питательные вещества, всасывая их в виде относительно небольших молекул из водного раствора. Данный способ питания свойствен растениям и микроорганизмам.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Полимерные органические соединения (полисахариды, белки и др. ) микроорганизмы не могут поглощать и использовать непосредственно в обмене веществ клетки. Такие вещества должны быть вначале расщеплены на простые соединения, для которых клеточная мембрана проницаема.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Крупные молекулы расщепляются экзоферментами, выделяемыми клетками микроорганизмов в среду. Такое внешнее, или внеклеточное, переваривание свойственно только микроорганизмам.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Поступление воды и растворенных в ней питательных веществ из окружающей среды внутрь микробной клетки, а также выход продуктов обмена происходят через клеточную стенку, капсулу и слизистые слои.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Активную роль в поступлении в клетку питательных веществ играет цитоплазматическая мембрана. Чтобы обеспечить нормальную жизнедеятельность микроорганизма, последняя должна быть проницаемой для питательных веществ и кислорода, поступающих в клетку, а также для продуктов обмена, выходящих наружу.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Выделяют несколько типов транспортных систем, при помощи которых вещества из окружающей среды проходят через цитоплазматическую мембрану: - пассивную диффузию, - облегченную диффузию, - активный транспорт

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § При пассивной диффузии транспорт вещества происходит через цитоплазматическую мембрану под действием разности концентраций (для неэлектролитов) или разности электрических потенциалов (для ионов) по обе стороны мембраны. За исключением воды, только кислород и некоторые ионы проходят через цитоплазматическую мембрану в результате пассивной диффузии. Скорость такого переноса веществ весьма незначительна.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Транспорт большинства растворенных веществ осуществляется через мембрану при действии специальных механизмов переноса – облегченной диффузии и активного транспорта. § Для этого служат молекулы-переносчики (белки), циркулирующие между внешним и внутренним пограничными слоями цитоплазматической мембраны.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Данные переносчики связывают молекулы растворенных веществ на ее внешней стороне, транспортируют их к внутренней стороне, где освобождают, и молекулы питательного вещества поступают в цитоплазму без изменения. § Движущей силой облегченной диффузии служит разница в концентрации какого-либо вещества по обе стороны мембраны.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Молекула вещества соединяется с молекулой-переносчиком у наружной поверхности мембраны, и образовавшийся комплекс диффундирует через мембрану к ее внутренней стороне. Там он диссоциирует, и освобожденное вещество оказывается внутри клетки. Затем переносчик диффундирует к наружной поверхности и может присоединить новую молекулу вещества.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Облегченная диффузия не требует расхода энергии, так как оно перемещается по химическому градиенту. § Скорость процесса зависит от концентрации вещества в наружном растворе. Выход продуктов обмена веществ из микробной клетки происходит по типу облегченной диффузии при участии молекулпереносчиков.

Способы питания и поступление в клетку различных веществ § Активный транспорт связан с работой специфических транспортных белков (пермеаз, транслоказ и др. ), которые также находятся в цитоплазматической мембране. § В этом случае растворенные вещества переносятся в клетки микроорганизмов против градиента концентрации. § Источниками энергии для транспортных процессов служат АТФ, протонный потенциал и фосфоенолпируват.

Пищевые потребности микроорганизмов § Углерод. Наибольшее значение для питания микроорганизмов имеет углерод, составляющий в сухом веществе клеток около 50%. Потребности различных микроорганизмов в источниках углерода весьма разнообразны.

Пищевые потребности микроорганизмов § Фотосинтезирующие организмы, использующие энергию солнечного света, и бактерии, получающие энергию при окислении неорганических веществ, потребляют наиболее окисленную форму углерода (С 02) как единственный или главный источник углерода.

Пищевые потребности микроорганизмов § Другие организмы получают углерод главным образом из органических веществ (нефть, газообразные углеводороды, парафины), а необходимую энергию — при окислении этих соединений. Следовательно, органические вещества служат одновременно и источником углерода, и источником энергии.

Пищевые потребности микроорганизмов § Азот. Он служит материалом для образования аминокислот, пуринов и пиримидинов, нуклеиновых кислот и других веществ клетки. Самый доступный источник азота для многих микроорганизмов — ионы аммония (NH 4) и аммиак (NН 3), достаточно быстро проникающие в клетку.

Пищевые потребности микроорганизмов § Существуют виды (Azothobacter, Rhizobium) способные усваивать молекулярный азот воздуха и строить из него необходимые компоненты клетки. Эти виды имеют большое значение в обогащении пахотного слоя почвы связанными соединениями азота.

Пищевые потребности микроорганизмов § Наряду с минеральными источниками многие микроорганизмы могут потреблять азот из органических соединений, которые одновременно служат и источниками углерода. Использование органических источников азота связано с отщеплением от них NH 3 и поглощением последнего клеткой.

Пищевые потребности микроорганизмов § Усвояемость органических источников азота весьма различна. Белки, представляющие собой высокомолекулярные соединения, не проникают в клетку. Поэтому белками могут питаться только микроорганизмы, выделяющие в среду экзоферменты, расщепляющие молекулы белков до пептидов и аминокислот.

Типы питания микроорганизмов § В соответствии с классификацией микроорганизмы по типу питания разделяют на ряд групп в зависимости от источников энергии и углерода. 1. Фототрофы – используют энергию солнечного света, 2. Хемотрофы – энергетическим материалом служат разнообразные органические и неорганические вещества.

Типы питания микроорганизмов § В зависимости от того, в какой форме микроорганизмы получают из окружающей среды углерод, их подразделяют на две группы: - автотрофные, использующие в качестве единственного источника углерода диоксид углерода, - гетеротрофные, получающие углерод в составе сложных восстановленных органических соединений.

Типы питания микроорганизмов § В зависимости от используемого микроорганизмами источника энергии и донора электронов различают - фотолитоавтотрофы, - фотоорганогетеротрофы, - хемолитоавтотрофы - хемоорганогетеротрофы.

Типы питания микроорганизмов § Фотолитоавтотрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, использующих энергию света для синтеза веществ клетки из С 02 и окисляющих при фотосинтезе неорганические соединения (Н 20, Н 2 S, S). К данной группе относят цианобактерии, пурпурные серные бактерии и зеленые серные бактерии.

Типы питания микроорганизмов § Фотоорганогетеротрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, которые получают энергию в процессе фотосинтеза, а в качестве доноров электронов могут использовать простые органические соединения, например органические кислоты, спирты. Такой тип питания характерен для пурпурных несерных бактерий.

Типы питания микроорганизмов § Хемолитоавтотрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих энергию при окислении неорганических соединений, таких, как Н 2, NH 4 -, N 02 -, Fе 2+, Н 2 S, S, S 032 -, СО И др. Углерод для построения всех компонентов клеток хемолитоавтотрофы получают из диоксида углерода. Такой тип питания также называют хемосинтезом.

Типы питания микроорганизмов § Хемоорганогетеротрофия. Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих необходимую энергию и углерод из органических соединений. Среди хемоорганогетеротрофов выделяют сапротрофов, живущих за счет разложения мертвых органических материалов, и паразитов, питающихся в тканях живых организмов. §

Рост и размножение микроорганизмов § Под ростом клетки подразумевают согласованное увеличение количества всех химических компонентов (белка, РНК, ДНК), ведущее, в конечном счете, к возрастанию размеров и массы клетки. § Рост клетки не безграничен, достигнув определенной величины, она прекращает рост и начинает размножаться.

Рост и размножение микроорганизмов § Размножение — это увеличение числа клеток микроорганизмов в популяции. Микроорганизмы размножаются поперечным делением, происходящим в процессе роста, почкованием или образованием спор.

Рост и размножение микроорганизмов § Прокариоты обычно размножаются бесполым путем — бинарным делением. В начале деления клетка удлиняется, затем делится нуклеоид. Воспроизведение нуклеоида, содержащего всю генетическую информацию, необходимую для жизнедеятельности микроорганизма.

Рост и размножение микроорганизмов § Нуклеоид представлен суперспирализованной и плотно уложенной молекулой самореплицирующейся ДНК, известной под названием репликона. § Во время репликации ДНК и образования делящей перегородки клетка микроорганизма непрерывно растет. В этот период происходят синтез пептидогликана клеточной стенки и составляющих цитоплазматической мембраны, образование новых рибосом и других органелл и соединений цитоплазмы.

Рост и размножение микроорганизмов § На последней стадии деления дочерние клетки отделяются друг от друга. У некоторых видов бактерий процесс идет не до конца, в результате образуются цепочки клеток. § Чаще всего клетка делится на две равные части (изоморфное деление), однако встречается и неравномерное (гетероморфное) деление, когда дочерняя клетка больше материнской. Жгутики остаются у материнской клетки, у дочерней они вырастают позднее.

Рост и размножение микроорганизмов § Миксобактерии делятся перетяжкой. Сначала клетка в месте деления слегка сужается, далее клеточная стенка, постепенно впячиваясь с обеих сторон внутрь клетки, все больше и больше сужает ее и, наконец, делит на две. Дочерняя клетка, одетая уже собственной цитоплазматической мембраной, еще некоторое время сохраняет общую клеточную стенку.

Рост и размножение микроорганизмов § Почкование у бактерий представляет собой разновидность бинарного деления и у ряда форм почти не отличается от деления. Например, у нитрифицирующих и некоторых фотосинтезирующих бактерий клетки делятся, но растут лишь с одного полюса материнской клетки, поэтому образующиеся новые клетки неравноценны — в большинстве случаев между ними можно обнаружить морфологические отличия. § Иногда у бактерий наблюдается половой процесс, или конъюгация.