Типы питания и питательных потребностей микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.Типы питания микроорганизмов

2. Хемотрофы

3. Фототрофы

4. Транспорт питательных веществ

5. Полная классификация

6. Зависимость развития бактерий от питания

7. Питательные потребности организмов

Заключение

Список использованных литературы

Введение

Актуальность темы данной работы состоит в том, что питание является одним из важнейших факторов поддержании жизнедеятельности микроорганизмов и поэтому значительный интерес представляет изучение типов питания микроорганизмов. Одним из основных показателей типов питания микроорганизмов является в том, что микроорганизмы делятся на две группы: автотрофов и гетеротрофов.

Микроорганизмы, как и все другие живые существа, нуждаются в пище. Пища поступает в их клетки из внешней среды. Пищей обычно называются вещества, которые, попав в живой организм, служат либо источником энергии для процессов жизнедеятельности, либо материалом для построения составных частей клетки.

Питание - это жизненно необходимый процесс для организма. В результате этого процесса микроорганизмы получают энергию, строительный материал для обновления (роста) организма, биологические активные питательные вещества.

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

Целью данной работы: изучить типы питания и питательных потребностей микроорганизмов.

Исходя из этого, поставлены следующие задачи:

- изучить типов питания микроорганизмов

- изучить транспорт питательных веществ

- изучить питательных потребностей микроорганизмов

Объектом исследования является микробиология.

Предметом исследования является микроорганизмы.

1. Типы питания микроорганизмов

Широкому распространению микроорганизмов способствует разнообразие типов питания. Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. В зависимости от источников углерода для питания бактерии делятся на аутотрофы (от греч. Autos - сам, trophe - пища), использующие для построения своих клеток диоксид углерода СО2 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы (от греч. Heteros - другой, trophe - пища), питающиеся за счет готовых органических соединений. Аутотрофным бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве; серобактерии, обитающие в воде с сероводородом; железобактерии, живущие в воде с закисным железом, и др.

Гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами. Гетеротрофы, вызывающие заболевание у человека и животных, относят к патогенным и условно-патогенным. Среди патогенных микроорганизмов встречаются облигатные и факультативные паразиты (parasites - нахлебник). Облигатные паразиты способны существовать только внутри клетки, например риккетсии, вирусы и некоторые простейшие.

В зависимости от окисляемого субстрата, называемого донором электронов или водорода, микроорганизмы делят на две группы. Микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода неорганические соединения, называют литотрофными (от греч. Lithos - камень), а микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения, органотрофами.

Учитывая источник энергии, среди бактерий различают фототрофы, т. е. фотосинтезирующие (например, сине-зеленые водоросли, использующие энергию света), и хемотрофы, нуждающиеся в химических источниках энергии.

Все многообразие бактерий, существующих сейчас, можно свести к нескольким группам (табл. 1).

Табл. 1. Типы питания и получения энергии микроорганизмами

Считается, что тип питания не жестко связан с конкретным видом, особенно это относится к фототрофным бактериям, которые днем используют внешний источник энергии -- свет, а ночью актуальным становится эндогенные запасные вещества разной природы. Что же касается типов питания, указанных в таблице 1, то фотоавтотрофы (фотолитоавтотрофы) представлены не только большой группой цианобактерий, но и водорослями, зелеными растениями, а также анаэробными пурпурными бактериями. Фотогетеротрофы представлены несерными пурпурными бактериями; хемоорганоавтотрофы используют несовместимую с центральным метаболизмом вещества, для них, как для пропионовокислых бактерий, характерна и гетеротрофная фиксация углекислого газа.

Хемоорганогетеротрофы представлены основной массой микробов-деструкторов (бактерий, грибов) и всеми животными. Хемолитоавтотрофы представлены тионовыми, нитрифицирующими бактериями и рядом других, использующих энергию окисления минеральных соединений для хемосинтеза. хемолитогетеротрофы наряду с хемосинтезом утилизируют ряд простых органических соединений.

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 изменяющиеся среде обитания.

2. 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 выделении энергии. Химические реакции могут быть двух видов: аэробными, 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.

3. 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 или кислородным фотосинтезом. Он наблюдается у цианобактерий. 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, зеленые и гелиобактерии.

Существует теория, что для фотосинтеза могут быть использованы и другие источники света. Так, обнаруженный в окрестностях подводного термального источника вид GSB1, относящийся к серобактериям, обитает на глубине более 2 км, куда не проникает солнечный свет. Предполагается, что бактериохлорофилл этого вида поглощает длинные световые волны термального источника.

4. Транспорт питательных веществ

Через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану внутрь клетки прокариотов проникают только небольшие молекулы, поэтому белки, полисахариды и др. биополимеры в начале расщепляются экзоферментами до более простых соединений, которые транспортируются внутрь клетки.

Проникновение питательных веществ в клетку происходит с помощью различных механизмов.

1.Пассивная диффузия-вещества поступают в клетку за счет диффузии по градиенту концентрации, т. е. вследствие того, что концентрация вне клетки выше, чем внутри.

2.Облегченная диффузия-также совершается по градиенту концентрации, но с участием ферментов-переносчиков, так называемых пермеаз. Этот фермент присоединяет к себе молекулы вещества на внешней стороне цитоплазматической мембраны и отдает его на внутренний стороне в неизменном виде. Затем свободный переносчик перемещается снова к наружной стороне мембраны, где связывает новые молекулы вещества. При этом каждая пермеаза переносит какое-то определенное вещество.

Эти 2 механизма переноса не требуют энергетически затрат. Активный перенос происходит также с участием пермеаз, причем осуществляется против градиентов концентрации. Микробная клетка может накопить вещество в концентрации, в тысячи раз превышающих ее в внешней среде. Такой процесс требует затрат энергии, т.е. расходуется АТФ.

Транслокация радикалов-это четвертый механизм передачи веществ. Это активный перенос химически измененных молекул, с участием пермеаз. Например, такое простое вещество, как глюкоза, переносится в фосфорилированном виде. Выход веществ из бактериальной клетки происходит путем пассивной диффузии или путем облегченной диффузии с участием пермеаз.

5. 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.

6. 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.

питание микроорганизм развитие

7. Питательные потребности микроорганизмов

Химический состав клеток микроорганизмов в основном такой же, как у высших растений, животных и человека. Некоторые отличия лишь в составе метаболитов.

Все элементы, входящие в клетки микробов, можно разделить на несколько групп: органогенные -- C, O, H, N; макроэлементы -- S, P, K, Na, Mg, Cf; микроэлементы -- Fe, Co, Mn, Mo, Zn и др. Значение многих элементов в жизни организмов универсально. Из углерода, водорода, кислорода и азота построены основные органические молекулы, сера входит в состав некоторых аминокислот, биотина (витамин Н), фосфор -- в состав нуклеиновых кислот, АТФ и т. П., магний -- в состав хлорофиллов, железо участвует в процессе дыхания. Однако только у микроорганизмов сера может накапливаться в значительных количествах как запасное вещество клетки (донор электронов серобактерий); медь вместо железа может выполнять роль переносчика электронов на уровне цитохромов у некоторых бактерий, никель в составе уреазы -- разрушать мочевину, а мобилен в составе нитрогеназы -- фиксировать атмосферный азот.

Перечень уникальности или универсальности отдельных элементов можно продолжить,но это уже сделано в специальных трудах, посвященных физиологии микроорганизмов. Укажем на основные классы органисеких веществ, входящих в клетки микробов: углеводы, спирты, органические кислоты, альдегиды, аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты (ДНК, иРНК, рРНК, тРНК), липиды и ряд других веществ, находящихся в летке в моно-, олиго- или полимерном состояниии выполняющих самые различные функции: структурные, транспортные, каталитические, биосинтетические, энергосберегающие, защитные и т. д.

Микробная клетка не всегда способна синтезировать все необходимые ей молекулы, поэтому нуждается в так называемых факторах роста (витамины, азотистые основания, аминокислоты, углеводы и др.), которые должны присутствовать в окружающей среде. Такие организмы называются ауксотрофами, в отличие от прототрофов, не нуждающихся в факторах роста. Роль воды в микробных клетках сводится к растворению многих минеральных и органических соединений, гидролизу полимерных субстратов (крахмала, клетчатки, белков и др.), формированию коллоидных структур, участию в процессе бактериального фотосинтеза, поддержанию осмотического давления. Содержание воды в вегетативных клетках колеблется в пределах 75-95% и резко снижается в составе спор, грибных склероциев, при переходе организмов в анабиоз.

Заключение

Только два типа питания и получения энергии из указанных выше получили прогрессивное развитие: представители царства Planta (растения) относятся к фотоавтотрофам, царства Mycota (грибы) и Animalia (животные) -- к хемоорганогетеротрофам. Источники энергии и углерода в процессе эволюции существенно повлияли на строение и образ жизни организмов с разным типом питания, например растения и животные. Обширная крона растений приспособлена для фиксации углекислого газа атмосферы и поглощения солнечной радиации, а необходимость использования органических веществ от простых, легкорастворимых до сложных полимерных субстратов отражена в механизмах диффузии или активного транспорта их через оболочки клетки у грибов и в развитии сложной пищеварительной системы у животных.

Большинство известных бактерий относится к гетеротрофам, среди них есть аэробные и анаэробные формы. Интересен вопрос, насколько эффективно органическое вещество используются этими организмами с точки зрения получения энергии при его окислении и в каком направлении шла эволюция биоэнергетических процессов? Ответ на этот вопрос можно найти только в мире микроорганизмов, точнее бактерий, поскольку это самые древние клеточные организмы нашей планеты. Среди бактерий встречаются самые разнообразные типы питания и получения энергии. Варьируя условия культивирования прокариот, ученые доказали возможность существования бактерий в разнообразных экологических нишах, которые никогда не будут заняты другими формами жизни. Именно поэтому для выяснения своеобразия этих экониш сначала необходимо понять механизмы биологического окисления.

Список использованной литературы

1. К. Френкель/ «Основы учения о бактериях» - М.: «Колос», 2000.- 335с.

2. Н.А. Белясова/ Микробиология: учебник: -М.: Высшая шк., 2012.- 443с.

3. А.Л. Брюханов, К. В. Рыбак/ Молекулярная микробиология: Учебник для вузов: -М.: МГУ, 2012 -480с.

4. Р.Г. Госманов/ Микробиология: Учебное пособие: -СПб.: Лань, 2011. - 496с.

5. Д.М. Джей/ Современная пищевая микробиология -М.: БИНОМ. ЛЗ, 2012. - 886с.

Размещено на Allbest.ru