Изучением жизненных функций микроорганизмов, таких как питание, дыхание, рост и размножение, занимается физиология.

В основе физиологических функций лежит непрерывный обм6ен веществ – метаболизм.

Сущность обмена веществ составляют два противоположных и вместе с тем взаимозависимых процесса: ассимиляция (анаболизм) и диссимиляция (катаболизм).

В процессе ассимиляции происходит усвоение питательных веществ и использование их для синтеза клеточных структур.

При процессах диссимиляции питательные вещества, разлагаются и окисляются. При этом выделяется энергия, необходимая для жизни микробной клетки.

В результате распада питательных веществ, происходит расщепление сложных органических соединений на более простые, низкомолекулярные. Часть из них выводится из клетки, а другие снова используются клеткой для синтетических реакций и включаются в процессы ассимиляции.

Все процессы синтеза и распада питательных веществ совершаются с участием ферментов. Микроорганизмы содержат ферменты, благодаря которым осуществляют функции обмена веществ.

Ферменты – это вещества сложной природы, вырабатываемые живой клеткой. Они являются биологическими катализаторами и играют важную роль в обмене веществ микроорганизмов.

По химическому строению, свойствам и механизму действия ферменты микробов сходны с ферментами, образующимися в клетках и тканях животных и растительных организмов.

Ферменты микробной клетки в основном локализуются в цитоплазме, некоторые же содержатся в клеточной оболочке.

Микроорганизмы синтезируют ферменты, относящиеся к шести классам: оксидоредуктазы, лиазы, трансферазы, лигазы, гидролазы, изомеразы.

Характерными свойствами ферментов является специфичность их действия, т.е. каждый фермент реагирует с определенным субстратом или катализирует одну или несколько близких химических реакций.

Ферменты микроорганизмов классифицируется на экзоферменты и эндоферменты, на конститутивные и индуктивные (адаптивные).

Экзоферменты, выделяясь в окружающую среду, расщепляют макромолекулы питательных веществ до более простых соединений, которые могут быть усвоены микробной клеткой. К экзоферментам относятся гидролазы, вызывающие гидролиз белков, жиров, углеводов. В результате гидролиза белки расщепляются на аминокислоты и пептоны, жиры – на жирные кислоты и глицерин, углеводы (полисахариды) – на дисахариды и моносахариды. Расщепление белков вызывают ферменты протеазы, жиров – липазы, углеводов – карбогидразы.

Эндоферменты участвуют в реакциях обмена веществ, происходящих внутри клетки.

Конститутивные ферменты постоянно находятся в микробной клетке независимо от условий ее существования. Это в основном ферменты клеточного обмена – протеазы, липазы, карбогидразы и др.

Индуктивные (адаптивные) ферменты синтезируются в клетке только под влиянием соответствующего субстрата, находящегося в питательной среде и когда микроорганизм вынужден усваивать этот субстрат. Индуктивные ферменты позволяют микробной клетке приспособиться к изменившимся условиям существования.

Обмен веществ микроорганизмов включает два основных процесса – получение энергии (энергетический обмен) и биосинтез веществ клетки (конструктивный обмен).

Конструктивный и энергетический процессы представляют различные стороны единого обмена веществ. Они протекают в клетке в виде сопряженных химических реакций. Нередко для конструктивных и энергетических целей используется одно и тоже вещество.

Чтобы осуществлять биосинтез, расти и размножаться клетка должна получать извне в необходимых количествах все содержащиеся в ней элементы и должна быть обеспечена источником энергии.

Для понимания процессов обмена веществ, происходящих в микробных клетках, необходимо знать химический состав микроорганизмов.

Бактерии, спирохеты, микоплазмы, актиномицеты, риккетсии, хламидии, несовершенные и дрожжеподобные грибы, простейшие содержат те же химические вещества, что и клетки всех живых организмов.

В наибольшем количестве в клетках содержатся углерод, азот, водород и кислород. Их называют важнейшими элементами – органогенами и они используются для построения сложных органических веществ: белков, углеводов, липидов.

В значительном количестве в клетке обнаруживаются фосфор и сера, в небольшом количестве – микроэлементы (Fe, Mg, Mn, Cu, K, Ca, Na, Zn и др.) Все эти элементы в клетке находятся в различных соединениях. Большая их часть представлена органическими соединениями, входящими в состав «сухого вещества», на долю которого приходится 15 – 20%. Но самым значительным компонентом клетки в количественном отношении является вода, которая составляет 75 – 85%.

Значение воды в жизнедеятельности клетки очень велико. Все вещества поступают в клетку с водой и с ней же из клетки удаляются продукты обмена.

Вода в микробной клетке находится в свободном состоянии как самостоятельное соединение, но большая ее часть связана с различными химическими компонентами клетки (белками, углеводами, липидами) и входит в состав клеточных структур.

Свободная вода принимает участие в реакциях, протекающих в клетке, является растворителем различных химических соединений, а также служит дисперсной средой для коллоидов. Содержание свободной воды в клетке может изменяться в зависимости от условий внешней среды, физиологического состояния клетки, ее возраста (у споровых форм микробов воды меньше, чем у вегетативных клеток, наибольшее количество воды отмечается у капсульных бактерий).

Белки составляют 50 – 80% сухого вещества и определяют важнейшие биологические свойства микроорганизмов. Это простые белки – протеины и сложные белки – протеиды. Большое значение в жизнедеятельности клетки имеют нуклеопротеиды – соединение белка с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК). Кроме нуклеопротеидов в микробной клетке содержатся в незначительных количествах липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды.

Белки распределены в цитоплазме, нуклеоиде. Они входят в состав структуры клеточной стенки. Белковую природу имеют ферменты, многие токсины (яды микроорганизмов).

От количественного и качественного состава белковых веществ зависит видовая специфичность микроорганизмов.

Нуклеиновые кислоты в микробной клетке выполняют те же функции, что и в клетках животного происхождения.

ДНК содержится в нуклеоиде и обуславливает генетические свойства микроорганизмов. РНК принимает участие в биосинтезе клеточных белков, cодержится в ядерной субстанции и в цитоплазме. Общее количество нуклеиновых кислот колеблется от 10 до 30% сухого вещества микробной клетки и зависит от ее вида и возраста.

Углеводы составляют 12 – 18% сухого вещества и используются микробной клеткой в качестве источника энергии и углерода. Из них состоят многие структурные компоненты клетки (клеточная оболочка, капсула и пр.).

Углеводы входят также в состав тейхоевой кислоты, характерной для грамположительных бактерий.

Клетки микроорганизмов содержат простые (моно- и дисахариды) и высокомолекулярные (полисахариды) углеводы. У некоторых бактерий могут быть включения, напоминающие по химическому составу гликоген и крахмал, играющих роль запасных веществ в клетке.

Углеводный состав у разных видов микроорганизмов различен и зависит от их возраста и условий развития.

Липиды, составляющие 0,2 – 40% сухого вещества, являются необходимыми компонентами цитоплазматической мембраны и клеточной стенки. Они участвуют в энергетическом обмене. В некоторых микробных клетках липиды выполняют роль запасных веществ.

Липиды состоят в основном из нейтральных жиров, жирных кислот, фосфолипидов. Общее количество их зависит от возраста и вида микроорганизмов. В клетках микроорганизмов липиды могут быть связаны с углеводами и белками, составляя сложный комплекс, определяющий токсические свойства микроорганизмов.

Минеральные вещества – фосфор, натрий, калий, магний, сера, железо, хлор и другие – в среднем составляют 2 – 14% сухого вещества.

Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, многих ферментов, а также в состав АЕФ, которая является аккумулятором энергии в клетке. Железо содержится в дыхательных ферментах. Магний входит в состав рибонуклеата магния, который локализован на поверхности грамположительных микробных клеток.

Микроэлементы участвуют в синтезе некоторых ферментов и активируют их. Соотношение отдельных химических элементов в микробной клетке может колебаться в зависимости от вида микроорганизмов, состава питательной среды, характера обмена и условий существования во внешней среде.

В начало страницы