Надходження поживних речовин і води в клітину, а також виділення продуктів обміну в навколишнє середовище відбуваються у мікроорганізмів через всю поверхню їх тіла.
Можливість проникнення речовин ззовні в клітину зумовлена багатьма факторами: величиною і структурою їх молекул; здатністю розчинятися в компонентах цитоплазматичної мембрани; концентрацією речовин в клітині і в середовищі; властивостями клітинної стінки і цитоплазматичної мембрани, що є бар'єрами, через які повинні проникнути в клітину поживні речовини, і ін.
Речовини живильного середовища можуть надходити в клітку тільки в розчиненому стані. Нерозчинні складні органічні сполуки повинні піддатися розщепленню на більш прості поза клітиною, що відбувається за допомогою екзоферментів мікроорганізмів.
Клітинна стінка (оболонка) проникна і затримує лише макромолекули. Цитоплазматична мембрана володіє напівпроникливості, вона є осмотичним бар'єром; проникність її для різних речовин неоднакова.
Раніше (див. С. 44) вказувалося, що до 90% і більше сухої маси клітин мікроорганізмів складають чотири хімічні елементи - водень, кисень, вуглець і азот, що входять до складу найважливіших речовин клітини.
Кисень і водень все мікроорганізми отримують з води. Потреби різних мікроорганізмів щодо джерел вуглецю і азоту дуже різноманітні.
Джерела вуглецю. Залежно від використовуваного в конструктивному обміні джерела вуглецю мікроорганізми ділять на дві групи: автотрофи і гетеротрофи.
Автотрофи 1 в якості єдиного джерела вуглецю для синтезу органічних речовин тіла використовують вуглекислоту (СO2).
Гетеротрофи 2 не можуть використовувати як джерело вуглецю тільки вуглекислий газ; вони потребують готових органічних сполуках.
Відповідно за джерелом вуглецю розрізняють і типи харчування: автотрофний і гетеротрофний.
Автотрофи для перетворення не має енергетичної цінності вуглекислоти в органічні речовини потребують стороннього джерелі енергії.
Одні автотрофи в цих цілях використовують світлову енергію - цей процес називається фотосинтезом.
Інші використовують хімічну енергію, що вивільняється при окисленні простих неорганічних сполук, - цей процес називається хемосинтезом. Відкритий він був С. Н. Виноградским.
Таким чином, з огляду на природу основного джерела вуглецю і природу джерела енергії, використовуваної при синтезі органічних речовин, мікроорганізми за типами харчування можна поділити на такі групи.
Фотоавтотрофи для синтезу органічних речовин використовують світлову енергію і неорганічний джерело вуглецю (СО2). До них відносяться ціанобактерії (див. С. 19), пурпурні і зелені сірчані бактерії. Це переважно водні бактерії, в них містяться різні пігменти (каротиноїдні, бактеріохлорофіл), які поглинають світло.
Фотогетеротрофи для синтезу органічних речовин використовують світлову енергію і прості органічні сполуки. Це живуть у водоймах пурпурні несерние бактерії.
Хемоавтотрофи як джерело вуглецю для синтезу органічних речовин використовують вуглекислоту, а в якості джерела енергії - реакції окислення неорганічних сполук. Відносяться до цієї групи бактерії живуть у водоймах, в грунті: вони специфічні у відношенні окисляемого ними речовини.
1 автотрофом - живиться самостійно (autos - сам, trophe - їжа).
2 гетеротрофам - живиться іншими (heteros - інший).
Відомо Кілька шляхів проникнення поживних речовин в клітку.
Пасивна дифузія, яка підпорядковується законам осмосу.
При осмотическом проникненні речовин через напівпроникну мембрану рушійною силою є різниця осмотичних тисків (концентрацій речовин) в розчинах по обидві сторони мембрани, т. Е. Між середовищем і кліткою. Такий пасивний перенос речовин - по градієнту концентрації (від більш високої до нижчої) - протікає до зрівнювання концентрації і не вимагає витрат енергії клітиною.
Вода - основна речовина, яке проникає в клітину і виділяється з неї шляхом пасивної дифузії.
Більшість поживних речовин надходить в клітку шляхом перенесення їх через мембрану специфічними переносчікамі- пермеаз (від англ. Permeable - проникний), локалізованими в цитоплазматичної мембрані. Пермеази схожі з ферментами; вони мають субстратной специфічністю - кожна транспортує певну речовину. На зовнішній стороні мембрани цитоплазми пермеаз адсорбує речовина - вступає з ним у тимчасову зв'язок і дифундує комплексно через мембрану, віддаючи на внутрішній стороні її транспортується речовина в цитоплазму.
У клітку з живильного середовища можуть надходити тільки ті речовини, для яких в цитоплазматичної мембрані є відповідні пермеази. Таким чином, мембрана є не тільки осмотичним бар'єром, але володіє і виборчої проникністю.
Перенесення речовин за допомогою пермеаз може протікати, як при пасивній дифузії, за законами осмосу - по градієнту концентрації. Ця так звана полегшена дифузія, протікає без витрат енергії.
Перенесення речовин з живильного середовища в клітку може здійснюватися пермеаз і проти градієнта концентрації. Такий активний перенесення вимагає витрат енергії.
При цьому концентрація речовини, що транспортується в клітці може значно перевищити його концентрацію в живильному середовищі.