Основу життєдіяльності мікроорганізмів становить обмін речовин (метаболізм). У мікроорганізмів є два процеси:
Конструктивний обмін (харчування)
Енергетичний процес (дихання).
Процес харчування складається з вступу і засвоєння їжі (асиміляція).
Дихання організму складається з процесів розщеплення і окислення органічних речовин (дисиміляція), які супроводжуються виділенням енергії необхідної для життя і здійснення синтетичних процесів.
Обидва ці процеси невіддільні один від іншого. Кінцевий продукт обміну речовин виділяється в зовнішнє середовище. Особливістю мікробів є надзвичайно інтенсивний обмін речовин. Основна частина їжі витрачається в енергетичному обміні, при якому виділяється велика кількість продуктів обміну. Ця особливість широко використовується для переробки сировини, вона ж викликає псування продуктів. Така здатність пояснюється наявністю великої різноманітності ферментів.
Хімічний склад мікроорганізмів
Вода в клітці перебувати у вільному і зв'язаному стані. Пов'язана вода входить до складу калоедов клітини і з працею звільняється з неї.
Вільна вода бере участь у хімічних реакціях і служить розчинником. У клітці мікроорганізмів знаходяться і інші речовини, це органічні кислоти, солі, пігменти, вітаміни.
харчування мікроорганізмів
Надходження клітинних речовин і води відбувається через всю поверхню клітини. Вступники речовини можуть входити тільки в розчиненому стані. Клітинна оболонка проникна і може містити тільки макромолекули.
Проникнення поживних речовин завжди здійснюється однотипно за рахунок осмосу і дифузії. Залежно від концентрації речовини в навколишньому середовищі мікробна клітина може перебувати в трьох станах:
Тургор - якщо осмотичний тиск мікробних клітин обумовлене розчиненими клітинними речовинами в кілька разів вище, ніж в середовищі, то створюється певний пружне напрямок проникає, клітина при цьому пріжжена є до клітинної оболонці злегка розтягуючи її.
Плазмоліз - якщо мікроорганізм потрапляє в субстрат, де осмотичний тиск вищий, ніж в клітці, то цитоплазма віддає воду в зовнішнє середовище і в клітку надходять поживні речовини в меншій кількості, клітинна оболонка при цьому зменшується в об'ємі.
Плазмоптіс - явище зворотне плазмолізу, надходить при надмірно-низькому осмотичний тиск зовнішнього середовища, коли в слідстві високої різниці тиску цитоплазма швидко переміщається в воду, що може привести її до розриву.
ТЕМА: Сутність основних фізіологічних процесів (дихання, харчування, ферменти)
Для росту, розвитку і розмноження мікробів потрібно витрата енергії. Потреба організму в енергії задовольняється в процесі дихання, сутність якого полягає в окисленні органічних речовин з утворенням більш простих хімічних сполук і виділення вільної енергії.
По відношенню до кисню мікроби поділяють на дві групи. Одні подібно тваринам вимагають для дихання кисень і відносяться до групи аеробів, інші здатні обходитися без кисню і відносяться до групи анаеробних організмів.
Аероби поглинають кисень і окислюють в процесі дихання різні органічні речовини, в більшості випадків вуглеводи, але можуть використовувати і інші органічні сполуки. При повному фізіологічному спалюванні вуглеводи окислюються до СО2. Інші організми, поглинаючи кисень, не доводять реакцій окиснення до кінця і вуглекислоту не виділяють. Оцтовокислі бактерії, наприклад, характеризуються таким неповним окислювальним диханням. Особлива група бактерій відрізняється тим, що дихальний акт у них складається в окисленні неорганічних сполук (нитрифицирующие, сіро - і железобактерии). У них подих також окислительное, але не супроводжується газовим обміном.
Велика кількість мікроорганізмів належить до анаеробів, здатним жити без кисню. Необхідну для їх життєдіяльності енергію вони отримують також шляхом дихання, але без участі вільного кисню. Сутність цього дихання полягає в різних окисних процесах, заснованих на відібрання водню (дегидрирование) з використанням в якості акцептора водню замість вільного кисню інших речовин. Такий процес безкисневого дихання називають бродінням. Субстратом для цього процесу можуть служити речовини, що володіють великим запасом енергії.
Це відкриття Пастера зробило переворот у вченні про диханні. Назва кисню ( «життєвий газ») свідчило про те, що життя вважали нерозривно пов'язаною з фізіологічним окисленням вільним киснем. Поняття про диханні довелося розширити і визнати, що для цілей дихання може служити будь-яка екзотермічна реакція.
Мікроорганізми не мають спеціальних органів харчування, і обмін речовин у них відбувається шляхом дифузії і осмосу через всю поверхню тіла. У процесі харчування клітини отримують речовини, потрібні їм для оновлення пластичної матеріалу, для процесів росту і розмноження, для отримання енергії. Через оболонку в мікробну клітину проникають і з неї виділяються різноманітні сполуки, причому для різних речовин проникність оболонки і зовнішнього шару протоплазми неоднакова. З субстрату через оболонку в кліткунадходять розчинні вуглеводні і азотисті поживні речовини і мінеральні солі, в тому числі такі складні сполуки, як амінокислоти, вітаміни та ін. З клітини в середу виділяються продукти життєдіяльності мікробів, в тому числі складні білки - токсини, ферменти, вітаміни та ін. Однак більшість високомолекулярних сполук не може в незміненому вигляді пройти ззовні через оболонку мікробної клітини. Тому білки, клітковина, крохмаль і інші сполуки, піддаються попередньому розщеплення або розпаду.
Існує кілька гіпотез щодо механізму проникності клітинної оболонки. По одній гіпотезі вважається, що поживні речовини до проникнення в клітину розчиняються в ліпоїдами оболонки і в такому вигляді надходять в клітину, за іншою - проникнення речовин являє собою фільтрацію їх через пори оболонки.
Головною рушійною силою проникнення речовин через пори оболонки, які мають різну величину, є різниця концентрації речовин у зовнішньому середовищі і всередині клітини. На процес обміну речовин між мікробної клітиною і навколишнім середовищем впливає багато чинників: склад середовища, її рН, електричний заряд оболонки клітини і інші фізико-хімічні умови.
Надзвичайно велика роль мікробів у природі та житті людини визначається різноманіттям їх обміну речовин. Мікроорганізми як живі істоти відрізняються специфічними вимогами до живильних речовин. Особливо вимогливі до субстрату патогенні бактерії, а також молочнокислі н ін. Вони не здатні розвиватися за рахунок мінеральних форм азоту, і для побудови білків власного тіла їм потрібні амінокислоти і різні сполуки углерода.В залежності від типу харчування мікроорганізми діляться на дві групи: автотрофи і гетеротрофи .
Автотрофними мікробами вважають такі, які можуть будувати все речовини свого тіла з СО2 і мінеральних сполук.
Гетеротрофні мікроорганізми здатні розвиватися лише на середовищах, що містять готові органічні речовини. Білки тіла клітини створюються за рахунок перебудови наявних амінокислот або створення їх з безазотистих речовин субстрату. При цьому сапрофіти використовують різні мертві органічні залишки, а паразити або паратрофние мікроби здатні розвиватися тільки в інших організмах і будувати речовини свого тіла за рахунок їх органічних сполук.
До паратрофії відносяться численні патогенні мікроорганізми, що викликають різні захворювання людини і тварин.
Серед сапрофитов найбільш виражена гетеротрофность у деяких молочнокислих бактерій, які для свого розвитку вимагають, крім набору готових амінокислот, наявності комплексу вітамінів. Більшість інших гетеротрофних бактерій може будувати амінокислоти заново з вуглеводів і різних органічних кислот або перебудовувати наявні амінокислоти.
Поступово в мікробну клітину, поживні речовини піддаються складним перетворенням і служать матеріалом для синтезу різних органічних речовин.
Речовини, здатні накопичувати і каталізувати біохімічні реакції.
Основні властивості ферментів: