Физиология микроорганизмов изучает особенности развития, пи­тания, энергетического обмена и других процессов жизнедеятельности микробов в различных условиях среды.

ПИТАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Питание микробов осуществляется путем диффузии через оболоч­ку и мембрану растворенных в воде питательных веществ. Нераствори­мые сложные органические соединения предварительно расщепляются вне клетки с помощью ферментов, выделяемых микробами в субстрат.

По способу питания микроорганизмы разделяют на аутотрофные и гетеротрофные.

Аутотрофы способны синтезировать из неорганических веществ (в основном углекислого газа, неорганического азота и волы) органиче­ские соединения. В качестве источника энергии для синтеза эти микро­бы используют световую энергию (фотосинтез) или энергию окисли­тельных реакций (хемосинтез).

Гетеротрофы используют для питания в основном готовые ор­ганические соединения. Микробы, питающиеся органическими веще­ствами отмерших животных или растительных организмов, называют сапрофитами. К ним относятся бактерии гниения, грибы и дрожжи. Паратрофные микроорганизмы, или паразиты, живут за счет питательных веществ живых клеток организма хозяина. К паратрофам относится большинство болезнетворных микробов.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И СОСТАВ МИКРООРГАНИЗМОВ

Все реакции обмена веществ в микробной клетке происходят при помощи биологических катализаторов - ферментов. Большинство ферментов состоят из белковой части и простетической небелковой группы. В простетическую группу могут входить такие металлы, как железо, медь, кобальт, цинк, а также витамины или их производные. Некоторые ферменты состоят только из простых белков. Ферменты специфичны и действуют только на одно определенное вещество. Поэ­тому в каждом микроорганизме находится целый комплекс ферментов, причем некоторые ферменты способны выделяться наружу, где уча­ствуют в подготовке к усвоению сложных органических соединений. Ферменты микроорганизмов используются в пищевой и других видах промышленности.

Вода. Микробная клетка на 75-85% состоит из воды. Большая часть воды находится в цитоплазме клетки в свободном состоянии. В воде протекают все биохимические процессы обмена веществ, вода является также растворителем этих веществ, так как питательные ве­щества поступают в клетку только в виде раствора, а продукты обме­на удаляются из клетки тоже с водой. Часть воды в клетке находится в связанном состоянии и входит в состав некоторых клеточных струк­тур. В спорах бактерий и грибов количество свободной воды снижено до 50% и менее. При значительной потере связанной воды микробная клетка погибает.

Органические вещества микробной клетки представлены белками (6-14%), жирами (1-4%), углеводами, нуклеиновыми кислотами.

Белки - основной пластический материал любой живой клетки, и микробной в том числе. Белки составляют основу цитоплазмы, входят в состав оболочки клетки и некоторые клеточные структуры. Они вы­полняют очень важную каталитическую функцию, так как входят в со­став ферментов, катализирующих реакции обмена в микробной клетке.

В клетке микробов содержатся дезоксирибонуклеиновая кислота (Д11 К) и рибонуклеиновая кислота (Р11 К). ДНК находится в основном в ядре клетки или нуклеотидах, РНК - в цитоплазме и рибосомах, где участвует в синтезе белка.

Содержание жиров у различных микроорганизмов различно, у некоторых дрожжей и плесеней оно выше в 6-10 раз, чем у бактерий. Жиры (липиды) являются энергетическим материалом клетки. Жиры в виде липопротеидов входят в состав цитоплазматической мембраны, которая выполняет важную функцию в обмене клетки с окружающей средой. Жиры могут находиться в цитоплазме в виде гранул или ка­пелек.

Углеводы входят в состав оболочек, капсул и цитоплазмы. Они представлены в основном сложными углеводами - полисахаридами (крахмал, декстрин, гликоген, клетчатка), могут быть в соединении с белками или липидами. Углеводы могут откладываться в цитоплаз­ме в виде зерен гликогена, как запасного энергетического материала.

Минеральные вещества (фосфор, натрий, магний, хлор, сера и др.) входят в состав белков и ферментов микробной клетки, они необходи­мы для обмена веществ и поддержания нормального внутриклеточного осмотического давления.

Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности ми­кроорганизмов. Они участвуют в процессах обмена веществ, так как входят в состав многих ферментов. Витамины, как правило, должны поступать с нищей, однако некоторые микробы обладают способностью синтезировать витамины, например В₂ или В₁₂.

ДЫХАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Процессы биосинтеза веществ микробной клетки протекают с за­тратой энергии. Большинство микробов используют энергию химиче­ских реакций с участием кислорода воздуха. Этот процесс окисления питательных веществ с выделением энергии называется дыханием. Энергия высвобождается при окислении неорганических (аутотрофы) или органических (гетеротрофы) веществ.

Аэробные микроорганизмы (аэробы) используют энергию, выделя­емую при окислении органических веществ кислородом воздуха с обра­зованием неорганических веществ, углекислого газа и воды. К аэробам относятся многие бактерии, грибы и некоторые дрожжи. В качестве источника энергии они чаше всего используют углеводы.

Анаэробные микроорганизмы (анаэробы) не используют для ды­хания кислород, они живут и раз­множаются при отсутствии кисло­рода, получая энергию в результа­те процессов брожения (рис. 1.13). Анаэробами являются бактерии из рода клостридий (ботулиновая палочка и палочка нерфрингенс), маслянокислые бактерии и др.

Рис. 1.13. Анаэробные бактерии

В анаэробных условиях проходят спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение, при этом процесс превращения глюкозы в спирт, молочную или масляную кислоту происходят с выделением энергии. Около 50% выделенной энергии рассеивается в виде тепла, а остальная часть аккумулируется в АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).

Некоторые микроорганизмы способны жить как в присутствии кислорода, так и без него. В зависимости от условий среды они могут переходить с анаэробных процессов получения энергии на аэробные, и наоборот. Такие микроорганизмы называются факультативными анаэробами.