Поступление веществ в клетку и выделение продуктов обмена в окружающую среду происходит у микроорганизмов через всю поверхность клетки путем осмоса или адсорбции. На интенсивность этих процессов оказывают различные факторы: разность концентрации питательных веществ в клетке и за ее пределами, а также проницаемость для них цитоплазматической оболочки (см. рис. 11).

Рис. 11

Опыт, демонстрирующий явление осмоса:

А — в мешочек из полупроницаемой перепонки (например, из целлофана), подвешенный в воде, наливают 5%-ный раствор сахара. Молекулы воды диффундируют в мешочек, заставляя столбик воды в стеклянной трубке подниматься. Молекулы сахара крупнее, поэтому они не могут проходить через поры в целлофане; Б—после достижения равновесия давление столбика воды в точности равно осмотическому давлению раствора сахара и служит мерой этого давления.

Осмос представляет собой диффузию веществ в растворах через полупроницаемую мембрану. Возникает осмос под действием разности осмотических давлений в растворах по обе стороны полупроницаемой мембраны. Величина осмотического давления раствора зависит от молярной концентрации растворенных в нем веществ.

Цитоплазматическая мембрана клетки обладает полупроницаемостью: она является осмотическим барьером, регулируя поступление в клетку и выход из нее растворенных веществ. Веществ нерастворимые в воде, белки, не могут быть использованы клеткой. Они могут проникнуть в нее лишь после расщепления на более простые, что происходит с помощью экзоферментов микробов.

Таким образом, при осмотическом проникновении питательных веществ в клетку движущей силой служит разность осмотических давлений между средой и клеткой. Такой пассивный перенос веществ не требует затраты энергии и протекает до выравнивания концентрации с наружным раствором.

Поступившие в клетку вещества включаются в реакцию конструктивного и энергетического обмена. Концентрация некоторых из них ниже, чем в окружающей среде, и поступление данных веществ возможно до полного исчерпания их из субстрата.

Если микроорганизм попадает в субстрат, осмотическое давление которого выше, чем в клетке, то цитоплазма отдает воду во внешнюю среду. Питательные вещества в клетку не поступают, содержимое клетки уменьшается в объеме, и протопласт отстает от клеточной оболочки. Это явление называется плазмолизом клетки.

При чрезмерном низком осмотическом давлении внешней среды может наступить плазмоптис клетки — явление, обратное плазмолизу, когда вследствие высокой разности осмотических давлений цитоплазма переполняется водой и приводит к разрыву клеточной оболочки.

Второй путь поступления веществ в клетку — активный — путем переноса их особыми, локализованными в цитоплазматической мембране веществами ферментной природы. Эти переносчики, называемые пермеазами, обладают субстратной специфичностью. Каждый транспортирует только определенное вещество. На внешней стороне цитоплазматической мембраны переносчик адсорбирует вещество, вступает с ним во временную связь и отдает на внутренней стороне ее транспортируемое вещество в цитоплазму.