Для микроорганизмов, как и для других живых существ, характерно активное приспособление к среде обитания, что объясняется их многовековой эволюционной адаптацией к ней. В основе адаптации лежит исключительно четкая специализация и многообразие физиологических процессов, обеспечивающих биологическое процветание этой группы живых существ.

Главные функции — питание, дыхание, рост, размножение и др. осуществляются при помощи постоянного процесса обмена веществ между микроорганизмами и окружающей средой и характеризуются высокой интенсивностью.

Физиолого-биохимические особенности микроорганизмов положены в основу их систематики и важны для понимания механизмов патогенеза, для проведения лечения и профилактики инфекционных заболеваний человека; они учитываются при микробиологической диагностике, дифференцировке и идентификации возбудителей болезней.

Разработка биотехнологических процессов производства лечебно-профилактических препаратов, антибиотиков, ферментов и др. биологически активных продуктов невозможна без глубокого понимания физиологических и биохимических особенностей микроорганизмов различных групп. Все процессы жизнеобеспечения, протекающие в микробных клетках, определяются их химическим составом и детерминируются сложными структурами, обеспечивающими саморегуляцию на молекулярном и клеточном уровнях.

Важнейшими химическими элементами, содержащимися в клетке бактерий, являются углерод (50% сухого вещества клетки), кислород (20%), азот (14%) и водород (8%). Это органогенные биоэлементы — основные компоненты органических соединений клеточного материала. Их содержание достигает 90-97% сухого вещества бактерий. Затем по количественному составу следуют зольные (минеральные) элементы — сера, фосфор, калий, магний, кальций, железо, натрий. На их долю приходится 3-10% сухого вещества клетки. Органогенные и зольные элементы содержатся в клетках в значительном количестве, поэтому их еще называют макроэлементами. Они являются компонентами аминокислот, белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Ионы металлов играют роль кофакторов ферментов и входят в состав металлокомплексов.

Помимо этих макроэлементов в клетках микроорганизмов имеется и ряд других элементов, но в микромолярных количествах. Это ионы таких металлов, как цинк, марганец, молибден, селен, медь, вольфрам, никель, хром, кобальт, ванадий. Указанные микроэлементы входят в состав ферментов, витаминов и кофакторов. Их функции в метаболизме микроорганизмов представлены в таблице ниже.

Так, например, кобальт является компонентом витамина В₁₂, медь входит в состав цитохромоксидазы; марганец активирует ферменты, катализирующие перенос фосфатных групп; молибден входит в состав нитрогеназы и нитратредуктазы; никель является компонентом уреазы, гидрогеназы; цинк входит в состав ДНК-и РНК-полимераз и т.д.

Микробная клетка содержит большое количество воды — до 80-90% веса клетки. Она является составной частью клеточных структур и находится в связанном (с белками, углеводами и др.) либо в свободном состоянии. Вода — универсальная дисперсная среда для коллоидов и растворитель для органических и минеральных соединений. Процессы ассимиляции и диссимиляции, роста и размножения невозможны вне водной среды.

Белки составляют 40-80% сухой массы бактерий. Большую часть составляют сложные белки — нуклеопротеиды, хромопротеиды, липо- или гликопротеиды. Бактерии могут содержать до 2000 различных белков. Количественное и качественное разнообразие белковых соединений придает бактериям видовую специфичность, определяет способность к окрашиванию, обеспечивает вирулентность, токсигенность, антигенные и иммуногенные свойства. Большинство белков выполняет ферментативные функции (о них более подробно ниже).

Нуклеиновые кислоты обеспечивают наследственные функции, развитие, изменчивость бактерий (ДНК) и ответственны за биосинтез клеточных белков (РНК). Их содержание достигает 10-30% от веса сухой бактериальной клетки.

Углеводы (12*18% веса) представлены простыми (моно- или дисахариды), участвующими в обменных процессах клетки, или макромолекулярными комплексными соединениями. Последние входят в структуру клетки, клеточных оболочек и капсул, служат основным источником энергии и используются для синтеза белков и липидов, обеспечивают антигенную специфичность (Vi-антиген, К-антиген). Часто откладываются в виде запасных питательных веществ.

Липиды (1,5-40% веса) являются необходимыми компонентами цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, входят в состав некоторых токсинов. Липиды бактерий представлены свободными жирными кислотами, нейтральными жирами и фосфолипидами.

Нейтральные жиры состоят из пальмитиновой и в меньшем количестве масляной, капроновой, лауриновой, линолевой и линоленовой кислот. У микобактерий туберкулеза обнаружены туберкулостеариновая и фтионовая кислоты, а-миколевая кислота (корд-фактор), которые обеспечивают их вирулентность. Нейтральные жиры обнаружены у возбудителей дифтерии, проказы, лептоспироза и др.

Фосфолипиды у большинства бактерий находятся в комплексном соединении с сахарами, аминокислотами и протеинами. У грамотрицательных бактерий они составляют 22% состава клеточной стенки, цементируют ее протеины и входят в состав эндотоксинов.

- Читать далее "Типы и механизмы питания микроорганизмов"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 16.05.2019