Структурная организация и метаболизм бактерий

Микробиология – наука, изучающая микроорганизмы: бактерии, микроскопические водоросли, микроскопические грибы, простейшие животные. Бактерии и цианобактерии – прокариоты. Грибы, водоросли (зеленые, желто-зеленые и диатомовые), простейшие – эукариоты. Почвенные микроорганизмы, являясь участниками биологического круговорота веществ, обеспечивают наличие в почве доступных для растений минеральных элементов.

В жизни растений большая роль принадлежит прокариотам – бактериям и цианобактериям. Особенностью прокариот является многообразие путей обеспечения себя энергией и веществом, т. е. типов питания. Для характеристики типов питания используются одновременно три критерия: источник углерода, источник энергии и донор электронов (водорода). Существуют четыре основных типа питания прокариот (таблица).

Основные типы питания прокариот

Типы питания	Источник углерода	Источник энергии	Донор электронов	Представители прокариот
Фотолитоавтотрофы	CO2	Свет	Н2О Неорганические соединения (H2S, S, Na2S2O3, H2)	Цианобактерии Зеленые, серые, пурпурные бактерии
Фотоорганоавтотрофы	CO2 и органические соединения	Свет	Органические соединения (спирты, органические кислоты и др.)	Некоторые пурпурные бактерии
Хемолитоавтотрофы	CO2	Реакции окисления неорганических веществ	Неорганические соединения (H2, H2S, NH3, Fe^2+и др.)	Нитрифицирующие, трионовые, водородные бактерии; ацидофильные железобактерии
Хемоорганогетеротрофы	Органические соединения	Реакции окисления органических веществ	Органические соединения	Большинство бакте-рий (аммонификаторы, азотофиксаторы, пиктиноразрушающие, клетчаткоразрушающие, молочнокислые, уксуснокислые и др.)

Энергию для жизнедеятельности прокариоты получают, осуществляя процессы аэробного и анаэробного дыхания, а так же брожения. Аэробное дыхание бактерий протекает также как и дыхание растений. Анаэробное дыхание по своему механизму аналогично аэробному и отличается от него тем, что акцептором водорода является не кислород, а неорганические соединения. В зависимости от используемых неорганических акцепторов водорода различают виды анаэробного дыхания: нитратное (бактерии-денитрификаторы), сульфатное (сульфатвосстанавливающие бактерии), карбонатное (метанообразующие бактерии) и др.

При брожении происходит частичное окисление питательного субстрата, а акцептором водорода являются продукты брожения, которые при этом восстанавливаются. В итоге брожение – это не окисление, а распад сложных органических веществ на более простые органические и неорганические. В связи с этим выход энергии при брожении значительно меньше, чем при дыхании. Брожение связано с дыханием – общим этапом для этих процессов является гликолиз.

Схема спиртового брожения приведена на рис. 2.4.

 

АТФ НАДФН₂

Пировиноградная кислота

Этиловый спирт

Уксусный альдегид

Гликолиз

 

АДФ

НАД⁺

 

Рис. 2.4. Схема спиртового брожения

 

При самостоятельном изучении материала данного раздела следует усвоить классификацию прокариот по форме клеток, особенности их строения, роста и размножения. Необходимо уяснить сущность основных типов питания, способов получения энергии для жизнедеятельности, представителей прокариот по типам питания и способам получения энергии.