Химический состав бактерий и обмен веществ

Бактерии, как и все другие клетки на 75 — 85% состоят из воды. Остальную часть составляют органические и минеральные вещества.

Ферменты

Все биохимические процессы в бактериальной клетке протекают при помощи ферментов — биологических катализаторов химических реакций в живой системе. В небелковую (простетическую) группу ферментов входят медь, железо, кобальт и цинк. У некоторых бактерий — витамины и их производные. Их действие направлено только на одно вещество. Ферменты специфичны для каждого вида бактерий. По наличию определенных ферментов проводится идентификация микроорганизмов.

· Ферменты бактериальной клетки состоят из 2-х частей — белковой и небелковой (простетической). Белковая часть состоит из простых белков. В небелковую часть входят такие микроэлементы, как железо, медь, кобальт, цинк, витамины и их производные.

· В зависимости от вида катализирующих особенностей ферменты подразделяются на 6 групп: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы.

· Лигазы и рестриктазы широко применяются в биотехнологии (генетическая инженерия, фармацевтическая, легкая и пищевая промышленность).

· Ферменты в бактериальной клетке распределены не хаотично, а строго упорядоченно.

· Ферменты, отвечающие за энергетический обмен и транспортировку питательных веществ, находятся в цитоплазме клеток.

· Ферменты, принимающие участие в белковом синтезе, имеют связь с рибосомами. Ряд ферментов находятся в цитоплазме хаотично.

· Эндоферменты функционируют внутри бактериальной клетки. Они ускоряют реакции биосинтеза и катаболизма. Экзоферменты выделяются клеткой наружу, где происходит расщепление питательных веществ на более простые.

· Гидролитические ферменты участвуют в расщеплении макромолекул. Субстратом для них служат различные сахара.

· Протеолитические ферменты расщепляют белки.

· Патогенные бактерии выделяют ферменты, разрушающие ткани организма человека, животного или растений. Например, стафилококки выделяют плазмокоагулазу — главного фактора патогенности микроба.

Вода

Вода — основа цитоплазмы клетки. В ней протекает множество биохимических реакций, растворяются вещества, поступающие в клетку, удаляются продукты обмена. Небольшая часть воды связана с клеточными структурами. Потеря воды более 50% необходимого для жизнедеятельности бактерий количества приводит к их гибели.

Органические вещества

В бактериальной клетке находится от 6 до 14% белков, 1 — 4% жиров, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Белки

 Основа любой клетки. В бактериальных клетках они являются основой цитоплазмы. Их много в оболочке клетки. Они входят в состав некоторых клеточных структур, в том числе ферментов — катализаторов обменных реакций. Тысячи белковых молекул уложены вдоль молекулы ДНК.

Жиры

Липиды (жиры) — энергетический материал бактериальной клетки. Липопротеиды, в состав которых жиры, составляют основу цитоплазматической мембраны. В цитоплазме они находятся в виде гранул и составляют энергетический запас клетки.

Углеводы

Углеводы находятся в цитоплазме, оболочках и капсуле бактерии и представлены сложными углеводами. Углеводы в клетке находятся в виде полисахаридов — крахмала, декстрина, гликогена и клетчатки. Как и жиры, углеводы в виде гликогена откладываются в цитоплазме и представляют собой запас энергетического материала.

Минеральные вещества

Катализаторами обмена веществ внутри бактериальной клетки являются ферменты. В небелковую (простетическую) группу ферментов входят медь, железо, кобальт и цинк. У некоторых бактерий — витамины и их производные. Минеральные вещества в виде фосфора, натрия, магния, хлора и серы входят в состав белков. Они принимают участие в обмене веществ и поддерживают нормальное внутриклеточное осмотическое давление.

Витамины

Витамины входят в небелковую (простетическую) группу ферментов бактерий. Некоторые бактерии сами синтезируют витамины В2 или В12. При участии бифидо-, лакто-, энтеробактерий и кишечной палочки синтезируются витамины К, С, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.

Пигменты бактерий

Почти все бактерии в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают пигменты.

· Пигмент располагается между клетками и имеет вид зернышек у Bacteriumprodigiosum и Staphylococcusaureus.

· У Bacteriumviolaceum пигмент расположен в оболочке.

· Bacteriumpyocyaneum выделяет пигмент в окружающую среду.

Некоторые бактерии растворимы в воде и окрашивают питательную среду. Пигменты стафилококка и сарцин (желтые пигменты) растворимы в спирту, но не растворяются в воде. Не растворяются ни в спирту, ни в воде, пигменты бурого и черного цветов дрожжей и плесени.

Пигменты образуются в условиях присутствия кислорода. Они имеют самые разнообразные цвета. Их физиологическая роль учеными до конца не установлена.

В настоящее время широко изучается химический состав и природа пигментов, которые синтезируют бактерии. Пигменты являются биологически активными веществами — антибиотиками, фитонцидами, стимуляторами роста. Пигменты вместе с другими факторами являются инструментом при их систематике. Русские ученые впервые установили связь между пигментами бактерий и их физиологическими функциями.

Рис. 30. На фото слева направо: бактерия Моргана, синегнойная палочка, неинокулированный контроль, ПротеусМирабилис и кишечная палочка, выращенные на среде Клиглера (содержит цитрат железа).

 

Питание бактерий

Питательные вещества через клеточную стенку путем диффузии проходят внутрь бактерии, а продукты обмена (метаболизма) наружу. Факторы, влияющие на поступление питательных веществ в бактериальную клетку:

· концентрация вещества,

· величина молекул,

· рН среды,

· проницаемость мембран и др.