ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

6. РІСТ МІКРООРГАНІЗМІВ

6.3. ЖИВЛЕННЯ МІКРООРГАНІЗМІВ

6.3.1. Головні та мінорні біоелементи

Тільки невелика кількість елементів періодичної системи потрібна мікроорганізмам у відносно високих концентраціях (≥104 М). Це десять головних біологічних елементів, наведених у табл. 6.2.

Таблиця 6.2

Десять головних біоелементів, їх джерела і деякі функції

Елемент

Джерело

Функції в метаболізмі

С

Органічні сполуки СО2

Основні компоненти клітинного матеріалу

О

О2, Η2Ο. органічні сполуки, СО2

Те саме

Н

Н2, Н, органічні сполуки

-

N

NH2, NO2, N2, органічні сполуки

-

S

SO42. HS . S2. S4O22 органічні сполуки сірки

Компонент цистеїну, метионіну. тиамінпірофосфату, моферменту А. біотину та α-ліпоєвої кислоти

Р

НРО42

Компонент нуклеїнових кислот, фосфоліпідів та нуклеотидів

к

K

Основний неорганічний катіон у клітині,. кофактор деяких ферментів

Mg

Mg2+

Кофактор ферментів (наприклад, кіназ), присутній у клітинних стінках, мембранах та ефірах фосфорної кислоти

Са

Са2+·

Кофактор ферментів, входить до складу екзоферментів (амілаз, протеаз). Са2 - дипіколінат є важливим компонентом ендоспор

Fe

Fe2- ,. Fe2+

Міститься в цитохромах, фередоксинах, інших залізосіркопротеїдах, кофактор ферментів

Крім десяти головних біоелементів. мікроорганізмам необхідні мінорні біоелементи (табл. 6.3). У табл. 6.2 і 6.3 зазначено джерела цих елементів, а також їх функції а метаболізмі.

Поживні середовища, на яких вирощують мікроорганізми, повинні відповідати таким мінімальним вимогам: в них повинні бути присутні всі елементи, з яких будується клітина, причому в такій формі, в якій мікроорганізми здатні їх засвоювати.

У природі більшість біологічних елементів міститься у вигляді солей, мікроорганізми поглинають їх у вигляді катіоніа та аніонів. Велика різноманітність сполук, які використовуються мікроорганізмами, спостерігається тільки щодо перших п'яти елементів (сірка, азот, кисень, водень, вуглець).

Тик, сірка, як правило, споживається у вигляді сульфатів. відновлюється до сульфіду і потім використовується в біосинтетичних процесах. Проте певні групи бактерій потребують відновлених сполук сірки. Так, деякі метаноутворювальні бактерії ростуть тільки в присутності сірководню. Тіобацили і деякі фототрофні бактерії використовують сульфіди, елементну сірку або тіосульфат як донор електронів.

Азот необхідний у великих кількостях, оскільки в клітинах його міститься близько 10 %. У природі азот зустрічається у вигляді аміаку, нітрату, нітриту, азотвмісних органічних сполук та молекулярного азоту. Кращим джерелом азоту для мікроорганізмів є аміак, який може споживатися практично всіма організмами. Нітрат спочатку відновлюється до аміаку і тільки після цього використовується в біосинтетичних процесах.

Таблиця 6.3

Мінорні біоелементи, їх джерела і функції в клітині

Елемент

Джерело

Функції в обміні речовин

Zn

Zn2+

Міститься в ферментах (алкогольдегідрогеназа, лужна фосфатаза, альдолаза, РНК та ДНК-полімераза)

Мn

Μn2+

Містяться в бактеріальній пероксиддисмутазі, кофактор ферментів

Na

Na-

Необхідні галофільним бактеріям

СІ

Cl-

 

Мо

MoO42

Міститься в ферментах (нітратредуктаза, нітрогеназа, форміатдегідрогеназа)

Se

SeO32

Міститься в ферментах (гліцинредуктаза, форміатдегідрогеназа)

Co

Co2+

Міститься в коферменті вітамін-В12-ферментіІв (глутаматмутаза, метилмалоніл-КоА-мутаза)

Cu

Cu2+

Міститься в цитохромоксидазах та оксигеназах

W

WO42

Міститься в деяких форміатдегідрогеназах

Nl

Nl2+

Міститься в уреазі, необхідний для автотрофного росту водневих бактерій

Нітрит є продуктом нітрат-нітритного дихання і метаболічної активності бактерій Ntiroeomcnas і близьких родів. Нітрит, крім того, може окис назватись до нітрату бактеріями Nіtrobacter. Ряд бактерій здатні фіксувати молекулярний азот і відновлювати його до аміаку. Ця здатність виявлена тільки у прокаріот. I, нарешті, багато які мікроорганізми як джерело азоту використовують органічні сполуки.

Вуглець, водень і кисень можуть споживатися мікроорганізмами у формі органічних та неорганічних сполук (СО2, Н2, Н2S, NН2, О2, NO2, SО42). Слід зазначити, що жодна з органічних сполук, що утворюються в результаті життєдіяльності різних організмів, на Землі не накопичується. Важливу роль у їх розкладі відіграють мікроорганізми. Велика різноманітність процесів життєдіяльності мікроорганізмів привела до формулювання так званої «доктрини катаболічної безвідмовності мікроорганізмів», згідно з якою будь-яка сполука вуглецю, що є в природі, використовується яким-небудь мікроорганізмом.

Метаболізм (обмін) сполук, шо містять вуглець, водень чи кисень, має велике значення не тільки тому, що ці сіє менти «важливими компонентами клітини, в й тому, що ці сполуки є субстратами для одержання мікроорганізмами енергії.