Химический состав клетки бактерий

В состав любого организма входят все известные химические элементы и их изотопы. По количественному содержанию они делятся на макро-, микро — и ультрамикроэлементы. Давно известно, что 99% массы (веса) растений, животных и человека составляют 10 химических элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо. Их называют макроэлементами. На долю остальных химических элементов приходится около 1%, поэтому их называют микро — и ультрамикроэлементами. К ним относятся молибден, медь, бор, йод, кобальт и д.р. трофия бактерия клетка микроорганизм В жизни организмов отдельные питательные макро-, микро — и ультрамикроэлементы не заменяют один другого и каждый из них выполняет определенную физиологическую роль. Так, углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера входят в состав важнейших органических соединений, поэтому их обычно называют органогенными элементами. Из них построены белки, жиры, углеводы, витамины, гормоны и др.

По химическому составу бактерии не отличаются от клеток других организмов. Бактериальная клетка содержит 80% воды и 20% сухого остатка. Около 90% сухого остатка бактерии составляют высокомолекулярные соединения: нуклеиновые кислоты (10%), белки (40%), полисахариды (15%), пептидогликон (10%) и липиды (15%); остальные 10% приходятся на моносахара, аминокислоты, азотистые основания, неорганические соли и другие низкомолекулярные соединения. Вода — основной компонент бактериальной клетки. Она находится в свободном или связанном состоянии со структурными элементами клетки. В спорах количество воды уменьшается до 18—20%. Вода является растворителем для многих веществ, а также выполняет механическую роль в обеспечении тургора. При плазмолизе — потере клеткой воды в гипертоническом растворе — происходит отслоение протоплазмы от клеточной оболочки. Удаление воды из клетки, высушивание приостанавливают процессы метаболизма. Большинство микроорганизмов хорошо переносят высушивание. При недостатке воды микроорганизмы не размножаются. Высушивание в вакууме из замороженного состояния (лиофилязация) прекращает размножение и способствует длительному сохранению микробных особей.

Белки (40—80% сухой массы) определяют важнейшие биологические свойства бактерий и состоят обычно из сочетаний 20 аминокислот. В состав бактерий входит диаминопимелиновая кислота, отсутствующая в клетках человека и животных. Бактерии содержат более 2000 различных белков, находящихся в структурных компонентах и участвующих в процессах метаболизма. Большая часть белков обладает ферментативной активностью. Белки бактериальной клетки обусловливают антигенность и иммуногенность, вирулентность, видовую принадлежность бактерий.

Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные нуклеиновым кислотам эукариотических клеток: молекула ДНК в виде хромосомы отвечает за наследственность, рибонуклеиновые кислоты (информационная, или матричная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка.

Углеводы бактерий представлены простыми веществами (монои дисахариды) и комплексными соединениями. Полисахариды часто входят в состав капсул. Некоторые внутриклеточные полисахариды (крахмал, гликоген и др.) являются запасными питательными веществами.

Липиды в основном входят в состав цитоплазматической мембраны и ее производных, а также клеточной стенки бактерий, например наружной мембраны, где, кроме биомолекулярного слоя липидов, имеется ЛПС. Липиды могут выполнять в цитоплазме роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фосфолипидами, жирными кислотами и глицеридами. Наибольшее количество липидов (до 40%) содержат микобактерии туберкулеза.

Минеральные вещества бактерий обнаруживают в золе после сжигания клеток. В большом количестве выявляются фосфор, калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.). Они участвуют в регуляции осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала, активируют ферменты, входят в состав ферментов, витаминов и структурных компонентов микробной клетки.

Потребность организмов в микро — и ультрамикроэлементах невелика, но их физиологическая роль равноценна роли макроэлементов. Она заключается в непосредственной связи микроэлементов с ферментами, витаминами и гормонами. Каждый микроэлемент оказывает специфическое действие на жизненные процессы. Например, при отсутствии или недостатке молибдена прекращается синтез белка у растений и животных, а также усвоение молекулярного азота воздуха почвенными микроорганизмами. При недостатке бора растения также резко отстают в росте.

Медь и марганец входят в состав некоторых окислительных ферментов и витаминов, и при их отсутствии организмы погибают. Цинк также необходим всем организмам.

В жизни живых организмов большую роль играют элементы группы редких земель. Содержание их в почве от 0,010 до 0.024%. Из почвы они усваиваются растениями, а из них попадают в организмы человека и животных.

В состав всех природных тел и организмов входят естественно радиоактивные элементы. В земной коре содержится около 2.4% калия и по 0,001% радиоактивных элементов: урана, тория, самария и рубидия. Радий содержится в количестве 0,01%. Эти элементы из почвы, атмосферы и природных вод усваиваются растениями, затем попадают в организмы человека и животных. В малых количествах они необходимы для жизни в такой же степени, как и другие микроэлементы. Недостаток их вызывает понижение жизнедеятельности и заболевания, как и при недостатке микроэлементов.

Микроорганизмы почвы обычно накапливают в клетках значительно большее количество естественно радиоактивных элементов, но сравнению с обычным содержанием их во внешней среде.

Вегетативные клетки микроорганизмов содержат до 85% воды. В зависимости от условий внешней среды содержание свободной воды в клетках может меняться. При этом потеря воды влечет за собой высыхание клетки и некоторые изменения обмена веществ. Потеря поды нарушает клеточные структуры и вызывает смерть клетки.

Сухое вещество тела микроорганизмов состоит в основном из органических соединений — белков, углеводов, жиров и др. Минеральные вещества составляют не более 15% от массы (веса) сухих веществ. В живой клетке значительная часть зольных элементов химически связана с органическими веществами и входит в их состав.

Среди органических веществ клетки на долю белков у бактерий приходится 50—80% от массы (веса) сухих веществ, у дрожжей 40—60% и у грибов 15—40%. Важнейшая роль в жизни микроорганизма принадлежит белкам, которые имеют в основном такое же строение, как и белки высших растений и животных.

Некоторые белки входят в состав ферментов. Особое место занимают нуклеопротеиды, в состав которых входят, кроме белка, также и нуклеиновые кислоты.

Богатство микроорганизмов белками широко используется для получения белковых продуктов из непищевого сырья.