Типы питания микроорганизмов

Типы питания микроорганизмов

- автотрофный (от греч. auto- сам, trophic – питающийся), характерный для растений;

- гетеротрофный (от греч. hetero- другой), характерный для животных.

Микроорганизмы в отличие от растений и животных характеризуются многообразием типов питания. В соответствии с новой классификацией микроорганизмы по типу питания разделяют на несколько групп в зависимости от источников углерода, энергии и донора электронов.

В зависимости от источника энергии выделяют фототрофов, использующих энергию солнечного света, и хемотрофов, энергетическим материалом для которых служат разнообразные органические и неорганические вещества.

В зависимости от источника углерода, их подразделяют на автотрофов, использующих в качестве единственного источника углерода СО₂, и гетеротрофов, получающих углерод из готовых органических соединений.

В зависимости от природы окисляемого субстрата, называемого донором электронов (Н-донором), выделяют органотрофов, окисляющих органические вещества, и литотрофов (от греч. litоs – минерал, камень), окисляющих неорганические вещества.

Таким образом, выделяют восемь возможных типов питания (таблица 3).

Таблица 3

Возможные типы питания микроорганизмов (по Е.Н. Кондратьевой)

Это тип питания, характерный для микроорганизмов, использующих энергию света для синтеза веществ клетки из СО₂ и окисляющих при фотосинтезе неорганические соединения (Н₂О, Н₂S, S). К данной группе относятся цианобактерии, пурпурные серные бактерии и зеленые серные бактерии.

Цианобактерии, как и растения, восстанавливают СО₂ до органического вещества, используя в качестве донора электронов воду:

Пурпурные серные бактерии содержат бактериохлорофиллы a и b, обусловливающие способность данных микроорганизмов к фотосинтезу, и различные каротиноидные пигменты (передают энергию поглощаемого света бактериохлорофиллу). Донором электронов служит Н₂S.

Зеленые серные бактерии содержат зеленые бактериохлорофиллы c, d, в небольшом количестве бактериохлорофилл а, различные каротиноиды. В процессе фотосинтеза окисляют сероводород, сульфид, сульфит, тиосульфат, серу в большинстве случаев до SO₄^2- .

Это тип питания, характерный для микроорганизмов, которые получают энергию в процессе фотосинтеза, а в качестве доноров электронов используют простые органические соединения: органические кислоты, спирты. Такой тип питания характерен для несерных пурпурных бактерий. На свету они могут развиваться в строго анаэробных условиях. Донором водорода служат органические соединения, на свету акцептором водорода является углекислота. Вначале происходит окисление органического вещества путем дегидрирования, затем водород переносится на молекулы углекислоты:

Их развитие может происходить и в темноте. Однако акцептором водорода в аэробных условиях является кислород, в анаэробных – сера.

Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих энергию при окислении неорганических соединений, таких, как Н₂, NH₄⁺, NO₂^-, Fe²⁺, H₂S, S, SO₃^2- и др. Углерод для построения всех компонентов клеток они получают из СО2. В отличие от фотосинтеза, где используется энергия света, в этом процессе используется химическая энергия. Такой тип питания называется хемосинтезом.

Явление хемосинтеза у микроорганизмов было открыто в 1887-1890 гг. русским микробиологом С.Н.Виноградским.

Хемолитотрофами являются нитрифицирующие бактерии (окисляют аммиак или нитриты), серные бактерии (окисляют сероводород, серу), водородные бактерии (окисляют водород до воды), железобактерии (окисляют Fe²⁺).

Примеры:

Образующаяся в результате реакции свободная сера накапливается в цитоплазме серобактерий. Если сероводорода недостает, то происходит окисление свободной серы в цитоплазме с дальнейшим освобождением энергии:

Энергия, выделяющаяся в результате окислительных реакций, используется хемолитотрофами для восстановления углекислоты. Однако на восстановление 1 молекулы СО₂ требуется значительно больше энергии, чем ее выделяется при окислении молекулы аммиака или сероводорода. Поэтому микроорганизмам необходимо перерабатывать очень большое количество веществ, по сравнению с тем количеством органического вещества, которое они синтезируют (например, нитрифицирующие бактерии окисляют до 35 молекул аммиака на одну молекулу восстановленной углекислоты).

Хемолитотрофы являются важнейшими геохимическими агентами. С их деятельностью в природе связано образование и разрушение полезных ископаемых, они осуществляют важнейшие этапы круговорота минеральных элементов. Кроме того, многие из хемосинтезирующих бактерий имеют народнохозяйственное значение: серные бактерии участвуют в очистке сточных вод, содержащих соединения серы; нитрифицирующие бактерии задерживают в почве азот аммиака, выделяющегося при гниении.

4. Хемоорганотрофия.

Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих необходимую энергию и углерод из органических соединений. Это самая разнообразная и весьма многочисленная группа микроорганизмов. Они широко распространены в природе и играют огромную роль в разложении органических веществ. В качестве источников углерода хемоорганотрофы используют готовые органические соединения самой различной химической структуры. Наиболее подходящими являются соединения, содержащие альдегидные и кетонные группы, а также насыщенные связи.

Среди хемоорганотрофов выделяют сапротрофов, живущих за счет разложения мертвых органических веществ, и паразитов, питающихся в тканях живых организмов.

В живом мире наиболее широко распространены два типа питания – фотолитотрофия и хемоорганотрофия. Первый тип питания характерен для высших растений, водорослей и ряда бактерий, второй – для животных, грибов и многих микроорганизмов. Остальные типы питания встречаются у отдельных групп бактерий, живущих в специфичных условиях среды.

Однако установлена способность многих микроорганизмов переходить с одного типа питания на другой. Например, водородокисляющие бактерии при наличии кислорода на средах с углеводами способны переключаться с хемолитотрофии на хемоорганотрофию.

Выделяют группу микроорганизмов миксотрофов, которые одновременно используют различные возможности питания (например, окисляют органические и минеральные соединения).