Какие способы питания характерны для бактерий

Чем питаются бактерии

Источник: knife.media

Многие бактерии встречаются как внутри, так и снаружи организмов, включая человека. Бактерии также встречаются на поверхностях и в таких веществах, как вода, почва и пища, что делает их ключевыми участниками экосистем Земли. Хотя некоторые бактерии вредны для человека и могут вызывать инфекции, большинство из них безвредны. Для функционирования организма необходимы определенные виды бактерий, например, те, которые обитают в пищеварительной системе.

Существует множество видов бактерий. Их принято классифицировать как безвредные, полезные или патогенные (вредные). По данным Микробиологического общества, бактерии могут быть одноклеточными микроорганизмами, но могут также существовать в виде скоплений, цепочек и пар.

Технически существует пять классов бактерий, каждая из которых основана на их форме:

• палочковидные (бациллы);
• штопор (спирохеты);
• спираль (спириллы);
• запятая (вибрионы);
• шаровидная (кокки).

Бактерии также называют аэробными, анаэробными или факультативными анаэробами. Эти термины характеризуют их реакцию на кислород. В то время как аэробным бактериям для жизнедеятельности необходим кислород, анаэробные бактерии в отсутствие кислорода погибают. Факультативные анаэробы лучше всего функционируют при наличии кислорода, но не нуждаются в нем для выживания.

Виды питания

Бактериям необходимы энергия и питательные вещества для осуществления различных видов деятельности, таких как рост, размножение и метаболизм. Эта энергия получается в результате биосинтеза различных химических веществ и элементов, присутствующих в окружающей среде. Особенность бактерий в том, что они обладают высокой адаптивной способностью к изменениям в окружающей среде. Они могут переключаться между разными методами питания в зависимости от доступности ресурсов и условий.

У бактерий существует два типа питания:

Автотрофные бактерии

1. Автотрофные бактерии синтезируют собственную пищу из простых неорганических соединений.
2. Пища, синтезируемая автотрофными организмами, используется для их роста и метаболизма.
3. В этом процессе энергия получается либо из солнечного света, либо химическим путем при окислении некоторых неорганических веществ, таких как железо, сера, азотистые соединения и т.д.

В зависимости от способа использования энергии автотрофные бактерии подразделяются на два вида:

1. Фотосинтезирующие бактерии:

 

• эти бактерии имеют зеленый пигмент бактериохлорофилл, который улавливает солнечный свет;
• эти бактерии встречаются в верхнем слое прудов и озер;
• при бактериальном фотосинтезе не выделяется кислород; такой фотосинтез называется аноксигенным;
• водород поступает от вещества-донора — сероводорода, а побочным продуктом является сера, а не кислород.

Они также делятся на два типа:

1. Зеленые серобактерии. В бактериях этого типа фотосинтетическим пигментом является хлоробий хлорофилла, который использует сероводород в качестве донора водорода, а побочным продуктом является сера. Пример: Chlorobium.
2. Пурпурные серные бактерии. Фотосинтетическим пигментом в этом процессе является бактериохлорофилл, присутствующий в хроматофорах, а побочным продуктом — сера. Пример: палочковидные Chromatium.

2. Хемосинтезирующие бактерии:

 

• используют неорганическое сырье при отсутствии пигмента фотосинтеза;
• в этом процессе химическая энергия получается при окислении некоторых неорганических веществ, таких как аммиак, нитраты, железо, сероводород, а также некоторых металлических и неметаллических веществ;
• в этой реакции происходит разрыв химических связей, выделяется экзотермическая энергия, которая используется для синтетических процессов в клетке.

Они делятся на следующие типы:

i) Серные бактерии (Sulphomonas). Эти бактерии окисляют элементарную серу или H2S и выделяют серную кислоту или серу.
2S + 2H2O +3O2 ? 2H2O + 2S + энергия
Пример: Thiobacillus denitrificans
Или, 2H2S + 4O2 ? 2H2O + 2S + энергия
Пример: Beggiatoa

ii) Водородные бактерии (Hydromonas). В этом процессе молекулярный водород окисляется в воду.
2H2 + O2 ? 2H2O + Энергия
4H2 + CO2 ? 2H2O + CH4 + энергия
Пример: Hydrogenomonas, Pseudomonas.

iii) Железобактерии (Ferromonas). Они используют химическую энергию при окислении соединений железа в железосодержащие соединения.
4FeCO3 + 6H2O + O2 ? 4Fe (OH)3 + 4CO2 + энергия
Пример: Тиобациллы, Ферробациллы и т.д.

iv) Метановые бактерии (Methanomonas). Эти виды бактерий получают энергию за счет окисления метана; побочными продуктами являются вода и углекислый газ.

v) Нитрифицирующие бактерии (Nitrosomonas). Бактерии получают энергию за счет окисления соединений азота в нитраты.
2NO2 + O2 ? 2NO3 + энергия
Пример: Nitrobacter, Nitrosomonas.

vi) Углеродные бактерии. Эти виды бактерий окисляют CO в CO2.
2CO + O2 ? 2CO2 + энергия
Пример: Bacillus oligocarbophillous

Гетеротрофные бактерии

1. Эти виды бактерий не способны синтезировать собственную пищу. Поэтому они обитают там, где органическая пища легко доступна либо из живых организмов, либо из органических веществ.
2. У гетеротрофных бактерий нет пигмента, поэтому они не могут улавливать солнечную энергию.
3. Большинство патогенных бактерий человека, других растений и животных являются гетеротрофами.
4. Некоторые гетеротрофные бактерии имеют простые пищевые потребности, в то время как немногим бактериям для выживания требуются сложные пищевые потребности или специфические питательные вещества, например аминокислоты. Такие организмы называются привередливыми гетеротрофами.

Гетеротрофные бактерии бывают трех видов:

1. Сапрофитные бактерии:

 

• эти бактерии получают пищу, разлагая трупы, экскременты животных, отмершие растения и их части;
• они выделяют ферменты, расщепляющие сложные органические соединения до более простых продуктов;
• расщепление углеводов называется брожением, а расщепление белков — гниением;
• примерами этих видов бактерий являются Bacillus mycides, Acetobacter и др.

2. Паразитические бактерии:

 

• паразитические бактерии живут на других организмах и внутри них, получая питание от своего хозяина;
• некоторые паразитические бактерии вызывают заболевания и называются патогенными, другие не вызывают заболеваний, но вредят хозяину;
• пример: Vibrio cholerae, Diplococcus pneumoniae и т.д.

3. Симбиотические бактерии:

• симбиотические бактерии живут в тесной ассоциации с другими живыми организмами, так что они оба получают пользу друг от друга. Ни один из них не получает вреда;
• симбиотические бактерии фиксируют свободный атмосферный азот в азотистые соединения, которые используются растениями, а растения в свою очередь дают бактериям питательные вещества и защиту;
• примером симбиотических бактерий являются азотфиксирующие бактерии, например Ризобиум, живущие в корневых узлах бобовых растений.

Источники питательных веществ в бактериях

Для построения важных биомолекул (белков и нуклеиновых кислот), составляющих большинство клеточных компонентов, бактериям обязательно требуются макроэлементы (углерод, азот, водород, кислород, фосфор и сера).

1. Углерод — важнейший макроэлемент, составляющий значительную часть клетки. С его помощью строятся такие биомолекулы, как углеводы, белки, нуклеиновые кислоты, липиды и т.д.
2. Водород и кислород образуют многие органические соединения и входят в состав воды.
3. Азот необходим для построения белков и нуклеиновых кислот. Бактерии могут использовать атмосферный азот или другие неорганические формы.
4. Фосфор необходим для синтеза нуклеотидов и фосфолипидов.
5. Сера входит в состав аминокислот (таких как цистеин, метионин).
6. Кроме всего вышеперечисленного, для поддержания структуры и функционирования бактериальной клетки необходимы калий, магний, кальций и натрий.

Бактерии нуждаются в микроэлементах (таких как железо, бор, хром и марганец) в следовых или мизерных количествах для осуществления реакций цепи переноса электронов и других процессов.

1. Железо необходимо бактериям для функционирования цитохромов и протекания реакций переноса электронов.
2. Некоторые бактерии используют такие элементы, как бор, хром и марганец, в качестве основных кофакторов.

Источники энергии в бактериях

Бактерии получают энергию от прямого света и в результате окислительно-восстановительных реакций различных химических соединений, присутствующих в окружающей среде. В зависимости от источников энергии питание бактерий может быть автотрофным и гетеротрофным. Фототрофные бактерии обладают бактериохлорофилловыми пигментами для синтеза пищи, в то время как гетеротрофные бактерии получают пищу и энергию от другого хозяина.

Примеры

Цианобактерии, часто называемые сине-зелеными водорослями, — это вовсе не водоросли, а фототрофы. Они живут на поверхности озер, используя солнечную энергию для получения пищи.
Пневмококк — инфекция, вызываемая паразитическими бактериями, которые вызывают пневмонию у людей. Бактерия забирает питательные вещества у своего хозяина и вызывает заболевание.
Ризобиум — вид симбиотических бактерий, живущих в корнях бобовых растений. Эта бактерия расщепляет азот для использования растением и получает от него питательные вещества и защиту.