Типы углеродного питания у микроорганизмов. Хемосинтез и фотосинтез у бактерий.

Бактерии, использующие для построения своих клетокСО₂ называют автотрофами, а - из органических соединений гетеротрофами, использующие в качестве донора электронов или водорода неорганические соединения - литотрофами (от греч. lithos -камень), а органические - органотрофами.

По источнику энергии различают фототрофы (использующие энергию света) и хемотрофы, использующие химическую энергию.

Если бактерии способны синтезировать все необходимые для жизнедеятельности вещества – их называют прототрофами, если же они нуждаются в дополнительных веществах (факторах роста), - ауксотрофами..

Основными факторами роста для труднокультивируемых бактерий являются пуриновые и пиримидиновые основания, витамины, некоторые (обычно незаменимые) аминокислоты, кровяные факторы (гемин) и др.

 

 

С
СО2 (литотрофы)	С-органический (органоторофы)
Фотолитотрофы (источник энергии свет)	Хемолитотрофы (АТФ за счет реакции окисления неорганических веществ)	Фотоорганотрофы (в основном факультативные)	Хемоорганотрофы (АТФ за счет катаболизма органических веществ)
Chlorobium (зел.серн.б.) Chromatium (пурп.серн.б.) Цианобактерии Архебактерии (некоторые – экстрем. галофилы)	Нитрификаторы Серобактерии Железобактерии Фосфоробактерии Водородные бактерии	Rhodospirillum Rhodopseudomonas (несерные пурп.б.)	Вирусы Риккетсии Микоплазмы Бактерии Актиномицеты Грибы
	Паразиты (паратрофы)	Сапрофиты (метатрофы)
Облигатные(вирусы, риккетсии, микоплазмы)	Факультативные(возбудители болезней, растущие на искусств. питательных средах)

 

По способу азотного питания бактерии подразделяют (Н.Д.Иерусалимский) на аминоавтотрофы, способные усваивать атмосферный или минеральный азот и аминогетеротрофы, которые нуждаются в готовых органических азотистых соединениях (аминокислотах, основаниях, витаминах).

У цианобактерий фотосинтез идет так же, как у растений и водорослей с выделением О₂. Для пурпурных и зеленых бактерий для восстановления СО₂ донором электронов является не водород Н₂О, а водород из Н₂S.

При этом зеленые серобактерии окисляют Н₂S до S₂:

энергия света

2H₂S + CO₂ 2(СH₂O)_n + H₂O + S₂ ,

а пурпурныеокисляют Н₂S до H₂SO₄:

энергия света

H₂S + 2H₂O + 2CO₂ 2(СH₂O)_n + H₂SO₄.

Русским ученым С.Н.Виноградским в 1880-1890 гг. было обнаружено, что некоторые грамотрицательные бактерии для своего роста используют энергию, получаемую за счет окисления неорганических соединений. Процесс был назван хемосинтезом, а микрорганизмы – хемоавтотрофами (хемолитотрофами).

К хемолитотрофам относятся открытые С.Н.Виноградским нитрифицирующие бактерии, которые окисляют аммиак (NH₃) до азотистой, а затем до азотной кислоты. В обеих стадиях окисления выделяется энергия, которая используется бактериями для хемосинтеза (ассимиляции СО₂ и восстановления ее до глюкозы или других углеводов).

Водородные бактерии и бактерии метанового брожения встречаются в преджелудках жвачных животных, в водоемах, где происходит разложение органических веществ с образованием Н₂, СО₂ и др. соединений.

Водородные бактерии осуществляют следующую реакцию:

6Н₂ + 2О₂ + СО₂ = (СH₂O)_n + 5 H₂O

Они являются факультативными хемоорганотрофами и способны расти на средах, содержащих органические вещества. Некоторые строго анаэробные метанообразующие бактерии осуществляют хемосинтез по реакции:

4 Н₂ + СО₂ = СН₄ + 2Н₂О

В мировой практике этот процесс используется для получения метана из органических отходов, в том числе и навоза. В Японии при переработке отходов получают до 4,5 млрд. м³ метана в год.