Введення
Мікробіологія у своєму розвитку найчастіше спирається на хімічну та біохімічну основи. Перед культивуванням і вивченням мікроорганізмів необхідно встановити тип і особливості харчування даного виду, його потреби в джерелах біогенних елементів. Кожен вид мікроорганізмів має свої потреби у поживних речовинах, отже, і особливий склад поживних середовищ для культивування, свою екологічну нішу в природі.
Прокаріоти - це надцарство організмів, які мають свої особливості. Клітини прокаріотів не мають оформленого ядра та інших внутрішніх мембранних органел. До прокаріотів відносять архебактерію і еубактерііє. Вони різні за місцем проживання, і особливостям метаболізму.
Метою даної роботи є вивчення потреб прокаріот в поживних речовинах. Основні завдання полягають у розгляді різноманітності джерел живлення прокаріот, аналізі зв'язку між харчуванням і метаболізмом, визначення факторів найбільшою продуктивності та росту, вивчення універсальних і спеціальних середовищ.
Об'єктом вивчення є різні неорганічні і органічні речовини, які можуть служити джерелом живлення для прокаріотів. Так, в даній роботі будуть розглянуті джерела основних біогенних хімічних елементів, які потрібні для побудови і функціонування клітини прокаріотів.
Знання про потреби в поживних речовинах прокаріот використовується на біотехнологічних виробництвах, в наукових лабораторіях. За допомогою таких знань можна знайти найдешевші джерела живлення, і таким чином, здешевити мікробіологічне виробництво, а також досягти максимальної продуктивності.
1. Джерела вуглецю
Всі з'єднання, з яких побудовані живі організми - це сполуки вуглецю. Углероду належить основна роль у конструктивному метаболізмі. Прокаріоти здатні впливати на будь вуглецеве з'єднання, тобто використовувати його у своєму в своєму метаболізмі. Залежно від джерела вуглецю всі прокаріоти діляться на дві групи: автотрофи, до яких належать організми, здатні синтезувати всі компоненти клітини з вуглекислоти або інших неорганічних сполук, і гетеротрофи, джерелом вуглецю для конструктивного метаболізму яких служать органічні сполуки. Слід зазначити, що в світі бактерій не існує різкої межі між авто- і гетеротрофних організмами [1, 2, 3].
1.1 Неорганічні сполуки вуглецю
До найпоширеніших неорганічним сполукам вуглецю відносять СО 2 і СО, а також вуглекислоту і солі вуглекислоти - карбонати [4].
Вуглекислий газ в якості субстрату використовують хемолітотрофамі і фототрофи.
хемолітотрофамі в якості єдиного джерела вуглецю використовують СО 2 і перетворюють його в клітинний матеріал, використовуючи енергію ATP та відновлювальні еквіваленти, отримані при окисленні неорганічних субстратів. Такі мікроорганізми часто називають С-автотрофами. Фіксація СО 2 у хемолітотрофамі здійснюється в результаті циклу Кальвіна. До таких бактерій відносять ціанобактерії.
Так само двоокис вуглецю як джерело вуглецю використовують фототрофниє бактерії трьох сімейств: Rhodospirillaceae (пурпурні несерние бактерії), Chromatiaceae (пурпурні серобактерии) і Chlorobiacaeae (зелені бактерії).
Ціанобактерії відновлюють СО 2 водою, а пурпурні і зелені бактерії - сірководнем і газоподібним воднем; або пурпурні - органічними сполуками. При цьому в процесі фотосинтезу ціанобактерії виділяють кисень, а пурпурні і зелені бактерії його не виділяють і фотосинтез у них відбувається в анаеробних умовах.
Метаноутворюючі бактерії здатні анаеробно зброджувати СО 2 з воднем по реакції:
СО 2 + 4Н 2? СН 4 + 2Н 2 Про
До добре вивченим бактеріям, які мають таку здатність відносять Methanobacterium ruminantium, Methanobacterium thermoautotrophicum і Methanobacterium MoH [5, 6].
Чадний газ для більшості мікроорганізмів є отрутою, оскільки інактивує цитохромоксидази. Але є види, які ростуть в аеробних умовах у присутності СО: Hydrogenomonas carboxydovorans і Seliberia carboxyhydrogena (обидві бактерії зараз відносять до роду Pseudomonas). СО окислюється до СО 2, а перенесення вивільнюваних електронів на кисень супроводжується синтезом ATP. При окисленні чадного газу використовується особлива, що не чутлива до CO цитохромоксидаза. Дані бактерії називають карбоксітрофнимі [5, 7].
1.2 Органічні сполуки вуглецю
1.2.1 Вуглеводні та їх похідні
Метанотрофи як джерело вуглецю використовують метан. Окислення метану здійснюється в послідовності реакцій:
СН 4? СН 3 ОН? НСНО? НСООН? СО ...
