Питание и энергетический обмен

Бактерии, как и грибы, способны поглощать питательные вещества всей поверхностью через плазматическую мембрану, которая проницаема для некрупных молекул белков, полисахаридов и др. Для этого в окружающую среду выделяются экзоферменты, расщепляющие полимеры до более простых молекул. Такое явление называется внеклеточным перевариванием.

По типу питания бактерии подразделяются на автотрофы (хемосинтетики, фотосинтетики) и гетеротрофы (сапрофиты, симбионты, паразиты). Источником энергии для хемосинтетиков является окисление минеральных веществ, для фотосинтетиков - свет.

К хемосинтетикам относятся: серобактерии, получающие энергию при окислении серы или сероводорода; железобактерии - при окислении двухвалентного железа; нитрифицирующие бактерии - при окислении аммиака или нитритов. К фотосинтетикам относятся зеленые и пурпурные серобактерии, живущие в соленых, пресных и серных водоемах. Фотосинтез у них проходит по анаэробному типу, т.е. без выделения О₂, но при этом задействована фотосистема I (ФС I) в отличие от сине-зеленых водорослей и растений.

К гетеротрофным организмам относятся получающие углерод за счет разложения готового органического вещества мертвых организмов сапрофиты, а также использующие вещество живых растений, животных и человека - паразиты. Бактерии, живущие в симбиозе с растительными или животными организмами, являются симбионтами (например, клубеньковые азотфиксирующие бактерии бобовых). Энергетический обмен (катаболизм) у гетеротрофных бактерий связан с окислением органических веществ в форме аэробного дыхания и брожения. По типу дыхания бактерии бывают анаэробами (столбнячная палочка) и аэробами (туберкулезная палочка).

Размножение бактерий

Бесполое размножение бактерий. После достижения определенных (критических) размеров клетка подвергается делению. Для подавляющего большинства прокариот характерно равновеликое бинарное поперечное деление, приводящее к образованию 2 одинаковых дочерних клеток. Весь цикл деления прокариот можно разделить на 3 стадии:

I - редупликация (начинается в точке прикрепления кольцевой хромосомы к цитоплазматической мембране, которая определяет начало и конец ее репликации) (см. рис. 5.3, А);

II - синтез мембраны в области контакта ДНК с цитоплазматической мембраной. Это приводит к разделению (растаскиванию) дочерних молекул ДНК и оформлению обособленных хромосом (см. рис. 5.3, Б);

III - образование поперечной перегородки. Синтез поперечной перегородки идет от периферии к центру. Она разделяет 2 дочерние хромосомы, каждая из которых прикреплена к цитоплазматической мембране (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Равновеликое бинарное поперечное деление бактерий:

1 - клеточная стенка; 2 - плазматическая мембрана; 3 - цитоплазма; 4 - молекула ДНК;

А - редупликация ДНК;

Б - синтез мембраны в области контакта ДНК с цитоплазматической мембраной

Такое простое деление клетки в благоприятных условиях наступает каждые 15-20 мин, что обеспечивает большую интенсивность размножения. Таким образом, при равновеликом бинарном делении материнская клетка, делясь, дает начало 2 дочерним клеткам, а сама исчезает.

Особым способом защиты от неблагоприятных условий является процесс спорообразования. Каждая клетка образует за счет потери воды одну спору внутри - эндоспору. При этом протопласт сжимается, покрывается плотной оболочкой, а прежняя оболочка клетки разрушается, и спора высвобождается. Так споры могут длительное время пережидать неблагоприятные условия (сотни и даже тысячи лет) и сохранять жизнеспособность.

Половое размножение бактерий. У некоторых бактерий известен половой процесс, при котором происходит лишь генетический обмен между клетками, но не происходит образование новых клеток. Он состоит в прямом контакте 2 клеток, при этом клеткой-донором, выполняющей мужские функции, формируется специальный вырост - копуляционный канал, по которому генетический материал (ДНК) передается в клетку-реципиент, имеющую женскую потенцию. Такой процесс называется конъюгацией. Очень часто наблюдается передача не всей молекулы ДНК, а только ее отдельных фрагментов.

У бактерий имеются и другие способы передачи наследственного материала: трансформация и трансдукция. Трансформация осуществляется путем внесения ДНК разрушенных клеток одной культуры в живую культуру другой бактерии. Трансдукция проявляется в переносе генетического материала от одной культуры к другой с помощью бактериофагов. Эти способы передачи наследственного материала расцениваются как хромосомные мутации.