Конструктивный обмен — питание микроорганизмов

Поступление питательных веществ в клетку

Поступление питательных веществ и воды в клетку, а также выделение продуктов обмена в окружающую среду происходит у микроорганизмов через всю поверхность их тела.

Возможность проникновения веществ извне в клетку обусловлена многими факторами: величиной и структурой их молекул; способностью растворяться в компонентах цитоплазматической мембраны; концентрацией веществ в клетке и в среде; свойствами клеточной стенки и цитоплазматической мембраны, являющихся барьерами, через которые должны проникнуть в клетку питательные вещества; имеет значение электрический заряд поверхности клетки и др.

Вещества питательной среды могут поступать в клетку только в растворенном состоянии. Нерастворимые сложные органические соединения должны подвергнуться расщеплению на более простые вне клетки, что происходит с помощью экзоферментов микроорганизмов (рис. 27).

Клеточная стенка (оболочка) проницаема и задерживает лишь макромолекулы. Цитоплазматическая мембрана обладает полупроницаемостью и служит осмотическим барьером; проницаемость ее для различных веществ неодинакова. Известно несколько путей проникновения питательных веществ в клетку.

Пассивная диффузия подчиняется законам осмоса. При осмотическом проникновении веществ через полупроницаемую мембрану движущей силой является разность осмотических давлений (концентраций веществ) в растворах по обе стороны мембраны, т. е. между средой и клеткой. Такой пассивный перенос веществ — по градиенту концентрации (от более высокой к более низкой) — протекает до уравнивания концентрации и не требует затраты энергии клеткой. Вода — основное вещество, которое проникает в клетку и выделяется из нее путем пассивной диффузии.

Рис. 27. Схема внеклеточного пищеварения:

А — выделение клеткой гидролитических экзоферментов; Б — ферментативный гидролиз сложных веществ; В — проникновение продуктов гидролиза внутрь клетки

Большинство питательных веществ поступает в клетку путем переноса их через мембрану специфическими белками-пе- реносчиками — пермеазами (от англ. permeable — проницаемый), локализованными в цитоплазматической мембране. Пермеазы сходны с ферментами; они обладают субстратной специфичностью — каждая транспортирует определенное вещество. На внешней стороне цитоплазматической мембраны пермеаза адсорбирует вещество, вступает с ним во временную связь и диффундирует комплексно через мембрану, отдавая на внутренней стороне ее транспортируемое вещество в цитоплазму.

В клетку из питательной среды могут поступать только те вещества, для которых в цитоплазматической мембране имеются соответствующие пермеазы. Таким образом, мембрана является не только осмотическим барьером, но и обладает избирательной проницаемостью.

Перенос вещества с помощью пермеаз может протекать, как и при пассивной диффузии, по законам осмоса — по градиенту концентрации. Это так называемая облегченная диффузия, протекающая без затрат энергии.

Перенос веществ из питательной среды в клетку может осуществляться пермеазами и против градиента концентрации. Такой активный перенос требует затраты энергии. При этом концентрация транспортируемого вещества в клетке может значительно превысить его концентрацию в питательной среде.

Выход растворенных веществ из клетки осуществляется как при участии пермеаз — путем облегченной диффузии, так, видимо, и путем пассивной диффузии.