Для того чтобы рост и жизнедеятельность микроорганизмов были возможны, в среде их обитания должны присутствовать питательные материалы для построения различных компонентов клетки и доступные источники энергии. Пищевые потребности являются общими для всех живых организмов. Все организмы нуждаются в достаточном количестве воды и в определенных элементах: углероде, кислороде, азоте, водороде, фосфоре, калии, натрии и др. Им требуются микроколичества некоторых металлов: железа, марганца, цинка, меди и др.— для построения ферментов. Для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов необходимы также различные факторы роста: витамины группы В и никотиновая кислота, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания. Источниками углерода, азота и водорода могут быть различные органические соединения (глюкоза, аминокислоты, молочная кислота и др.), а также неорганические вещества. В зависимости от характера источника углерода и азота микроорганизмы делятся на аутотрофов и гетеротрофов.
Аутотрофы (от греч. autos — сам, trophic — питающийся) — бактерии, которые получают необходимый для их роста углерод из углекислоты (СО,2) или карбонатов. Для роста им вполне достаточно набора неорганических веществ: NaCl, К2НРО4, FeCl3, MgS04, NH4hS04. Пожалуй, это самые удивительные микроорганизмы — из простых неорганических они синтезируют сложные органические соединения: белки, жиры, углеводы, ферменты.
Гетеротрофы (от греч. heteros — другой, trophic — питающийся) в качестве источника углерода используют сложные органические соединения: белки, жиры, сахара, мочевину и др. Среди гетеротрофных организмов различают сапрофитов (от греч. sapros — гнилой, phyton — растение) и паразитов, или патогенных микроорганизмов. Сапрофиты используют для своей жизнедеятельности мертвые органические вещества. Они широко распространены в природе и играют важную роль в разложении органических остатков в почве и сточных водах. Паразиты в отличие от сапрофитов приобрели способность размножаться в тканях животных и растений. Проникая в организм человека, паразиты могут вызывать у него заболевание. В этом случае их называют патогенными (вызывающие заболевание) микроорганизмами.
В цитоплазму клеток могут проникать только небольшие молекулы аминокислот, глюкозы, жирных кислот. Твердые частички пищи, или макромолекулы, предварительно подвергаются обработке ферментами, которые клетка выделяет во внешнюю среду, и только после этого становятся доступными для использования.
Проникновение питательных веществ в бактериальную клетку осуществляется путем диффузии, перемещения вещества через толщу мембраны, в «результате чего выравниваются осмотическое давление и концентрация веществ по обе стороны оболочки,— простая диффузия. Существует другой способ проникновения питательных веществ в клетку с помощью активного переноса их молекулами-переносчиками, так называемыми пермеазами, через цитоплазматическую мембрану. Различают облегченную диффузию, когда перенос вещества через толщу мембраны совершается пермеазами без использования энергии, и активный транспорт, требующий для этого затраты метаболически доступной энергии. Существует еще процесс переноса радикалов, сопровождающийся химической модификацией транспортируемого вещества.
Некоторые простейшие питаются с помощью фагоцитоза, обволакивая цитоплазмой твердые частички пищи и переваривая их внутри цитоплазмы, и пиноцитоза, при котором они обволакивают жидкие капельки, заглатывают и переваривают их.
Обмен веществ, или метаболизм, у микроорганизмов складывается из процессов ассимиляции, или анаболизма, и диссимиляции, или катаболизма. В результате ассимиляции, усвоения питательных веществ, происходит увеличение сложности соединений. Так, из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов — полисахариды. Это приводит к синтезу новых компонентов клеток. При процессах диссимиляции, распада питательных веществ, наоборот, происходит расщепление сложных соединений на более простые, низкомолекулярные соединения. Часть их является продуктами обмена и выделяется из клетки, другие простые вещества используются для биосинтетических реакций и включаются в процессы ассимиляции. В процессе диссимиляции освобождается также энергия, необходимая для процессов обмена. Избыток энергии, освобождающийся в этих реакциях, накапливается в специальных богатых энергией соединениях (АТФ). Любые превращения питательных веществ в клетке (процессы синтеза клеточных элементов или процессы расщепления питательных веществ) совершаются с участием ферментов,
