Файл: Бактериальной клетки. Основные морфологические формы бактерий и методы их изучения. Принципы классификации бактерий по Берджи.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 541
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3.Углеводный обмен, горение, брожение.
Углеводный обмен – это процесс синтеза и распада углеводов. Сложные углеводы внешней среды могут расщепить только те бактерии, которые выделяют ряд экзоферментов (полисахаридазы, олигосахаридазы). Внутрь клетки из углеводов может поступать только глюкоза. ЕЕ судьба двояка.
Меньшая ее часть идет на синтез собственных полисахаридов клетки. А большая подвергается дальнейшему расщеплению. Оно может идти двумя путями: Горение – это расщепление углеводов в аэробных условиях.
Конечные продукты газ и вода. Брожение – это расщепление углеводов в анаэробных условиях. В зависимости от промежуточных продуктов различают спиртовое, молочнокислое, пропионокислое, масляно-кислое и др.виды брожения. Способность бактерий расщеплять углеводы обозначается как сахаролитическая активность. Изучается углеводный обмен в процессе культивирования исследуемых бактерий на средах Гисса
(полужидких средах, содержащих углевод и индикатор, реагирующий на появление кислых продуктов распада углеводов).
4.Белковый обмен.
Белковый обмен – это процесс синтеза собственных аминокислот и белков путем ассимиляции необходимых компонентов из внешней среды. Во внешней среде содержатся сложные белки. Их расщепляют только те бактерии, которые выделяют ферменты протеазы. Расщепление белков идет до пептонов. Тление –расщепление белков в аэробных условиях.
Гниение –расщепление белков в анаэробных условиях.
Протеолитические свойства - способность расщеплять белки до промежуточных продуктов распада – пептонов - изучается при посеве на желатин и (или) лакмусовое молоко. При наличии протеаз у бактерий желатин разжижается, а в молоке образуется сгусток кремового цвета, а над ним светлая, прозрачная жидкость).
Пептолитические свойства - способность расщеплять только промежуточные продукты распада белков – пептоны, до элементарных радикалов) изучается при посеве бактерий в мясо – пептонный бульон. Под крышку пробирки помещают индикаторные полоски, способные изменять свой цвет в присутствии летучих продуктов распада пептонов(аммиака, сероводорода, индола). Протео - и пептолитические свойства изучают для идентификации возбудителей.
Вопрос 5. Питание бактерий, механизмы питания, системы
секреции
Питание – процесс потребления различных органических и минеральных соединений, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов.
Бактериальная клетка не имеет специальных органов питания - является голофитной по способу потребления питательных веществ.
Существуют три основных механизма поступления питательных веществ в бактериальную клетку : пассивная диффузия, облегченная диффузия,
активный транспорт.
1)Пассивный транспорт.
Осуществляется за счет различного содержания питательных веществ в среде и в клетке и происходит в направлении от большой концентрации к меньшей, т.е. по градиенту концентрации. Таким путем в клетку проникает вода и выходит из нее вместе с растворенными в ней различными мелкими молекулами, способными проходить через мелкие поры мембраны. Для пассивной диффузии характерно отсутствие субстратной специфичности и она не требует затраты энергии.
2)Облегченная диффузия
Характеризуется выраженной субстратной специфичностью и протекает при обязательном участии специфических белков, локализованных в мембране – это пермиазы – «проходящие сквозь». Они распознают и связывают молекулу субстрата на внешней стороне мембраны и обеспечивают ее перенос через мембрану. Облегченная диффузия происходит только по градиенту концентрации – поэтому не требует затрат энергии.
3)Активный транспорт.
С помощью этого механизма растворенные вещества могут поступать в клетку против градиента концентрации, поэтому активный транспорт требует от клетки затраты энергии. У бактерий этот механизм преобладает.
По способу питания бактерии делятся на:
Автотрофы – синтезируют все углеводсодержащие компоненты клетки из
СО2 как единственного источника углерода.
Гетеротрофы – организмы, которые не могут удовлетворять свои потребности в углероде только за счет СО, а также требует для своего питания готовые органичесике соединения. В свою очередь, гетеротрофов, подразделяют на сапрофитов – источник питания мертвые органические соединения, паразитов – живущих за счет живых тканей животных и растений.
· В зависимости от источников энергии все организмы можно
подразделить на три группы.
1)Фотолитотрофы источник энергии солнечный свет, доноры электронов
– неорганические соединения.
2)Хемолитотрофы - источник энергии окислительно-восстановительные реакции, доноры электронов – неорганические соединения.
3)Хемоорганитрофы –источник энергии окислительно-восстановительные реакции, доноры электронов – органические соединения.
По источникам азота:
1)Азотофиксирующие бактерии способны усваивать молекулярный азот из атмосферы или неорганический азот из солей аммония, нитратов или нитритов.
2)Нитрифицирующие бактерии, которые способны использовать для синтеза белков в качестве основных источников азота соли аммиака, азотистой и азотной кислоты.
3)Прототрофы – микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты,) из глюкозы и солей аммония.
4)Ауксотрофы – микроорганизмы, не способные синтезировать какое – либо из указанных соединений и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного).
Бактерии способны жить и размножаться не только в естественных
условиях, но и на искусственных средах.
Системы секреции
Бактериальная клетка в процессе жизнедеятельности продуцирует во внешнюю среду белковые молекулы и ферменты секреции.
Секреция – это активный транспорт белков из цитоплазмы во внешнюю среду.
Это необходимо:
1.Для построения клеточной стенки, жгутиков, ворсинок.
2.Прикрепления бактерий к клетки за счет ворсинок.
3.Патогенные бактерии выделяют в окружающую среду, либо в пространство клетки - эффекторные молекулы.
У Гр(+) бактерий выделение идет в один этап.
У Гр(-) – обнаружены системы секреции.
5 систем – они отличаются по строению и конечной локализации белка.
1 тип секреции
– транспорт образовавшихся эффекторных молекул во внешнюю среду. В этой системе участвуют три белка:
А. делают порины в ЦПМ
Б. протягивают молекулу белка через периплазматическое пространство.
В. делают поры в клеточной стенке – через которые белок выделяется во внешнюю среду.
2 тип секреции :
Транспортировка осуществляется в два этапа:
1 этап – белок проникает в периплазматическое пространство и там остаются;
2 этап – некоторые белки через пору в клеточной стенки поступает во внешнюю среду.
3тип секреции :
Принимают участие 20 белков.
Белки первой группы образуют структуру напоминающую шприц.
2 группа белков протягивает эффекторную молекулу по этому каналу в клетку макроорганизма.
4 группа секреторные белки попадают непосредственно в цитозоль эукариотической клетки. Таким образом, секреция 3 типа доставляет факторы вирулентности непосредственно в клетку человека, вызывая нарушения ее жизнедеятельности.
4 система секреции
– осуществляется особыми белками - автотранспортерами. Во внешнюю среду.
ВОПРОС 6. ОСОБЕННОСТИ ДЫХАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
БАКТЕРИЙ. ТИПЫ О-В ПРОЦЕССОВ У
БАК. КЛАССИФИКАЦИЯ БАКТЕРИЙ ПО ТИПУ
ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Для осуществления различных обменных процессов бактерии нуждаются в определенном количестве энергии, которую получают в ходе О-В процессов. Они протекают в дыхательном аппарате. Особенности дых аппарата бактерий:
- бактерии лишены митохондрий, их функцию выполняет ЦПМ и ее инвагинации
- мезосомы, на которых локализуются специальные дыхательные Еn ;
- у бактерий могут быть значительные колебания в качественном и количественном составе ферментов, образующих дыхательную цепь;
- у бактерий тонкие процессы регуляции дыхания затруднены, т.к. их дыхательный аппарат соприкасается как с внеш ср, так и с цитоплазмой.
По типу дыхания или по типу получения Е микроорганизмы делятся на
I. Аэробы-нуждаются в свободном О2.
Облигатные (строгие) аэробы (NB, некоторые виды псевдомонад) не могут жить и размножаться в отсутствии молекулярного О2, т.к. используют его в качестве акцептора электронов.
Молекулы АТФ образуются или при окислительном фосфорилировании с участием цитохромоксидаз, флавинзависимых оксидаз и дегидрогеназ. При этом, если конечным акцептором электронов является О2, выделяется значительное количество энергии.
II. Анаэробы –получают энергию при отсутствии доступа О2 путем ускоренного, но не полного расщепления пит в-в.
Облигатные анаэробы (NB, ВОЗБУДИТЕЛИ СТОЛБНЯКА, БОТУЛИЗМА) не переносят даже следов О2. Они могут образовывать АТФ в результате окисления УВов, белков, липидов путем субстратного фосфорилирования до пирувата. При этом выделяется сравнительно небольшое кол-во энергии.
III. Факультативные анаэробы, могут расти и размножаться как в присутствии О2 воздуха, так и без. Они образуют АТФ при окислительном и субстратном фосфорилировании.
Различают 2 основных О-В процесса
: на 2 группы в зависимости от хар-ра конечного акцептора водорода (Н).
Ø ДЫХАНИЕ (окисление)- биологический процесс окисления различных органических в-в, при котором происходит перенос протонов и электронов от:
-субстрата (донора) к кислороду (акцептору) и образование молекул АТФ.
Ø БРОЖЕНИЕ (ферментация)- это метаболический процесс, при котором: происходит перенос протонов и электронов от субстрата(донора) к субстрату(акцептору).
Если конечным акцептором водорода выступает кислород (может быть свободным и связанным), то этот тип носит название дыхание. Если органическое соединение - брожение.
У всех перечисленных групп О-В процессы происходят в дыхательном аппарате.
v Еn дегидрогеназы отщепляют водород от субстрата, передают его на
НАД.
НАД превращается в восстановленную форму, передает водород на НАДФ и затем на систему 2 ФАД.
v Следующий этап – система цитохромов.
Их функции – отщепление электрона от водорода и превращение водорода в протон.
Этот окислительный процесс сопровождается выделением энергии.
§ Параллельно идет процесс окислительного фосфорилирования,
в ходе кот выделенная энергия аккумулируется в макроэргических фосфатных связях типа АТФ.
v Последнее звено ЦПЭ у аэробов – цитохромоксидаза, кот передает электрон на молекулярный О2 и активирует его: в результате он получает способность соединяться с протоном с образованием воды.
Т.о. аэробные бактерии получают энергию путем дыхания, причем в качестве конечного акцептора водорода они требуют наличия молекулярного кислорода.
Подавляющее большинство патогенных бактерий относится к
ФАКУЛЬТАТИВНЫМ АНАЭРОБАМ. Они, в зависимости от условий внеш ср (наличие или отсутствие О2), могут получать энергию и путем дыхания, и путем брожения.
!! ПОДОБНАЯ ГИБКОСТЬ ЭНЕРГОДАЮЩИХ
ПРОЦЕССОВ характерна только для бактерий.
ü Бактерии у которых отсутствует Еn цитохромоксидаза. В качестве конечного акцептора О2 могут использовать не свободные молекулы О2, а находящиеся в составе окисных соединений.
ü
ü Облигатно-анаэробные бактерии получают энергию только путем брожения.
· У них отсутствует и система цитохромов, и цитохромоксидаза.
· Окислительное фосфорилирование осуществляется на уровне субстрата.
· В ряде случаев водород может передаваться системой флавиновых ферментов не на субстрат, а на молекулярный О2 с образованием Н2О2. У них отсутствует Еn каталаза, поэтому Н2О2 накапливается и оказывает на бактерии токсическое действие.
Вопрос 7. Рост и размножение бактерий.Рост на питательный
средах(фазы). Современные представления о колониях.
Под ростом клетки понимают координированное воспроизведение клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки.
Термином «размножение» обозначают увеличение числа клеток в популяции.
Большинство прокариот размножаются поперечным делением, некоторые почкованием.
Грибы размножаются путем спорообразования.
При размножении микробной клетки наиболее важные процессы происходят в нуклеоиде, содержащем всю генетическую информацию в двунитевой молекуле ДНК. Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, обеспечивающим равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.
Надежность процесса репликации и правильность расхождения
(сегрегация) дочерних цепей обеспечивается связью ДНК с цитоплазматической мембраной.
Репликация начинается в определенной точке (локусе) ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях.
Синтез дочерних нитей ДНК идет ступенчато, короткими фрагментами, которые сшиваются специальными ферментами лигазой.
Когда бактерия готова к делению, то начинается процесс репликации. При этом начинается выработка фермента инициатора под действием которого раскручивается ДНК на две равноценные нити.
Вторая нить прикрепляется на противоположном участке ЦПМ
– прорепликон
. Затем каждая нить достраивается. И после достройки прорепликон превращается в репликатор.Фермент инициатор освобождается для нового цикла.
Спирали растягиваются к полюсам клетки. ЦПМ образует инвагинации
– септальные мезосомы
– за счет которых формируется клеточная стенки.
Оставшаяся ЦПМ – лизируется соответственным ферментом клетки
– аутолизанами
ВЕСЬ процесс находится под строгим генетическим контролем.
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БАКТЕРИЙ
Для культивирования используют бактерий используют питательные среды.
При культивировании изучаются культуральные свойства – характер роста бактерий на питательной среде.
Выделяют несколько фаз развития бактерий в питательной среде.
1 фаза покоя
– лаг. фаза
– продолжительность 3-4 часа с момента внесения бактерий в свежую питательную среду. В эту фазу бактерии растут, адаптируются и готовятся к делению.
2 фаза интенсивного роста
– логарифмического роста. ЕЕ продолжительность 6-8 часов - она характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток, и значительным увеличением числа клеток в популяции;
3 фаза – стационарная
, она наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться –
М-фаза
– в эту фазу микробы начинают отмирать.
Остальные делятся. Достигается наибольшая концентрация бактерий. В это время (время генерации между 2 делениями) является величиной постоянной. Для E.coli – 20мин. Для M. tuberculosis – 16, 18 часов.
Это связано с тем, что наступает равновесие между числом в вновь
образующихся и гибнущих клеток.
Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема
питательной среды в стационарной фазе обозначается как М –
концентрация.
Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий.
4 фаза – фаза отмирания
(логарифмической гибели), которая характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции.
Прекращение роста численности (размножения) популяции, микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и или накопления в ней продуктов метаболизма микробных клеток.
Поэтому удаляя продукты метаболизма или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать открытую биологическую систему, стремящуюся к установлению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции. Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием.
Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использовать синхронные культуры – это все члены популяции, которые находятся в одной фазе цикла.
Некультивируемые формы бактерий
У многих видов Гр(-) бактерий существует особое приспособительное, генетически регулируемое состояние, эквивалентное цистам, в которое они могут переходить под влиянием неблагоприятных условий и сохранять свою жизнеспособность до нескольких лет.
Главная особенность такого состояния в том, что бактерии в нем не размножаются и не образуют колоний на питательной среде. Такие не размножающиеся, но жизнеспособные бактерии и называются некульвируемыми формами бактерий (НФБ).
Клетки этих бактерий находятся в метаболически активном состоянии, они высокоустойчивы к воздействию условиям внешней среды. Для их обнаружения используют методы молекулярногенетического анализа
(ДНК-гибридизацию, ПЦР).
Колония
– видимое невооруженным глазом скопление бактерий на плотной питательной среде;
Культуральные свойства бактерий
При росте на жидких питательных средах бактерии чаще всего вызывают равномерное помутнение, иногда — выпадение осадка: крошковатого
(стрептококки), хлопьевидного (стрептобациллы), бульон при этом остается прозрачным.
Некоторые бактерии образуют пленку на поверхности жидкой среды: сухую чешуйчато-бородавчатую (туберкулезная палочка), тонкую, нежную
(холерный вибрион), рыхлую, с отходящими вниз отростками —
«сталактитами» (возбудитель чумы)
. Еще более разнообразен рост бактерий на плотных питательных средах.
Образуемые при этом колонии различаются по многим признакам: размерам, форме, консистенции, структуре, прозрачности, цвету и др.
Колонии бывают очень мелкими (0,1-0,5 мм), мелкими (0,5-3,0 мм), средних размеров (3-5 мм) и крупными (более 5 мм в диаметре).
Они могут быть круглыми (дисковидными); плоскими; иметь форму, напоминающую львиную гриву («голову Медузы»); ризоидными и т. п..
Края колонии могут быть гладкими, зазубренными, фестончатыми, изрезанными.
Поверхность колонии бывает гладкая или шероховатая, влажная или сухая, ровная или складчатая, плоская или выпуклая, а ее консистенция — плотная, рыхлая, слизистая.
Колонии могут быть прозрачными, полупрозрачными, непрозрачными и различаться по другим признакам, например у некоторых бактерий центр мутный, а периферическая зона полупрозрачна.
Все эти признаки, как правило, видоспецифичны, поэтому они имеют важное диагностическое значение, т. е. их изучение используется для определения видовой принадлежности исследуемой культуры.
Углеводный обмен – это процесс синтеза и распада углеводов. Сложные углеводы внешней среды могут расщепить только те бактерии, которые выделяют ряд экзоферментов (полисахаридазы, олигосахаридазы). Внутрь клетки из углеводов может поступать только глюкоза. ЕЕ судьба двояка.
Меньшая ее часть идет на синтез собственных полисахаридов клетки. А большая подвергается дальнейшему расщеплению. Оно может идти двумя путями: Горение – это расщепление углеводов в аэробных условиях.
Конечные продукты газ и вода. Брожение – это расщепление углеводов в анаэробных условиях. В зависимости от промежуточных продуктов различают спиртовое, молочнокислое, пропионокислое, масляно-кислое и др.виды брожения. Способность бактерий расщеплять углеводы обозначается как сахаролитическая активность. Изучается углеводный обмен в процессе культивирования исследуемых бактерий на средах Гисса
(полужидких средах, содержащих углевод и индикатор, реагирующий на появление кислых продуктов распада углеводов).
4.Белковый обмен.
Белковый обмен – это процесс синтеза собственных аминокислот и белков путем ассимиляции необходимых компонентов из внешней среды. Во внешней среде содержатся сложные белки. Их расщепляют только те бактерии, которые выделяют ферменты протеазы. Расщепление белков идет до пептонов. Тление –расщепление белков в аэробных условиях.
Гниение –расщепление белков в анаэробных условиях.
Протеолитические свойства - способность расщеплять белки до промежуточных продуктов распада – пептонов - изучается при посеве на желатин и (или) лакмусовое молоко. При наличии протеаз у бактерий желатин разжижается, а в молоке образуется сгусток кремового цвета, а над ним светлая, прозрачная жидкость).
Пептолитические свойства - способность расщеплять только промежуточные продукты распада белков – пептоны, до элементарных радикалов) изучается при посеве бактерий в мясо – пептонный бульон. Под крышку пробирки помещают индикаторные полоски, способные изменять свой цвет в присутствии летучих продуктов распада пептонов(аммиака, сероводорода, индола). Протео - и пептолитические свойства изучают для идентификации возбудителей.
Вопрос 5. Питание бактерий, механизмы питания, системы
секреции
Питание – процесс потребления различных органических и минеральных соединений, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов.
Бактериальная клетка не имеет специальных органов питания - является голофитной по способу потребления питательных веществ.
Существуют три основных механизма поступления питательных веществ в бактериальную клетку : пассивная диффузия, облегченная диффузия,
активный транспорт.
1)Пассивный транспорт.
Осуществляется за счет различного содержания питательных веществ в среде и в клетке и происходит в направлении от большой концентрации к меньшей, т.е. по градиенту концентрации. Таким путем в клетку проникает вода и выходит из нее вместе с растворенными в ней различными мелкими молекулами, способными проходить через мелкие поры мембраны. Для пассивной диффузии характерно отсутствие субстратной специфичности и она не требует затраты энергии.
2)Облегченная диффузия
Характеризуется выраженной субстратной специфичностью и протекает при обязательном участии специфических белков, локализованных в мембране – это пермиазы – «проходящие сквозь». Они распознают и связывают молекулу субстрата на внешней стороне мембраны и обеспечивают ее перенос через мембрану. Облегченная диффузия происходит только по градиенту концентрации – поэтому не требует затрат энергии.
3)Активный транспорт.
С помощью этого механизма растворенные вещества могут поступать в клетку против градиента концентрации, поэтому активный транспорт требует от клетки затраты энергии. У бактерий этот механизм преобладает.
По способу питания бактерии делятся на:
Автотрофы – синтезируют все углеводсодержащие компоненты клетки из
СО2 как единственного источника углерода.
Гетеротрофы – организмы, которые не могут удовлетворять свои потребности в углероде только за счет СО, а также требует для своего питания готовые органичесике соединения. В свою очередь, гетеротрофов, подразделяют на сапрофитов – источник питания мертвые органические соединения, паразитов – живущих за счет живых тканей животных и растений.
· В зависимости от источников энергии все организмы можно
подразделить на три группы.
1)Фотолитотрофы источник энергии солнечный свет, доноры электронов
– неорганические соединения.
2)Хемолитотрофы - источник энергии окислительно-восстановительные реакции, доноры электронов – неорганические соединения.
3)Хемоорганитрофы –источник энергии окислительно-восстановительные реакции, доноры электронов – органические соединения.
По источникам азота:
1)Азотофиксирующие бактерии способны усваивать молекулярный азот из атмосферы или неорганический азот из солей аммония, нитратов или нитритов.
2)Нитрифицирующие бактерии, которые способны использовать для синтеза белков в качестве основных источников азота соли аммиака, азотистой и азотной кислоты.
3)Прототрофы – микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты,) из глюкозы и солей аммония.
4)Ауксотрофы – микроорганизмы, не способные синтезировать какое – либо из указанных соединений и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного).
Бактерии способны жить и размножаться не только в естественных
условиях, но и на искусственных средах.
Системы секреции
Бактериальная клетка в процессе жизнедеятельности продуцирует во внешнюю среду белковые молекулы и ферменты секреции.
Секреция – это активный транспорт белков из цитоплазмы во внешнюю среду.
Это необходимо:
1.Для построения клеточной стенки, жгутиков, ворсинок.
2.Прикрепления бактерий к клетки за счет ворсинок.
3.Патогенные бактерии выделяют в окружающую среду, либо в пространство клетки - эффекторные молекулы.
У Гр(+) бактерий выделение идет в один этап.
У Гр(-) – обнаружены системы секреции.
5 систем – они отличаются по строению и конечной локализации белка.
1 тип секреции
– транспорт образовавшихся эффекторных молекул во внешнюю среду. В этой системе участвуют три белка:
А. делают порины в ЦПМ
Б. протягивают молекулу белка через периплазматическое пространство.
В. делают поры в клеточной стенке – через которые белок выделяется во внешнюю среду.
2 тип секреции :
Транспортировка осуществляется в два этапа:
1 этап – белок проникает в периплазматическое пространство и там остаются;
2 этап – некоторые белки через пору в клеточной стенки поступает во внешнюю среду.
3тип секреции :
Принимают участие 20 белков.
Белки первой группы образуют структуру напоминающую шприц.
2 группа белков протягивает эффекторную молекулу по этому каналу в клетку макроорганизма.
4 группа секреторные белки попадают непосредственно в цитозоль эукариотической клетки. Таким образом, секреция 3 типа доставляет факторы вирулентности непосредственно в клетку человека, вызывая нарушения ее жизнедеятельности.
4 система секреции
– осуществляется особыми белками - автотранспортерами. Во внешнюю среду.
ВОПРОС 6. ОСОБЕННОСТИ ДЫХАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
БАКТЕРИЙ. ТИПЫ О-В ПРОЦЕССОВ У
БАК. КЛАССИФИКАЦИЯ БАКТЕРИЙ ПО ТИПУ
ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Для осуществления различных обменных процессов бактерии нуждаются в определенном количестве энергии, которую получают в ходе О-В процессов. Они протекают в дыхательном аппарате. Особенности дых аппарата бактерий:
- бактерии лишены митохондрий, их функцию выполняет ЦПМ и ее инвагинации
- мезосомы, на которых локализуются специальные дыхательные Еn ;
- у бактерий могут быть значительные колебания в качественном и количественном составе ферментов, образующих дыхательную цепь;
- у бактерий тонкие процессы регуляции дыхания затруднены, т.к. их дыхательный аппарат соприкасается как с внеш ср, так и с цитоплазмой.
По типу дыхания или по типу получения Е микроорганизмы делятся на
I. Аэробы-нуждаются в свободном О2.
Облигатные (строгие) аэробы (NB, некоторые виды псевдомонад) не могут жить и размножаться в отсутствии молекулярного О2, т.к. используют его в качестве акцептора электронов.
Молекулы АТФ образуются или при окислительном фосфорилировании с участием цитохромоксидаз, флавинзависимых оксидаз и дегидрогеназ. При этом, если конечным акцептором электронов является О2, выделяется значительное количество энергии.
II. Анаэробы –получают энергию при отсутствии доступа О2 путем ускоренного, но не полного расщепления пит в-в.
Облигатные анаэробы (NB, ВОЗБУДИТЕЛИ СТОЛБНЯКА, БОТУЛИЗМА) не переносят даже следов О2. Они могут образовывать АТФ в результате окисления УВов, белков, липидов путем субстратного фосфорилирования до пирувата. При этом выделяется сравнительно небольшое кол-во энергии.
III. Факультативные анаэробы, могут расти и размножаться как в присутствии О2 воздуха, так и без. Они образуют АТФ при окислительном и субстратном фосфорилировании.
Различают 2 основных О-В процесса
: на 2 группы в зависимости от хар-ра конечного акцептора водорода (Н).
Ø ДЫХАНИЕ (окисление)- биологический процесс окисления различных органических в-в, при котором происходит перенос протонов и электронов от:
-субстрата (донора) к кислороду (акцептору) и образование молекул АТФ.
Ø БРОЖЕНИЕ (ферментация)- это метаболический процесс, при котором: происходит перенос протонов и электронов от субстрата(донора) к субстрату(акцептору).
Если конечным акцептором водорода выступает кислород (может быть свободным и связанным), то этот тип носит название дыхание. Если органическое соединение - брожение.
У всех перечисленных групп О-В процессы происходят в дыхательном аппарате.
v Еn дегидрогеназы отщепляют водород от субстрата, передают его на
НАД.
НАД превращается в восстановленную форму, передает водород на НАДФ и затем на систему 2 ФАД.
v Следующий этап – система цитохромов.
Их функции – отщепление электрона от водорода и превращение водорода в протон.
Этот окислительный процесс сопровождается выделением энергии.
§ Параллельно идет процесс окислительного фосфорилирования,
в ходе кот выделенная энергия аккумулируется в макроэргических фосфатных связях типа АТФ.
v Последнее звено ЦПЭ у аэробов – цитохромоксидаза, кот передает электрон на молекулярный О2 и активирует его: в результате он получает способность соединяться с протоном с образованием воды.
Т.о. аэробные бактерии получают энергию путем дыхания, причем в качестве конечного акцептора водорода они требуют наличия молекулярного кислорода.
Подавляющее большинство патогенных бактерий относится к
ФАКУЛЬТАТИВНЫМ АНАЭРОБАМ. Они, в зависимости от условий внеш ср (наличие или отсутствие О2), могут получать энергию и путем дыхания, и путем брожения.
!! ПОДОБНАЯ ГИБКОСТЬ ЭНЕРГОДАЮЩИХ
ПРОЦЕССОВ характерна только для бактерий.
ü Бактерии у которых отсутствует Еn цитохромоксидаза. В качестве конечного акцептора О2 могут использовать не свободные молекулы О2, а находящиеся в составе окисных соединений.
ü
ü Облигатно-анаэробные бактерии получают энергию только путем брожения.
· У них отсутствует и система цитохромов, и цитохромоксидаза.
· Окислительное фосфорилирование осуществляется на уровне субстрата.
· В ряде случаев водород может передаваться системой флавиновых ферментов не на субстрат, а на молекулярный О2 с образованием Н2О2. У них отсутствует Еn каталаза, поэтому Н2О2 накапливается и оказывает на бактерии токсическое действие.
Вопрос 7. Рост и размножение бактерий.Рост на питательный
средах(фазы). Современные представления о колониях.
Под ростом клетки понимают координированное воспроизведение клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки.
Термином «размножение» обозначают увеличение числа клеток в популяции.
Большинство прокариот размножаются поперечным делением, некоторые почкованием.
Грибы размножаются путем спорообразования.
При размножении микробной клетки наиболее важные процессы происходят в нуклеоиде, содержащем всю генетическую информацию в двунитевой молекуле ДНК. Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, обеспечивающим равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.
Надежность процесса репликации и правильность расхождения
(сегрегация) дочерних цепей обеспечивается связью ДНК с цитоплазматической мембраной.
Репликация начинается в определенной точке (локусе) ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях.
Синтез дочерних нитей ДНК идет ступенчато, короткими фрагментами, которые сшиваются специальными ферментами лигазой.
Когда бактерия готова к делению, то начинается процесс репликации. При этом начинается выработка фермента инициатора под действием которого раскручивается ДНК на две равноценные нити.
Вторая нить прикрепляется на противоположном участке ЦПМ
– прорепликон
. Затем каждая нить достраивается. И после достройки прорепликон превращается в репликатор.Фермент инициатор освобождается для нового цикла.
Спирали растягиваются к полюсам клетки. ЦПМ образует инвагинации
– септальные мезосомы
– за счет которых формируется клеточная стенки.
Оставшаяся ЦПМ – лизируется соответственным ферментом клетки
– аутолизанами
ВЕСЬ процесс находится под строгим генетическим контролем.
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БАКТЕРИЙ
Для культивирования используют бактерий используют питательные среды.
При культивировании изучаются культуральные свойства – характер роста бактерий на питательной среде.
Выделяют несколько фаз развития бактерий в питательной среде.
1 фаза покоя
– лаг. фаза
– продолжительность 3-4 часа с момента внесения бактерий в свежую питательную среду. В эту фазу бактерии растут, адаптируются и готовятся к делению.
2 фаза интенсивного роста
– логарифмического роста. ЕЕ продолжительность 6-8 часов - она характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток, и значительным увеличением числа клеток в популяции;
3 фаза – стационарная
, она наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться –
М-фаза
– в эту фазу микробы начинают отмирать.
Остальные делятся. Достигается наибольшая концентрация бактерий. В это время (время генерации между 2 делениями) является величиной постоянной. Для E.coli – 20мин. Для M. tuberculosis – 16, 18 часов.
Это связано с тем, что наступает равновесие между числом в вновь
образующихся и гибнущих клеток.
Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема
питательной среды в стационарной фазе обозначается как М –
концентрация.
Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий.
4 фаза – фаза отмирания
(логарифмической гибели), которая характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции.
Прекращение роста численности (размножения) популяции, микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и или накопления в ней продуктов метаболизма микробных клеток.
Поэтому удаляя продукты метаболизма или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать открытую биологическую систему, стремящуюся к установлению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции. Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием.
Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использовать синхронные культуры – это все члены популяции, которые находятся в одной фазе цикла.
Некультивируемые формы бактерий
У многих видов Гр(-) бактерий существует особое приспособительное, генетически регулируемое состояние, эквивалентное цистам, в которое они могут переходить под влиянием неблагоприятных условий и сохранять свою жизнеспособность до нескольких лет.
Главная особенность такого состояния в том, что бактерии в нем не размножаются и не образуют колоний на питательной среде. Такие не размножающиеся, но жизнеспособные бактерии и называются некульвируемыми формами бактерий (НФБ).
Клетки этих бактерий находятся в метаболически активном состоянии, они высокоустойчивы к воздействию условиям внешней среды. Для их обнаружения используют методы молекулярногенетического анализа
(ДНК-гибридизацию, ПЦР).
Колония
– видимое невооруженным глазом скопление бактерий на плотной питательной среде;
Культуральные свойства бактерий
При росте на жидких питательных средах бактерии чаще всего вызывают равномерное помутнение, иногда — выпадение осадка: крошковатого
(стрептококки), хлопьевидного (стрептобациллы), бульон при этом остается прозрачным.
Некоторые бактерии образуют пленку на поверхности жидкой среды: сухую чешуйчато-бородавчатую (туберкулезная палочка), тонкую, нежную
(холерный вибрион), рыхлую, с отходящими вниз отростками —
«сталактитами» (возбудитель чумы)
. Еще более разнообразен рост бактерий на плотных питательных средах.
Образуемые при этом колонии различаются по многим признакам: размерам, форме, консистенции, структуре, прозрачности, цвету и др.
Колонии бывают очень мелкими (0,1-0,5 мм), мелкими (0,5-3,0 мм), средних размеров (3-5 мм) и крупными (более 5 мм в диаметре).
Они могут быть круглыми (дисковидными); плоскими; иметь форму, напоминающую львиную гриву («голову Медузы»); ризоидными и т. п..
Края колонии могут быть гладкими, зазубренными, фестончатыми, изрезанными.
Поверхность колонии бывает гладкая или шероховатая, влажная или сухая, ровная или складчатая, плоская или выпуклая, а ее консистенция — плотная, рыхлая, слизистая.
Колонии могут быть прозрачными, полупрозрачными, непрозрачными и различаться по другим признакам, например у некоторых бактерий центр мутный, а периферическая зона полупрозрачна.
Все эти признаки, как правило, видоспецифичны, поэтому они имеют важное диагностическое значение, т. е. их изучение используется для определения видовой принадлежности исследуемой культуры.