8. Дихання бактерій. Аеробний та анаеробний типи дихання. Ферменти та структури клітини, що беруть участь в процесі дихання. Методи вирощування анаеробних бактерій.

Окислювально-відновні реакції лежать в основі головних енергозабезпечуючих процесів у мікроорганізмів – дихання та бродіння. Ці реакції поєднані назвою біологічного окислення.

Особливістю біологічного окислення являється трансформація хімічної енергії, яка виділяється при розриві зв'язків органічних речовин, у енергію макроергічних зв'язків аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). При розриві таких хімічних зв'язків виділяється до 48 тис. кДж енергії на 1 грам-молекулу (кДж/моль). Тому сполуки, які володіють високим запасом енергії, та їх хімічні зв'язки називаються макроергічними.

Типи біологічного окислення

Повне окислення - окислення органічних поживних речовин до мінеральних в аеробних умовах – СО₂ та Н₂О.

Неповне окислення – окисленні вуглеводів, коли наряду з Н₂О утворюються проміжні недоокислені продукти органічної природи, тому кількість вивільненої енергії буває значно меншим.

Бродіння - неповне окислення вуглеводів в анаеробних умовах – це спряжене окислення – відновлення субстрата, що використовується, коли частина речовини, що постачається відновлюється, а частина – окислюється.

Облігатні (суворі) анаероби – розвиваються тільки при відсутності кисню.

Факультативні анаероби – живуть як у відсутності, так і за наявності кисню у середовищі.

Облігатні (суворі) аероби, які потребують для свого розвитку кисень.

Мікроаерофіли – розвиваються за низьких концентрацій молекулярного кисню та одержують енергію тільки шляхом бродіння.

Аеробне дихання (цикл трикарбонових кислот – ЦКТ)

В аеробних умовах піровиноградна кислота окисляється до СО₂ та Н₂О за допомогою серії реакцій – циклу трикарбонових кислот. В ході ЦКТ чотири реакції дегідруванняи дві реакції декарбоксилювання призводять до повного окислення піровиноградної кислоти до вглекислого газу та води. ЦКТ функціонує тільки у аеробних умовах, він пов'язаний із дихальним ланцюгом.

Анаеробне дихання

В анаеробних умовах деякі мікрорганізми отримують енергію при окисленні органічних речовин не киснем повітря, а пов'язаним киснем нітратів або сульфатів. Такий спосіб дихання характерний тільки для мікрорганізмів і вони окислюють субстрат досить повно без доступу кисню і отримують більше енергії, ніж при бродінні.

Якщо при анаеробному диханні кінцевими акцепторами водню являються нітрати, процес називають нітратним диханням, а якщо сульфати – сульфатним диханням.

Окислення субстратів киснем нітратів називають денітрифікацією, а бактерії – денітрифікуючими, а кисень сульфатів – десульфатацією, бактерії – десульфатуючими.

Бродіння – процес одержання енергії в анаеробних умовах, коли кінцевим акцептором для відщепленого від НАД*Н2 водню являються органічні речовини, тобто при бродінні донорами (зброжувані субстрати) та акцепторами (проміжні продукти бродіння)

водню являються органічні речовини.

Кінцевими продуктами бродіння являються відновлювані сполуки – спирти та органічні кислоти. У залежності від виду основного із утворюючихся продуктів бродіння називається спиртовим, молочно-кислим, масляно-кислим і т.п.

Спиртове бродіння – викликають дріжджі род. Сахароміцети, деякі бактерії (Сарціна вентрікулі) і деякі гриби.

Дріжджі – факультативні анаероби. Тому а анаеробних умовах вони зброджують цукор і процес іде в кислому середовищі (рН = 4-5) і побічними продуктами є гліцерин і вищі спирти – сивушні масла. А в аеробних умовах – окислюють вуглеводи повністю в процесі дихання,особливо при великому доступі кисню. Процес придушення бродіння киснем повітря називається ефект Пастера, який встановив, що кисень зменшує утворення етилового спирту і СО2, але сприяє активному розмноженню дріжджових клітин.

Молочно-кисле бродіння. Викликається молочно-кислими батерії р. Стрептококкус, лактобактерії. Всі вони мікроаерофіли і бродіння для них єдине джерело енергії.

Маслянокисле бродіння – викликається облігатними анаеробними мікроорганізмами. Здатні зброджувати субстрат лише у відсутності кисню. Він для них – отрута, т. д. У цих батерії відсутні цитохроми, цитохромоксидаза, каталаза, але мають аеробні дегідрогенази.

17 . Вплив на мікроби фізичних, хімічних і біологічних агентів. Практичне використання. Методи стерилізації. Загальна характеристика фізичних та хімічних агентівДо фіз. факторів,відн.:високі температури, променеву енергію, ультразвук, речовини, що зменшують поверхневе натягнення. Під високими t розуміють діапазон температур вище 60⁰С, які мають стерилізуючу дію у відношенні вегетативних та спорових форм м/о. Променева енергія розповсюджена у природі у вигляді електромагнітних хвиль різної довжини, що викликає різноманітні фізіологічні та біохімічні ефекти. Бактерицидну дію на мікроби мають ультрафіолетові промені (довж. 2300 – 2800 Å) та іонізуюча радіація. До їх дії найбільш чутливі нуклеїнові кислоти. Ультразвукові (високочастотні) коливання в багатьох випадках руйнують мікробні клітини, але їх чутливість до ультразвуку може коливатися в широких діапазонах. Ультразвуком користуються для отримання антигенів з тканин та мікробних клітин та інших цілей. Речовини, які зменшують поверхневе натягнення (детергенти), затримують ріст, спороутворення бактерій. Висушування має бактерицидну дію на велику кількість мікроорганізмів. Але деякі з них стійкі до висушування, наприклад спори збудника правця, сибірки. Деякі хімічні сполуки мають бактерицидну та бактеріостатичну дію на мікроорганізми. Ці сполуки використовують у медичній практиці антисептики для дезінфекції різних матеріалів, приміщень тощо. Вибір антисептика та його дози залежить від матеріалу, що підлягає дезінфекції МікробоцидиРечовини, які вбивають мікроорганізми: бактеріоциди, фунгіциди, спороциди, альгіциди вірулоциди Бактеріостатики та фунгістатики (мікробостатики)Речовини, що пригнічують ріст та розмноження мікроорганізмів Класифікація атимікробних речовин в залежності від мети використання1Антибіотики 2Антисептики,3Дезінфектанти,4Консерванти. Стерилізація (визначення)Знешкодження всіх форм життя в об'єктах зовнішнього середовища з використанням переважно фізичних факторів (автоклавування, кип'ятіння, фільтрування та ін.). Методи стерилізації 1. Фізичні методи стерилізації: а) термічна стерилізація високими температурами (асептичний метод); б) променева стерилізація ультрафіолетовим випроміненням. в) Механічна стерилізація (фільтраційний метод). 2. Хімічні методи стерилізації. 3. Біологічна (додавання антибіотиків у поживні середовища). Фізичні методи стерилізації 1. Прокалювання. Таким способом зазвичай стерилізують дрібний інструментарій (бактеріологічні петлі, голки, пінцети тощо), предметні та покривні скельця. 2. Кип‘ятіння (інструменти мед. призн. тощо) 3.Стерилізація сухим жаром. Проводиться у сухожаровій шафі (пічці Пастера) при нагріванні повітря до температури 165 – 180 °С та стерилізації матеріалу протягом 60 – 45 хвилин. При більш високій температурі відбувається обвуглення паперу, у який загорнутий посуд, а при більш низькій температурі треба більший термін стерилізації. Сухим жаром стерилізують скляний посуд – пробірки, чашки Петрі, піпетки тощо. 4. Стерилізація парою під тиском. Це один з найбільш ефективних методів стерилізації(при якому гинуть найстійкіші м.о. та спори бактерій), заснований на сильній гідролізуючій дії насиченої пари. Проводиться в автоклаві.За допомогою цього методу стерилізують поживні середовища, які не містять білків та вуглеводів, посуд, різноманітний заражений матеріал з патогенними видами м.о.Режими:0,5атм.110 С ⁰

1.1атм.121

1.5атмю 126

2.0атм.132

5. Стерилізація проточною парою – при температурі 100 °С використовується у тих випадках, коли матеріал не витримує високої температури (наприклад, поживні середовища, молоко, желатин, деякі вуглеводи). Стерилізацію проточною парою проводять у автоклаві при відкритому випускному крані та незачиненій кришці або в апараті Коха при 100 °С.

Для повного знезараження використовують принцип багаторазової стерилізації, тобто стерилізують матеріал при 100 °С (або 80 – 90 °С) протягом 30 – 40 хвилин впродовж 3-х діб (вегетативні форми гинуть, а спори зберігаються та проростають при кімнатній температурі; таке трикратне прогрівання забезпечує достатньо надійну стерильність матеріалу).

6. Тиндалізація – це багаторазова стерилізація матеріалу при 56 – 58 °С протягом години 5 днів поспіль. Використовується для стерилізації речовин, що легко руйнуються (сироватки, вітаміни тощо).

7. Пастеризація (визначення)Знешкодження вегетативних форм патогенних та гнилісних мікроорганізмів у продуктах харчування шляхом прогрівання останніх при температурах, нижче 90 ^°С.

Пастеризація – не повна стерилізація при температурі 65 – 80 °С протягом 10 – 60 хвилин. Спрямована на знешкодження неспорових мікроорганізмів. Використовується для стерилізації харчових продуктів (вино, пиво, молоко, соки тощо).

8. Стерилізація ультрафіолетовими променями використовується для стерилізації повітря в мікробіологічних лабораторіях, боксах, операційних і т.п. Використовують бактерицидні лампи різної потужності.

Механічна стерилізаціяПроводиться за допомогою дрібнопористих фільтрів різних типів, які затримують лише клітинні форми мікроорганізмів та їх спори. Фільтруванням стерилізують рідкі матеріали, які не витримують нагрівання (сироватки, розчини антибіотиків тощо). Фільтрування також використовується для отримання бактеріальних токсинів, фагів та різних продуктів життєдіяльності бактерій.

Хімічні методи стерилізаціїСтерилізація об’єктів, які не витримують високої температури (наприклад, ендоскопи).