9

Лекция 4. Физиология микроорганизмов. Питание и метаболизм.

1. Способы питания. Поступление питательных веществ в клетку микроорганизмов.

2. Химический состав клеток микроорганизмов.

3. Типы углеродного питания у микроорганизмов. Хемосинтез и фотосинтез у бактерий.

4. Понятие о метаболизме микроорганизмов. Дыхание микроорганизмов.

5. Ферменты и их роль в жизнедеятельности микроорганизмов.

6. Рост и размножение бактерий.

7. Рост популяции микроорганизмов в периодических и непрерывных культурах.

Литература:

1. Асонов Н.Р. Микробиология. - М.: Агропромиздат, 1989, с.51-77.

2. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология, 2-е изд. – М.: Колос, 1978, с.88-129.

1. Способы питания. Поступление питательных веществ в клетку.

Известны два способа питания. При галозойном способе питания живой организм захватывает или заглатывает плотные частицы пищи и переваривает в пищеварительном тракте. Этот способ характерен для животных и простейших.

У микроорганизмов и растений - галофитный способ питания, при котором питательные вещества поступают в клетку в виде небольших молекул из водного раствора через всю ее поверхность.

Избирательное поступление питательных веществ в клетку регулируется цитоплазматической мембраной.

Существует четыре основных механизма поступления веществ:

1. Пассивная диффузия - это поступление питательных веществ под действием разности концентрации или электрических потенциалов по обе стороны мембраны. Скорость ее невелика и проходит она без затраты энергии.

2. Облегченная диффузия - перенос происходит через цитоплазматическую мембрану при помощи белков-переносчиков, называющихся пермеазами. Она происходит за счет разности концентрации и без затраты энергии.

3. Активный транспорт - перенос происходит пермеазами против градиента концентрации с использованием энергии АТФ.

4. Перенос групп (транслокация) - внутри ЦПМ сахар под действием ферментов превращается в фосфатный эфир, который и поступает в цитоплазму.

2. Химический состав клеток микроорганизмов.

Основную часть микробной клетки составляет вода - 75-85 % от общей массы клетки. В капсульных бактериях ее больше, в бациллах меньше. В спорах вода находится в связанном состоянии. Связанная вода входит в состав молекул белков, углеводов, жиров и других соединений. Сухого вещества в микробах содержится в среднем 15-25%.

Химические элементы, входящие в состав живой материи, можно разделить на три основные группы:

1. Органогены: углерода –50%, кислорода –20%, азота 10-15%. На их долю приходится 95% сухого вещества.

2. Макроэлементы: - P, S, Cl, K, Mg, Ca, Na. На их приходится около 5 %.

3. Микроэлементы: - Fe, Cu, I, Co, Mo, Ni и др. На их приходятся доли процента, однако микроэлементы играют важную роль в обменных процессах в клетках.

Из органических соединений первое место занимают белки - 50-80%. В состав белков микроорганизмов входят как обычные аминокислоты, так и оригинальные: диаминопимелиновая, D-аланин, D-глютанин. Они входят в состав пептидогликана и капсул некоторых бактерий. В спорах содержится дипиколиновая кислота, придающая им резистентность. Жгутики построены из белка флагеллина, обладающего сократительной способностью, а пили (фимбрии) содержат особый белок – пилин. Пептидную природы имеют капсулы представителей рода Bacillus, возбудителя чумы, поверхностные антигены ряда бактерий, в том числе стафилококков и стрептококков. Белок А - специфический белок S.aureus - фактор, обусловлавливающий ряд свойств этого возбудителя. Белок М - специфический белок гемолитических стрептококков серогруппы А, позволяющий дифференцировать серовары (около 100), что имеет эпидемиологическое значение.

Среди белков наружной мембраны имеются порины, которые образуют диффузные пори, через которые в клетку могут проникать небольшие гидрофильные молекулы.

Липиды (главным образом форфолипиды) (4-40%) содержатся в цитоплазматической мембране (липидный бислой), в также в наружной мембране грамотрицательных бактерий. Есть микроорганизмы, содержащие большое количество липидов (до 40% сухого остатка) - микобактерии. В состав липидов входят различные жирные кислоты, весьма специфичные для разных групп микроорганизмов. Их определение имеет в ряде случаев диагностическое значение, например у анаэробов, микобактерий.

У микобактерий туберкулеза в составе липидов имеется ряд кислотоустойчивых жирных кислот- фтионовая, миколовая и др. Высокое содержание липидов и их состав определяют многие свойства микобактерий туберкулеза:

-устойчивость к кислотам, щелочам и спиртам;

-трудная окрашиваемость красителями (используют специальные методы окраски, чаще- по Цилю- Нильсену);

-устойчивость возбудителя к солнечной радиации и дезсредствам;

- патогенность.

Тейхоевые кислоты встречаются в клеточных стенках грамположительных бактерий. Представляют собой водорастворимые линейные полимеры, содержащие остатки глицерина или рибола, связанные фосфодиэфирными связыми. С тейхоевыми кислотами связаны главные поверхностные антигены ряда грамположительных бактерий.

Углеводы встречаются чаще в виде полисахаридов, кторые могут быть экзо- и эндоклеточными (10-30%). Экзоклеточные входят в состав капсул или выделяются в среду. Некоторые бактериальные полисахариды используются в медицине. Декстраны служат кровезаменителями (6%-ный раствор). Декстрановый гель сефадекс используется в колоночной хроматографии как молекулярное сито. Эндоклеточные полисахариды - запасные питательные вещества клетки (крахмал, гликоген и др.).

Липополисахарид (ЛПС) клеточной стенки грамотрицательных бактерий имеет две основные функции - определяет антигенную специфичность и является одним из основных факторов патогенности. Это - эндотоксин, токсические свойства которого проявляются преимущественно при разрушении бактериальных клеток. Его токсичность определяется липидом А.

Нуклеиновые кислоты представлены ДНК - 3-4% и РНК - около 16% от сухой массы микробной клетки. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) бывает хромосомная и плазмидная (внехромосомная). Рибонуклеиновые кислоты (РНК) находятся главным образом в рибосомах (р-РНК - 80- 85%), т (транспортные) – РНК - 10%, м (матричные) – РНК – 1 - 2%, главным образом в одноцепочечной форме.