Строение прокариотной клетки (схема)

Обязательные структуры: клеточная стенка, периплазма, мембрана цитоплазматическая, цитоплазма, нуклеоид.

Дополнительные структуры: капсула, фимбрии, жгутики, включения.

Специфичные для бактерий химические вещества: мурамовая кислота, D-аминокислоты, аминокислоты - оксилизин, лантаонин,  --диамино-пимелиновая кислота, тейхоевые кислоты, некоторые полисахариды; свободные жирные, часто разветвленные кислоты.

В отличие от др. организмов у бактерий отсутствуют стероиды (за исключением микоплазм), лецитин, нейтральные жиры, мочевина, гликоген, хитин.

Капсула - структура бактериальной клетки, расположенная поверх клеточной стенки.

Признаки				Методы
Химический состав	В зависимости от толщины и прочности соединения с телом	Постоянство капсулы	Функции капсулы	исследования
у энтеробактерий -	макрокапсула -
у стрептококков -	микрокапсула -
у бацилл -	псевдокапсула -

Клеточная стенка (оболочка) бактерий - структура бактерий и грибов, располагающаяся между цитоплазматической мембраной и капсулой (если таковая имеется) или ионизированным слоем внешней среды.

Функции клеточной стенки: 1)

2)

3)

4)

5)

Основное вещество клеточной стенки - пептидогликан:

Синонимы	Особенности строения	Строение мономера	Чувствительность к
муреины, мукопептиды, гликопептиды	макромолекулярные полимеры	тетрапептид (L-аланин-D-глутаминовая кислота - мезодиаминопимелиновая кислота - D-аланин), связанный карбоксильной группой с N-ацетилмурамовой кислотой. К последней -14-гликозидной связью присоединен N-ацетил-D-глюкозамин	лизоциму (мурамидазе), -лактамным антибио-тикам (пенициллинам и цефалоспоринам)

Кроме пептидогликана в состав клеточной стенки входят липопротеиды, липополисахариды, протеины, тейхоевые кислоты.

Тейхоевые кислоты - многофункциональные полиоксимакромолекулы, в которых повторяющиеся молекулы полиолов - глицерина в глицеролтейхоевой кислоте и рибита в рибитолтейхоевой кислоте - соединены с моносахаром, обычно с фосфат-N-ацетилглюкозамином. Тейхоевые кислоты связаны с пептидогликаном и мурамовой кислотой клеточной стенки грам+ бактерий ковалентной связью через концевые фосфаты. Липофильный конец тейхоевых кислот погружен в клеточную мембрану, гидрофильный - расположен на наружной поверхности клеточной стенки. Заряжены отрицательно. Обладают сильным сродством к одно- и двухвалентным ионам, соединяя их.

Различия в строении клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий

Признаки/ свойства	Грам+	Грам-
При окраске по методу Грама бактерии окрашиваются в	синий цвет	красный цвет
Особенности, выявляемые при электронной микроскопии	относительная однородность	выраженная слоистость клеточной стенки
Вещества, составляющие клеточную стенку	80 % - пептидогликан, дополнительно - белки и гетерополисахариды	1 - 10 % - пептидогликан, образующий внутренний слой, над пептидогликаном липопротеидный слой, самый наружный слой - липополи- сахаридный
Особенности пептидогликана	Пептидогликан многослойный, прошитый в перпендикулярном направлении молекулами тейхоевых кислот.	Отсутствуют тейхоевые кислоты. Слой пептидогликана тонкий.
Чувствительность к действию лизоцима и -лактамных антибиотиков	высокая	низкая, за счет малой доступности пептидогликана, который закрыт липидными компонентами
Стенки пор образованы	тейхоевыми кислотами	белками-поринами
Толщина клеточной стенки	около 35 нм	около 10 нм
Дефектные формы, образующиеся при утрате пептидогликана	протопласты	сферопласты

Классификация жгутиковых бактерий в зависимости от числа жгутиков и места их локализации

Монотрихи имеют один жгутик на конце
Лофотрихи имеют пучок жгутиков на одном конце
Амфитрихи по одному жгутику или по пучку жгутиков на обоих концах тела
Перитрихи - жгутики расположены по всему периметру тела

Различия микробов по форме:

Признаки	Основные формы микроорганизмов
Форма	сферическая - кокки	цилиндрическая - палочки	извитая - вибрионы, спириллы, спирохеты	мицеллярные
Расположение друг относительно	монококки	беспорядочное	число завитков
друга либо др. признаки	диплококки	парами	выраженность завитков
	тетракокки	под углом	равномерность распределения завитков по длине
	стрептококки	цепочкой	форма концов
	стафилококки	в виде «штакетника»
	планококки

Морфология спирохет. Тело спирохет представляет собой эластичную спиралевидно извитую длинную нитевидную клетку. Размеры клеток 0,05-35-500 мкм. Состоит из нуклеоида, цитоплазмы, цитоплазматической мембраны, периплазматической нити и оболочки. Нить растянута на всю длину клетки, выполняет локомоторную и опорную функции, содержит пучок в 2-150 фибрилл белка флагеллина и аминосахара. Протоплазма построена так же, как у других прокариот, но имеет малый диаметр и длину, превышающую примерно в 2 раза длину нити. Уложена спиралевидно. Оболочка тонкая, эластичная, содержит большое количество липопротеидов и тонкий несплошной слой пептидогликана. У спирохет выявляются 2 типа завитков: первичные, образованные изгибами протоплазматического цилиндра, и вторичные, представляющие изгибы всего тела. Тип, число завитков, шаг, высота, угол наклона спирали играют важную систематическую роль. Некоторые виды характеризуются дополнительными структурами - это гребешок и поперечные циркулярные фибриллы. В неблагоприятных условиях внешней или внутренней среды спирохеты могут переходить в цисту, представляющую собой укороченную и свернутую в спираль, окруженную толстой слизистой оболочкой спирохету. Формы движения спирохет разнообразны: вращательное, поступательное, вращательно-поступательное, сгибательное, сгибательно-поступательное. Движение осуществляется за счет активного сокращения фибрилл и протоплазмы. Грам-, но в процессе окраски по этому методу тело спирохет часто разрушается. Для их выявления обычно используют микроскопию в живом виде или окрашивают спирохеты по Романовскому-Гимзе.

Тема № 3: Процессы получения энергии у микроорганизмов. Фототрофы и хемотрофы. Классификация микробов по типу дыхания. Источники получения питательных веществ. Питание микробов. Способы транспорта питательных веществ через мембрану.

Классификация микроорганизмов в зависимости от источников энергии и питательных веществ:

Процесс получения энергии фотосинтез окисление восстановленных неорганических

соединений

 

Фототрофы Хемотрофы

Источники углерода

и/или азота неорганические вещества органические вещества

(углекислота и ее соли,

нитраты и нитриты)

 

аутотрофы гетеротрофы

 

облигатные факультативные

Классификация микроорганизмов по типу дыхания

	Типы микроорганизмов в зависимости от особенностей дыхания:
Характеристики	анаэробы		аэробы	микроаэрофилы
	облигатные	факультативные	облигатные
Путь получения энергии	бродильный или анаэробный фотосинтез	окислительный или бродильный	окислительный	окислительный
Необходимость присутствия кислорода	-		+	+, но парциальное давление ниже, чем для аэробов
Наличие ферментов	только пиридиновые или пиридиновые и флавиновые дегидрогеназы	цитохромы, каталаза, пероксидаза, флавиновые ферменты	оксидазы, цитохромы, каталаза, пероксидаза, флавиновые ферменты	оксидазы, цитохромы, каталаза, пероксидаза, флавиновые ферменты
Акцепторы электронов	легковосстаналиваю-щиеся органические или неорганические (сера, железо, H2S) и др. молекулы	молекулярный кислород или легковосстанавливающиеся метаболиты	молекулярный кислород	молекулярный кислород
Эффективность использования субстрата (коли-чество получаемой энергии)	низкая	средняя или высокая	высокая	средняя

Брожение – совокупность процессов анаэробного расщепления органических веществ (главным образом углеводов), с помощью которых микроорганизмы получают необходимую им энергию.

Виды брожения у микроорганизмов:

Виды брожения	Микроорганизмы	Конечный продукт брожения
Спиртовое	дрожжи и мукоровые грибы	этанол и др. спирты
Молочнокислое	молочнокислые бактерии	Только молочная кислота (гомоферментативное расщепление) или - молочная кислота + спирт, ацетон и др. (смешанное брожение).
Маслянокислое	клостридии	Масляная кислота, а также уксусная кислота, Н2 и СО2
Муравьинокислое	энтеробактерии	Муравьиная кислота, молочная и уксусная кислоты - в меньших количествах. Иногда происходит расщепление муравьиной кислоты до Н2 и СО2
Лимоннокислое	грибы	Лимонная кислота
Пропионовокислое	пропионибактерии	Пропионовая кислота
Бутанолово-ацетоновое	клостридии	Бутанол, ацетон, и др.
Метановое	метановые бактерии	Метан
Ферменты микроорганизмов: Ферменты микробов локализуются
1) оксидоредуктазы а) в структурах микробной клетки - эндоферменты
2) трансферазы
3) лиазы
4) гидролазы б) секретируются в окружающую среду - экзоферменты
5) изомеразы
6) лигазы

Многие бактерии и грибы синтезируют пигменты - красящие вещества различных классов химических соединений, выделяемые в среду или входящие в состав клеток. Синтезирующие пигменты бактерии и грибы чаще встречаются среди обитателей воздуха, почвы и воды. Синтез пигментов регулируется парциальным давлением кислорода, температурой окружающей среды, инсоляцией. Пигменты каротиноидного класса, имеющие желтые, красные, оранжевые тона, синтезируют стафилококки, микрококки, сарцины, микобактерии, коринебактерии, нокардии, красные дрожжи, пурпурные бактерии. Пирогалолловый пигмент красного цвета продигиозин продуцирует S. marcescens. Не растворимый в воде синий пигмент индигоидин выделяют некоторые виды псевдомонад, коринебактерий, артробактерий. Растворимый в воде синий пигмент пиоцианин, производное феназина, синтезирует P. aeruginosa; Chromobacterium violaceae продуцирует пигмент виолацеин сине-фиолетового цвета. Большое количество пигментов с широкой цветовой гаммой продуцируют грибы. Пигменты, растворимые в воде, окрашивают колонии и среду; не растворимые в воде пигменты окрашивают только колонии. Пигменты фотосинтезирующих бактерий наряду с бактериохлорофиллом принимают участие в дыхании. У гетеротрофных организмов они выполняют функцию защиты от повреждающего действия видимых и УФЛ, другие физиологические функции пигментов изучены недостаточно.

Кроме пигментов, многие микроорганизмы обладают способностью светиться (этим свойством обладают в большей степени микробы - обитатели морской воды), а также вырабатывают летучие ароматические вещества, придающие определенный запах продуктам ферментации (молочнокислым продуктам, вину, пиву и др.)

Тема № 4: Вегетативные и покоящиеся формы микробов как стадии онтогенеза. Морфологические и физиологические различия покоящихся и вегетативных форм микробов. Виды покоящихся форм, условия образования. Споры бактерий, этапы спорообразования. Рост и размножение микроорганизмов. Способы размножения микробов. Периоды (фазы) роста микробной популяции в замкнутой среде.

Для микроорганизмов так же, как и для др. организмов, характерны рост, размножение и смерть. В зависимости от способности к росту и размножению рассматривают две стадии онтогенеза микробов: вегетативную - жизнеспособную и жизнедеятельную и покоящуюся - жизнеспособную, но не жизнедеятельную.

Покоящиеся формы микробов - формы или стадии развития микробов с резко сниженным обменом веществ и энергии (гипобиоз, анабиоз).

Различия покоящейся и вегетативной формы микробов

Признак	Вегетативная форма	Покоящаяся форма
1. Морфология	характерная для вегетативных форм	как у вегетативной формы или особая
2. Рост и размножение	+	-
3. Обмен веществ	+	-, состояние гипо- или анабиоза
4. Чувствительность к повреждающим факторам	+	-
5. Функция	1) рост, 2) размножение популяции	1)переживание популяции в неблагоприятных условиях, 2) специфическая стадия онтогенеза, выполняющая репродуктивную роль

Специальные (морфология резко отличается от вегетативной формы) покоящиеся формы микробов:

споры бактерий и грибов	"малые" формы риккетсий	вирион вирусов
цисты спирохет и простейших	элементарное тельце хламидий	с некоторыми оговорками - L-форма бактерий, лизогенная (интегративная форма, провирус) форма вирусов

Условия, при которых происходит превращение вегетативной формы в покоящуюся, зависят от особенностей микроорганизма:

Микроорганизмы	Изменение условий обитания	Покоящиеся формы	Отличия от вегетативной формы	Продолжительность сохранения жизнеспособности
Свободноживущие	Изменения внешней среды: температуры, влажности, атмосферного давления, УФ- или ионизирующее излучение, истощение источников питания	споры, цисты	репрессия генома, малое количество свободной воды в цитоплазме, повышение в ней концентрации Ca2+ появление дипиколинитовой кислоты	Высокая термоустойчивость (+100 С - 5-6- часов) Высокая продолжительность сохранения жизнеспособности (до тысячи лет)
Паразиты, размножающиеся внеклеточно	Изменение внутренней среды организма-хозяина: появление антибиотиков, действие иммунных факторов, гипертермия, ацидоз	цисты, L-формы	репрессия генома, утрата некоторых поверхностных рецепторов и антигенов-мишеней для действия факторов иммунной защиты или химиотерапевтических препаратов, снижение или изменение (извращение) метаболизма	Жизнеспособность в организме-хозяине - до нескольких лет, во внешней среде - такая же, как и у вегетативной формы
Паразиты, размножающиеся внутриклеточно	Изменение внутриклеточных условий обитания: действие интерферонов, переизбыток размножающейся популяции паразитов, разрушение клетки-хозяина, действие химиопрепаратов	«малая» форма, элементарное тельце	репрессия генома, появление дополнительных мембранных оболочек, уменьшение размеров, уменьшение одержания свободной воды	Жизнеспособность внутри организма-хозяина - до десятков лет, во внешней среде - аналогична вегетативной форме
Паразиты, размножающиеся внутригеномно	?? действие интерферонов, резкое увеличение популяции внутри клетки, естественный ход репродукции вирусов	провирус, вирион	интеграция с геномом клетки-хозяина при отсутствии репродукции паразита, отсутствие размножения у внеклеточной формы вируса - вириона	Жизнеспособность - многие годы (до десятилетий)

Размножение микроорганизмов - процесс воспроизведения подобных себе особей (самовоспроизведения), обеспечивающий продолжение существования вида. Важнейшей особенностью микроорганизмов являются исключительно высокие темпы размножения в благоприятных условиях (взрывной тип размножения) и способность их очень долгое время обходиться без размножения в неблагоприятных условиях.

Способы размножения у микробов

  

половой параполовой бесполый

  

конъюгация, трансдукция, вегетативный (простое деление, почкование,

копуляция трансформация множественное деление),

спорообразование

Рост популяции микробов в закрытой системе

N,

log₂

время

Тема № 5: Генетика микроорганизмов. Устройство генетического аппарата прокариотов. Нуклеоид, плазмиды, транспозоны. Виды плазмид и их физиологическое значение. Изменчивость микроорганизмов. Мутации, модификации, генотипические рекомбинации. Методы генетического анализа микробов. Концепция микробной доминанты. Эволюция микроорганизмов.

Генетический аппарат прокариотов представлен 1) нуклеоидом и 2) внехромосомными факторами наследственности: плазмидами, эписомами, транспозонами, инсерционнымы вставками (Is-последовательностями).

Виды плазмид

Название	Функция	Особенности
R-плазмида (фактор резистентности)	детерминирование синтеза ферментов, расщепляющих антибиотик, торможение переноса антибиотика через клеточные мембраны	состоит из 2 областей: 1 - это гены, контролирующие резистентность, 2 - гены, контролирующие перенос плазмиды в другую клетку (rtf). Выходит за пределы вида
F-плазмида (фактор фертильности)	контролирует синтез секс-пили, конъюгацию и перенос генов хромосомы и нетрансмиссивных плазмид от донора реципиенту	может находиться как в автономном состоянии, так и в состоянии интеграции с хромосомой
Col -плазмида	контролируют синтез бактериоцинов	автономное состояние, передаются при конъюгации без сцепления с хромосомой
Плазмиды патогенности	контроль синтеза адгезинов, инвазинов, токсинов
Плазмиды биодеградации	контроль утилизации некоторых органических веществ

Характеристика разных видов изменчивости

Признак	Фенотипическая изменчивость	Генотипическая изменчивость
Частота изменения	высокая	низкая
Реверсия в исходную форму	частая	редкая
Характер сдвигов	адаптивный к среде	случайный
Изменения в генетическом коде	отсутствуют	обязательны
Передача по наследству	отсутствует	обязательна

Генетические рекомбинациии –

процесс образования геномов, содержащих генетический материал от двух родительских форм

  

Трансформация Трансдукция Конъюгация

Передача генетического материала:	через внешнюю среду	с помощью бактериофага	при непосредственном контакте, через секс-пили
	число компетентных (способных к захвату ДНК) особей в популяции не превышает 1%, эта способность возникает на определенном этапе развития особей и быстро утрачивается	способностью к трансдукции обладают 10-5 - 10-8 особей популяции бактериофагов. Описана для грам+ бактерий	соотношение F+ и F- клеток в популяции = 1: 1 106 Описана для энтеробактерий и псевдомонад

Тема № 6: Экологическая микробиология. Задачи экологической микробиологии. Основные понятия экологии. Экологические связи. Типы экологических связей и их характеристика. Влияние факторов внешней среды на жизнеспособность микробной популяции.