Тема 1.6: Физиология и особенности метаболизма бактерий. Питательные среды. Химический состав бактериальной клетки. Питание и дыхание микроорганизмов.

Ферменты микроорганизмов. Роль ферментативной активности микробов и их идентификации. Рост и размножение микроорганизмов. Пигментообразование, ароматообразование и свечение микроорганизмов».

ПЛАН

1. Особенности метаболизма бактерий и химический состав бактериальной клетки.

2. Питание микроорганизмов, пути поступления питательных веществ в микробную клетку, типы питания.

3. Дыхание микроорганизмов, основные типы биологического окисления.

Ферменты микроорганизмов и их роль в обмене веществ. Классификация ферментов.

4. Роль ферментативной активности микроорганизмов в их идентификации.

5. Рост и размножение микроорганизмов. Способы размножения.

6. Пигментообразование, ароматообразование и свечение микроорганизмов.

Метаболизм – совокупность двух противоположных, но взаимосвязанных процессов – катаболизма (энергетического метаболизма) и анаболизма (пластического или конструктивного метаболизма). Процессы катаболизма и анаболизма взаимосвязаны. В процессе катаболических реакций происходит выделение энергии, которая аккумулируется в молекулах АТФ. А в процессе анаболических реакций эта энергия расходуется на синтез различных органических соединений, которые являются составной частью микробной клетки. Взаимосвязь анаболизма и катаболизма выражается также в том, что на определенных этапах метаболизма образуются одинаковые промежуточные продукты (амфиболиты), которые используются в обоих процессах.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИЙ

Микробы содержат те же химические вещества, что и клетки живых организмов.

Самым значительным компонентом (в количественном отношении) является вода, которая составляет 75-85%.

Значение воды:

1. Универсальный растворитель, находящийся в клетке в свободном и связанном состоянии с различными химическими компонентами клетки.

2. Принимает участие в различных химических реакциях и в транспорте питательных веществ в клетку и из клетки.

3. Содержание свободной воды меняется в зависимости от условий внешней среды, физиологического состояния и возраста клетки (у споровых форм бактерий значительно меньше воды, чем у вегетативных форм).

Органогены (С, Н, О_2, N₂) – используются для построения белков, углеводов и липидов.

Минеральные вещества: P, Na, K, Mg, S, Fe, Cl и др.

Фосфор входит в состав НК, фосфолипидов, ферментов, АТФ (аккумулятор энергии клетки). Na – поддержание осмотического давления в клетке. Fe содержится в дыхательных ферментах.

Микроэлементы также необходимы клетке и содержатся в очень малых количествах, они участвуют в синтезе и активации некоторых ферментов. Соотношение химических элементов в клетке не постоянно и может меняться в зависимости от внешней среды, питательной среды и т.д.

Белки

простые (протеины) сложные (протеиды)

Нуклеопротеиды (имеют большое значение) – соединения белка с нуклеиновыми кислотами (ДНК, РНК).

Белки входят в состав:

• клеточной стенки – пептидогликан (основа клеточной стенки) – зависит окраска по Граму;

• цитоплазматической мембраны, основу которой представляет липопротеин (15-30% липидов, 50-70% протеинов, 2-5% углеводов и РНК);

• цитоплазмы;

• нуклеоида (ДНК – обуславливает генетические свойства микроорганизмов; РНК – принимает участие в биосинтезе клеточных белков);

• включения (гликогена, крахмала и др.).

К белкам принадлежат ферменты, играющие важную роль в метаболических реакциях.

Углеводы - источник энергии и углерода.

• Содержатся в клеточной оболочке, капсуле и др. компонентах клетки.

• Входят в состав тейхоевой кислоты, характерной для Грам+ бактерий.

Клетки микроорганизмов содержат простые (моно- и дисахариды) и высокомолекулярные (полисахариды) углероды.

Липиды:

• участвуют в энергетическом обмене клетки;

• входят в состав клеточной стенки.

Состоят из:

• нейтральных жиров;

• жирных кислот;

• фосфолипидов.

Выполняют роль запасных веществ в некоторых микробных клетках; могут быть связаны с углеводами и белками, составляя сложный комплекс, определяющий токсические свойства микроорганизмов.

Метаболизм бактерий характеризуется ярко выраженным разнообразием. В качестве питательных веществ микробные клетки используют различные органические и минеральные соединения.

Особенности питания микроорганизмов:

• поступление питательных веществ через всю поверхность клетки;

• быстрота метаболических реакций;

• быстрая адаптация к условиям окружающей среды.

Типы питания

По усвоению углерода:

• автотрофы (литотрофы) – способны синтезировать все углеродсодержащие компоненты клетки из CO₂, как единственного источника углерода;

• гетеротрофы (органотрофы) - не могут существовать только за счет ассимиляции CO₂. Они используют разнообразные органические углеродсодержащие соединения – глюкозу, многоатомные спирты, углеводороды и др. соединения;

• сапрофиты

• паразиты

По усвоению азота:

• аминоавтотрофы – для синтеза белков используют молекулярный азот воздуха (клубеньковые бактерии, азотобактерии) или усваивают его из аммонийных солей (прототрофы);

• аминогетеротрофы - получают азот из органических соединений аминокислот, белков (ауксотрофы). К ним относятся все патогенные и условнопатогенные микроорганизмы.

В зависимости от источников энергии природы доноров электронов:

• фототрофы (фотосинтезирующие), способные использовать солнечную энергию – сапрофиты;

• хемотрофы (хемосинтезирующие), способные использовать энергию за счет окислительно-восстановительных реакций – патогенные микробы.

В зависимости от доноров электронов хемотрофы подразделяют:

• хемолитотрофы (хемоавтотрофы)

• хемоорганотрофы (хемогетеротрофы)

Классификация хемосинтезирующих микроорганизмов по источникам энергии и углерода, донорам электронов, типам питания и экологическим связям.

Тип питания	хемоавтотрофы	хемоорганотрофы
Источник энергии	Окислительно-восстановительные реакции
Источник углеводов	Неорганические соединения	Органические соединения
Доноры электронов	H2, H2S (сероводород), CH3 (метан), Fe2+ и др.	Органические соединения
Тип экологической связи	сапрофиты	Сапрофиты и паразиты

Факторы роста

Некоторые микроорганизмы самостоятельно синтезируют необходимые им ростовые факторы, другие получают их в готовом виде из окружающей среды. Потребность того или иного микроорганизма в определенных ростовых факторах является стабильным признаком, который используется для дифференциации бактерий, а также при изготовлении питательных сред для лабораторных и бактериологических целей.