Лекции Швиденко / Физология микроорганизмов 1

Физиология микроорганизмов

Физиология бактерий изучает особенности обмена веществ, питание, роста и размножения бактерий. Обмен веществ бактерий присущ, как и всем другим существам.

Метаболизм складывается из двух взаимо противоположных процессов – катаболизм и анаболизм.

У бактерий две особенности катаболизма:

1) все обменные процессы протекают более активно.

2) процесс распада веществ преобладает над процессом синтеза.

Существует кризис редуцентов:

1. имеется большое количество отбросов не растительного происхождения.

2. Среди этих отбросов есть вещества которые бактерии не могут расщеплять.!

В связи с этим существует новое направление которое занимается поиском и созданием штаммов, которые называются биодеструкторы.Они могут расщеплять углеводороды нефти, пистециды, различные токсические и химические соединения.

Изучение физиологии бактерий.

1. Теоретическое значение – именно на модели бактериц был изучен генетический код.

2. У бактерий не иммунной системы и поэтому они являются удобной формой для изучения.

3. Практическое значение – промышленные штаммы дрожжей являются продуктом кормового белка.

4. Благодаря ряду бактерий получают антибиотики, витамины, ферменты и д. р.

5. Используя процесс брожения микроорганизмов, мы имеем некоторые отросли пищевой промышленности.

6. С помощью метаболизма бактерий можно добывать цветные металлы (геобиотехнологии).

7. Изучение метаболизма бактерий – необходимый этап бактериологического исследования и на ряду с другими свойствами бактерий используется для идентификации бактерий.

Методы изучения метаболизма.

1. Определение продуктов метаболизма, которое накапливается в питательной среде.

2. Определение продуктов метаболизма, которое накапливается в самой клетке (гистохимические методы в НИИ).

Обмен веществ у бактерий может протекать только с помощью ферментов, у них их более 1000.

По локализации делятся на:

1. Экзоферменты

2. Эндоферменты

По Значению ферменты делятся на:

1) конститутивные – Это группа ферментов, которые постоянно продуцируют в клетке. Именно они определяют основные свойства клтки.

2) индуцибельные – это ферменты, синтез которых начинается при появлении субстрата их действия.

Регуляция синтеза ферментов у бактерий подчиняется определенным законам.

Информацию о синтезе белка посылает структурный ген, который находится под действием гена – оператора. Ген – оператор находится под действием гена – оператора. В активном состоянии ген – регулятор посылает информацию в клетку и вырабатывается вещество репрессор. Репрессор – блокирует ген – оператор и поэтому структурный ген не работает. Такой механизм называется – репрессия. По этому механизму синтез большинства ферментов подавлен.

Если во внешне среде появляется субстрат то он начинает взаимодействовать с репрессором и ген – оператор освобождает структурный ген. В клетку идет информация о синтезе соответствующего фермента – это механизм дерепрессии, он лежит в основе синтеза индуцибельных ферментов.

В ряде случаев возможна мутация либо в гене - регуляторе , либо в гене операторе и тогда соответствующий фермент будет синтезироваться в клетке постоянно, т. е. индуцибельные ферменты превращаются в конститутивные.

Регуляция синтеза ферментов осуществляется на генетическом уровне, подавляются или активируются не ферменты, а гены, отвечающие за их синтез.

Химический состав принципиально не отличается от химического состава остальных живых существ, с той лишь разницей, что значительная доза массы приходится на долю воды. Основные химические компоненты – O₂, N, H, C. По типу питания зависимость от характера источника получения углевода и азота бактерии делятся на две группы – аутотропы и гетеротропы.

Аутотропы – это микроорганизмы, которые используют источник углерода и азота неорганические соединения – гетеротрофы – органические соединения.

Прототрофы – это микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые органические соединения.

Аутотрофы –это микроорганизмы, которые не способны самостоятельно синтезировать необходимые соединения из внешней среды или организма хозяина.

Механизм питания

Под питанием подразумивается процесс поступления питательных веществ в клетку и выделение продуктов метаболизма из клетки.

● Бактериальные клетки лишены специальных органов для захвата и переваривания пищи и поэтому поступление питательных веществ происходит путем всасывания (²/₃ всей поверхности).

● Внешнее переваривание характерно только для бактерий.

●Роль истинного регулятора питательных веществ – цитоплазматическая мембрана.

Существует два механизма поступления питательных веществ в клетку это: активный и пассивный транспорт. Активный транспорт осуществляют особые белки-переносчики – пермиозы. Они присоединив на внешней стороне ЦПМ субстрат при затрате Е и против градиента концентрации переносят этот субстрат к цитоплазме. В цитоплазме эта связь с белком – переносчиком нарушается. Субстрат остается в клетке, а балок – переносчик остается на внешней стороне ЦПМ.

Пассивный транспорт:

- простая диффузия по градиенту концентрации

- облегченная диффузия – принимают участие белки – переносчики. Это не энергозависимый процесс и не идет против градиента концентрации.

У бактерий существуют различные виды обмена веществ:

1) Углеводный обмен: Процесс синтеза и распада углеводов. Сложные углеводы могут расщеплять только те виды бактерий, которые могут расщеплять полисахариды и олигосахариды. Внутрь клетки может поступить только глюкоза. Меньшая её часть идет на синтез собственных полисахаридов, а большая часть подвергается дальнейшему расщеплению.

В зависимости от условий процесс протекает двумя путями:

● при аэробных условиях (горение или биологическое окисление) конечными продуктами являются CO₂ и H₂O.

● при анаэробных условиях происходит брожение. В зависимости от промежуточных продуктов различают: спиртовое, масляно – кислое и т. д.

Способность бактерий расщеплять углеводы называется сахаролитической активностью. Она изучается путем посева на среду с соответствующими углеводами и судят по выделению газа и кислоты. Среды с углеводами это среды Гисса. По назначению они дифференциально – диагностические.

Принцип их конструирования: МПБ или МПА мясопептонный бульон/агар.

индикатор +углевод.

2)Белковый обмен. Во внешней среде создаются сложные белки, их выделяют бактерии которые выделяют ферменты протеозы. Расщепление белков идет до пептонов. Большинство бактерий могут расщеплять пептоны до аминокислот. В клетку могут проникать только аминокислоты,попав в клетку они разделяются на две части. Одна часть идет на синтез собственных белков, а другая часть подвергается дальнейшему расщеплению.

В зависимости от условий расщепление идет по разному:

1) в аэробной среде – тление

2) в анаэробной среде – гниение

В процессе гниения образуется индол, скотол, патогенные амины (продукты распада). Патогенные амины могут включаться в патогенез соответствующего заболевания.

Ферменты протеазы распадаются, не только как ферменты обмена веществ, но и как ферменты определяющие патогенность бактерий.

Способность бактерий расщеплять белки называется протеолитической активностью и изучается путем посева на среды содержащие желатин и молоко. Способность бактерий расщеплять пептоны обозначается как пептолитическая активность, и определяется при посеве на мясопептонный бульон с образованием сероводорода и индола.

Дезоминазы и декарбоксилазы определяются путем посева на среды содержащие определенные аминокислоты.

Способность бактерий расщеплять сложные вещества до простых называется ферментативная или биохимическая активность. Ферментативные свойства бактерий важный признак и изучается с целью идентификации структуры.

Для того чтобы бактерии могли осуществлять различные обменные процессы, они нуждаются в определенном количестве Е, Энергию они получают в ходе окислительно – восстановительных процессов. О – в процессы протекают в дыхательном аппарате. Особенности дыхательного аппарата: бактерии лишены митохондрий, их функцию выполняют ЦПМ и мезосомы. На мезосомах накапливаются дыхательные ферменты типа цитохром – оксидоз. У бактерий отмечаются значительные колебания в качественном и количественном составе ферментов образующих дыхательные цепи.

Тонкие процессы дыхания затруднены, т. к. дыхательный аппарат соприкасается как с внешней средой так и с цитоплазмой.

Все ОВП в зависимости от характера акцептора водорода делятся на 2 группы. Если конечным акцептором Н₂ выступает О₂ (свободный или связанный) такой тип ОВП называется дыхание. Если конечный акцептор Н₂ – конечное соединение, то такой тип ОВП называется брожением.