Пятигорский филиал Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ И МИКРОБИОЛОГИИ

Е.Г. ДОРКИНА

ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. ЧАСТЬ 2

ФИЗИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Методические указания для самостоятельной (внеаудиторной) работы студентов 1 курса (очная форма обучения) по дисциплине

С2.Б.11 – МИКРОБИОЛОГИЯ

Пятигорск 2013

1

УДК 576.8.095 (07) ББК 52.6 я 73 Д 68

Рецензент: профессор кафедры биологии и физиологии, д.б.н. Л.Е. Назарова

Е.Г. Доркина Д 68 Общая микробиология. Часть 2. Физиология микроорганизмов:

методические указания для самостоятельной (внеаудиторной) работы студентов 1 курса (очная форма обучения) по дисциплине С2.Б.11

–Микробиология/Е.Г. Доркина. – Пятигорск: Пятигорская ГФА. 2013. – 39 с.

Методические указания для самостоятельной внеаудиторной работы студентов по микробиологии «Общая микробиология. Часть 2. Физиология микроорганизмов» составлены в соответствии с ФГОС ВПО для студентов 1-ого курса очной формы обучения. В указаниях содержатся сведения по основным теоретическим вопросам физиологии микроорганизмов (питание, дыхание, обмен веществ, размножение), практические сведения по культивированию бактерий, вирусов, риккетсий, хламидий, по выделению и идентификации чистых культур аэробных и анаэробных бактерий. Данное пособие предназначено для студентов очной формы обучения и преследует цель облегчить и сделать более успешными самостоятельную подготовку студентами теоретических вопросовзанятий и выполнение домашних заданий, а также самостоятельную работу на занятии.

УДК 576. 8. 095 (07) ББК 52.6 я 73

Печатается по решению ЦМК Пятигорского филиала ГБОУ ВПО «ВолгГМУ» Минздрава РФ

Ó Пятигорская государственная фармацевтическая академия, 2013

2

ВВЕДЕНИЕ

Для изучения данного раздела курса микробиологии предусмотрено2 часа лекций и 8 часов лабораторных занятий.

Цель раздела. Изучить питание, дыхание, размножение и ферментативную активность микроорганизмов, уметь использовать эти знания для овладения методами культивирования микробов, уметь подобрать питательную среду для культивирования различных микроорганизмов, аэробов и анаэробов; изучить состав и освоить методы приготовления питательных сред, а также овладеть методами выделения чистых культур и их идентификации, изучить особенности культивирования вирусов и риккетсий.

Учебно-целевые вопросы раздела. Химический состав бактерий. Источники углерода, азота, макро- и микроэлементов, ростовых факторов. Типы питания бактерий, механизмы переноса питательных веществ в бактериальную клетку. Аутотрофы и гетеротрофы. Фототрофы и хемотрофы. Получение энергии у фотоаутотрофов, хемоаутотрофов, хемоорганогетеротрофов. Анаэробный и аэробный типы биологического окисления. Условия, необходимые для культивирования микроорганизмов. Питательные среды. Особенности культивирования риккетсий, хламидий и вирусов. Ферменты микробов, их роль в микробных клетках и вирусах. Связь отдельных ферментов со структурными элементами клетки. Методы изучения ферментативной активности и использование ее для идентификации микроорганизмов. Применение ферментов в биотехнологии и других областях. Механизм и скорость размножения бактерий. Особенности роста в жидкой питательной среде. Колонии микроорганизмов. Образование микробами пигментов, токсинов, витаминов, аминокислот, полисахаридов и других веществ. Принципы выделения и идентификации чистых культур аэробных и анаэробных бактерий.

ЗАНЯТИЕ № 6.

ТЕМА: ТИПЫ И МЕХАНИЗМЫ ПИТАНИЯ БАКТЕРИЙ. КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БАКТЕРИЙ. ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ. ВЫДЕЛЕНИЕ ЧИСТОЙ КУЛЬТУРЫ АЭРОБОВ (1-ЫЙ ЭТАП).

Задачи для самоподготовки с алгоритмами решения.

Задача 1. ОХАРАКТЕРИЗОВАТЬ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИЙ.

Для этого надо знать:

1.В состав бактерий входят такие же химические элементы и соединения, что и в состав других организмов, но в несколько других количественных соотношениях.

2.Химический состав бактерий отличается большей изменчивостью (вариабельностью). Он зависит от возраста, условий питания и других условий окружающей среды. Имея широкий набор ферментов, микроорганизмы могут приспосабливаться к самым различным, в том числе и неблагоприятным условиям существования, и в процессе приспособления изменяется их химический состав.

3.В состав бактериальной клетки входит80 % воды. 40-80 % сухой массы составляют белки (более 2000 видов), построенные обычно из таких же20 аминокислот (при этом диаминопимелиновая кислота встречается только у бактерий). Большей частью это сложные белки: нуклеопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды.

4.На долю ДНК приходится 10-30 %. ДНК бактерий – одна кольцевая биспиральная молекула. Имеются все 3 вида РНК: иРНК, тРНК и рРНК, причем последняя составляет 80 % всей РНК.

5.Углеводы содержатся в количестве12-18 %. В состав полисахаридов входят глюкоза, гексозамины, глюкуроновая кислота, галактоза, левулеза.

6.Содержание липидов может варьировать от1,5 до 40 % в зависимости от вида микроорганизмов (например, Mycobacterium tuberculosis содержит 40 % липидов), от возраста и физиологического состояния. Липиды бактерий представлены свободными жирными кислотами (пальмитиновая, стеариновая, миристиновая, олеиновая), фосфолипидами, глицеридами, восками.

7.Минеральные вещества составляют 2-14 % сухой массы: Р, К, Mg, S, Fe, Ca, I, Zn, Mo, Cu, Mn.

Задача 2. ОХАРАКТЕРИЗОВАТЬ ФУНКЦИИ ОСНОВНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ.

Для этого надо знать:

1.Н2О – дисперсионная среда для коллоидов и растворитель для кристаллических веществ; обеспечивает тургор, участвует в химических реакциях.

2.Белки участвуют в формировании структурных элементов клетки и в различных процессах; большинство из них – ферменты – биологические катализаторы. Именно белки обусловливают антигенность, иммуногенность, вирулентность и видовую специфичность бактерий.

3.ДНК обеспечивает хранение и передачу генетической информации, а РНК участвует в процессе ее реализации через биосинтез специфических белков.

4.Углеводы выполняют структурную функцию, участвуя в построении клеточной стенки и капсулы, а также обеспечивают энергией процессы клеточного метаболизма, определяют антигенные свойства микробов. Крахмал и гликоген выполняют запасающую функцию.

5.Липиды бактерий участвуют в построении цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, у некоторых видов являются запасными питательными веществами.

6.Минеральные вещества принимают участие в регуляции осмотического давления, рН, в активации ферментов.

Задача 3. ОХАРАКТЕРИЗОВАТЬ ТИПЫ ПИТАНИЯ БАКТЕРИЙ.

Для этого надо знать:

1.В качестве питательных веществ бактерии используют самые разнообразные неорганические и органические соединения, что определяет широту их распространения в природе и огромное разнообразие условий существования.

2.Для синтеза собственных органических соединений бактериям необходимы энергия и такие химические элементы как кислород, водород, углерод, азот. Источниками кислорода и водорода являются вода и кислород воздуха у аэробных микробов.

3.По источнику углерода бактерии делят на:

- автотрофы – источником является СО2;

4

-гетеротрофы – источниками являются различные органические соединения (гексозы, спирты, аминокислоты, органические кислоты, образующиеся при гидролизе полисахаридов, белков, липидов).

По источнику энергии:

-фототрофы – используют энергию солнечного света;

-хемотрофы – используют энергию окислительно-восстановитель-ных реакций неорганических и органических соединений.

По донору Н2 (е):

-литотрофы – донором являются неорганические соединения (Н2О, H2S);

-органотрофы – донором являются органические соединения (карбоновые кислоты, аминокислоты, глюкоза и т.д.).

По источнику азота:

-аминоавтотрофы – источником является атмосферный азот N2 (азотфиксирующие бактерии – р. Azotobacter, р. Rhizobium), аммонийные соли, нитраты, нитриты (денитрифицирующие бактерии);

-аминогетеротрофы – источником являются белки.

4.Тот или иной тип питания определяется набором ферментов у данной бактериальной клетки, который в свою очередь определяется специфическими генами в геноме (набор ферментов – видовой признак).

5.Разнообразие типов питания у бактерий определяет их огромное значение в осуществлении круговорота различных элементов в природе.

Задача 4. ОХАРАКТЕРИЗОВАТЬ ПОЛУЧЕНИЕ ЭНЕРГИИ У ФОТОАВТОТРОФОВ, ХЕМОАВТОТРОФОВ, ХЕМО(ОРГАНО)ГЕТЕ-РОТРОФОВ.

Для этого надо знать:

1. Фотоавтотрофы или фотосинтетики – это фотосинтезирующие зеленые и пурпурные серные бактерии, использующие энергию солнечного света для синтеза орга-

нических соединений; в качестве источника углерода используют СО, а в качестве до-

2

нора Н2 (е) – Н2О, H2S, карбоновые кислоты.

2. Хемоавтотрофы или хемосинтетики синтезируют органические вещества из СО2 за счет энергии реакций окисления неорганических соединений. К ним относятся нитрифицирующие бактерии (NH3 ® HNO3), серобактерии (H2S ® S; H2SO4), железобактерии (Fe2+ ® Fe3+), они имеют большое значение в круговороте веществ, переводя такие элементы как азот, сера, железо в более доступную форму, в которой они усваиваются растениями.

3. Хемо(органо)гетеротрофы для синтеза собственных органических соединений используют энергию окисления других органических веществ, которые являются одновременно и источниками углерода. К ним относится большинство бактерий:

а) сапрофиты, использующие органические вещества отмерших организмов, не нанося им вреда (бактерии брожения и бактерии гниения);

б) симбионты, использующие органические вещества других живых организмов, не нанося им вреда (образуют симбиоз);

5

в) паразиты, использующие органические вещества живых организмов; при этом организм хозяина обеспечивает паразита пищей и убежищем. Паразит, как правило, наносит вред, вызывая различные заболевания (патогенные бактерии). Паразиты бывают облигатные (способны жить и расти только внутри живой клетки) и факультативные (после гибели хозяина питаются сапрофитно).

Задача 5. ДАТЬ ПОНЯТИЯ ПРОТО- И АУКСОТРОФНОСТИ.

Для этого надо знать:

1.Микроорганизмы, способные синтезировать все соединения из глюкозы(как источника углерода) и солей аммония (как источника азота) являются прототрофами.

2.Если же они не способны синтезировать какое-либо соединение, то являются ауксотрофами (многие патогенные бактерии и бактерии нормальной микрофлоры -ки шечника человека).

3.Для нормального роста и размножения те вещества, которые микроорганизмы не способны синтезировать, они должны получать в готовом виде из окружающей среды. Эти вещества называются факторами роста.

4.К факторам роста относятся аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые азотистые основания, нуклеозиды, нуклеотиды, липиды, инозит, холин, витамины В5, В2, В1, В3, В6, биотин, фолиевая кислота, парааминобензойная кислота (ПАБК), гем.

5.Потребность в тех или иных факторах роста является видовым признаком, что может быть использовано для идентификации бактерий(например, Mycobacterium tuberculosis нуждается в геме, как в факторе роста; Corynebacterium diphteria – в витами-

не В5).

Задача 6. ОХАРАКТЕРИЗОВАТЬ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В БАКТЕРИАЛЬНУЮ КЛЕТКУ.

Для этого надо знать:

1.Особенностью питания бактерий является поглощение веществ из среды всей поверхностью тела.

2.Питательные вещества могут проникнуть в клетку в виде относительно небольших молекул, поэтому белки, полисахариды и т.д. предварительно гидролизуются экзоферментами бактерий до аминокислот, моносахаридов, глицерина и жирных кислот, а затем поступают в бактериальную клетку.

3.Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы(до 600), Н2О, ионы. Цитоплазматическая мембрана обладает избирательной проницаемостью, поэтому она является основным регулятором поступления веществ в клетку.

4.Скорость поступления веществ зависит от величины и растворимости молекул в липидах и в воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран.

5.Существует несколько механизмов транспорта:

а) простая диффузия – осуществляется по градиенту концентрации веществ без затраты энергии; решающее значение при этом имеют размеры молекул и их растворимость в липидах;

6