- •ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
- •С. В. Прудникова
- •Оглавление
- •Оглавление
- •Лекция № 1
- •Микробиология – наука о микроорганизмах
- •Открытие мира микроорганизмов связано с развитием оптической техники
- •Роберт Гук
- •Антони ван Левенгук
- •Изучение процессов брожения
- •Георг Эрнст Шталь
- •Жорж-Луи Леклерк де Бюффон
- •Антуан Лоран Лавуазье (A. L. Lavoisier, 1743–1794)
- •Ж. Б. Демазьер
- •Научная деятельность Луи Пастера
- •Развитие микробиологии в XIX веке
- •www.biologie.de
- •Научные достижения Р Коха
- •Ценковский Лев Семенович (1822–1887) – родоначальник русской микробиологии.
- •Мечников Илья Ильич
- •Гамалея Николай Федорович
- •Виноградский Сергей Николаевич
- •Бейеринк Мартинус Виллем
- •Омелянский Василий Леонидович (1867–1928)
- •Открытие вирусов
- •Микология – наука о грибах
- •Воронин Михаил Степанович (1838–1903),
- •Ячевский Артур Артурович
- •Достижения русских микробиологов в XX веке
- •Исаченко Борис Лаврентьевич
- •Имшенецкий Александр Александрович
- •Красильников Николай Александрович
- •Мишустин Евгений Николаевич (1901–1991)
- •Открытие пенициллина
- •Ермольева Зинаида Виссарионовна (1898–1974) – микробиолог, академик АМН.
- •Шапошников Владимир Николаевич
- •Костычев Сергей Павлович (1877–1931)
- •Отрасли микробиологии
- •Лекция № 2
- •Размеры микроорганизмов
- •Морфология клеток
- •Основные формы бактерий
- •Морфологическая дифференцировка
- •Морфологически дифференцированные клетки бактерий
- •Условия, способствующие образованию покоящихся клеток
- •Покоящиеся клетки: эндоспоры
- •Эндоспоры обладают специфическими структурами:
- •Формирование эндоспоры
- •Отличия спор от вегетативных клеток
- •Факторы, обеспечивающие устойчивость эндоспор
- •Покоящиеся клетки: экзоспоры
- •Покоящиеся клетки: цисты
- •Клетки, участвующие в фиксации азота
- •Клетки, участвующие в размножении
- •Лекция № 3
- •Микроорганизмы
- •Сопоставление прокариотной
- •Сопоставление прокариотной и эукариотной клеточной
- •Строение бактериальной клетки
- •Поверхностные структуры клетки
- •Окраска по Граму (Ch. Gram, 1884)
- •Структура пептидогликана
- •Клеточная стенка грамположительных бактерий
- •Тейхоевые кислоты – обнаружены у грамположительных бактерий.
- •Клеточная стенка грамотрицательных бактерий
- •Липополисахариды – обнаружены у грамотрицательных бактерий.
- •Необычные клеточные стенки прокариот
- •Прокариоты без клеточной стенки
- •Сферопласты – бактерии, частично лишенные клеточной стенки.
- •L-формы бактерий – полностью или частично лишены пептидогликана.
- •Свойства L-форм бактерий:
- •Функции клеточной стенки
- ••Капсулы – аморфные слизистые образования. Состоят из полисахаридов.
- •• Чехлы – имеют тонкую структуру, часто многослойные.
- •Функции капсул и чехлов
- •Жгутики и механизмы движения
- •Escherichia
- •Строение жгутика грамотрицательных бактерий
- •Особенности движения спирохет
- •www.portalesmedicos.com
- •Таксис – направленное перемещение бактерий.
- ••Аэротаксис – движение относительно концентрации кислорода.
- •Ворсинки (фимбрии, пили) – поверхностные структуры клетки.
- •Процесс конъюгации бактерий
- •Цитоплазматическая мембрана
- •Модель строения элементарной биологической мембраны
- •Функции ЦПМ прокариот
- •Внутрицитоплазматические мембраны
- •Фотосинтетические мембраны – место локализации фотосинтетического аппарата.
- ••Карбоксисомы – содержат фермент фиксации СО2 – рибулозодифосфаткарбоксилазу.
- •Цитоплазма и ее содержимое
- •Рибосомы – рибонуклеопротеиновые частицы. Размер – 15–20 нм.
- •Запасные вещества прокариот
- •Генетический аппарат прокариот
- •Генетический аппарат прокариот
- •Репликация бактериальной хромосомы
- •Внехромосомные элементы
- •www.membrana.ru/
- •Химический состав прокариот
- •Лекция № 4
- •Аристотель (Aristotelus, 384–322 до н.э.), делил живой мир на два царства – растений
- •Классификация Р Уиттэкера (R.Whittaker)
- •Классификация прокариотов
- •Таксономические категории
- •2 типа систематики биологических объектов
- •Отто Фридрих Мюллер
- •Сигурд Орла-Йенсен
- •Система классификации определителя бактерий Берджи
- •Практическая систематика
- •Филогенетическая систематика
- •Филогенетическая систематика
- •Лекция № 5
- •Деление царства Procaryotae на высшие таксоны
- •Царство Procaryotae
- •Краткая характеристика отделов
- •Краткая характеристика отделов
- •Краткая характеристика отделов
- •Краткая характеристика отделов
- •Краткая характеристика отделов
- •Краткая характеристика отделов
- •Краткая характеристика отделов
- •Краткая характеристика отделов
- •Группа 1. Спирохеты
- •Группа 1
- •Группа 1
- •Группа 2. Аэробные, микроаэрофильные, подвижные, спиральные изогнутые грамотрицательные бактерии
- •Группа 2
- •Группа 2
- •Группа 2
- •Группа З. Неподвижные (редко, подвижные) грамотрицательные изогнутые бактерии
- •Группа 4. Грамотрицательные аэробные и микроаэрофильные палочки и кокки
- •Семейство Acetobacteriaceae
- •Семейство Acetobacteriaceae
- •Семейство Azotobacteriaceae
- •Семейство Halobacteriaceae
- •Семейство Legionellaceae
- •Семейство Neisseriaceae
- •Семейство Methylococcaceae
- •Семейство Pseudomonadaceae
- •Семейство Pseudomonadaceae
- •Семейство Pseudomonadaceae
- •Семейство Pseudomonadaceae
- •Семейство Rhizobiaceae
- •Семейство Rhizobiaceae
- •Семейство Rhizobiaceae
- •Группа 5. Факультативно анаэробные грамотрицательные палочки
- •Семейство Enterobacteriaceae
- •Семейство Enterobacteriaceae
- •Семейство Enterobacteriaceae
- •Семейство Enterobacteriaceae
- •Семейство Enterobacteriaceae
- •Семейство Enterobacteriaceae
- •Семейство Enterobacteriaceae
- •Семейство Vibrionaceae
- •Семейство Vibrionaceae
- •Семейство Vibrionaceae
- •Семейство Pasteurellaceae
- •Подгруппа 4
- •Группа 6. Грамотрицательные, анаэробные, прямые, изогнутые или спиральные бактерии
- •Группа 6
- •Группа 6
- •Группа 6
- •Группа 7. Бактерии, осуществляющие диссимиляционное восстановление
- •Группа 7
- •Группа 8. Анаэробные грамотрицательные кокки
- •Группа 9. Риккетсии и хламидии
- •Порядок Rickettsiales
- •Порядок Chlamydiales
- •Жизненный цикл хламидий
- •Фотосинтезирующие бактерии
- •Группа 10. Аноксигенные фототрофные бактерии
- •Группа 10. Пурпурные серные бактерии
- •Группа 10. Пурпурные несерные бактерии
- •Группа 10. Зеленые серные бактерии
- •Группа 10. Зеленые несерные бактерии
- •Группа 10. Гелиобактерии
- •Группа 11. Оксигенные фототрофные бактерии
- •Подгруппа II. Цианобактерии
- •1.Порядок Chroococcales.
- •Порядок Chroococcales
- •Порядок Pleurocapsales
- •Порядок Oscillatoriales
- •Порядок Nostocales
- •Порядок Nostocales
- •Порядок Stigonematales
- •Подгруппа II. Прохлорофиты
- •Группа 12. Аэробные хемолитотрофные бактерии и родственные организмы
- •Группа 12 разделена на подгруппы в зависимости от химической природы окисляемых соединений.
- •Бесцветные сероокисляющие бактерии
- •Железо- и марганец-окисляющие и/или осаждающие бактерии
- •Нитрифицирующие бактерии
- •Секция А
- •Группа 13. Почкующиеся
- •Простекобактерии
- •Группа 14. Бактерии, обладающие чехлом
- •Группа 15. Нефотосинтезирующие, не образующие плодовых тел
- •Одноклеточные палочковидные скользящие бактерии
- •Сероокисляющие скользящие бактерии
- •Плоские нитчатые скользящие бактерии
- •Группа 16. Скользящие бактерии, образующие плодовые тела: миксобактерии
- •Плодовые тела миксобактерий
- •Группа 17. Грамположительные кокки
- •Подгруппа аэробов
- •Подгруппа аэробов
- •Подгруппа факультативных анаэробов
- •Подгруппа факультативных анаэробов
- •Молочные стрептококки
- •Энтерококки
- •Подгруппа факультативных анаэробов
- •Подгруппа факультативных анаэробов
- •Подгруппа факультативных анаэробов
- •Подгруппа облигатных анаэробов
- •Группа 18. Грамположительные палочки и кокки, образующие эндоспоры
- •Род Bacillus
- •Род Bacillus
- •Род Bacillus
- •Род Bacillus
- •Бактерии рода Bacillus имеют большое практическое значение, являются промышленными продуцентами:
- •Род Clostridium
- •Род Clostridium
- •Группа 19. Грамположительные неспорообразующие палочки
- •Группа 19
- •Группа 20. Грамположительные неспорообразующие палочки
- •Группа 20
- •Группа 20
- •Группа 20
- •Группа 21. Микобактерии
- •Группы 22–29. Актиномицеты
- •Актиномицеты
- •Актиномицеты
- •Группа 22. Нокардиоформы
- •Группа 22. Нокардиоформы
- •Группа 23. Актиномицеты с многоклеточными спорангиями
- •Группа 23
- •Группа 24. Актинопланы
- •Группа 25. Стрептомицеты и родственные формы
- •Группа 25
- •Группа 25
- •Группа 26. Мадуромицеты
- •Группа 27. Термомоноспоры и родственные формы
- •Группа 28. Термоактиномицеты
- •Группа 30. Микоплазмы – бактерии без клеточной стенки
- •Группа 30. Микоплазмы
- •Группы 31–35. Архебактерии
- •Группа 31. Метаногены
- •Группа 32. Сульфатредуцирующие археи
- •Группа 33. Экстремально галофильные аэробные архебактерии (галобактерии)
- •Местообитания
- •Группа 34. Архебактерии, лишенные клеточной стенки
- •Группа 35. Экстремальные термофилы
- •Группа 35
- •Группа 35
- •Группа 35
- •Группа 35
- •Лекция № 6
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Гипотезы о происхождении жизни
- •Возникновение прокариотов
- •Возникновение прокариотов
- •Возникновение прокариотов
- •Возникновение прокариотов
- •Возникновение прокариотов
- •Возникновение прокариотов
- •Эволюция энергетических процессов прокариот
- •Эволюция энергетических процессов прокариот
- •Возникновение эукариотов
- •Возникновение эукариотов
- •Систематика и филогения прокариот
- •Систематика и филогения прокариот
- •Систематика и филогения прокариот
- •Систематика и филогения прокариот
- •Систематика и филогения прокариот
- •Лекция № 7
- •Царство Fungi (Mycetes) – грибы
- •Морфология грибов
- •Морфология грибов
- •Морфология грибов
- •• У дрожжевых грибов есть одноклеточная стадия в цикле
- •Морфология грибов
- •Физиология грибов
- •Размножение грибов
- •Способы вегетативного размножения дрожжевых клеток
- •Бесполое размножение
- •Половое размножение
- •Размножение грибов
- •Экологические группы грибов
- •Экологические группы грибов
- •Экологические группы грибов
- •Экологические группы грибов
- •Экологические группы грибов
- •Практическое значение грибов
- •Лекция № 8
- •Систематика грибов
- •При определении систематического положения грибов учитывают:
- •Отдел Myxomycota
- •Отдел Myxomycota
- •Класс Plasmodiophoromycetes
- •Отдел Heterocontae
- •Отдел Heterocontae
- •Класс Oomycetes
- •Класс Oomycetes
- •Класс Oomycetes
- •Отдел Eumycota – настоящие грибы
- •Класс Chytridiomycetes
- •Класс Chytridiomycetes
- •Класс Zygomycetes
- •Порядок Mucorales
- •Порядок Entomophthorales
- •Класс Ascomycetes
- •Класс Ascomycetes
- •Подкласс Hemiascomycetidae
- •Порядок Endomycetales
- •Род Saccharomyces
- •Аскоспоровые дрожжи
- •Порядок Taphrinales
- •Подкласс Euascomycetidae
- •Подкласс Euascomycetidae
- •Плектомицеты
- •Плектомицеты
- •Пиреномицеты
- •Пиреномицеты
- •Пиреномицеты
- •Дискомицеты
- •Дискомицеты
- •Дискомицеты
- •Подкласс Loculoascomycetidae
- •Класс Basidiomycetes
- •Цикл развития шляпочного гриба
- •Класс Basidiomycetes
- •Подкласс Holobasidiomycetidae
- •Подкласс Holobasidiomycetidae
- •Подкласс Holobasidiomycetidae
- •Семейство Filobasidiaceae
- •Подкласс Heterobasidiomycetidae
- •Подкласс Teliobasidiomycetidae
- •Подкласс Teliobasidiomycetidae
- •Класс Deuteromycetes
- •Класс Deuteromycetes
- •Аспорогенные дрожжи
- •Аспорогенные микромицеты
- •Род Aspergillus
- •Род Aspergillus
- •Род Penicillium
- •Род Penicillium
- •Род Penicillium
- •Фитопатогенные дейтеромицеты
- •Фитопатогенные дейтеромицеты
- •Микофильные дейтеромицеты
- •Лекция № 11
- •Способы существования хемотрофных прокариотов
- •Способы существования фототрофных прокариотов
- •Питание микроорганизмов
- •Источники углерода
- •Круговорот углерода
- •Источники азота
- •Круговорот азота
- •Макро- и микроэлементы
- •Макро- и микроэлементы
- •Дополнительные факторы
- •Способы размножения микроорганизмов
- •Почкование – вариант бинарного деления (неравновеликое бинарное деление).
- •Множественное деление – ряд последовательных бинарных делений, происходящих внутри материнской клеточной стенки.
- •Культивирование микроорганизмов
- •Чистые культуры
- •Смешанные культуры
- •Классификация питательных сред
- •Периодическое культивирование
- •1.Лаг-фаза – период адаптации клеток
- •Диауксия – ступенчатый двухфазный рост
- •2. Фаза экспоненциального роста (лог-фаза) – характеризуется максимальной скоростью деления бактерий.
- •3. Фаза линейного роста – характеризуется постоянной скоростью прироста биомассы.
- •4. Фаза стационарного роста – характеризуется равновесием между погибающими и вновь образующимися клетками.
- •5.Фаза отмирания – характеризуется постоянной гибелью части клеток за единицу времени.
- •Недостатки периодического культивирования
- •Непрерывное культивирование микроорганизмов
- •Хемостатное культивирование (хемостат) – это вариант гомогенного проточного культивирования с заданным коэффициентом разбавления.
- •Турбидостатное культивирование (турбидостат)
- •Преимущества непрерывного культивирования
- •Лекция № 12
- •Конструктивные и энергетические процессы
- •Энергетический метаболизм прокариотов
- •Типы фосфорилирования
- •Процессы брожения
- •Процессы брожения
- •Гомоферментативное молочнокислое брожение
- •Гетероферментативное молочнокислое брожение
- •Гетероферментативное молочнокислое брожение
- •Молочнокислое брожение
- •Молочнокислые бактерии
- •Спиртовое брожение
- •Спиртовое брожение
- •Организмы, осуществляющие спиртовое брожение
- •Маслянокислое брожение
- •Маслянокислое брожение
- •Маслянокислые бактерии
- •Бактериальный фотосинтез
- •Пигменты фотосинтезирующих бактерий
- •Пигменты фотосинтезирующих бактерий
- •Строение фотосинтетического аппарата
- •Локализация компонентов фотосинтетического аппарата
- •Циклическое фотофосфорилирование
- •Нециклическое фотофосфорилирование
- •Бескислородный фотосинтез
- •Кислородный фотосинтез
- •Кислородный фотосинтез
- •Дыхательные процессы
- •Дыхательные процессы
- •Дыхательные процессы
- •Цикл Кребса
- •Неполное окисление
- •Неполное окисление
- •Дыхательная цепь
- •Дыхательная цепь
- •Дыхательная цепь хемолитотрофных бактерий
- •Анаэробное дыхание
- •Особенности дыхательной цепи прокариотов
- •Лекция № 13
- •Мономеры конструктивного метаболизма
- •Мономеры конструктивного метаболизма
- •Мономеры конструктивного метаболизма
- •Ассимиляция углекислоты
- •Ассимиляция углекислоты в цикле Кальвина
- •Ассимиляция углекислоты в цикле Кальвина
- •Ассимиляция углекислоты в цикле Арнона
- •Глюконеогенез
- •Усвоение минеральных соединений азота
- •Фиксация азота
- •Фиксация азота
- •Ассимиляционная нитратредукция
- •Синтез аминокислот
- •Синтез аминокислот
- •Синтез аминокислот
- •Синтез аминокислот
- •Синтез аминокислот
- •Пути биосинтеза аминокислот
- •Регуляция метаболизма
- •Регуляция на уровне транскрипции
- •Регуляция на уровне транскрипции
- •Регуляция на уровне активности ферментов
- •Механизмы индукции и репрессии
- •Механизмы индукции и репрессии
- •Механизмы индукции и репрессии
- •Лекция № 14
- •Факторы внешней среды
- •Химические факторы:
- •Температурные границы и оптимум роста прокариотов
- •Осмотическое давление
- •Биологические эффекты, вызываемые излучением
- •Границы и оптимальные зоны роста прокариот в зависимости от pH
- •Отношение микроорганизмов к кислороду
- •Действие химических соединений
- ••Стерилизация – полная гибель организмов и отсутствие жизнеспособных клеток.
- •Биологические факторы
- •Биологические факторы
- •Примеры симбиозов
- •Примеры симбиозов
- •Примеры симбиозов
- •Примеры симбиозов
- •Типы антагонизма
- •Особые формы антагонизма
- •Патогенность и вирулентность
- •Факторы патогенности
- •Условно-патогенные микроорганизмы
Возникновение прокариотов
Эволюция протоклетки:
•возникновение оптической активности;
•возникновение и эволюция каталитической активности;
•возникновение матричного синтеза.
Гипотеза «генной жизни» – исходит из того, что первыми возникли нуклеиновые кислоты, а позднее, на базе содержащейся в них информации, возникли белки.
Г. Мёллер (Н. Muller)
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
271 |
Эволюция энергетических процессов прокариот
•Первые прокариоты – анаэробные бродильщики (фруктозобисфосфатный и пентозофосфатный пути).
•Появление системы транспорта электронов, регенерация АТФ.
•Появление автотрофного способа ассимиляции углерода (метаногены, ацетогены).
•Появление фотосистемы I, что позволило использовать свет в качестве источника энергии.
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
272 |
Эволюция энергетических процессов прокариот
•Появление способности фиксировать СО2
врибулозобисфосфатном цикле.
Использование неорганических доноров электронов (Chromatiaceae).
•Появление фотосистемы II. Использование воды в качестве их донора (Оксигенный фотосинтез цианобактерий).
•Появление аэробного дыхания. Использование
молекулярного кислорода в качестве акцептора электронов (эукариоты).
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
273 |
Возникновение эукариотов
•2,1 млрд лет назад – уже существовали фототрофные дышащие прокариоты.
•2,7 млрд лет назад – в атмосфере содержался в небольшом количестве кислород.
•2 млрд лет назад – возникновение первых аэробных прокариот. Содержание кислорода в атмосфере достигло 1 % от нынешнего.
•1,5 млрд лет назад – появились первые эукариоты.
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
274 |
Возникновение эукариотов
•0,6 млрд лет назад – содержание кислорода в атмосфере увеличилось всего лишь до 2 %.
•На протяжении последних 1,2 млрд лет вся жизнь на Земле зависит от биологического фотосинтеза и от кислорода, выделяемого растениями.
•После того, как растения завоевали сушу, концентрация кислорода в воздухе достигла современного уровня (21 %).
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
275 |
Систематика и филогения прокариот
Гипотеза эндосимбиоза, возрожденная в конце 60-х гг. Эукариотическая клетка – это химерная структура, возникшая при слиянии представителей различных эволюционных линий прокариот.
•Подтверждается сходством митохондрий
саэробными представителями Proteobacteria, хлоропластов – с
цианобактериями.
Гипотеза сегрегации Л. Маргулис (Margulis).
Гипотеза конверсии П. Броде (Brode) – подтверждается результатами филогенетического анализа.
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
276 |
Систематика и филогения прокариот
В1977 г. – К. Вёзе (Woese Carl) и С. Фокс (S. Fox) путем анализа 16S и 18S-р-РНК установили две главные эволюционные линии прокариот (эубактерии и архебактерии), обозначенные как царства.
Внастоящее время существует концепция доменов:
•Archaea, Bacteria и Eucarya.
Домен Archaea разделяется на два царства:
•Crenarchaeota;
•Euryarchaeota.
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
277 |
Систематика и филогения прокариот
Филогенетическая структура домена Archaea («Современная микробиология», 2005)
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
278 |
Систематика и филогения прокариот
Филогенетическая структура домена Bacteria («Современная микробиология», 2005)
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
279 |
Систематика и филогения прокариот
Основные эволюционные линии домена Bacteria
Planctomycetales (4)
Verrucomicrobiales (1)
Synergistes (1)
Acidobacterium (1)
Fibrobacter (1)
Спирохет (10)
Leptospirillum (3)
Chloroflexus (6)
Fusobacterium (4) Цианобактерий Хламидий (1)
Aquifex (3)
Термофильных аэробов (6)
Deinococcus (3)
Thermodesulfobacterium (1)
Bacteroides/Cytophaga (24)
Протеобактерий (~270) Грамположительных (~172)
•Ветвь клостридий
•Ветвь актиномицетов
Зеленых серных бактерий (5)
Лекция № 6. Микроорганизмы и эволюционный процесс |
280 |