ФИЗИОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ ИНОЗЕМЦЕВА Лариса Олеговна к м н

ФИЗИОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ ИНОЗЕМЦЕВА Лариса Олеговна, к. м. н. , доцент

Физиология • (от греч. phýsis – природа и logos - наука) наука о жизнедеятельности организмов. • Изучает метаболизм бактерий: – питание – получение энергии – рост и размножение – закономерности взаимодействия окружающей средой с

Вещества, необходимые бактериям для нормального метаболизма Химические элементы Основные органогены: Углерод üВодород üКислород üАзот ü Прочие вещества: Фосфор üСера Калий, натрий, железо и др. ü Факторы роста Аминокислоты üПуриновые и üПиримидиновые основания üВитамины и др. ü

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ СУХОЕ ВЕЩЕСТВО Белки 52% Углеводы 17% Липиды 9% Нуклеиновые кислоты РНК 16% ДНК 3%

МЕТАБОЛИЗМ микроорганизмов = АНАБОЛИЗМ (пластический метаболизм) (конструктивный обмен: синтез компонентов клетки с поглощением энергии) + КАТАБОЛИЗМ (энергетический обмен: расщепление молекул с выделением энергии)

Метаболизм бактерий Особенности: ü высокая скорость метаболических процессов; ü возможность приспосабливаться к изменениям окружающей среды; ü анаболизм и катаболизм протекают в клетке одновременно (при этом процессы распада преобладают над процессами синтеза); ü могут иметь общие промежуточные этапы и метаболиты ( «амфиболиты» )

ПИТАНИЕ БАКТЕРИЙ • Особенности: ü «питаются» всей поверхностью клетки; üпоступление веществ возможно без затраты энергии (пассивно) или с затратой энергии (активно) – см. ниже!

Простая (пассивная) диффузия

Облегченная диффузия

Активный транспорт и транслокация радикалов

МЕХАНИЗМЫ ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКУ • • Простая (пассивная) диффузия Облегченная диффузия Активный транспорт Транслокация (перенос) радикалов

ПИТАНИЕ БАКТЕРИЙ • Прототрофы – не нуждаются в «факторах роста» • Ауксотрофы – растут на питательных средах только в присутствии «факторов роста»

Классификация бактерий по источнику углерода • Аутотрофы (= автотрофы; от греч. autos- «сам» ; trophe- «пища» )– используют СО₂ для синтеза органических веществ • Гетеротрофы (от греч. heteros - «другой» ; trophe «пища» ) – используют углерод органических соединений для построения вещества клетки – Сапрофиты – Паразиты

ФЕРМЕНТЫ БАКТЕРИЙ По строению Простые Сложные По локализации и по присутствию Экзоферменты Эндоферменты По функциям Оксидоредуктазы Трансферазы Лиазы Конститутивные Лигазы (синтетазы) Индуцибельные Изомеразы Гидролазы

Применение ферментов для идентификации бактерий

Классификация бактерий по источнику энергии Источник энергии СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ Донор электронов Неорганические вещества Приставка ЛИТОТРОФЫ ФОТО- Органические вещества Неорганические ХИМИЧЕСКИЕ вещества СВЯЗИ Органические вещества Название бактерий ОРГАНОТРОФЫ ЛИТОТРОФЫ ХЕМООРГАНОТРОФЫ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТАБОЛИЗМ БАКТЕРИЙ • Особенности: ü запасают энергию в виде соединений с высокоэнергетической фосфатной связью; ü могут использовать солнечную энергию или энергию химических связей; ü применяют реакции окисления-восстановления; ü хемотрофы получают энергию путем дыхания или брожения

Способы получения энергии бактериями • Дыхание – это способ получения энергии бактериями в форме АТФ, при котором донором электронов является органическое или неорганическое вещество, а акцептором электронов – неорганическое вещество (О₂)

Способы получения энергии бактериями • Брожение - это способ получения энергии бактериями в форме АТФ, при котором и донором, и акцептором электронов является только органическое вещество. • Брожение осуществляется в бескислородной среде (анаэробиоз)

Луи ПАСТЕР (1822 -1895) • Выдающийся французский ученый-химик, один из основоположников микробиологии • Изучал различные виды брожения • Ввел термины «анаэробный» , «анаэробиоз» • Опроверг теорию «самозарождения жизни»

Классификация бактерий по отношению к молекулярному кислороду «ТИП ДЫХАНИЯ» БАКТЕРИЙ Аэробы Факультативные анаэробы Анаэробы

Классификация бактерий по отношению к молекулярному О₂ • Аэробы: Ø Строгие аэробы Ø Микроаэрофилы Ø Капнофилы • Анаэробы: Ø Строгие анаэробы Ø Аэротолерантные анаэробы

Почему анаэробы чувствительны к кислороду? У анаэробов нет «ферментов защиты» от кислорода: v. КАТАЛАЗЫ, v. ПЕРОКСИДАЗЫ и v. СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ

Токсический эффект кислорода Токсические продукты, образующиеся в присутствии кислорода, могут вызывать следующие необратимые изменения в клетке анаэробов: Øперекисное окисление НЖК; Øокисление SH-групп белков; Øповреждение ДНК

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ • Рост бактерий – это процесс согласованного воспроизведения всех клеточных структур, в результате которого происходит увеличение массы клетки • Размножение бактерий – это процесс воспроизводства потомства бактерий, который сопровождается увеличением числа клеток в популяции

СПОСОБЫ РАЗМНОЖЕНИЯ БАКТЕРИЙ • бинарное (поперечное) деление: • деление на две равные дочерние клетки; • бесполый процесс; • образуются генетически однородные клетки

Этапы деления клетки: 1. Репликация ДНК; 2. Образование новых рибосом и др. компонентов клетки; 3. Рост клетки до критического размера; 4. Деление клетки

БИНАРНОЕ ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ • Грамположительные бактерии – образование перегородки деления • Грамотрицательные бактерии – образование перетяжки деления

СПОСОБЫ РАЗМНОЖЕНИЯ БАКТЕРИЙ • Деление почкованием • Вегетативное размножение у актиномицет

ВРЕМЯ ЭКСПОЗИЦИИ • Для большинства бактерий – 24 ч. • Зависит от времени генерации (время удвоения клетки) • Постоянно для каждого вида бактерий

РОСТ БАКТЕРИЙ НА ЖИДКОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ Периодическая культура: • Лаг-фаза • Лог – фаза • Стационарная фаза • Фаза гибели

Непрерывная культура • Хемостат • Принцип работы проточного ферментера

Применение принципа непрерывной культуры • Биотехнология • Фармацевтическая промышленность • Химическая промышленность • Микробиологическая промышленность • Пищевая промышленность

Температурные границы роста • Термофилы – рост при температуре выше 400 C • Мезофилы - рост при температуре между 20 и 400 C; оптимум - 370 C • Психрофилы – рост при температуре ниже 200 C

Принципы культивирования бактерий • • Наличие питательной среды Стерильность Оптимальный газовый состав атмосферы Влажность Оптимальная температура Время экспозиции Отсутствие солнечного света

Принципы культивирования анаэробов • Взятие материала шприцом • Доставка в лабораторию в транспортной среде для анаэробов

Принципы культивирования анаэробов • Применение специальных питательных сред с низким ОВ потенциалом

Принципы культивирования анаэробов • Культивирование в анаэростате при определенной температуре

Принципы культивирования анаэробов • Манипуляции в анаэробном перчаточном боксе

• Ламинарный бокс для работы с анаэробами

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!