ЛЕКЦИЯ ФИЗИОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ МЕТАБОЛИЗМ ПИТАНИЕ РОСТ И

… ЛЕКЦИЯ: ФИЗИОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ. МЕТАБОЛИЗМ, ПИТАНИЕ, РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ

План лекции: 1. Химический состав бактериальной клетки. 2. Пищевые потребности микроорганизмов. 3. Типы питания по усвоению азота и углерода. 4. Классификация микроорганизмов по отношению к кислороду. 5. Ферменты бактерий. 6. Пигменты бактерий. 7. Рост и размножение бактерий. 8. Питательные среды. Классификация питательных сред. 9. Бактериологический метод исследования.

Физиология микроорганизмов • Физиология микроорганизмов изучает биохимические и энергетические процессы, которые происходят в бактериальной клетке и обеспечивают воссоздания ее структурного материала и энергетические потребности

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ • азот (8— 15% сухого остатка), • углерод (45— 55% сухого остатка), • кислород (30% сухого остатка), • водород (6— 8% сухого остатка). • Вода (75— 85%) Вода - структурный элемент цитоплазмы. Свободная вода является растворителем для кристаллических веществ, источником водородных ионов и участником химических реакций. • Минеральные вещества бактерий

• Белок. на его долю приходится 50— 80% сухого вещества бактериальной клетки Он распределен в цитоплазме, нуклеоиде, цитоплазматической мембране и других клеточных структурах. К белкам принадлежат ферменты, многие токсины. • Нуклеопротеиды — соединение белка с нуклеиновыми кислотами ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты: ДНК определяет генетические свойства, РНК — биосинтез белка. • Углеводы — 12— 18% сухого вещества. Это основной источник энергии и углерода. Многие структурные компоненты клетки состоят из углеводов (оболочка, капсула, слизистый слой). • Липиды — составляют ~ 10% сухого остатка. — это запасные вещества, повышающие устойчивость бактерий во внешней среде. Связываясь с белками и углеводами, липиды составляют сложный комплекс, определяющий токсические свойства микроорганизмов.

Клеточный метаболизм. • Совокупность всех биохимических превращений в клетке называется метаболизмом. Есть два основных направления: • Первый обеспечивает синтез сложных клеточных соединений из более простых. Потому он получил название биосинтез, конструктивный метаболизм или анаболизм. • Второй -энергетический метаболизм или катаболизм представляет собой поток реакций, которые сопровождаются накоплением электрохимической энергии, что потом используется клеткой.

ПИТАНИЕ БАКТЕРИЙ По типу питания микроорганизмы делятся на: • автотрофы – синтезируют все углеродсодержащие вещества из СО 2; • гетеротрофы – в качестве источника углерода используют органические вещества; • сапрофиты – питаются органическими веществами отмерших организмов; • паразиты – живут за счет органических веществ живой клетки

Mеханизмы проникновения веществ в клетку • Пассивная диффузия - градиент концентрации вещества внутри бактериальной клетки и внешне одинаков. Она происходит пассивно, потому что не требует затрат энергии. • Облегченная диффузия осуществляется за счет особенных белков - пермеаз, которые содержатся в цитоплазматичний мембране. Этот процесс также не требует энергетического обеспечения.

Облегченная диффузия

… • Большинство питательных веществ, метаболитов, ионов проникают в клетку с помощью активного транспорта. Его также обеспечивают белки-пермеазы, но они являются высокоспецифическими и способны переносить только определенные субстраты. Этот процесс происходит за счет энергии, которую генерирует клетка, потому возможен перенос и против градиента концентрации вещества.

По использованию энергии Фототрофы - используют для биосинтетических реакций энергию солнечного света Хемотрофы - получают энергию за счет окисления органических соединений На протяжении своей эволюции бактерии произвели три способа получения энергии: брожение, дыхание и фотосинтез

ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ • Облигатные (строгие) аэробы развиваются при наличии в атмосфере 20% кислорода • Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным • Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов)

ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ • Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост), некоторые микробы нуждаются в повышенном содержании углекислого газа (капнофилы) • Аэротолерантные бактерии способны расти в присутствии кислорода, но не использовать его в качестве источника энергии. Энергию они получают исключительно с помощью брожения

ФЕРМЕНТЫ БАКТЕРИЙ Ферментный состав микроорганизмов является постоянным, а различные виды микробов четко различаются по набору ферментов. Биохимические свойства бактерий определяются составом ферментов: • сахаролитические –расщепление углеводов; • протеолитические – расщепление белков, • липолитические – расщепление жиров, и являются важным диагностическим признаком при идентификации микроорганизмов

ПИГМЕНТООБРАЗОВАНИЕ происходит при хорошем доступе кислорода и определенном составе питательной среды. Этот признак генетически детерминирован, поэтому его используют в качестве дифференцирующего критерия. Бактерии могут образовывать пигменты разного цвета: • красный — Serratia marcescens • золотистый — Staphilococcus aureus • синий —Pseudomonas aeruginosa Пигменты бактерий - защищают их от природной ультрафиолетовой радиации, - участвуют в процессах дыхания, реакциях синтеза, - обладают антибиотическим действием.

S. marcescens P. aeruginosa ПИГМЕНТООБРАЗОВАНИЕ у бактерий

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ • Большинство прокариот размножаются бинарным делением пополам, реже почкованием и фрагментацией. • Бактерии, как правило, характеризуются высокой скоростью размножения. Время деления клетки у различных бактерий колеблется довольно в широких пределах: от 20 минут у кишечной палочки до 14 часов у микобактерий туберкулеза.

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ

… • Под ростом понимают координированное воссоздание бактериальных структур и соответственно увеличение массы микробной клетки. • Размножение - это способность микробов к самовоспроизведению, при этом увеличивается количество особей в популяции на единицу объема среды

ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ 1. 2. 3. 4. Латентная фаза Фаза логарифмического роста Стационарная фаза Фаза отмирания

Начальная или фаза лага • охватывает промежуток между инокуляцией бактерий и достижением наивысшей скорости их деления. В этот период происходит адаптация бактерий к условиям существования. В клетке в 8 -12 раз растет количество РНК, увеличивается концентрация ферментов. Длительность фазы 1 -2 часа.

Экспоненциальная (логарифмическая) фаза • характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и роста их количества в геометрической прогрессии. Она зависит от возраста микробов и состава среды. ПР: энтеробактерии делятся каждые 15 -30 мин, стрептококки - 30 мин, а почвенные нитробактерии и возбудители туберкулеза - 5 -18 час.

Стационарная фаза • наступает тогда, когда число клеток перестает увеличиваться. Наступает равновесие между количеством живых микробов и тех, что отмирают. Этому способствует высокая плотность популяции, дефицит питательных веществ в среде, низкое парциальное давление кислорода, накопления токсичных продуктов обмена. Однако количество биомассы в этот период достигает наивысшего уровня, потому концентрацию клеток помечают как максимальную (М-) концентрацию, а величину биомассы сроком выход или урожай. Этот признак является специфическим и характерным для каждого вида бактерий. Длится фаза 6 -7 год.

Фаза отмирания • Длится до 10 часов и сопровождается резким уменьшением числа живых клеток. Этому способствуют значительный дефицит питательных веществ в среде, нагромождения кислот, аутолиз под воздействием собственных ферментов.

… • Время, на протяжении которого происходит деление микроба, называется временем генерации

Классификация микроорганизмов по температурным оптимумам Температурный Микроорганизмы оптимум максимум минимум Термофилы 50 -60 С 75 С 45 С Мезофилы 30 -37 С 43 -45 С 15 -20 С Психрофилы 10 -15 С 25 -30 С 0 -5 С

КОЛОНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ – популяция микробных клеток одного вида, сформировавшаяся в результате деления одной микробной клетки в условиях культивирования на плотной питательной среде при оптимальной температуре

Колонии микроорганизмов

ФОРМЫ КОЛОНИЙ

ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ субстраты, состоящие из компонентов, обеспечивающих необходимые условия для культивирования микроорганизмов

КЛАССИФИКАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД • • • натуральные и синтетические. жидкие, плотные и полужидкие. простые и сложные. основные и специальные. по назначению: избирательные среды накопления консервирующие среды дифференциально-диагностические среды транспортные среды

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СРЕДЫ используют для определения видовой принадлежности исследуемого микроба, основываясь на особенностях его обмена веществ. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ. В таких средах созданы благоприятные условия для развития одного вида микроорганизма, размножение всех остальных видов микробов угнетается.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПИТАТЕЛЬНЫМ СРЕДАМ Питательные среды должны: • Содержать необходимые для питания микроба питательные вещества. • Иметь реакцию р. Н, оптимальную для выращиваемого вида микроба. • Иметь достаточную влажность, так как микробы питаются по законам диффузии и осмоса. • Обладать изотоничностью. • Быть стерильными, обеспечивая тем самым возможность выращивания чистых культур микробов.