Рост и развитие микроорганизмов Кривая роста Определение

Рост и развитие микроорганизмов Кривая роста

Определение понятия термина «рост» • Шмальгаузен И. Ф. – свободная энергия для выполнения химич. , осмотич. и механич. работы • Иерусалимский Н. Д. – биомасса за счет усвоения питат. веществ; увелич. биомассы и объема – рост • Роуз И. - координированная репликация всех структур, органелл и компонентов клетки • Шлегель Г. Г. - увеличение живого вещества с увелич. размера клеток и последующим делением • Стейниер Р. У. - согласованное увеличение количества всех компонентов 2

Величина популяции микроорганизмов и способы ее измерения • 1. Численность (число клеток) • 2. Суммарный вес (биомасса) – сухой вес; Esc. coli – 109 клеток - 0, 32 мг Косвенные методы определения биомассы: • по количеству клеточного азота • по количеству белка или ДНК, содержание которых в клетках относительно постоянно. (для кишечной палочки 109 клеткам соответствует 56 мкг азота и 8 мкг ДНК) 3

Периодическое культивирование микроорганизмов Кривая роста 1909 г - Лейн-Клейптон (4 фазы) 1918 - Бьюкения (7 фаз) 1962 г - Умбрайт (8 фаз) Современные тенденции (6 фаз)

Кривая роста 1) лаг-фаза или лагпериод; 2) фаза логарифмического или экспоненциального роста; 3) фаза линейного роста и фаза отрицательного ускорения роста; 4) стационарная фаза; 5) фаза гибели; 6) фаза выживания

Факторы, определяющие продолжительность лаг-фазы • природа микроорганизмов • возраст клеток, которые были использованы в качестве посевного материала • величина засева • состав питательной среды • физико-химические показатели: температура, концентрация водородных ионов (р. Н), окислительно-восстановительный потенциал (r. H).

Факторы 1) Природа микроорганизмов: • чем короче td (время удвоения биомассы) или g (время генерации) , тем меньше продолжительность лаг-периода L. 2) Возраст инокулята: • чем «старше» культура, из которой был взят материал для засева, тем длительнее лаг-фаза; • лаг-фаза и экспоненц. фаза - физиологически молодые; • фаза отриц. ускорения и стационарная физиологически старые

Продолжительность лаг-периода в зависимости от количества клеток в инокуляте Число бактерий х108 Продолжительность лагпериода, мин 0, 3 195, 0 2, 1 87, 0 4, 4 59, 0 1909 г - Ран

Продолжительность лаг-периода при культивировании бактерий (Enterobacter aerogenes) в среде с сульфатом аммония и аспарагином; 1966 г – Дин и Хиншелфулд Источник азота Аспарагин Сульфат аммония Величина засева, Длительность лаг млн/мл -фазы, мин 3, 18 136 0, 42 804 0, 18 1000 0, 07 1220 37, 0 350 18, 5 490 7, 4 350 2, 2 338 0, 8 345

Продолжительность лаг-фазы размножающихся культур (влияние субстрата) Состав среды для Состав среды, в Продолжительность выращивания которую лаг-фазы, мин посевного материала переносили клетки Соли + глюкоза Питательный Соли + глюкоза бульон Соли + дрожжевой Соли + глюкоза экстракт Соли + глюкоза Питательный бульон 73 175 105 62

Определение продолжительности лаг-периода

Экспоненциальная или логарифмическая фаза роста

Экспоненциальная или логарифмическая фаза роста

Экспоненциальная фаза роста

Экспоненциальная или логарифмическая фаза роста Жак Моно -1942 г 1961 г - Борис Магазаник, «катаболическая репрессия»

Фаза линейного роста или отрицательного ускорения роста (замедленного роста) µ М = ------, М = 1……. . 0 µмах µ- удельная скорость роста в определенный момент фазы замедленного роста; µмах – удельная скорость роста в экспоненциальной фазе. Например, М= 0, 5 означает, что популяция очень гетерогенна и из всех клеток активно растут только 50%.

Стационарная фаза роста • количество лимитирующего субстрата в среде; Pseudomonas fluorescens - в 1 мл титр составлял 3, 7 х 109. • накопление продуктом, ингибирующих рост; Gluconobacter oxydans – глюкоза ограничивает процессы роста культуры за счет возрастания глюконовых кислот и падения р. Н. • максимальная плотностью «упаковки» биомассы.

Накопление биомассы, количество глюконовых кислот и величина р. Н в культурах Gluconobacter oxydans при различном содержании глюкозы в среде Концентрация Биомасса глюкозы в бактерий, мг среде, % сух. веса/мг глюкозы 0, 2 1, 0 5, 0 10, 0 17, 6 8, 0 1, 5 0, 8 Количество кислот, мг/мг сух. веса биомассы 0 5, 1 56, 0 114, 0 Величина р. Н 4, 8 3, 0 2, 3 2, 2

Максимальная плотность упаковки некоторых микроорганизмов Организм Форма Радиус, мкм Длина, мкм Serratia marcescens Klebsiella aerogenes Bacillus megaterium Saccharomyces cerevisiae Палочка 0, 5 1, 7 Палочка 0, 9 5, 4 Палочка 1, 2 7, 6 сфера 3, 5 Объем, Мах мкм 3 плотность, кл/см 3 - 1 мм = 103 мкм = 106 нм = 107 А 0 = 109 пм 1 см = 10× 103 мкм 1 см 3 = 104 × 104 = 1012 мкм 3 V = πr 2 × h –прямоугольник V = 4/3 πr 3 -круг

Фаза гибели и фаза выживания Эндогенные факторы: 1) внутриклеточные, например, ц-АМФ (циклический аденозинмонофосфат); 2) внеклеточные, выделяемые клетками в среду выращивания эндогенные ауторегуляторные факторы • Алкилоксибензолы - химические аналоги аутоиндукторов (Arthrobacter globiformis, Micrococcus luteus, Bacillus cereus, Pseudomonas carboxydoflora, Escherichia coli, Methylococcus capsulatus.

Общая классификация ферментов • Оксидоредуктазы – участвуют в ОВР, перенос электронов или атомов водорода к акцептору: дегидрогеназы, оксидазы (цитохромоксидаза, каталаза, пероксидаза). • Трансферазы – катализируют межмолекулярный перенос химических элементов: фосфотрансфераза, аденозинтрансферазу • Гидролазы – катализируют гидролитическое расщепление пептидных, эфирных, гликозидных связей: – – эстеразы (фосфатаза, ДНКаза, РНКаза); карбогидразы, расщепляющие углеводы (β-галактозидаза); протеазы (амипептидазы, протеиназы, трипсин); амидазы (уреаза, аргиназа). 21

Общая классификация ферментов • Липазы – катализаторы реакции с присоединением по двойным связям и обратных реакций с отрывом этих групп: декарбоксилаза, дезаминаза, альдолаза, фумараза. • Изомеразы – каталируют процессы изомеризации: глюкозо-6 -фосфатизомераза, рацемаза. • Лигазы (синтетазы) – катализируют связывание (реакции конденсации или присоединения) между собой молекул в реакциях расщепления пирофосфатной связи, например в молекуле АТФ: глутаминсинтетаза, аспарагинсинтетаза, карбоксилаза 22

Группы ферментов: • Конститутивные - постоянно образуемые в бактериальной клетке в определенной концентрации независимо от веществ субстрата; связаны с клеточным обменом (протеаза, уреаза, липаза, карбогидраза). • Индуцибельные - интенсивность синтеза резко увеличивается при наличие субстрата (β-лактамаза, разрушающая пенициллин, β-галактозидаза, амилаза, расщепляющая крахмал, нитратредуктаза) • Ферменты являются высокомолекулярными БАВ-ми белковой природы, синтезируемые микробной клеткой. В отличие от катализаторов химической природы ферменты катализирует только одну реакцию 23

Ферменты агрессии и защиты Осуществляют колонизацию и инвазию(проникновение) микроорганизмов • нуклеазы • протеазы • лецитовителлаза • плазмокоагулаза • антифагин • фибринолизин • гиалуронидаза • нейраминидаза Фибринолизин, гиалуронидаза, нейрамидаза облегчают распространение микроорганизмов в тканях организма. 24

Транспорт питательных веществ в клетку Пассивный транспорт: • простая диффузия - неспецифическое проникновение веществ в клетку (величина молекул, липофильность. Скорость переноса незначительна. • облегченная диффузия - с участие белка переносчика. Скорость переноса зависит от концентрации веществ в наружном слое. Активный транспорт (пермиазы): • активный перенос -против градиента концентрации • транслокация радикалов- сахара (глюкоза, фруктоза), в процессе переноса фосфорилируются, т. е. химически модифицируются. 25