lekcii_po_mikrobiologii0 / Л-3физиол

ФИЗИОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ

1. Основные реакции метаболизма.

2. Химический состав бактериальной клетки.

3. Питание бактерий.

4. Типы дыхания у бактерий.

Физиология бактерий изучает процессы питания, дыхания, роста и размножения. Обмен веществ бактериальной клетки с окружающей средой и превращения одних веществ в другие внутри микробной клетки называют метаболизмом. Все реакции метаболизма делятся на 2 класса:

1. Реакции синтеза – анаболизм.

2. Реакции распада – катаболизм.

В результате анаболизма из простых молекул синтезируются структурные элементы бактериальной клетки, этот процесс идет с использованием энергии.В результате реакций катаболизма происходит расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сложнейшая цепь биохимиескмх реакций анаболизма и катаболизма, вкотором участвуют белки, жиры, углеводы, витамины обслуживает одну главную реакцию - реакцию удвоения ДНК, в результате чего из 1 клетки образуется 2. При благоприятных условиях процесс удвоения ДНК в бактериальной клетке идет непрерывно. Реакции метаболизма относятся к биохимическим реакциям, т.е. с помощью биологических катализаторов – специальных белковых молекул-ферментов. Биохимические реакции характеризуются: высокой скоростью, специфичесностью: каждый фермент способен реагировать только с обним определенным веществом (субстрат) и превращать его во вполне определенное вещство (продукт или продукты).

1 фермент + 1 субстрат = 1 продукт

ДНК бактерий содержит около 1тыс. генов. Почти все они кодируют набор ферментов, характерных для определенного вида бактерий. Таким образом набор ферментов, закодированных в ДНК бактерий, является постоянным, используется для идентификации, т.е. определения вида бактерий.

Ферменты подразделяются на 2 класса: эндо- и экзоферменты. Эндоферменты находятся внутри бактерий и участвуют во внутренних реакциях метаболизма. Экзоферменты выделяются клетками во внешнюю среду для внеклеточного расщепления сложных молекул белков, липидов , углеводов на более простые, пригодные для питания бактериальной клетки. Экзоферменты выполняют функции внеклеточного переваривания органических питательных веществ. У патогенных микроорганизмов часть экзоферментов называется ферментами агрессии. Эти экзоферменты выполняют 2 группы процессов: облегчение проникновения бактерий внутрь живой клетки и ослабление защитных сил организма-хозяина.

В качестве примеров ферментов агрессии можно привести гиалуронидазу – расщепляет гиалуроновую кислоту соелинительной ткани, коллагеназу – расщепляет коллагеновые волокна, лецитиназу, РНК-азу, ДНК-азу, лейкоцидины, гемолизины.

Ферменты бактерий подразделяются не конститутивные и индуцибельные. Конститутивные ферменты постоянно присутствуют в клетке в определенных количествах. Индуцибельные начинают синтезироваться только при наличии потребности в них, т.е. при наличии потребности в них т.е. при наличии в среде субстрата с которым он реагирует. Пример бета-галактозидаза – синтезируется только, когда в среде присутствует сахар лактоза.

ПИТАНИЕ БАКТЕРИЙ

По типу питания бактерии подразделяются на аутотрофов и гетеротрофов. Аутотрофы способны усваивать углерод из СО2.

Гетеротрофы усваивают углерод только из органических соединений.

Гетеротрофы в свою очередь подразделяются на сапрофитов и паразитов. Сапрофиты – свободноживущие микроорганизмы, в качестве питательных веществ используют органические соединения погибших организмов или продукты их жизнедеятельности. Средой обитания бактерий-паразитов является живой организм. Бактерии паразиты являются патогенными, т.е. болезнетворными. Бактерии-симбионты обитают в кишечнике человека и животных и выполняют жизненно-важные функции для организма хозяина.

Химический состав бактерий

Вода – 70%, Сухое вещество – 30%. Белки – 52, полисахариды – 16. Липиды – 9,4, РНК – 16, ДНК – 3.2, неорганические соединения – 0,4.

Потребность бактерий в химических элементах:

Макроэлементы (органогены). 60% в сумме.

С50, N14, Н8, О20, микроэлементы – К, Ca, Mg, Na, S, P, Cl, и ультрамикроэлементы: B, Wa, Fe, Co, Cu, Zn.

Источники получения питательных веществ.

1. С – из органических соединений (углеводы).

2. N – соли аммония.

3. О- О2, Н2О.

4. Н – вода, органические соединения.

5. Р – соли фосфорной кислоты.

6. S – сульфаты.

7. К – К+,

8. Mg – Mg+.

Бактерии, способные расти на простых питательных средах, все необходимые элементы получающие на средах, содержащих 1 органическое вещество, 1 углевод (глюкозу), а остальные вещества в виде неорганических соединений, называются прототрофами.

Бактерии, нуждающиеся в дополнительных органических веществах, называются ауксотрофами.

Для культивирования ауксотрофоов необходима добавка в питательную среду специальных факторов роста: аминокислот, витаминов, пуринов, пиримидинов, липидов, гексозы, пептидов.

Многие патогенные микроорганизмы являются ауксотрофами, т.е. для их культивирования необходима добавка в питательную среду факторов роста.

Транспорт питательных веществ.

Проникновение питательных веществ в бактериалоьную клетку осуществляется несколькими способами:

1. Пассивная диффузия – переносимое вещество не взаимодействует с компонентами клеточной мембраны. Концентрация вещества вне клетки выше, чем внутри. Перенос газов, воды, некоторых ионов (Na).

2. Облегченная диффузия: транспорт вещества через мембрану с помощью белка-переносчика – пермеазы. Процесс идет без затрат энергии при наличии высокой концентрации вне клетки вещества.

3. Активный транспорт осуществляется с помощью пермеаз с затратой энергии. Пермеаза обладает высоким сродством к субстрату на наружной поверхности мембраны и низким сродством на внутренней поверхности. На изменение сродства переносчика используется энергия. Активный транспорт направлен против градиента концентрации и позволяет создать значительную концентрацию вещества внутри клетки при небольшом количестве снаружи в питательной среде. С помощью активного транспорта в клетку поступают аминокислоты, некоторые сахара, органические кислоты.

4. Перенос групп – осуществляется с помощью пермеаз с затратой энергии и с химической модификации переносимого вещества - перенос пуринов и пиримидинов, некоторых сахаров.

ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ

Дыхание относится к реакциям катаболизма. В результате дыхания происходит расщепление сложных молекул до простых с выделением энергии, которая запасается в молекулах АТФ (КПД около 40%).

АДФ + Ф + Е = АТФ

Процесс дыхания – это реакция окисления углеводов, которая может происходить в бескислородных условиях – анаэробный тип дыхания или гликолиз, и в присутствии кислорода – аэробный тип дыхания или окислительное фосфорилирование.

По типу дыхания бактерии делятся на аэробные и анаэробные. Существуеют бактерии облигатные ааэробы – растут только в присутствии кислорода (например микобактерии туберкулеза). Облигатные анаэробы растут только в бескислородных условиях (например возбудитель ботулизма). Факультативные анаэробы могут расти как в кислородной, так и бескислородной среде (кишечная палочка). Микроаэрофилы – им требуется для своего роста низкая концентрация кислорода (гемофильная палочка).

Брожение не является в полном смысле дыханием – это субстратное фосфорилирование углеводов или гликолиз с образованием пирувата и последующим превращением его в конечные продукты брожения – органические кислоты и спирты.

В результате гликолиза из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ.

Аэробный тип дыхания или окислительное фосфорилирование

Схема Глюкоза- окислительное фисфирилирование- 38АТФ + 6СО2 + 6Н2О

Анаэробный тип дыхания. Схема та же, что при аэробном, но акцептором электронов служат нитриты, либо нитраты, либо фосфаты.

Факультативные анаэробы при отсутствии кислорода получают АТФ с помощью брожения.

Молекулы образовавшегося АТФ участвуют в синтезе органических соединений, отдавая свою энергию и првращаясь в АДФ

А + В + АТФ синтез АВ + АДФ + Ф