Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:

• его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что возможно обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к единице массы, чем у многоклеточных; 

• процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции; 

• субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк - от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до органических соединений, включая антропогенные вещества - загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения); 

• бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов - это также способствует высокой интенсивности метаболических процессов и широте субстратного спектра. 

Ферменты бактерий по локализации делятся на 2 группы:

• экзоферменты - ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (например, протеазы, полисахариды, олигосахаридазы); 

• эндоферменты - ферменты бактерий, действующие на субстраты внутри клетки (например, ферменты, расщепляющие аминокислоты, моносахара, синтетазы). 

Синтез ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т.е. для одних - репрессируется, а для других - индуцируется субстратом. Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствующего субстрата в среде (например, бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными.

Другая группа ферментов, синтез которых не зависит от наличия субстрата в среде, называется конститутивными (например, ферменты гликолиза). Их синтез имеет место всегда, и они всегда содержатся в микробных клетках в определенных концентрациях.

Изучают метаболизм бактерий с помощью физико-химических и биохимических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на специальных питательных средах, содержащих то или иное соединение в качестве субстрата для трансформации. Такой подход позволяет судить об обмене веществ путем более детального изучения процессов различных видов обмена (белков, углеводов) у микроорганизмов.

18. Фазы размножения бактерий в периодической культуре.

При выращивании бактерий в жидкой питательной среде можно постоянно отбирать выросшую бактериальную массу, удалять продукты метаболизма бактерий и добавлять новую полноценную питательную среду.

 

Т.е. постоянно поддерживать оптимальные условия культивирования. В этом случае культура будет постоянно расти с максимальной скоростью. Такая культура называется хемостатной, потому что для ее получения используют специальные приборы - хемостаты, – которые и дают возможность совершать вышеописанные манипуляции.

Такие культуры используются в промышленной микробиологии для получения полезных веществ – продуктов микробного метаболизма (антибиотиков, аминокислот и т.д.). Если же бактериальная культура выращивается в пробирке (именно такой способ используется в медицинской микробиологии), то с течением времени в питательной среде накапливаются продукты бактериального метаболизма, а питательная среда, наоборот, истощается. В результате, чтобы культура не погибла, ее необходимо периодически пересевать на свежую питательную среду.

Такая культура называется периодической. В своем росте она проходит девять стадий (фаз) развития. А. После внесения в питательную среду инокулята (посевной дозы), наступает лаг-фаза. Деление клеток на этой стадии не происходит – бактерии как бы приспосабливаются к новой среде обитания; при этом некоторое количество их может погибнуть. Б. Затем наступает фаза положительного ускорения. Бактериальные клетки начинают де-литься и скорость их деления постоянно увеличивается. В. Наконец, скорость деления клеток достигнет максимального значения и останется таковой некоторое время. Это экспоненциальная фаза (фаза логарифмического роста). Г. Однако, со временем количество питательных веществ в среде снижается, а концентрация продуктов метаболизма бактериальных клеток увеличивается. В результате условия для размножения и роста бактерий ухудшаются, и скорость деления бактериальных клеток снижается – наступает фаза отриц-тельного ускорения. Однако, на этой стадии количество живых бактериальных клеток в культуре все еще увеличивается, правда с постоянно снижающейся скоростью. Д. Стадия, во время которой в каждый конкретный момент времени количество вновь появившихся живых бактериальных клеток равно количеству погибших, называется стационарной фазой максимума. Бактериальная культура, достигшая в этой фазе роста максимально возможной при данных условиях культивирования концентрации живых бактериальных клеток, называют остановившейся. Е. Затем количество живых бактериальных клеток начинает уменьшаться с увеличивающейся скоростью. Эта стадия роста бактериальной культуры называется фазой ускоренной гибели. Ж. Стадия, во время которой эта скорость убывания живых бактериальных клеток становится максимальной, называется фазой логарифмической гибели. З. Со временем, однако, эта скорость начинает уменьшаться – наступает фаза уменьшения скорости гибели  И. В конце концов культура некоторое время будет состоять из минимального количества живых бактериальных клеток. Эта стадия роста бактериальной культуры называется стационарной фазой минимума. Время, которое бактериальная культура сможет продержаться до своей гибели на этот минимуме, зависит как от вида микроорганизмов, так и от условий культивирования.

19. Он складывается из трех основных процессов: 

1) фиксации азота атмосферы; 2) окисления азота — нитрификации; 3) восстановления азота, включающего процессы аммонификации, или гниения, и де- нитрификации. Каждый из этих процессов осуществляется определенной группой бактерий. Фиксация азота атмосферы, который находится в свободном состоянии, возможна только с помощью двух групп азотфиксирующих микроорганизмов. Это свобод- ноживущие азотфиксирующие бактерии и микробы-симбионты— клубеньковые бактерии (схема 2, I).

Они имеют ферменты, обладающие способностью связывать свободный азот с другими химическими элементами. Фиксируя азот атмосферы, эти микроорганизмы синтезируют сложные органические соединения. Значение азотфиксирующих микроорганизмов велико. Они обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию.

Аммонификация, или гниение, — процесс разложения белков на менее сложные соединения: пептоны, пептиды, аминокислоты. Последние в свою очередь могут разрушаться до конечных продуктов — аммиака (схема 2, II). 

В процессах расщепления белка активное участие принимают аэробные микроорганизмы: В. subtilis, В. mycoides, В. mesentericus и пигментообразующие бактерии: В. pseudomonas fluorescens. В анаэробных условиях процессы разложения белка могут осуществлять протей, кишечная палочка, а также актиномицеты и плесневые грибы. В этих случаях, помимо аммиака и углекислого газа, образуются продукты промежуточного обмена: органические кислоты, спирты, амины и др. Существуют бактерии, расщепляющие мочевину до аммиака. Частично он улетучивается в атмосферу, но в основном подвергается дальнейшим превращениям в почве при так называемых процессах нитрификации.

Процессы нитрификации, или окисления, аммиака в нитриты, а затем в нитраты осуществляют почвенные бактерии (схема 2, III). В результате этого процесса растения получают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности. На первом этапе нитрификации  нитрозные бактерии (нитрозомонас, нитрозоцистис, нитрозоспира) окисляют аммиак в азотистую кислоту, получая при этом энергию, необходимую для своей жизни (схема 2, ІІІа). На втором этапе нитратные бактерии (нитробактер) окисляют азотистую кислоту в азотную (схема 2,III б). Азотная кислота, растворяя, например, фосфат кальция, приводит к образованию фосфатов, которые легко усваиваются растениями.

Процессы денитрификации возможны в природных условиях при наличии в почве микробов-денитрификаторов, которые восстанавливают нитраты до молекулярного азота (схема 2, IV). Эти процессы протекают на глубине 10—15 см в почве в анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы нитратов. Образовавшийся азот улетучивается в атмосферу.