Физиология микроорганизмов

Микроорганизмам, как и другим биологическим объектам присущи все физиологические функции.
Они

Совокупность биохимических реакций у микроорганизмов подчиняется принципу биохимического единства, т.е. в

Химический состав бактерий.

Вода основной компонент бактериальной клетки, она находится в

В микробной клетке содержатся

углерод (45%), азот (8-15%), кислород (30%),

Минеральные вещества

стимулируют процессы роста и размножения бактерий,
определяют рН среды,

В составе бактерий имеются
белки,
углеводы,
липиды,
витамины.

Белки

составляют 50-80% сухого вещества микробной клетки. В состав белков прокариот входят

Нуклеиновые кислоты бактерий представлены РНК и ДНК

Содержание нуклеиновых кислот в

РНК содержится преимущественно в цитоплазме, обеспечивает транскрипцию и трансляцию на рибосомах.

Углеводы (12-18%) бактерий

Представлены:
многоатомными спиртами (сорбит, дульцит, манит);
полисахаридами (гексозы, пентозы, гликоген,

Липиды

Липиды (истинные жиры)встречаются у риккетсий, дрожжей, микобактерий, грибов и

Метаболизм

- совокупность ферментативных реакций направленных на получение энергии и превращение

Этапы ферментативных реакций катаболизма и анаболизма:

Начальный (периферический метаболизм)- ферменты оказывают воздействие

Конструктивный метаболизм (анаболизм)

Поток реакций, в результате которых за счет поступающих извне

Питание (бактерий)

По способу питания бактерии относятся к
голофитным объектам (нет специализированных органов

Механизмы питания у бактерий

Пассивная диффузия (по градиенту концентрации)
Облегченная диффузия (посредством
системы

Пермеазы катализируют присоединение вещества-субстрата к активному центру на своей поверхности

Выход веществ из микробной клетки

осуществляется:
фосфотрансферазной реакцией, при фосфорилировании переносимой молекулы;
котрансляционной

Типы секреции: I тип секреции

Требует наличия 3 белков:
Транспортной аденозинфосфатсинтетазы ЦПМ;
Белка ЦПМ,

Данная система осуществляет секрецию субстратов непосредственно из цитоплазмы. Продукты секреции изначально

II тип секреции «общий секреторный путь» (GSP).

Секреторный аппарат формирует 12-14 белков,

Система секреции состоит из двух частей и осуществляется в две стадии.
Sec-система

III тип секреции

Обеспечивает не только перенос секреторных продуктов через мембранные структуры

Система III типа

Транспортируемые молекулы находятся в интактной форме и активируются

IV тип секреции

Обеспечивает выделение белков- аутотранспортёров.
У каждой молекулы существует терминальный

Типы питания

В зависимости от источников углерода микроорганизмы делятся:
Автотрофы- синтезируют все компоненты из

Олиготрофы- достаточно низкой концентрации органических веществ.
Копиотрофы- нуждаются в высокой концентрации органических

Строгие (облигатные) паразиты- живут только внутри клетки-хозяина;
Факультативные паразиты- существуют как

В зависимости от источников азота

микроорганизмы делятся:
Прототрофы- способны синтезировать азотсодержащие соединения из

Факторы роста микроорганизмов

макроэлементы (Ca, Mg, Fe, К, Mn)
микроэлементы (Co,

Синтез углеводов

Углеводы представлены в виде моно-, ди-, полисахаридов, а также комплексных

Получение аминокислот прокариотами

Осуществляется из:
Пирувата, альфакетоглутората, фумарата (из цикла трикарбоновых кислот) в

Синтез липидов

У бактерий преобладают длиноцепочечные
(С14-С18) насыщенные жирные кислоты и ненасыщенные

Энергетический метаболизм (катаболизм)

Поток химических реакций, сопровождающийся мобилизацией энергии и преобразованием ее

В зависимости от источников энергии

Микроорганизмы делятся:
Фототрофы- способные использовать энергию света (фотосинтезирующие)
Хемотрофы-

Донором электронов не может быть предельно окисленное вещество, а акцептором- предельно

В зависимости от природы доноров электронов

Микроорганизмы делятся:
Хемолитотрофы (хемоавтотрофы)- Н2, Fe, NH3,

Механизмы получения энергии у бактерий:

Окислительный метаболизм (дыхание);
Бродильный (ферментативный) метаболизм
Смешанный метаболизм
фотосинтез

При окислительном метаболизме

Энергия образуется в реакциях окисления-восстановления, при которых донорами

Окисление происходит в результате переноса электронов через локализованную в мембране дыхательную

Дыхательная цепь у бактерий- сложная мультиферментная система, локализована на ЦПМ и

Организация дыхательной цепи

У микроорганизмов существует несколько типов богатых энергией соединений. Самые многочисленные:
ацилфосфаты,

При анаэробном дыхании

происходит перенос высокоэнергетической фосфатной группы от молекулы-донора на

Ферментативный (бродильный) метаболизм

Процесс получения энергии при котором отщепленный от субстрата

В зависимости от типа конечных продуктов различают:

Спиртовое брожение
Маслянокислое
Молочнокислое
Муравьинокислое
Уксуснокислое
Пропионовокислое и др.

Сбраживание углеводов

Осуществляется:
Гликолитическим путем (Эмбдена-Мейергофа- Парнаса);
В окислительном пентозофосфатном (Варбурга- Диккенса-Хореккера) пути;
2-кето-3- дезокси-6-фосфоглюконатном

фотосинтез

Типы фотосинтеза:
Бескислородный фотосинтез, наблюдается у зеленых и пурпурных бактерий и гелиобактерий;
Кислородный

По способу дыхания

Анаэробы (облигатные –для них кислород токсичен; факультативные -

Прокариоты способны синтезировать энергию в большем количестве, чем требуется.
Они способны

Ферменты бактерий

Все метаболические процессы протекающие в микроорганизмах являются ферментозависимыми.
Набор ферментов конкретных

По своей природе

ферменты-белки.
Ферменты распознают соответствующие субстраты,
вступают с ними во

Классификация ферментов

(International Union of Biochemistry)
класс – подкласс- субподкласс.

По месту действия

различают:
Эндоферменты, катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки;
Экзоферменты- выделяются клеткой

Регуляция метаболизма микробной клетки сводится к регуляции активности ферментативных реакций.
Скорость ферментативных

активность ферментов

Характеристикой активности ферментов является скорость, с которой они катализируют ту

Активность ферментов зависит

от температуры среды,
рН,
Присутствия ионов

Количество фермента

Регулируется:
на этапе транскрипции,
трансляции,
в процессе сборки и разрушения

Аллостерические ферменты – их активность меняется в зависимости от взаимодействия с

В зависимости от химической природы субстрата различают ферменты:
сахаролитические,
протеолитические,
липолитические.

Методы определения ферментативной активности

Химический метод – количественное определение субстрата или продуктов

Манометрический метод – определение количества газа, выделяющегося в процессе реакции (оксидазы

Вещества ауторегуляторы

Регулируют межклеточные взаимодействия. Они характеризуются строгой родо- и видо-специфичностью.
Большинство таких

Питательные среды

Используют для выращивания микроорганизмов в искусственных условиях.
Они могут быть по

Питательные среды

По происхождению:
Животного или растительного происхождения
Синтетические среды - готовят из

По целевому назначению питательные среды

Делят:
Универсальные (МПА, МПБ);
Элективные (ЖСА, желчный бульон);
Дифференциально-диагностические (Эндо,

Элективные (избирательные) питательные среды

Обеспечивают преимущественный рост определенной группы бактерий (желточно-солевой агар,

Дифференциально-диагностические среды

Позволяют дифференцировать группы или виды бактерий по ферментативной активности
Среды Эндо,

Требования к условиям культивирования

Среда должна быть полноценной
определенной рН
Определенного осмотического давления

Этапы выделения чистой культуры бактерий

1 этап:
микроскопия мазков или нативного материала;

Рост бактерий
Координированное увеличение количества всех компонентов микробной клетки (массы клетки).

Размножение бактерий

Увеличение количества клеток в популяции
Поперечное деление:
Синтеза поперечной перегородки ( у

Эффективность размножения микроорганизмов оценивается:

- Концентрацией клеток культуры в мл.
Временем генерации- промежутком

Стадии развития микроорганизмов в жидкой питательной среде:

Стационарная фага (отсутствия роста) длится

В жидкой среде бактерии

Образуют:
Помутнение;
Поверхностную пленку;
Осадок;
Пристенный или придонный рост

На плотной среде
бактерии образуют
колонии, которые
различаются по
своим свойствам

Методы оценки состояния микробной культуры

Прямые (непосредственный подсчет клеток под микроскопом в

Косвенные (высев на плотные питательные среды, осаждение на мембранных фильтрах, мутность

Появление метода проточной цитометрии позволило изучать физиологическое состояние отдельных клеток.

Пигменты бактерий

По химическому составу и свойствам неоднородны.
растворимые в воде;
растворимые в

Каротиноиды- жирорастворимые пигменты красного, желтого и оранжевого цвета (микобактерии)
Пирроловые- спирторастворимые: продигиозин

Функции пигментов

защищают бактерии от природной ультрафиолетовой радиации,
участвуют в процессах дыхания,