Физиология микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

тема: Физиология микроорганизмов

1. Метаболизм микрообранизмов

Метаболизм микрообранизмов - совокупность всех биохимических процессов происходящих в клетке. Различают энергитичекий метаболизм 9катабализм) - реакции расщепления при которых выделяется энергия; конструктивный (анабализм) - процессы синтеза веществ из которых образуются основные структуры клетки, требует энергии. Оба типа метаболизма связаны между собой, происходят одновременно, деления на два типа условно. Для питания микроорганизмов требуется 4 главных элемента: углерод, кислород, водород, азот. Эти элементы являются основой органических веществ и составляют 95% клетки. Кроме этого требуются макроэлементы: сера, фосфор, калий,, магний, кальция и микроэлементы: натрий, железо, цинк, марганец, медь.

Аутотрофный (сомопитающийся)

А широко распростеронены для культивирования неорганические питательные среды. Для Г среды с легко усвояемыми белками.

Микроорганизмы неспособные синтезировать, конкретное в-во из органического соединения - ауксотрофы обитают в среде обитания конкретных факторов роста (аминокислоты, пуриновые основания, пиримидиновые основания, фосфолипиды, холестерин, витамины В, геммы) могут нуждаться в одном или нескольких факторов. Прототрофы могут сами синтезировать.

2. Транспорт питательных веществ в бактериальную клетку

Пассивный - облегченная диффузия, в следствии разности концентрации питательных веществ, без затрата энергии. Отвечает за транспорт цитоплазматическая мембрана. Помогают ферменты, белки

Активный транспорт - перемещение в-в происходит ч/з цитоплазматическую мембрану, отвечают за перенос специальные белки мембраны и периплазмы. Этот путь требует энергии и у бактерий он является доминирующим.

Транспорт обусловленный фосфорилированием (транслокация) - используется для переноса углевода. Вначале на наружней мембране происходит транслокация группы, дальше транспортируемое в-во поступает ч/з ЦПМ и на внутренней стороне происходит отделение радикалов от субстрата. Эти превращения необратимы.

Выделение в-в из клетки.

В процессе жизнедеятельности бактериальная клетка выделяет многие в-ва:

БАВ (ферменты)

Токсины

Антибиотикоподобные вещества - бактериоцили

Они выделяются ч/з ЦПМ, содержат сигнальный пептид для прохождения, а при выходе пептид остается в мембране. Процесс выделение это не выброс шлаков, а механизм адаптации клетки к условиям внешней среды. Это определяет конкурентные свойства бактерий.

Ферменты бактерий.

Ферменты - специфические белковые катализаторы, которые присудствуют во всех живых клетках и за каждое превращение отвечает фермент.

Регуляторные, которые работают на уровне генома воспринимает все метаболические сигналы и изменяют каталитическую активность.

Эффекторные ферменты - определяют метаболизм в б/к можно выделить 6 класов этих ферментов:

Оксидоредуктазы - катализируют о-в реакции между субстратом (НАД, НАДФ, каталаза, ДГ);

Трансферазы - катализирует реакции переноса химических групп и одноуглеродных остатков;

Гидролазы - катализируют реакции гидролиза связей (протеиназа, липаза, гликозидаза);

Лиазы - катализирует реакции присоединения и обрыва групп по 2-м связям (альдолаза, фумаразы, декарбоксилазы, дезаминазы);

Изомеразы - катализируют реакции изомеризации (топаза);

Лигазы - катализируют реакции синтеза.

Синтез ферментов видоспецифичен, постоянен и поэтому набор ферментов у бактерий используется для их видовой идентификации. Ферменты которые синтезируются независимо от условий обитания клетки - конститутивные. Ферменты синтез которых зависит от определенного субстрата в среде обитания - индуцивельные.

Получение микробных ферментов важная отрасль промышленной микробиологии, широко используется в биотехнологии. Промышленная микробиология получает: амилазы, липазы как лекарста, питательные добавки, пектиназы - для осветления соков, рибонуклеазы, ДНК-лагазы, полимеразы - в генной инженерии для моделирования нуклеиновых кислот.

Азот необходим для синтеза аминокислот, белков, пуриновых, пиримидиновых нуклеотидов, для витаминов. Использование неорганического азота происходит при ассимиляции под действием нитратредуктазы Б, дессимиляции - сопровождается выделением газообразных форм азота - под действием нитратредуктазы А, восстановлением нитратов в нитриты. Появление азота служит для идентификации бактерий. Способность разлагать определенные аминокислоты тоже как идентификационные тест.

Высоко молекулярные соединения неспособны проходит ч/з клеточную стенку поэтому утилизировать белковый азот могут бактерии которые выделяют экзоферменты протеазы они расщепляют белки до пептидаз, поэтому протеолитическая активность используется для оценки ферм активности.

При выращивании в лабораторных условиях для источника азота используют пептоны, или препараты неполно гидролиза белка, белковые гидролизаты (продукт первичного гидролиза белка) - рыбы, мяса (сухожилия, костная мука, фасции).

Фосфор основной его источник неорганические фосфаты, отдельные нуклеиновые кислоты.

Сера получается из цистеина, метионина, витаминов (биотин, тионин), глютатион. Это определяет о-в потенциал клетки. Утилизируется в форме сульфатов и при этом переводит окисленную форму в восстановленную под действием сульфатредуктазы - с образованием сероводорода. Обнаружение сероводорода тоже идентификационный тест.

Кислород включается в бактериальную клетку из молекулярного кислорода с помощью оксигеназ и опосредовано из воды, СО2 в зависимости от потребности в молекулярно кислороде бактерии делят на 5 основных групп:

Облигатные аэробы - способны получать энергию только путем дыхания (псевдомонады, вибрионы, бруцеллы) имеют фермент супроксиддесмутазу, каталазу

Облигатные анаэробы - метаболизм происходит в отсутствии свободного кислорода т.к. кислород ля них токсичен.

Факультативные анаэробы - растут как в присутствии свободного кислорода так и в отсутствии т.к. могут переключатся с дыхания на брожение пероксидаза

Аэробтолерантные - способны расти в присутствии атмосферного кислорода, но не используют его в качестве источника энергии (молочно-кислые бактерии) супреоксид десмутаза, пероксидаза

Микроаэрофилы (капнофилы)- нуждаются в кислороде для получения энергии в маленьких количествах, но лучше растут в присудствии высокой концентрации СО2 (гонококки, кампилобактерии, хеликобактери)

3. Катаболизм

Реализуется ч/з образование молекулы АТФ "разменной монеты", может превражатся в АДФ, АМФ. Эта неустойчивость позволяет выполнять функцию переноса химической энергии. Синтез у гетеротрофов осуществляется двумя способами:

Окислительное фосфолирирование - дыхания при котором происходит транспорт электрона по дыхательной цепи у эукариот в митохондриях, у прокариот в ЦПМ. Перенос происходит по стандартной схеме: Субстрат > НАД > флавопротеины > железосодержащие белки>хиноны>цитохромы (а,в,с)>конечный акцептор. Окислению могут подвергаться органические субстраты идет до СО2 и воды. Если субстрат неорганическое в-во, то это сероводородное (железное) дыхание. В реакциях окисления работают дегидрогеназы. Аэробное дыхание используется у сапрофитов, патогенные для человека имеют это дыхание (псевдомонады, холерные вибрионы).

Субстратное фосфолирирование - брожение

Катаболизм углеводов.

Способность утилизировать углеводы важный идентификационный признак. Базовый субстрат - Глюкоза она используется как при дыхании, так и при брожении. Протекает одинаково у аэробов и анаэробов. Пути превращения:

Гликолиз - доминирует у энтеробактерии, конечное превращение идет с образованием пирувата (фермет аелаза). Затем он полностью окиляется и превращается в СО2 в цикле Кребса (ферменты дегидрогиназы)

Пептофосфатный путь - не имеет специального назначения (дополнительный)

Кето-дезокси-6-фосфо глюканатный путь (КДФК) - только у прокариот (бактерий). Не образуется млочной муравьиной кислот.

Катаболизм азот содержащих органических сединений.

Происходит ч/з декарбоксилирования с образованием СО2 и работают ферменты декарбоксилазы. Происходит за счет дезаминирования, конечные продукты аммиак, индол, триптофан. Происходит за счет периаминироания. Определение ферментов используется для идентификации.

Катаболизм жиров.

Происходит ч/з гидролиз кислот до глицерина и свободных кислот. Далее окисление с образованием ацетил КоА > цикл Кребса.

Анаболизм.

Углеродные соединения (сахара, аминогруппы) образуются в ходе синтеза продуктов окисления пирувата и ц. Кребса. Эти продукты используются для синтеза моно-, ди-, полисахоридов. Синтез происходит на рибосомах в сочетании в мРНК ДНК-азы, РНК-азы идет синтез моносахарав, жирных кислот полимеров белков лигазы, синтетазы, пептидазы.

Взаимосзясь метаболизма и катаболизма самая прямая разграничение условное. Между ними гибкий баланс, главный метаболит пируват.

4. Рост и размножение бактерий

микроорганизм бактерия биохимический

Рост- увеличение массы клеток, размножение - увеличение чила популяции клетки. Если бактерии культивируются в жидкой питательной среде то в процессе роста и размножения выделяют несколько фаз:

Начальная фаза (ЛАГ) - 2 часа, клетка увеличивается гтовится к делению. В этой фазе увеличивается количесвто рибосом.

Экспотенциальная (ЛОК) - скорость деления максимальная, в эту фазу максимальная чуствительность к антифиотикам.

Стационарная - постоянное количество микробных клеток

Отмирание - гибель клеток и накопление кислых продуктов метаболизма в питательной среде

Факторы влияющие на рост и размножение:

Культуральная среда - должны иметь определенный pH, стерильны, содержать углерод, азот, фосфор (5:1:0,3)

Температура - по этому микробы мезофильные (20-400), термофилы (470), сихрофилы (0 - +10)

Аэрация - присутствие свободного кислорода или его отсутствие

Концентрация ионов Н - большинство растут при 7,2, а некотрые растут в щелочной среде 8 (холерный вибрион), а некоторые килую (лактобактери). Поддержание рН необходимо для бактерий образующих кислые продукты. Для поддержания рН добавляют бикарбонаты, фосфаты.

Размещено на Allbest.ru