Oma hea töö esitamine teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

hea töö saidile">

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Postitatud http://www.allbest.ru/

GBOU VPO BSMU Vene Föderatsiooni tervishoiuministeerium

Mikrobioloogia, viroloogia ja immunoloogia osakond

Pea Osakonnad: Tuigunov M.M.

Õpetaja: Akhtarieva A.A.

Abstraktne teema: "Bakterite ainevahetus"

Lõpetanud: üliõpilane l-205a

Samkova O.V.

Kontrollis: Akhtarieva A.A.

Sissejuhatus

Rakus toimuvad biokeemilised protsessid on ühendatud ühes sõnas - ainevahetus(kreeka keelest Metabole - transformatsioon). See termin on samaväärne mõistega "ainevahetus ja energia". Ainevahetusel on kaks poolt: anabolism ja katabolism.

Anabolism- biokeemiliste reaktsioonide kogum, mis teostab rakukomponentide sünteesi, s.o. ainevahetuse see pool, mida nimetatakse konstruktiivseks ainevahetuseks.

Katabolism- reaktsioonide kogum, mis varustab rakku energiaga, mis on vajalik eelkõige konstruktiivsete vahetusreaktsioonide jaoks. Seetõttu defineeritakse katabolismi ka kui raku energia metabolismi.

Konstruktiivses ainevahetuses saab eristada kahte biosünteesiprotsesside rühma: monomeeride (aminohapped, nukleotiidid, monosahhariidid, rasvhapped) biosüntees ja polümeeride (valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid ja lipiidid) biosüntees. Nende sünteesiks on vaja umbes 70 erinevat eellasmonomeeri. Lisaks neile peab rakk sünteesima mitmeid ühendeid, millel on katalüütiline roll. Mis tahes monomeeri süntees toimub (süsiniku ja energiaallikate juuresolekul) järjestikuste biokeemiliste reaktsioonide ahela kaudu, mida katalüüsivad spetsiifilised valgud - ensüümid. Biopolümeeride süntees eeldab omakorda ka spetsiifiliste valkude osalemist. Seetõttu on konstruktiivse ainevahetuse aluseks valkude biosüntees, mis on organismi geneetilise süsteemi kontrolli all.

Ainevahetuse tunnused bakterites

Bakterite ainevahetuse tunnused on järgmised:

* selle intensiivsus on küllaltki suur, mis võib olla tingitud palju suuremast pindala ja massiühiku suhtest kui paljurakulistel organismidel;

* dissimilatsiooniprotsessid prevaleerivad assimilatsiooniprotsesside üle;

* bakterite poolt tarbitavate ainete substraadispekter on väga lai - süsihappegaasist, lämmastikust, nitrititest, nitraatidest kuni orgaaniliste ühenditeni, sh inimtekkelised ained - saasteained keskkond(seega tagades selle isepuhastusprotsessid);

* bakteritel on väga lai valik erinevaid ensüüme – see aitab kaasa ka ainevahetusprotsesside kõrgele intensiivsusele ja substraadi spektri laiusele.

Bakteriaalsed ensüümid jagunevad lokaliseerimise järgi kahte rühma:

* eksoensüümid – väliskeskkonda sattuvad ja rakuvälisel substraadil toimivad bakteriaalsed ensüümid (proteaasid, polüsahhariidid, oligosahharidaasid);

* endoensüümid on bakteriaalsed ensüümid, mis toimivad rakusisestel substraatidel (lagundades aminohappeid, monosahhariide, süntetaase).

Ensüümide süntees on geneetiliselt määratud, kuid nende sünteesi reguleerimine toimub tänu otsesele ja tagasisidet, st mõne jaoks on see represseeritud ja teiste jaoks indutseeritud substraadi poolt. Ensüüme, mille süntees sõltub sobiva substraadi olemasolust söötmes (beeta-galaktosidaas, beetalaktamaas), nimetatakse indutseeritavateks.

Teist ensüümide rühma, mille süntees ei sõltu substraadi olemasolust söötmes, nimetatakse konstitutiivseteks (glükolüütilisteks ensüümideks). Nende süntees toimub alati ja nad sisalduvad alati teatud kontsentratsioonides mikroobirakkudes. Bakterite metabolismi uuritakse füüsikalis-keemiliste ja biokeemiliste uurimismeetodite abil bakterite kultiveerimisel teatud tingimustel spetsiaalsel toitekeskkonnal, mis sisaldab transformatsiooni substraadina teatud ühendit.

Selline lähenemine võimaldab hinnata ainevahetust enama järgi üksikasjalik uuring erinevat tüüpi ainevahetuse (valgud, süsivesikud) protsessid mikroorganismides.

Enamasti kasutatakse sama ainet nii assimilatsioonil kui ka dissimilatsioonil. Erandiks on süsivesikud, mis lagunevad ega osale konstruktiivses ainevahetuses.

Ainevahetust mikroorganismides iseloomustab intensiivne toitainete tarbimine. Seega neelab üks bakterirakk päevasel ajal soodsatel tingimustel aineid 30-40 korda rohkem kui oma mass.

Ainevahetuses osalevad mitmesugused kemikaalid. Sõltuvalt sellest eristatakse valkude, süsivesikute, lipiidide ja vee-soolade ainevahetust.

Valkude ainevahetus. Valkude lagunemine toimub esmalt enne peptonoosi eksoproteaasi ensüümide toimel. Seejärel lagundatakse peptoonid endoproteaaside mõjul aminohapeteks, mis sisenevad rakku. Siin võivad aminohapped deamineerida ja dekarboksüülida.

Deamineerimise tulemusena tekivad ammoniaak, ketohapped ehk hüdroksühapped, alkohol ja muud ained.

Aminohapete dekarboksüülimine toimub putrefaktiivsete bakterite arenemise käigus, mille käigus moodustuvad "kadavermürkide" toksilised tooted. Histidiini dekarboksüülimisel moodustub histamiin, ornitiin - putrestsiin, lüsiin - kadaveriin, türosiin - türamiin. Mõned mikroobid toodavad ensüümi trüptofanaasi, mille toimel laguneb aminohape trüptofaan, moodustades indooli. Indooli moodustumise olemasolu kasutatakse mikroorganismide tuvastamisel.

Koos valkude lagunemisreaktsioonidega toimuvad ka nende sünteesi protsessid. Bakterid kasutavad valkude ehitamiseks aminohappeid. Bakterirakud rahuldavad oma aminohapete vajaduse kahel viisil: osad mikroorganismid saavad aminohappeid valkude lagundamisel, teised sünteesivad neid lihtsatest lämmastikuühenditest. Mikroobide oluline omadus on võime sünteesida asendamatuid aminohappeid (metioniin, trüptofaan, lüsiin). Valkude süntees toimub raku ribosoomides.

Valkude ainevahetus on tihedalt seotud süsivesikute ainevahetusega. Püruviinhapet kasutatakse valguühendite ehitamiseks ja dikarboksüülhapped on aktiivsed vahelülid aminohapete biosünteesis.

Süsivesikute ainevahetus. Süsivesikud lagundatakse ensüümide toimel, moodustades glükoosi ja maltoosi. Ensüümide maltaas, sahharaas ja laktaas mõjul hüdrolüüsivad ja lagunevad bakterirakku sisenevad disahhariidid monosahhariidideks, mis seejärel kääritatakse, lõhustades süsivesikute molekulide ahela ja vabastades märkimisväärse koguse energiat.

Süsivesikute lagunemisega mikroobide poolt kaasneb orgaaniliste hapete moodustumine, mis võivad laguneda lõpptooted- CСС ja Н2О.

Süsivesikute süntees mikroorganismides toimub foto- ja kemosünteetiliselt. Fotosünteesi käigus sünteesivad pigmente nagu klorofüll sisaldavad rohelised ja lillad bakterid õhus leiduvast süsihappegaasist glükoosi. Samal ajal on endotermiliste sünteesireaktsioonide kulgemiseks vaja valgusenergiat.

Fotosünteesi protsess bakterites (prokarüootides) erineb fotosünteesist rohelistes taimedes (eukarüootides). Taimedes toimib fotolüüsi ajal vesi vesiniku doonorina, mille tulemusena vabaneb molekulaarne hapnik.

Prokarüootides, välja arvatud sinivetikad, on vesiniku doonorid H2S, H2 ja muud mineraalsed ja orgaanilised ühendid, mistõttu fotosünteesireaktsiooni tulemusena hapnikku ei teki. Bakterite fotosünteesi peamine pigment on bakterioklorofüll, rohelistes taimedes on see klorofüll, mis asub kloroplastides, millest igaüks on samaväärne prokarüootse rakuga. Bakteritel ei ole kloroplaste.

Kemosünteesi viivad läbi mikroorganismid, mis sünteesivad süsivesikuid glükoosist, mis on varem moodustunud sahharolüütiliste reaktsioonide, st komplekssuhkrute lagunemise tulemusena. Kemosüntees kasutab keemilist energiat, mis vabaneb adenosiintrifosforhappe (ATP) lagunemisel, st keemiliste reaktsioonide energiat.

Lipiidide ainevahetus hõlmab lipiidide hüdrolüüsi protsesse, rasvhapete ja monoglütseriidide imendumist, spetsiifiliste lipiidide biosünteesi, nende lagunemist ja lõppsaaduste vabanemist.

Enamik bakteritüüpe metaboliseerib lipiide glütseroolina, mis toimib energiaallikana. Mikroorganismid kasutavad seda ka lipiidide sünteesiks, mis inklusioonide kujul on varutoitained (toitematerjal).

Lipiidide metabolismi peamised protsessid viiakse läbi lipaasi ja teiste lipolüütiliste ensüümide abil, mis on kindlalt seotud raku tsütoplasmaga.

Vee-soola ainevahetus hõlmab vee ja mineraalsoolade sissevõtmist ja vabanemist, samuti nendega toimuvaid muundumisi.

Ainult väike arv elemente Perioodiline tabel DI. Mendelejevit vajavad mikroorganismid suhteliselt suurtes kontsentratsioonides – need on kümme peamist bioloogilist elementi (makroelementi): C, O, H, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe. Orgaaniliste ühendite põhikomponendid on neli esimest elementi – organogeenid.

Väävel on vajalik aminohapete tsüsteiini ja metioniini ning mõnede ensüümide sünteesiks. Fosfor on osa nukleiinhapetest, fosfolipiididest, teihohapetest ja paljudest nukleotiididest. Ülejäänud neli elementi on metalliioonid, mida kasutatakse ensüümide kofaktoritena ja ka metallikomplekside komponentidena.

Mikroorganismid vajavad lisaks loetletud põhielementidele veel kümmet mikroelementi: Zn, Mn, Na, CI, Mo, Se, Co, Cu, W, Ni, mis osalevad ensüümide sünteesis ja aktiveerivad neid.

Erinevatest elementidest ja nende ühenditest sünteesivad mikroorganismid valke, nukleoproteiine, glütsidolipiid-valgu komplekse, nukleiinhappeid, ensüüme, vitamiine jne.

Bioloogilise oksüdatsiooni tüübid bakterites

Rakubakterite biopolümeeride süntees nõuab energiat. See moodustub bioloogilise oksüdatsiooni käigus ja seda säilitatakse makroergiliste molekulide kujul - ATP ja ADP. Suurem osa hingamisteede organellidest on tsütoplasmaatilise membraani derivaadid – mesosoomid, kuid milles paiknevad spetsiaalsed hingamisteede ensüümid, näiteks tsütokroomoksüdaasid. Bioloogilise oksüdatsiooni tüüp on üks peamisi tunnuseid, mis võimaldab eristada erinevaid mikroorganisme. Selle funktsiooni põhjal eristatakse 3 bakterirühma:

1) Kohustuslikud aeroobid – nad on võimelised energiat hankima ainult hingamise kaudu ja vajavad lõpliku elektroniaktseptorina hapnikumolekule. Neid iseloomustatakse kui teatud tüüpi redoksprotsesse oksüdatsiooni teel, mille puhul lõplikuks elektroni aktseptoriks on hapnik.

2) Kohustuslikud anaeroobid on bakterid, mis suudavad kasvada ainult hapnikuvaeses keskkonnas, fermentatsioon on ORR-i tüüp, mille käigus doonor-substraadilt kantakse elektron aktseptorsubstraadile.

3) Fakultatiivsed anaeroobid on bakterid, mis kasvavad nii hapniku kui hapnikuvabas keskkonnas. Nad toimivad nii hapnikumolekulide kui ka orgaaniliste ühendite elektronaktseptoritena. Nende hulgas võivad olla: A) fakultatiivsed anaeroobsed bakterid, mis võivad oksüdatsioonilt üle minna fermentatsioonile, nende hulka kuuluvad enterobakterid. B) aerotolerantsed fakultatiivsed anaeroobsed bakterid, mis võivad kasvada õhuhapniku juuresolekul, kuid ei kasuta seda, vaid saavad energiat eranditult kääritamise teel.

bakterite süntees ainevahetuse vahetus

Valkude süntees

Valkude süntees ( saade) on biosünteesiprotsessidest kõige keerulisem: see nõuab väga suurt hulka ensüüme ja muid spetsiifilisi makromolekule, koguhulk mis ilmselt küünib kolmesajani. Mõned neist on ühendatud ka ribosoomide keerukaks kolmemõõtmeliseks struktuuriks. Kuid vaatamata suurele keerukusele kulgeb süntees ülimalt suur kiirus(kümneid aminohappejääke sekundis). Protsessi saab aeglustada ja isegi peatada antibiootikumide inhibiitoritega.

20. sajandi viiekümnendatel aastatel leiti, et valgusüntees toimub ribonukleoproteiini osakestes nn. ribosoomid. E. coli bakteri ribosoomi läbimõõt on 18 nm ja nende koguarv on rakus kümneid tuhandeid. Eukarüootsed ribosoomid on mõnevõrra suuremad (21 nm). Protsess ise toimub viies etapis.

1. Aminohapete aktiveerimine. Kõik valgu 20 aminohappest on kovalentsete sidemetega ühendatud spetsiifilise tRNA-ga, kasutades ATP energiat. Reaktsiooni katalüüsivad spetsiaalsed ensüümid, mis nõuavad magneesiumiioonide olemasolu.

2. Valguahela käivitamine. Selle valgu kohta teavet sisaldav mRNA seondub väikese ribosomaalse osakesega ja vastava tRNA-ga seotud initsieeriva aminohappega. tRNA on komplementaarne mRNA-s sisalduva kolmikuga, mis annab märku valguahela algusest.

3. Pikendamine. Polüpeptiidahel pikeneb aminohapete järjestikuse lisamise tõttu, millest igaüks viiakse ribosoomi ja sisestatakse vastava tRNA abil kindlasse asendisse. Praegu on geneetiline kood täielikult dešifreeritud, see tähendab, et kõikidele aminohapetele on määratud nukleotiidi kolmikud. Elongatsioon viiakse läbi tsütosoolsete valkude (nn elongatsioonifaktorite) abil.

4. Lõpetamine. Pärast ahela sünteesi lõppu, millest annab märku teine ​​spetsiaalne mRNA koodon, vabaneb polüpeptiid ribosoomist.

5. Voltimine ja töötlemine. Normaalse kuju saamiseks peab valk voltima, moodustades teatud ruumilise konfiguratsiooni. Enne või pärast voltimist võib polüpeptiid läbida ensüümide töötluse, mis seisneb liigsete aminohapete eemaldamises, fosfaadi, metüül- ja muude rühmade jne lisamises.

Valkude süntees nõuab suures koguses energiat – 24,2 kcal/mol. Pärast sünteesi lõppu toimetatakse valk spetsiaalse polüpeptiidi liidri abil sihtkohta.

Valkude süntees on kontrollitud operaatori geenid. Töötavate geenide – operaatorite ja struktuurigeenide – kogumit nimetatakse operon. Operonid ei ole iseseisev süsteem, vaid "alluvad" geeniregulaatorid, vastutab operoni käivitamise või lõpetamise eest. Regulaatorgeenid teostavad oma kontrolli spetsiaalse aine abil, mida nad vajadusel sünteesivad. See aine reageerib operaatoriga ja blokeerib selle, mis toob kaasa operoni lakkamise. Kui aine reageerib väikeste molekulidega - induktiivpoolid, on see signaal süsteemi töö jätkamiseks.

Operoni mudel töötati välja mikroorganismides, kuid see vastab ka eukarüootse genoomi toimimise põhimõttele. Viimases moodustavad geenid kompleksseid süsteeme, mida nimetatakse supergeenideks ja mis võivad korraga kodeerida paljusid üksteisega identseid valgumolekule.

Energia metabolismi tunnused

ATP molekulid sünteesitakse elektronide ülekandmisel selle esmaselt doonorilt lõplikule aktseptorile. Sõltuvalt sellest, mis on lõplik elektronaktseptor, eristatakse aeroobset ja anaeroobset hingamist. Aeroobsel hingamisel on lõplikuks elektronaktseptoriks molekulaarne hapnik ja anaeroobsel hingamisel kasutatakse erinevaid anorgaanilisi ühendeid. Seega mobiliseeritakse energia oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonides. Oksüdatsioon on elektronide kadu, redutseerimine on elektronide juurdekasv. Kui elektronide või vesinikuaatomite paari eemaldamisega orgaaniliselt substraadilt kaasneb hapniku redutseerimine veeks, kaasneb sellega vaba energia oluline muutus. See on ligikaudu võrdne energiamuutusega ühe vesiniku molekuli põletamisel.

Elektronide ülekanne piki ahelat võimaldab seda energiat osade kaupa vabastada ja osa sellest muuta energiarikasteks ATP-sidemeteks. Sellise transpordiahela toimimiseks peab olema oksüdatsioonivõime gradient. Aine võimet loovutada või saada elektrone (st oksüdeeruda või redutseerida) kvantifitseeritakse selle redokspotentsiaalina.

Nende transpordiahelas olevad elektronkandjad osalevad järjestikustes reaktsioonides, mille väärtused suurenevad ja redokspotentsiaal suureneb. Bakteritel on kõige rohkem erinevaid valikuid see üldine skeem. Sellega seoses jagunevad nad vastavalt hingamise tüübile järgmisse nelja rühma:

1) ranged aeroobid (paljunevad ainult hapniku juuresolekul);

2) mikroaerofiilid (vajavad vähendatud vaba hapniku kontsentratsiooni);

3) fakultatiivsed anaeroobid (saavad tarbida glükoosi ja paljuneda nii aeroobsetes kui anaeroobsetes tingimustes);

4) ranged anaeroobid (paljunevad ainult hapnikuvabades tingimustes, s.t ei kasuta hapnikku lõpliku elektroniaktseptorina).

Maksimaalne energia mobiliseerimine glükoosist toimub selle oksüdeerumisel läbi tsükli sidrunhape(Krebsi tsükkel). Üks mool glükoosi sisaldab umbes 690 kcal (selline energiahulk vabaneb 180 g glükoosi põletamisel). Glükoosi tarbimise esimeses etapis hapniku puudumisel (glükolüüsi käigus) moodustub ühest glükoosi molekulist kaks piimhappemolekuli ja sünteesitakse ainult kaks ATP molekuli. Igas ATP molekulis on üks energiarikas (10 kcal) pürofosfaat keemiline side. Pärast glükoosi lagunemist piimhappeks oksüdeeritakse viimane hapniku juuresolekul ja muundatakse püroviinamarihappeks, mis seejärel Krebsi tsükli kaudu täielikult oksüdeerub. Iga laktaadi (püruvaadi) molekul loovutab 6 paari elektrone. Kuna iga elektronide paar kandub mööda transpordiahelat, kasutatakse osa nende energiast 3 ATP molekuli moodustamiseks.

Seega kaasneb ühe glükoosimooli täieliku oksüdatsiooniga 38 ATP molekuli süntees, mille koguenergiavaru on 380 kcal ehk umbes 55% glükoosi mooli koguenergiast (690 kcal); ülejäänud energia hajub, see tähendab kasutu hajumine soojuse kujul. See kasuliku energia saak on aga üsna suur. Paljude bakterite saagis on teada, nagu ka rakkude saagis, mis on umbes 10 g kuivainet 1 mooli moodustunud ATP kohta. Energia mobilisatsiooni mehhanismi, st ATP sünteesi elektronide ülekande ajal selgitamiseks on välja pakutud mitmeid hüpoteese, sealhulgas Mitchelli kemoosmootne hüpotees. See tuleneb asjaolust, et membraanis paiknev elektronide transpordiahel (bakterites CM-s) on orienteeritud üle selle ja elektronid kantakse järjestikku ühelt kandjalt teisele redokspotentsiaali suurenemise suunas.

Elektronikandjate oksüdatsiooniga kaasneb samaaegne prootonite (H+) ülekanne membraani sisepinnalt selle välispinnale. Kuna membraan on muidu prootonitele mitteläbilaskev, tekib membraani sisemise ja välimise kihi vahele prootonikontsentratsiooni gradient (pH+) ning see muutub "pingeliseks". Prootoni gradiendist saadavat energiat kasutab rakk mitmesugusteks protsessideks, sealhulgas aktiivseks toitainete transpordiks, lipuliste pöörlemiseks ja ATP sünteesiks.

Embden-Meyerhofi rada kasutavad erinevad bakterid glükoosi tarbimiseks kõige laialdasemalt. Sel juhul moodustunud lõpptootest - püroviinamarihappest, aga ka sellistest vaheproduktidest nagu erütroos-4-fosfaat ja riboos-5-fosfaat - on kahekümne aminohappe sünteesiks mitmesugused metaboolsed teed. Kuna aeroobsetes tingimustes vabaneb palju rohkem energiat kui kääritamise ajal, teostavad mõned bakterid teatud tüüpi hingamist, mille käigus vesiniku (elektronide) aktseptor on seotud hapnikuga. Selle kandjad on nitraadid (nitraadihingamine) või sulfaadid (sulfaathingamine). Sel juhul redutseeritakse nitraadid oksüdeeritud substraadi vesiniku tõttu molekulaarseks lämmastikuks. Selliste bakterite võime elektrone nitraatideks ja sulfaatideks üle kanda on seotud tsütokroomide ja elektronide ülekandesüsteemi olemasoluga. See võimaldab neil substraadi üsna täielikku oksüdatsiooni läbi viia ja seeläbi saada palju rohkem energiat kui kääritamise ajal.

Kasutatud kirjandus

1. "Meditsiiniline mikrobioloogia, immunoloogia ja viroloogia" A.I. Korotyaev, S.A. Babitšev. Õpik meditsiinikoolidele.

2. Loengud mikrobioloogiast http://bsmy.ru/1593

3. http://bibliofond.ru

Postitatud saidile Allbest.ru

Sarnased dokumendid

Kihilised kivistruktuurid (stromatoliidid) on bakterite kui vanima organismirühma tegevuse tulemus. Bakterite, bakterite kuju ja struktuuri, suuruse ja leviku uurimine. Bakterite klassifikatsioon toitumis- ja paljunemismeetodi järgi.

esitlus, lisatud 14.10.2011


Bakteriraku keemiline koostis: vesi, valgud, rasvad, süsivesikud ja mineraalid. Põhilised toidutüübid. Ainevahetuse mehhanismid, ensüümid. Hingamine: aeroobid ja anaeroobid; redokspotentsiaal. Kasv ja paljunemine, DNA replikatsioon. Kultiveerimatud bakterite vormid.

esitlus, lisatud 03.04.2012


Redoksreaktsioonid, mis tekivad ATP molekuli moodustumisel. Kohustuslikud aeroobid, kohustuslikud anaeroobid, fakultatiivsed anaeroobid. Bakterite kasv ja paljunemine. Bakterite pigmendid ja ensüümid. Mikroorganismide kasvatamise põhiprintsiibid.

abstraktne, lisatud 11.03.2013


Bakterite uurimise ajalugu, nende füsioloogia ja ainevahetuse uurimine, patogeensete omaduste avastamine. Üldised põhimõtted haiguse tekitaja määramiseks (Kochi postulaadid). Bakterite vormid, struktuur ja omadused, nende suurus, levik, toitumine ja paljunemine.

esitlus, lisatud 16.09.2011


Bakterite geneetiline süsteem. Polümeraasi ahelreaktsioon. Rakendus geneetilised meetodid nakkushaiguste diagnoosimisel. Molekulaarse hübridisatsiooni meetod. Viiruse geneetika omadused. Bakterite parandamise süsteemid. Viiruse genoomide koostoime.

esitlus, lisatud 13.09.2015


Mikroorganismide füsioloogia probleemid. Analüüs keemiline koostis bakterirakk. Autotroofsete ja heterotroofsete bakterite toitumise tunnused ja mehhanismid, nende ensüümid, hingamis- ja paljunemisprotsess. Pärilikkus ja geneetiline rekombinatsioon bakterites.

abstraktne, lisatud 09.29.2009


Bakterite toitumine. Toitainete rakku sisenemise viisid. Bakterite klassifikatsioon toiduliikide, energiaallikate ja elektronide järgi. Propioonhappe kääritamine, selle peamised osalejad, nende omadused, kasutamine rahvamajanduses.

test, lisatud 29.11.2010


Prokarüootid on tuumaeelsed organismid, millel puudub tüüpiline rakutuum ja kromosoomiaparaat. Bakterite avastamise ajalugu ja struktuur. Bakterite ökoloogilised funktsioonid. Bakterid paljude patogeenidena ohtlikud haigused. Bakterite tähtsus looduses.

esitlus, lisatud 09.04.2011


Õppimine eramikrobioloogia, taksonoomia ja meetodid perekonna Listeria bakterite, ägedate patogeenide tuvastamiseks nakkushaigus, morfoloogia ja füsioloogia tunnused. Nende bakterite ökoloogia ja levik, meditsiiniline ja veterinaarne tähtsus.

kursusetöö, lisatud 23.01.2011


DNA on bakteriaalse pärilikkuse materiaalne alus. Bakterite varieeruvus (modifikatsioonid, mutatsioonid, geneetilised rekombinatsioonid). Viiruste geneetika. Bakterite ravimiresistentsuse kujunemise mehhanismid. Vaktsiini ja seerumi saamine ja kasutamine.

Bakterite ainevahetuse tunnused:

1) kasutatud substraatide mitmekesisus;

2) ainevahetusprotsesside intensiivsus;

4) lagunemisprotsesside ülekaal sünteesiprotsesside üle;

5) metabolismi ekso- ja endoensüümide olemasolu.

Ainevahetuse protsessis on kahte tüüpi vahetust:

1) plastik (struktuurne):

a) anabolism (koos energiakuluga);

b) katabolism (koos energia vabanemisega);

2) energia metabolism (toimub hingamisteede mesosoomides):

a) hingamine;

b) kääritamine.

Sõltuvalt prootonite ja elektronide vastuvõtjast jagunevad bakterid aeroobideks, fakultatiivseteks anaeroobideks ja kohustuslikeks anaeroobideks. Aeroobide puhul on vastuvõtjaks hapnik. Fakultatiivsed anaeroobid kasutavad hapnikuvabades tingimustes hingamist ja hapnikuvabades tingimustes kääritamist. Kohustuslikele anaeroobidele on iseloomulik ainult käärimine hapniku tingimustes, peroksiidide moodustumise tõttu toimub mikroorganismi surm ja rakk mürgitatakse.

Mikroobirakus on ensüümid bioloogilised katalüsaatorid. Struktuuri järgi eristatakse neid:

1) lihtsad ensüümid (valgud);

2) kompleks; koosneb valkudest (aktiivne keskus) ja mittevalguosadest; vajalik ensüümi aktiveerimiseks.

Samuti on olemas:

1) konstitutiivsed ensüümid (sünteesitakse pidevalt sõltumata substraadi olemasolust);

2) indutseeritavad ensüümid (sünteesitakse ainult substraadi juuresolekul).

Ensüümide komplekt rakus on liigi jaoks rangelt individuaalne. Mikroorganismi võime kasutada substraate oma ensüümide komplekti kaudu määrab selle biokeemilised omadused.

Tegevuskoha järgi eristatakse:

1) eksoensüümid (toimivad väljaspool rakku; osalevad suurte molekulide lagundamisel, mis ei suuda tungida bakteriraku sisse; omane grampositiivsetele bakteritele);

2) endoensüümid (toimivad rakus endas, tagades erinevate ainete sünteesi ja lagunemise).

Sõltuvalt keemilistest reaktsioonidest, mida nad katalüüsivad, jagatakse kõik ensüümid kuue klassi:

1) oksidoreduktaasid (katalüüsivad redoksreaktsioone kahe substraadi vahel);

2) transferaasid (viivad läbi keemiliste rühmade molekulidevahelise ülekande);

3) hüdrolaasid (viivad läbi molekulisiseste sidemete hüdrolüütilist lõhustamist);

4) lüaasid (kinni keemilised rühmad mööda kahte sidet ja viige läbi ka pöördreaktsioone);

5) isomeraasid (viivad läbi isomerisatsiooniprotsesse, tagavad sisemise konversiooni erinevate isomeeride moodustumisega);

6) ligaasid ehk süntetaasid (need ühendavad kahte molekuli, mille tulemuseks on pürofosfaatsidemete lõhustamine ATP molekulis).

Plastivahetuse tüübid

Peamised plastivahetuse tüübid on:

1) valk;

2) süsivesikuid;

3) lipiid;

4) nukleiinsed.

Valkude metabolismi iseloomustab katabolism ja anabolism. Katabolismi protsessis lagundavad bakterid proteaaside toimel valke, moodustades peptiidid. Peptiidide toimel tekivad peptiididest aminohapped.

Valkude lagunemist aeroobsetes tingimustes nimetatakse hõõgumiseks ja anaeroobsetes tingimustes mädanemiseks.

Aminohapete lagunemise tulemusena saab rakk oma aminohapete tekkeks vajalikke ammooniumiioone. Bakterirakud on võimelised sünteesima kõiki 20 aminohapet. Juhtivad on alaniin, glutamiin, asparagiin. Nad osalevad transamineerimise ja transamineerimise protsessides. Valkude ainevahetuses domineerivad sünteesiprotsessid lagunemise üle ja tekib energiakulu.

Süsivesikute ainevahetuses bakterites domineerib katabolism anabolismi üle. Komplekssüsivesikuid väliskeskkonnas suudavad lagundada vaid bakterid, mis eritavad ensüüme – polüsahharidaase. Polüsahhariidid lagunevad disahhariidideks, mis oligosahharidaaside toimel lagunevad monosahhariidideks ja rakku pääseb ainult glükoos. Osa sellest läheb rakus oma polüsahhariidide sünteesiks, teine ​​osa läbib edasise lagunemise, mis võib kulgeda kahte teed pidi: mööda süsivesikute anaeroobset lagunemist - fermentatsiooni (glükolüüsi) ja aeroobsetes tingimustes - mööda rada. põlemisest.

Sõltuvalt lõpptoodetest eristatakse järgmisi kääritamistüüpe:

1) alkohol (tüüpiline seentele);

2) propioonhape (iseloomulik klostriididele, propioonbakteritele);

3) piimhape (iseloomulik streptokokkidele);

4) võihape (sartsiinatele iseloomulik);

5) butüleenglükool (tüüpiline batsillidele).

Koos peamise anaeroobse lagunemisega (glükolüüs) võivad süsivesikute (pentoosfosfaat, ketodeoksüfosfoglükoon, fruktoosdifosfaat jne) lagundamiseks olla ka abiteed. Need erinevad peamiste toodete ja reaktsioonide poolest.

Lipiidide metabolism toimub ensüümide - lipoproteinaaside, letinaaside, lipaaside, fosfolipaaside - abil.

Lipaasid katalüüsivad neutraalsete rasvhapete lagunemist, st nad vastutavad nende hapete lõhustamise eest glütseroolist. Rasvhapete lagundamisel salvestab rakk energiat. Lõplikuks lagunemissaaduseks on atsetüül-CoA ensüüm.

Lipiidide biosünteesi viivad läbi atsetüül-ülekandevalgud. Sel juhul kantakse atsetüüljääk glütserofosfaadiks koos fosfatiidhapete moodustumisega ja nad juba sisenevad keemilistesse reaktsioonidesse, moodustades alkoholidega estreid. Need transformatsioonid on fosfolipiidide sünteesi aluseks.

Bakterid on võimelised sünteesima nii küllastunud kui ka küllastumata rasvhappeid, kuid viimaste süntees on tüüpilisem aeroobidele, kuna see nõuab hapnikku.

Bakterite nukleiinivahetus on seotud geneetilise vahetusega. Nukleiinhapete süntees on oluline rakkude jagunemise protsessi jaoks. Süntees viiakse läbi ensüümide abil: restriktsiooniensüüm, DNA polümeraas, ligaas, DNA-sõltuv RNA polümeraas.

Restriktsiooniensüümid lõikavad DNA osi, eemaldades soovimatud inserdid ja ligaasid tagavad nukleiinhappefragmentide ristsidumise. DNA polümeraasid vastutavad tütar-DNA replikatsiooni eest ema DNA-st. DNA-sõltuvad RNA polümeraasid vastutavad transkriptsiooni eest ja teostavad RNA konstrueerimist DNA matriitsil.

Mikroorganismide energiavahetus

2. Konstruktiivne ainevahetus

Konstruktiivne ainevahetus on suunatud nelja peamise biopolümeeritüübi sünteesile: valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid ja lipiidid.

Allpool on toodud komplekssete orgaaniliste ühendite biosünteesi üldistatud konventsionaalne skeem, kus on välja toodud järgmised põhietapid: orgaaniliste lähteainete (I) moodustumine kõige lihtsamatest anorgaanilistest ainetest, millest järgmises sünteesitakse “ehitusplokid” (II). etapp. Seejärel moodustavad ehitusplokid üksteisega kovalentsete sidemete abil biopolümeere (III): Kasutusalad (joonis nr 3)

Esitatud biosünteesiprotsesside skeem ei kajasta madala molekulmassiga prekursorite suure molekulmassiga ehitusplokkideks muundamise keerukust. Tegelikult toimub süntees järjestikuste reaktsioonide seeriana, mille käigus moodustuvad mitmesugused metaboolsed vaheühendid. Lisaks on mikroorganismide biosünteesivõimete arengutasemed väga erinevad. Mõne mikroobi puhul hõlmab konstruktiivne ainevahetus kõiki diagrammil näidatud etappe, teistes piirdub see teise ja kolmanda või ainult kolmanda etapiga. Seetõttu erinevad mikroorganismid üksteisest järsult oma toitumisvajaduste poolest. Toidu elementaarne koostis on aga kõigil elusorganismidel ühesugune ja peab sisaldama kõiki rakulises aines sisalduvaid komponente: süsinikku, lämmastikku, vesinikku, hapnikku jne.

Sõltuvalt konstruktiivses ainevahetuses kasutatavatest süsinikuallikatest jagatakse mikroorganismid kahte rühma: autotroofid ja heterotroofid.

Autotroofid (kreeka keelest "autos" - ise, "trofe" - toit) kasutavad süsinikdioksiidi ainsa süsinikuallikana ja sünteesivad sellest lihtsast anorgaanilisest lähteühendist kõik vajalikud biopolümeerid. Biosünteesi võime autotroofides on kõrgeim.

Heterotroofid (kreeka keelest "heteros" - muu) vajavad orgaanilisi süsinikuallikaid. Nende toitumisvajadused on väga mitmekesised. Mõned neist toituvad teiste organismide jääkainetest või kasutavad surnud taimede ja loomade kudesid. Selliseid mikroorganisme nimetatakse saprofüütideks (kreeka keelest "sapros" - mäda ja "phyton" - taim). Orgaaniliste ühendite hulk, mida nad süsinikuallikana kasutavad, on äärmiselt suur – need on süsivesikud, alkoholid, orgaanilised happed, aminohapped jne. Peaaegu iga looduslikku ühendit võivad üht või teist tüüpi mikroorganismid kasutada toitumis- või energiaallikana.

Mikroorganismid vajavad rakuliste valkude sünteesimiseks lämmastikku. Lämmastikuga toitumise allikate osas võib mikroorganismide hulgas eristada autoaminotroofe ja heteroaminotroofe. Esimesed suudavad kasutada anorgaanilist lämmastikku (ammoonium, nitraat, molekulaarne) või orgaanilise (uurea) lihtsamaid vorme ning ehitada nendest ühenditest oma keha erinevaid valke. Sel juhul muudetakse kõik lämmastiku vormid esmalt ammooniumivormiks. See lämmastiku enim redutseeritud vorm muundatakse kergesti aminorühmaks. Heteroaminotroofid vajavad lämmastiku orgaanilisi vorme – valke ja aminohappeid. Mõned neist nõuavad täiskomplekti aminohappeid, teised loovad vajalikke valguühendeid ühest või kahest aminohappest neid muundades.

Paljud süsiniku suhtes heterotroofsed mikroorganismid on autoaminotroofid. Nende hulka kuuluvad reoveepuhastusega seotud bakterid.

Mikroorganismid rahuldavad hapniku ja vesiniku vajaduse konstruktiivseks vahetuseks vee ja orgaaniliste toitainetega. Tuhaelementide (P, S, K, Mg, Fe) allikateks on vastavad mineraalsoolad. Nende elementide vajadus on väike, kuid nende olemasolu keskkonnas on kohustuslik. Lisaks on mikroobide normaalseks funktsioneerimiseks vajalikud mikroelemendid - Zn, Co, Cu, Ni jne. Mõned neist sisalduvad looduslik toitumine mikroobid, osa neist imendub mineraalsooladest.

Toidu hankimise meetodid, st mikroorganismide toitmise meetodid, on väga mitmekesised. Toitumisel on kolm peamist meetodit: holofüütiline, saprosoone, holosoiline.

Holofüütiline toitumine (kreeka keelest "holo" - terve, "sobib" - taim) toimub vastavalt taime fotosünteesi tüübile. Selline toitumine on iseloomulik ainult autotroofidele. Mikroorganismide hulgas on see meetod iseloomulik vetikatele, lipulaevade värvilistele vormidele ja mõnele bakterile.

Heterotroofsed mikroorganismid toituvad kas tahketest toiduosakestest või neelavad lahustunud orgaanilist ainet.

Holosoiline toitumine määrab mikroorganismides spetsiaalsete organellide arengu toidu seedimiseks ja mõnes ka selle hõivamiseks. Näiteks värvimata vibulistel ja ripsmelistel ripsloomadel on suuava, kuhu suunatakse toit vastavalt vibude või ripsmetega. Kõige paremini organiseeritud ripsloomad moodustavad veevoolu oma perioraalsete ripsmetega lehtri kujul, mis on suunatud kitsa otsaga suhu. Toiduosakesed settivad lehtri põhja ja ripsloomad neelavad need alla. Selliseid ripsloomi nimetatakse sedimentaatoriteks. Amööbid toituvad fagotsütoosi teel.

Holosoilise toitumismeetodiga mikroorganismid konstruktiivseks ainevahetuseks kasutavad peamiselt teiste organismide - bakterite, vetikate jne tsütoplasmat ning neil on seedimiseks spetsiaalsed organellid. Algloomade seedimisprotsess toimub seedevakuoolides.

Seedimine hõlmab keeruliste orgaaniliste ainete hüdrolüütilist lagunemist lihtsamateks ühenditeks. Sel juhul hüdrolüüsitakse süsivesikud lihtsuhkruteks, valgud aminohapeteks ning lipiidide hüdrolüüsil tekib glütserool ja kõrgemad rasvhapped. Seedeproduktid imenduvad tsütoplasmasse ja läbivad edasise transformatsiooni.

Bakteritel, mikroskoopilistel seentel ja pärmseentel puuduvad toidu püüdmiseks spetsiaalsed organellid ning see siseneb rakku läbi kogu pinna. Seda toitumismeetodit nimetatakse saprosooiks.

Rakku tungimiseks peavad toitained olema lahustunud olekus ja sobiva molekulisuurusega. Paljude kõrgmolekulaarsete ühendite puhul on tsütoplasmaatiline membraan läbitungimatu ja mõned neist ei suuda isegi rakumembraanist läbi tungida. See aga ei tähenda, et mikroorganismid ei kasutaks suure molekulmassiga ühendeid toitainetena. Mikroorganismid sünteesivad ekstratsellulaarseid seedeensüüme, mis hüdrolüüsivad kompleksühendeid. Seega toimub seedimisprotsess, mis toimub algloomadel vakuoolides, bakterites väljaspool rakku (lisad joon. 4).

Molekulide suurus ei ole ainus tegur, mis määrab toitainete tungimise rakku.

Tsütoplasmaatiline membraan on võimeline laskma mõnel ühendil läbi minna ja teisi kinni hoida.

Ainete ülekandmiseks läbi rakumembraani on teada mitmeid mehhanisme: lihtne difusioon, hõlbustatud difusioon ja aktiivne transport (lisad joonis 5).

Lihtdifusioon on aine molekulide tungimine rakku ilma kandjate abita.

Raku toitainetega küllastamisel lihtne difusioon suure tähtsusega ei oma. Kuid veemolekulid sisenevad rakku just nii. Päris palju oluline roll Selles protsessis on oma osa osmoosil – lahusti molekulide difusioonil läbi poolläbilaskva membraani kontsentreerituma lahuse suunas.

Poolläbilaskva membraani rolli rakus täidab tsütoplasmaatiline membraan. Rakumahlas on lahustunud tohutul hulgal erinevate ainete molekule, mistõttu on mikroorganismide rakkudel üsna kõrge osmootne rõhk. Selle väärtus paljudes mikroobides ulatub 0,5-0,8 MPa-ni. Keskkonnas on osmootne rõhk tavaliselt madalam. See põhjustab vee sissevoolu rakku ja tekitab selles teatud pinge, mida nimetatakse turgoriks.

Lihtsustunud difusiooniga sisenevad lahustunud ained rakku spetsiaalsete transpordiensüümide, mida nimetatakse permeaasideks, osalusel. Tundub, et need püüavad kinni lahustunud ainete molekulid ja kannavad need membraani sisepinnale.

Lihtne ja hõlbustatud difusioon on ainete passiivse transpordi võimalused. Ainete rakku ülekandmise liikumapanev jõud on sel juhul kontsentratsioonigradient membraani mõlemal küljel. Kuid enamik aineid siseneb rakku vastu kontsentratsioonigradienti. Sel juhul kulutatakse sellisele ülekandele energiat ja ülekannet nimetatakse aktiivseks. Aktiivne ülekanne toimub spetsiifiliste valkude osalusel, on seotud raku energia metabolismiga ja võimaldab akumuleeruda rakus toitaineid kontsentratsioonis, mis on kordades suurem kui nende kontsentratsioon väliskeskkonnas. Aktiivne transport on peamine mehhanism saprosoose toitumisega rakkude toitainete tarnimiseks.

Vaatame esimest geenide rühma. Etanool oksüdeeritakse kahes etapis ja nendes kahes etapis töötavad kaks võtmeensüümi. Esiteks muutub etanool ensüümi alkoholdehüdrogenaasi toimel atseetaldehüüdiks...

Alkoholismi geneetika ja biokeemia

Etüülalkoholi katabolism toimub peamiselt maksas. Siin oksüdeerub 75–98% kehasse sisenevast etanoolist. Alkoholi oksüdatsioon on keeruline biokeemiline protsess...

Hüdrofiilsed hormoonid, nende struktuur ja bioloogilised funktsioonid

Biosüntees. Erinevalt steroididest on peptiid- ja valguhormoonid biosünteesi peamised tooted. Vastav info loetakse DNA-st (DNA) transkriptsioonifaasis...

Bakteri Helicobacter pylori bakillaar-kokk-transformatsiooni hooajalise biorütmi uurimine

Bakter Helicobacter pylori on väga edukalt kohanenud eluks inimese mao ekstreemsetes tingimustes. See on gramnegatiivne, mis juba viitab tugevale läbitungimatule rakuseinale. See on võimeline elama mikroaerofiilsetes tingimustes...

Pärmi morfoloogia ja ainevahetus

Primaarsete ainevahetusprotsesside reguleerimine

Elusrakk on kõrgelt organiseeritud süsteem. See sisaldab erinevaid struktuure, samuti ensüüme, mis võivad neid hävitada. See sisaldab ka suuri makromolekule ...

Peptiidide roll toimimises närvisüsteem

Nagu eespool märgitud, on teada kolm valgumolekuli, mis sisaldavad oma struktuuris enkefaliini järjestusi: proopiomelanokortiin, preproenkefaliin A (proenkefaliin), preproenkefaliin B (prodünorfiin). Jadad...

Üle 2/3 aminohapete aminolämmastikust pärineb glutamaadist ja selle derivaatidest; need aminohapped domineerivad kvantitatiivselt kõigi uuritud loomaliikide ajus. Sarnast mustrit täheldatakse ka seljaajus...

Närvisüsteemi vabad aminohapped

Aromaatsed aminohapped - trüptofaan, fenüülalaniin ja türosiin - on olulised 5-hüdroksütriltamiini ja katehhoolamiinide eelkäijatena, millel on äärmiselt oluline roll neuronaalsetes protsessides...

Androgeenide struktuur ja transport

Sihtorganites on suguhormoonide jaoks eraldi spetsiifilised tsütoretseptorid. Need hormooniretseptorid on ilmselgelt iga endokriinse funktsiooni koekomponent, sealhulgas sugunäärmete...

Taimsete komponentide füsioloogia ja biokeemia

Hatch and Slacki tsüklit leidub ka mahlakades taimedes. Aga kui C4 taimedes saavutatakse koostöö tänu kahe tsükli ruumilisele eraldamisele (CO2 liitumine mesofülli orgaanilisteks hapeteks, kesta redutseerimine)...

Kõik tabelis näidatud. 1 fotosünteesivad mikroorganismid on kohandatud kasutama nähtavat valgust (lainepikkus 400--700 nm) ja lähi-infrapuna osa spektrist (700--1100 nm)...

Mikroorganismide energiavahetus

Kolmest ATP moodustumise rajast on substraadi fosforüülimine kõige lihtsam. Seda tüüpi energia metabolism on omane paljudele bakteritele ja pärmseentele, mis viivad läbi erinevat tüüpi kääritamist...

Mikroorganismide energiavahetus

Enamik heterotroofseid organisme saab energiat hingamisprotsessi kaudu – vesiniku doonoriteks olevate keeruliste orgaaniliste substraatide bioloogilise oksüdatsiooni teel. Oksüdeeritud aine vesinik satub ensüümide hingamisahelasse...

Mikroorganismide energiavahetus

Lämmastiku, väävli ja raua redutseeritud mineraalühendite oksüdatsioon toimib energiaallikana kemolitotroofsetele mikroorganismidele...

3. Bakterite ainevahetus

Ainevahetus bakterite ainevahetus (metabolism). totaalsus kaks omavahel seotud vastandit katabolismi ja anabolismi protsessid.

Katabolism (dissimilatsioon) - ainete lagunemine ensümaatiliste reaktsioonide ja ATP molekulides vabaneva energia akumuleerumise protsessis.

Anabolism (assimilatsioon) - ainete süntees energiatarbimisega.

Bakterite ainevahetuse tunnused on sellised:

Selle intensiivsus on piisav kõrgel tasemel, mille põhjuseks on tõenäoliselt palju suurem pindala ja massiühiku suhe kui paljurakulistel organismidel;

Protsessid dissimilatsioon domineerivad protsessid assimilatsioon;

substraadi spekter Bakterite poolt tarbitavad ained on väga laiad – süsinikdioksiidist, lämmastikust, nitrititest, nitraatidest kuni orgaaniliste ühenditeni, sh inimtekkelised ained – keskkonna saasteained (tagades seeläbi isepuhastusprotsessid);

Bakteritel on väga lai valik erinevaid ensüüme– see aitab kaasa ka ainevahetusprotsesside kõrgele intensiivsusele ja substraadi spektri laiusele.

Bakteriaalsed ensüümid lokaliseerimise järgi jagunevad nad 2 rühma:

eksoensüümid– väliskeskkonda sattunud ja rakuvälisel substraadil toimivad bakteriaalsed ensüümid (näiteks proteaasid, polüsahhariidid, oligosahharidaasid);

endoensüümid– bakteriaalsed ensüümid, mis toimivad rakusisestel substraatidel (näiteks ensüümid, mis lagundavad aminohappeid, monosahhariide, süntetaase).

Ensüümide süntees geneetiliselt määratud, kuid määrus nende süntees on käimas otsese ja tagasiside tõttu, st mõne jaoks on see represseeritud ja teiste jaoks indutseeritud substraadi poolt. Ensüümid, mille süntees sõltub sobiva substraadi olemasolust keskkonnas (näiteks beeta-galaktosidaas, beeta-laktamaas), nimetatakse indutseeritav .

Teine ensüümide rühm mille süntees ei sõltu substraadi olemasolust keskkonnas nimetatakse konstitutiivne (näiteks glükolüütilised ensüümid). Nende süntees toimub alati ja nad sisalduvad alati teatud kontsentratsioonides mikroobirakkudes.

Uurige bakterite ainevahetust kasutades füüsikalis-keemilised ja biokeemilised meetodid teadusuuringud bakterite kultiveerimisel teatud tingimustel spetsiaalsel toitekeskkonnal, mis sisaldab teatud ühendit transformatsiooni substraadina. Selline lähenemine võimaldab hinnata ainevahetust mikroorganismide erinevat tüüpi ainevahetuse (valgud, süsivesikud) protsesside üksikasjalikuma uurimise kaudu.

Küsimus 5. Valkude ja süsivesikute ainevahetuse tunnused bakterites

1. Valkude ainevahetus

Valkude ainevahetus bakterites - see on ühelt poolt - enda aminohapete ja valkude sünteesimise protsess assimileerides väliskeskkonnast vajalikke komponente ja teisalt, valkude ekstratsellulaarne lagunemine erinevate ensüümide mõjul. Kui toimub valkude lagunemine anaeroobsetes tingimustes, siis seda protsessi nimetatakse mädanema ja kui ta läheb aeroobsetes tingimustes - hõõguv.

Kui bakteritel on proteaasid, lagundavad nad valgud vaheproduktideks – peptoonideks ja kui bakteritel on peptidaasid, siis peptoonid aminohapeteks ja nende laguproduktideks (ammoniaak, vesiniksulfiid, indool). Proteolüütiline(võime lagundada valke) ja peptolüütiline(peptoonide lagundamise võime) omadused ei avaldu kõigis bakterites, seega aitab nende uurimine koos teiste ensümaatiliste omadustega baktereid tuvastada.

2. Süsivesikute ainevahetus

Süsivesikute ainevahetus bakterites on sellel ka kahepoolne iseloom - see on süsivesikute sünteesi ja lagunemise protsess. Süsivesikute lagunemine bakterite poolt (sahharolüütilised omadused) aeroobsetes tingimustes süsihappegaasi ja vee moodustumisega nimetatakse põletamine , A poolitatud neid süsivesikud anaeroobsetes tingimustes - kääritamine.

Sõltuvalt süsivesikute lagunemise lõppsaaduste olemusest Anaeroobsetes tingimustes eristatakse kääritamist:

alkohol,

piimhape,

propioonhape,

sipelghape,

võihape,

Äädikhape.

Molekulaarne hapnik ei osale fermentatsiooniprotsessides. Enamik käärimist läbi viivaid baktereid on kohustuslikud anaeroobid. Mõned neist siiski on fakultatiivsed anaeroobid, suudavad käärimisprotsessi läbi viia hapniku juuresolekul, kuid ilma selle osaluseta. Pealegi pärsib see hapnik käärimisprotsessi. Ja see asendatakse põlemisega (hingamine - vesiniku lõplik aktseptor on hapnik). Seda efekti nimetati Pasteuri efekt ja on üks klassikalised näited ainevahetuse muutustest bakterites sõltuvalt keskkonnatingimustest.

3. Bioloogilise oksüdatsiooni tüübid bakterites

Biopolümeeride süntees bakterirakk vajab energiat. See moodustub ajal bioloogiline oksüdatsioon ja seda hoitakse vormis makroerg molekulid- ATP ja ADP.

Enamiku bakterite hingamisteede organellid on tsütoplasmaatilise membraani derivaadid - mesosoomid , millel spetsiaalsed hingamisteede ensüümid nagu tsütokroom oksüdaas. Bioloogilise oksüdatsiooni tüüp on üks peamisi omadusi, mis võimaldab eristada erinevaid mikroorganisme. Selle põhjal Baktereid on kolm rühma:

Esimene rühm - kohustuslikud aeroobid , mis suudab energiat hankida ainult hingamise kaudu ja vajab molekulaarset hapnikku kui lõplik elektroniaktseptor. Neid iseloomustatakse kui teatud tüüpi redoksprotsesse oksüdatsiooni teel, mille puhul lõplikuks elektroni aktseptoriks on hapnik.

Teine rühm - kohustuslikud anaeroobid - bakterid, võimeline kasvama ainult hapnikuvaeses keskkonnas. Neid iseloomustatakse kui teatud tüüpi redoksprotsesse fermentatsiooni teel, mille käigus elektronid kantakse doonorsubstraadilt aktseptorsubstraadile.

Kolmas rühm - fakultatiivsed anaeroobid - bakterid, võimeline kasvama nii hapniku juuresolekul kui ka puudumisel ja kasutada terminaalsete elektronide aktseptoritena nii molekulaarset hapnikku kui ka orgaanilisi ühendeid.

Nende hulgas võib olla fakultatiivsed anaeroobsed bakterid, mis on võimelised lülituma oksüdatsioonilt fermentatsioonile (enterobakterid), samuti aerotolerantsed fakultatiivsed anaeroobsed bakterid, mis võib kasvada õhuhapniku juuresolekul, kuid ei kasuta seda, vaid saab energiat eranditult kääritamise teel (näiteks piimhappebakterid).

Küsimus 6. Kasv ja paljunemine. Bakterite geneetika

1. Bakterite kasv ja paljunemine

Mikrobioloogiliseks diagnostikaks, mikroorganismide uurimiseks ja biotehnoloogilistel eesmärkidel Mikroorganisme kasvatatakse kunstlikul pinnal X toitainekeskkond.

Under bakterite kasvu aru saada raku massi suurenemine ilma nende arvu muutmata populatsioonis kõigi rakuliste komponentide ja struktuuride koordineeritud paljunemise tulemusena.

Rakkude arvu suurendamine populatsioonis mikroorganismid on tähistatud terminiga "paljundamine" . Seda iseloomustab genereerimisaeg (ajavahemik, mille jooksul rakkude arv kahekordistub) ja selline mõiste nagu bakterite kontsentratsioon (rakkude arv 1 ml-s).

Erinevalt eukarüootide mitootilisest jagunemistsüklist toimub enamiku prokarüootide (bakterite) paljunemine binaarne lõhustumine, A aktinomütseedid – tärkavad. Lisaks eksisteerivad kõik prokarüootid haploidne olekus, kuna DNA molekul on rakus esindatud ainsuses.

2. Bakterite populatsioon. Koloonia

Bakterite paljunemisprotsessi uurides tuleb arvestada, et bakterid eksisteerivad alati enam-vähem arvukatena. populatsioonid ja bakteripopulatsioonide areng vedelikus toitainekeskkond perioodilises kultuuris võib käsitleda suletud süsteemina. Selles protsessis on 4 faasi:

1. – algustäht või viivitusfaas , ehk hilinenud paljunemise faas, iseloomustab seda algus intensiivne rakkude kasv, kuid nende jagunemise määr jääb madalaks;

2. – logaritmiline või logi faas , ehk eksponentsiaalne faas, iseloomustab seda konstant maksimaalne rakkude jagunemise kiirus ja rakkude arvu märkimisväärne suurenemine populatsioonis;

3.- statsionaarne faas , tekib see siis, kui rakkude arv populatsioonis peatub. See on tingitud sellest, mis tuleb tasakaal äsja moodustunud ja surevate rakkude arvu vahel. Elusate bakterirakkude arv populatsioonis statsionaarses faasis toitekeskkonna mahuühiku kohta on tähistatud kui M-kontsentratsioon . See indikaator on igat tüüpi bakterite iseloomulik tunnus;

4.- tagasilangemise faas (logaritmiline surm), mida iseloomustab surnud rakkude arvu ülekaal ja progresseeruv elujõuliste rakkude arvu vähenemine populatsioonis.

Mikroorganismide populatsiooni arvukuse (paljunemise) kasvu peatumine toimub tänu toitainekeskkonna ammendumine ja/või kuhjumine selles ainevahetusproduktid mikroobsed rakud. Seetõttu on metaboolsete saaduste eemaldamise ja/või toitekeskkonna asendamise, mikroobipopulatsiooni ülemineku reguleerimise teel statsionaarsest faasist surevasse faasi võimalik luua avatud bioloogiline süsteem, mis kaldub elimineerima dünaamilist tasakaalu teatud tase rahvastiku areng. Seda mikroorganismide kasvatamise protsessi nimetatakse voolu kasvatamine(pidev kultuur). Pidevas kultuuris kasvatamine võimaldab saada suuri bakterimasse voolukasvatuse käigus spetsiaalsetes seadmetes (kemostaadid ja turbidistaatid) ning seda kasutatakse vaktsiinide tootmisel, samuti biotehnoloogias erinevate bioloogiliste ainete saamiseks. toimeaineid mikroorganismide poolt toodetud.

Ainevahetusprotsesside uurimiseks kogu raku jagunemistsükli jooksul on võimalik kasutada ka sünkroonsed kultuurid. Sünkroonsed kultuurid – bakterikultuurid, mille populatsiooni kõik liikmed on tsükli samas faasis. See saavutatakse spetsiaalsete kultiveerimismeetoditega, kuid pärast mitut samaaegset jagunemist lülitub sünkroniseeritud rakususpensioon järk-järgult tagasi asünkroonsele jagunemisele, nii et rakkude arv ei suurene enam astmeliselt, vaid pidevalt.

Tahkel toitainekeskkonnas kasvatamisel tekivad bakterid kolooniad . See on palja silmaga nähtav sama liigi bakterite kobar, mis on enamasti ühe raku järglane. Erinevate liikide bakterite kolooniad on erinevad:

suurus,

läbipaistvus,

kõrgus,

Pinna iseloom

Järjepidevus.

Kolooniate olemus on üks bakterite taksonoomilised omadused.

3. Bakterite geneetika

Elusorganismide kõige olulisem omadus on varieeruvus ja pärilikkus. Bakterite, nagu kõigi teiste organismide, päriliku aparaadi alus on DNA (RNA viiruste puhul - RNA ).

Koos sellega on bakterite pärilikul aparatuuril ja selle uurimise võimalustel mitmeid tunnuseid. Esiteks bakterid haploidsed organismid, st nemad neil on üks kromosoom. Sellega seoses ei ole tunnuste pärimisel nähtust domineerimine. Bakterite paljunemiskiirus on kõrge ja seetõttu asendub lühikese aja (päeva) jooksul mitukümmend põlvkonda baktereid. See võimaldab uurida tohutuid populatsioone ja üsna lihtsalt tuvastada isegi harva esinevaid mutatsioone.

Pärilik aparaat esitatud bakterid kromosoom. Bakteritel on ainult üks. Kui on kahe või nelja kromosoomiga rakke, siis on need samad. Bakterite kromosoom - See DNA molekul. Selle molekuli pikkus ulatub 1,0 mm-ni ja bakterirakku "mahtumiseks" ei ole see lineaarne, nagu eukarüootidel, vaid ülikeritud aasadesse ja rullitakse rõngaks. See rõngas on ühes kohas kinnitatud tsütoplasmaatilise membraani külge.

Bakterite kromosoomil on eraldi geenid. Näiteks bakteris E. coli on neid üle 2 tuhande. Siiski genotüüp (genoom) ei esinda mitte ainult kromosomaalsed geenid. Bakteri genoomi funktsionaalsed üksused lisaks kromosomaalsetele geenidele on IS järjestused, transposoonid ja plasmiidid.

Küsimus 7. Genoomi funktsionaalsed üksused. Bakteriraku varieeruvus

1. Genoomi funktsionaalsed üksused

IS jadad - lühikesed DNA fragmendid. Nad ei kanna struktuurseid geene (kodeerivad teatud valku), vaid sisaldama ainult transponeerimise eest vastutavad geenid(IS-järjestuste võime liikuda mööda kromosoomi ja integreeruda selle erinevatesse osadesse). IS järjestused on erinevates bakterites samad.

Transposoonid . Need on DNA molekulid – suuremad kui IS järjestused. Lisaks transponeerimise eest vastutavatele geenidele on nad sisaldavad ka struktuurgeeni, mis kodeerib üht või teist funktsiooni. Transposoonid liiguvad kergesti mööda kromosoomi. Nende olukord mõjutab väljendus nii oma struktuurigeene kui ka naaberkromosomaalseid geene. Transposoonid võivad eksisteerida väljaspool kromosoomi, autonoomselt, kuid ei ole võimelised autonoomseks replikatsiooniks.

Plasmiidid - See ümmargused superkeerdunud DNA molekulid. Nende molekulmass on väga erinev ja võib olla sadu kordi suurem kui transposoonidel. Plasmiidid sisaldavad struktuurseid geene, andes bakterirakule erinevad, väga omadused, mis on talle olulised:

R-plasmiidid – ravimiresistentsus,

Col plasmiidid – sünteesivad kolitsiine,

F-plasmiidid - edastavad geneetilist teavet,

Hly plasmiid – sünteesib hemolüsiini,

Toksiplasmiid – sünteesib toksiini,

Biodegradatsiooniplasmiidid – hävitavad üht või teist substraati ja teisi.

Plasmiidid võivad olla integreeritud kromosoomi(erinevalt IS-järjestustest ja transposoonidest on need sisestatud rangelt määratletud aladele), kuid võib eksisteerida võrguühenduseta. Sel juhul on neil võime autonoomselt paljuneda ja seetõttu võib sellisest plasmiidist rakus olla 2, 4, 8 koopiat.

Paljud plasmiidid sisaldavad geene ülekantavus ja on võimelised kanduma ühest rakust teise konjugatsiooni (geneetilise informatsiooni vahetamise) kaudu. Selliseid plasmiide ​​nimetatakse ülekantavateks.

2. Viljakusfaktor

F-plasmiidi olemasolu ( viljakusfaktor, sugufaktor ) annab bakteritele doonorifunktsioone ja sellised rakud on võimelised oma geneetilist teavet teistele edasi kandma, F-rakud. Seega F-plasmiidi olemasolu on sugu geneetiline ekspressioon bakterites. F-plasmiidiga on seotud mitte ainult doonorfunktsioon, vaid ka mõned muud fenotüübilised omadused. See on esiteks F-vaiade olemasolu ( suguelundite ripsmed), mille abil luuakse kontakt doonor- ja retsipientrakkude vahel. Nende kanali kaudu edastatakse rekombinatsiooni käigus doonori DNA. Isaste fi-faagide retseptorid asuvad suguelundite ripsmetel. F-rakkudel selliseid retseptoreid ei ole ja nad ei ole selliste faagide suhtes tundlikud.

Seega võib F-ripsmete olemasolu ja tundlikkust fi-faagide suhtes pidada soo fenotüübiliseks ekspressiooniks (ilminguks) bakterites.

3. Muutlikkus

Baktereid eristatakse kahte tüüpi varieeruvust – fenotüübiline ja genotüüpne.

Fenotüübiline varieeruvus – modifikatsioonid– ei mõjuta genotüüpi. Muudatused mõjutavad enamikku populatsiooni isendeid. Nad ei ole päritud ja aja jooksul tuhmuvad, st nad pöörduvad tagasi algse fenotüübi juurde suurema (pikaajalised modifikatsioonid) või väiksema (lühiajalised modifikatsioonid) põlvkondade arvu kaudu.

Genotüübi varieeruvus mõjutab genotüüpi. See põhineb mutatsioonid ja rekombinatsioonid.

Mutatsioonid bakterid ei erine põhimõtteliselt eukarüootsete rakkude mutatsioonidest. Bakterite mutatsioonide tunnused on nende tuvastamise suhteline lihtsus, kuna on võimalik töötada suurte bakteripopulatsioonidega . Päritolu järgi võivad mutatsioonid olla:

spontaanne,

indutseeritud.

Pikkuse järgi:

Koht,

Kromosomaalsed mutatsioonid.

Suuna järgi:

Selja mutatsioonid.

Rekombinatsioonid bakterites erinevad rekombinatsioonist eukarüootides:

Esiteks on bakteritel mitu mehhanismi rekombinatsioon (geneetilise materjali vahetus).

Teiseks ei moodustu bakterites rekombinatsiooni käigus sigoot, nagu eukarüootides, vaid merosügoot (kannab täiendusena kogu retsipiendi geneetilist informatsiooni ja osa doonori geneetilisest informatsioonist).

Kolmandaks, rekombinatsioonide ajal rekombinantses bakterirakus ei muutu mitte ainult geneetilise informatsiooni kvaliteet, vaid ka kvantiteet.

Ümberkujundamine valmis DNA preparaadi sisestamine retsipientbakterirakku(spetsiaalselt valmistatud või doonorrakust otse eraldatud). Kõige sagedamini toimub geneetilise teabe ülekandmine siis, kui retsipienti kasvatatakse doonor-DNA-d sisaldaval toitainekeskkonnal.

Doonori DNA tajumiseks transformatsiooni ajal peab retsipientrakk olema teatud füsioloogilises seisundis ( pädevus), mis saavutatakse bakteripopulatsiooni töötlemise spetsiaalsete meetoditega. Teisenduse käigus edastatakse üksikud (tavaliselt üks) tunnused. Transformatsioon on kõige objektiivsem tõend DNA või selle fragmentide seotusest konkreetse fenotüübilise tunnusega, kuna retsipientrakku sisestatakse puhas DNA preparaat.

Transduktsioon on geneetilise informatsiooni vahetus bakterites läbi ülekandeid doonorilt retsipiendile mõõdukate abiga(muundamine)bakteriofaagid.

Faagide muundamine võib kanda ühte või mitut geeni (tunnust). Transduktsioon toimub:

spetsiifiline (sama geen kantakse alati üle),

Mittespetsiifiline (edastatakse erinevaid geene).

See on tingitud lokaliseerimine faagide transdutseerimine doonori genoomis. Esimesel juhul paiknevad nad alati kromosoomi ühes kohas, teisel ei ole nende lokaliseerimine konstantne.

Konjugatsioon - on geneetilise informatsiooni vahetamine bakterites, kandes seda doonorilt retsipiendile juures nende otsene kontakt.

Pärast moodustamist doonori ja retsipiendi vahel konjugatsioonisildüks doonor-DNA ahel läbib selle retsipientrakku. Mida pikem on kontakt, seda suurem osa doonori DNA-st saab retsipiendile üle kanda. Konjugatsiooni katkemise põhjal teatud ajavahemike järel on võimalik määrata geenide järjekorda bakteri kromosoomis – konstrukt kromosoomi kaardid bakterid (et bakterite liigendus). F+ rakkudel on doonorfunktsioon.

Küsimus 8. Inimkeha normaalne mikrofloora

1. Mikrobiotsenoosi mõiste

Normaalne mikrofloora saadab selle omanikku kogu tema elu. Selle olulist tähtsust keha elutähtsate funktsioonide säilitamisel tõendavad vaatlused gnotobionti loomad(ilma oma mikrofloorata), kelle elu erineb oluliselt tavaliste inimeste omast ja mõnikord on see lihtsalt võimatu. Sellega seoses on inimese normaalse mikrofloora ja selle häirete uurimine meditsiinilise mikrobioloogia väga oluline osa.

Nüüd on see kindlalt kindlaks tehtud organism inimesed ja neis elavad mikroorganismid ühtne ökosüsteem. Kaasaegsest vaatenurgast normaalne mikrofloora tuleks käsitleda kui kollektsioon paljudest mikrobiotsenoosid , mida iseloomustab teatud liigiline koostis ja mis hõivavad kehas üht või teist biotüüpi. Igas mikrobiotsenoos on vaja eristada pidevalt esinevaid mikroorganismide tüüpe - iseloomulik (põlisrahvas, autohtoonne taimestik), täiendav ja juhuslik – mööduv (allohtoonne Flora). Kogus iseloomulikud liigid suhteliselt väikesed, kuid arvuliselt on nad alati esindatud kõige rikkalikumalt. Liigiline koosseis mööduvad mikroorganismid on mitmekesised, kuid neid on vähe.

Inimkeha naha ja limaskestade pinnad on rikkalikult bakteritega asustatud. Lisaks on sisekudedes (nahk, limaskestad) asustavate bakterite arv mitu korda suurem kui peremeesorganismi enda rakkude arv. Bakterite kvantitatiivsed kõikumised biotsenoosis võivad mõne bakteri puhul ulatuda mitme suurusjärguni ja siiski sobida aktsepteeritud standarditega. Moodustunud mikrobiotsenoos eksisteerib ühtse tervikuna kui ühtne kogukond toiduahelad ja sellega seotud mikroökoloogia liigid.

Tervete inimeste kehas leiduvate mikroobsete biotsenooside kogum moodustab inimese normaalse mikrofloora. Praegu peetakse normaalset mikrofloorat iseseisvaks kehaväliseks organiks. Sellel on omadus anatoomiline struktuur (biofilm) ja sellel on teatud funktsioonid. On kindlaks tehtud, et normaalsel mikroflooral on üsna kõrge liigiline ja individuaalne spetsiifilisus ja stabiilsus.

Mikroorganismide ainevahetus (ainevahetus).

Mikroobide toitumine (konstruktiivne ainevahetus).

Nagu kõigi elusolendite, koosneb ka mikroorganismide ainevahetus kahest omavahel seotud, samaaegselt toimuvast, kuid vastandlikust protsessist – anabolismist ehk konstruktiivsest ainevahetusest ja katabolismist ehk energiavahetusest.

Mikroorganismide ainevahetusel on oma omadused.

1) Ainevahetusprotsesside kiirus ja intensiivsus. Ühe ööpäevaga suudab mikroobirakk töödelda toitaineid, mis ületab tema enda kaalu 30-40 korda.

2) väljendunud kohanemisvõime muutuvate keskkonnatingimustega.

3) Toitumine on tagatud läbi kogu raku pinna. Prokarüootid ei neela toitaineid ega seedi neid raku sees, vaid lagundavad need väljaspool rakku eksoensüümide abil lihtsamateks ühenditeks, mis transporditakse rakku.

Mikroorganismide kasvuks ja elutegevuseks on vajalik, et elupaigas oleks toitaineid rakukomponentide ja energiaallikate ehitamiseks. Mikroobid vajavad vett, süsiniku, hapniku, lämmastiku, vesiniku, fosfori, kaaliumi, naatriumi ja muid elemente. Vajalikud on ka mikroelemendid: raud, mangaan, tsink, vask ensüümide sünteesiks. Erinevat tüüpi mikroobid vajavad teatud kasvufaktoreid, nagu vitamiinid, aminohapped, puriini- ja pürimidiini alused.

Sõltuvalt võimest assimileerida orgaanilisi või anorgaanilisi süsiniku ja lämmastiku allikaid jaotatakse mikroorganismid

kahte rühma - autotroofid ja heterotroofid.

Autotroofid (kreeka autos – ise, troofiline – toitumine) saavad süsinikku süsihappegaasist (CO 2) või selle sooladest. Lihtsatest anorgaanilistest ühenditest sünteesivad nad valke, rasvu, süsivesikuid ja ensüüme.

Toitainete transport

Prokarüootsesse rakku tungivad läbi rakuseina ja tsütoplasma membraani vaid väikesed molekulid, mistõttu valgud, polüsahhariidid ja muud biopolümeerid lagundatakse esmalt eksoensüümide toimel lihtsamateks ühenditeks, mis transporditakse rakku.

Toitainete tungimine rakku toimub erinevate mehhanismide kaudu.

Passiivne difusioon - ained sisenevad rakku difusiooni tõttu mööda kontsentratsioonigradienti, see tähendab, et kontsentratsioon väljaspool rakku on kõrgem kui sees.

Hõlbustatud difusioon - toimub ka piki kontsentratsioonigradienti, kuid kandeensüümide, nn permeaaside, osalusel. See ensüüm seob enda külge aine molekule tsütoplasmaatilise membraani välisküljel ja vabastab selle muutumatul kujul sisemiselt. Seejärel liigub vaba kandja uuesti membraani välisküljele, kus seob uusi aine molekule. Lisaks transpordib iga permeaas konkreetset ainet.

Need kaks transpordimehhanismi ei vaja energiakulusid.

Aktiivne ülekanne toimub ka permeaaside osalusel ja toimub kontsentratsiooni gradiendi vastu. Mikroobirakk võib akumuleerida ainet kontsentratsioonis, mis on tuhandeid kordi suurem kui väliskeskkonnas. See protsess nõuab energiat, see tähendab, et ATP-d tarbitakse.

Radikaalide translokatsioon on aine ülekande neljas mehhanism. See on keemiliselt modifitseeritud molekulide aktiivne ülekanne permeaaside osalusel. Näiteks sellist lihtsat ainet nagu glükoos transporditakse fosforüülitud kujul.

Ainete vabanemine bakterirakust toimub passiivse difusiooni või hõlbustatud difusiooni teel permeaaside osalusel.

Ensüümid

Ensüümid on bioloogiliste protsesside katalüsaatorid. Ensüümide iseloomulik omadus on nende spetsiifilisus. Iga ensüüm osaleb ainult konkreetses reaktsioonis konkreetse keemilise ühendiga.

Ensüüme, mida bakterirakk eritab keskkonda ja teostab rakuvälist seedimist, nimetatakse eksoensüümideks. Eksoensüümide hulka kuuluvad ka beetalaktamaas, mis hävitab penitsilliini ja teisi beetalaktaamantibiootikume, kaitstes baktereid nende toime eest.

Endoensüümid osalevad rakusiseste ainevahetusprotsessides.

Bakteritele oma väiksuse tõttu on omane ensüümide tootmise kõrge iseregulatsioon. Sellega seoses võib ensüümid jagada konstitutiivseteks ja adaptiivseteks. Rakk toodab pidevalt konstitutiivseid ensüüme. Adaptiivsed ensüümid jagunevad omakorda indutseeritavateks ja inhibeeritavateks. Indutseeritavate ensüümide tootmine toimub substraadi juuresolekul. Näiteks laktoosi lagundavad ensüümid tekivad rakus ainult selle süsivesiku juuresolekul. Inhibeeritud ensüümide tootmist seevastu pärsib lõppsubstraadi (näiteks trüptofaani) sisaldus söötmes piisavalt suures kontsentratsioonis.

Paljud patogeensed bakterid eritavad lisaks metaboolsetele ensüümidele ensüüme, mis on virulentsusfaktorid. Näiteks ensüümid nagu hüaluronidaas, kollagenaas, desoksüribonukleaas, neuraminidaas aitavad kaasa patogeensete mikroobide tungimisele ja levikule organismis.

Bakterite võime toota teatud ensüüme on nii püsiv omadus, et seda kasutatakse identifitseerimiseks, st bakterite tüübi määramiseks. Määrata sahharolüütilised omadused (süsivesikute kääritamine) ja proteolüütilised omadused (valkude ja peptooni kääritamine).

Mikroobe iseloomustab kõrge ensümaatiline aktiivsus. Seda kasutatakse tööstuses. Neid kasutatakse meditsiinis ravimid nt streptokinaas (streptokokkide fibrinolüsiin), terrilitiin (Aspergillus terricola proteaas). Mikroobse päritoluga ensüümid - lipaasid ja proteaasid, mis kuuluvad pesuvahendite ja pesupulbrite koostisse, lagundavad valgu- ja rasvasaasteained vees lahustuvateks aineteks, mis on veega kergesti mahapestavad.

Bioloogiline oksüdatsioon (energia metabolism)

Bioloogilise oksüdatsiooni protsess annab raku eluks vajaliku energia. Protsessi olemus on substraatide järjestikune oksüdeerimine koos energia järkjärgulise vabanemisega. Energiat hoitakse ATP molekulides.

Süsivesikud, alkoholid, orgaanilised happed, rasvad ja muud ained läbivad oksüdatsiooni. Kuid enamiku mikroorganismide jaoks on energiaallikaks heksoosid, eriti glükoos.

Mikroorganismidel on kahte tüüpi bioloogilist oksüdatsiooni: aeroobset ja anaeroobset. Aeroobse tüübi puhul on kaasatud hapnik ja seda protsessi nimetatakse hingamiseks selle sõna otseses tähenduses. Bioloogilise oksüdatsiooni anaeroobse tüübi korral toimub energia vabanemine orgaanilistest molekulidest ilma hapniku osaluseta ja seda nimetatakse kääritamiseks.

Glükoosi anaeroobse lagunemise algstaadium koos püroviinamarihappe (PVA) moodustumisega toimub samal viisil. See

hape on keskne punkt, millest hingamisteed ja mitmed käärimisviisid lahknevad.

Aeroobse hingamisega siseneb püroviinamarihape trikarboksüülhappe tsüklisse. PVC vesinik siseneb hingamisahelasse. See on oksüdatiivsete ensüümide ahel (tsütokroomid ja tsütokroomoksüdaas). Vesinik kandub mööda tsütokroomide ahelat ja ühineb tsütokroomoksüdaasi toimel aktiveeritud hapnikuga, moodustades vett. Glükoosi aeroobse oksüdatsiooni lõppsaadused on süsinikdioksiid (süsinikdioksiid) ja vesi. Hingamise ajal tekib 38 ATP molekuli glükoosi molekuli kohta.

Bioloogilise oksüdatsiooni anaeroobse tüübi puhul tekib energia kääritamise tulemusena. Alkohoolse kääritamise käigus muutub PVC lõpuks alkoholiks ja süsinikdioksiidiks. Piimhappekäärimise lõppsaadus on piimhape ja võihappekäärimise puhul võihape. Fermentatsiooniprotsesside käigus moodustub glükoosimolekuli kohta ainult 2 ATP molekuli.

Fermentatsiooni mikroobse olemuse avastas ja tõestas esmakordselt Pasteur. Võihappe fermentatsiooni uurides puutus Pasteur esmakordselt kokku hapnikuta elu võimalusega ehk anaerobioosiga. Ta tuvastas ka nähtuse, mida hiljem nimetati "Pasteuri efektiks": käärimisprotsessi seiskumine hapniku laialdase juurdepääsuga.

Anaerobioos eksisteerib ainult prokarüootide seas. Kõik mikroorganismid vastavalt hingamise tüübile jagunevad järgmistesse rühmadesse: kohustuslikud aeroobid, kohustuslikud anaeroobid, fakultatiivsed anaeroobid, mikroaerofiilid.

Kohustuslikud aeroobid paljunevad ainult vaba hapniku juuresolekul. Nende hulka kuuluvad Mycobacterium tuberculosis, Vibrio cholerae ja imeline batsill. ,

Kohustuslikud või ranged anaeroobid saavad energiat hapniku puudumisel. Neil on mittetäielik redoksensüümide komplekt, neil puudub tsütokroomsüsteem, mistõttu nad ei oksüdeeri substraati (glükoosi) täielikult lõpptoodeteks - CO 2 ja H 2 O. Pealegi on vaba hapniku juuresolekul toksiline. Ainetest moodustuvad ühendid: vesinikperoksiid H 2 O 2 ja vaba hapnikuperoksiidradikaal O 2. Aeroobid sel juhul ei sure, kuna toodavad ensüüme, mis hävitavad need mürgised ühendid (superoksiidi dismutaas ja katalaas). Nendes tingimustes eoseid moodustavad anaeroobid lõpetavad paljunemise ja muutuvad eosteks. Spoore mittemoodustavad anaeroobid surevad isegi lühiajalise kokkupuute korral hapnikuga.

Kohustuslike spoore moodustavate anaeroobide hulka kuuluvad teetanuse klostriidid, botulism, anaeroobne haavainfektsioon; eoseid mittemoodustavad anaeroobid – bakteroidid, peptobakterid, bifidumbakterid.

Enamik patogeenseid baktereid on fakultatiivsed (tingimuslikud) anaeroobid, näiteks Enterobacteriaceae. Neil on täielik komplekt ensüüme ja neil on laialdane juurdepääs hapnikule, mis oksüdeerivad glükoosi lõpptoodeteks; Kui hapnikusisaldus on madal, põhjustavad nad käärimist.

Mikroaerofiilid paljunevad väikese koguse hapniku juuresolekul. Näiteks Campylobacter suudab paljuneda 3-6% hapnikus.

Mikroorganismide kasv ja paljunemine

Mõiste "kasv" viitab indiviidi suuruse suurenemisele ja "paljunemine" tähistab isendite arvu suurenemist populatsioonis.

Bakterid paljunevad binaarse lõhustumise teel pooleks, harvem pungudes. Gram-positiivsetel bakteritel moodustub rakuseinast ja tsütoplasmaatilisest membraanist vahesein, mis kasvab sissepoole. Gramnegatiivsetes bakterites moodustub ahenemine ja seejärel rakk jaguneb kaheks isendiks.

Rakkude jagunemisele eelneb bakterikromosoomi replikatsioon poolkonservatiivse tüübi järgi. Sel juhul keerdub kaheahelaline DNA ahel lahti, iga ahela täiendab komplementaarne ahel ja selle tulemusena saab iga tütarrakk ühe emaahela ja ühe äsja moodustunud ahela.

Erinevat tüüpi bakterite paljunemise kiirus on erinev. Enamik baktereid jaguneb iga 15-30 minuti järel. Mycobacterium tuberculosis jaguneb aeglaselt - üks jagunemine 18 tunniga, spiroheedid - üks jagunemine 10 tunniga.

Kui külvata baktereid teatud mahuga vedelasse toitainekeskkonda ja seejärel võtta iga tund proov ja määrata elusbakterite arv sellises suletud keskkonnas ning koostada graafik, millele on joonistatud aeg tundides piki abstsisstelge, ja koguse log-rütm kantakse piki ordinaattelge elusbakterid, saame bakterite kasvukõvera. Bakterite kasv jaguneb mitmeks faasiks (joonis 5):

1) latentne faas (lag faas) - bakterid kohanevad toitainekeskkonnaga, nende arv ei suurene;

2) logaritmiline kasvufaas - bakterite arv suureneb geomeetrilises progressioonis;

3) statsionaarne kasvufaas, mille jooksul äsja moodustunud bakterite arv võrdsustub surnud bakterite arvuga ning elavate bakterite arv jääb muutumatuks, saavutades maksimumtaseme. See on M-kontsentratsioon – igat tüüpi bakteritele iseloomulik väärtus;

4) suremise faas, mil surevate rakkude arv hakkab ainevahetusproduktide kuhjumise ja keskkonna ammendumise tõttu domineerima elujõuliste bakterite arvu üle.

Bakterite kultiveerimist sellises suletud, muutumatus keskkonnas nimetatakse perioodiliseks. Kui külvikogusesse tarnitakse pidevalt värsket toitainekeskkonda ja eemaldatakse sama kogus vedelikku, nimetatakse sellist kultuuri pidevaks. Sellises kultuuris elavate bakterite arv on M kontsentratsioonis konstantne. Mikrobioloogiatööstuses kasutatakse pidevat kasvatamist.

Pigmentide ja aromaatsete ainete moodustumine mikroobide poolt. Hõõguvad mikroorganismid

Teatud tüüpi mikroobid toodavad värvaineid - pigmente. Kui pigment on vees lahustuv, on nii mikroobikolooniad kui ka toitainekeskkond värvilised. Näiteks Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) sekreteeritud sinine pigment värvib söödet sinine. Pigmendid, mis lahustuvad orgaanilistes lahustites, kuid ei lahustu vees, ei värvi toitekeskkonda. Seda alkoholis lahustuvat punast pigmenti, nn prodigiosaani, toodab imeline pulk (Serratia marcescens). Sellesse rühma kuuluvad ka kollase, oranži ja punase värvi pigmendid, mis on iseloomulikud kookide õhu mikrofloorale. Teatud tüüpi mikroobide puhul on pigmendid nii tihedalt seotud raku protoplasmaga, et ei lahustu ei vees ega orgaanilistes lahustites. Patogeensete bakterite hulgas moodustavad sellised kuldsed, kollakaspruunid, sidrunkollased pigmendid stafülokokke.

Bakterite tüübi määramiseks kasutatakse pigmendi värvi.

Mõned mikroorganismid toodavad oma ainevahetuse käigus aromaatseid aineid. Näiteks jasmiini lõhn on iseloomulik Pseudomonas aeruginosale. Juustude, või iseloomulik lõhn ja veini eriline “bukett” on seletatav nende toodete tootmiseks kasutatavate mikroobide elutegevusega.

Mikroobide kuma (luminestsents) tekib substraadi bioloogilise oksüdatsiooni käigus energia vabanemise tulemusena. Mida intensiivsem on hapnikuvool, seda intensiivsemalt hõõguvad hõõguvad bakterid kutsuti fotobakteriteks. Need annavad sära meres leiduvate kalade soomustele, seentele, mädanenud puudele ja toidutoodetele, mille pinnal nad paljunevad. Sära võib täheldada madalatel temperatuuridel, näiteks külmkapis. Ühtegi fotogeenilist bakterit ei ole inimesele patogeenseks tuvastatud.

Bakteritest põhjustatud toiduainete sära ei too kaasa riknemist ja võib sellele isegi viidata. et nendes toodetes ei toimu mädanemist, kuna see peatub mädanevate mikroorganismide arenguga.

5. PEATÜKK.

MIKROORGANISMIDE KASVATAMISE MEETODID. KULTUURI JA BIOKEEMIA ÕPPIMINE

OMADUSED

Kasvatamist ehk mikroorganismide kasvatamist laboris kasutatakse nende omaduste uurimiseks ja biomassi saamiseks. Toitekeskkonnas kasvatatakse baktereid, seeni, aktinomütseete, spiroheete ja mõningaid algloomi. Klamüüdia, riketsia, viirused ja mõned algloomad on võimelised paljunema ainult looma kehas või elusrakkudes.

Teatud tüüpi mikroorganismide kultuurilised omadused on: 1) paljunemiseks vajalikud tingimused ja 2) kasvu iseloom toitekeskkonnas. Kultuurilised omadused on üks tunnuseid, mida mikroorganismide tuvastamisel (täpsustamisel) arvesse võetakse.

Kultuurimeedia

Toitekeskkond peab vastama teatud nõuetele. Need peavad sisaldama kõiki seda tüüpi mikroobide paljunemiseks vajalikke toitaineid. Mõned patogeensed mikroorganismid kasvavad lihtsal toitainekeskkonnal, teised aga vajavad paljunemiseks vere, vereseerumi ja vitamiinide lisamist.

Kultuurisöötmes tuleb luua teatud tingimused, lisades naatriumkloriidi või puhverlahused. Enamiku bakterite jaoks on soodne toitainekeskkond, mis sisaldab 0,5% naatriumkloriidi. Enamiku patogeensete bakterite jaoks soodsa toitekeskkonna reaktsioon on kergelt aluseline, mis vastab pH = 7,2-7,4. Vibrio cholerae kasvab pH=7,8-8,5 juures, seened - pH=5-5,5 juures. Toitekeskkonnad peavad olema niisked, st sisaldama piisavas koguses vett, olema võimalikult läbipaistvad ja steriilsed, see tähendab, et enne külvi ei tohi olla mikroobe.

Koostise ja päritolu järgi on toitekeskkonnad looduslikud, tehislikud ja sünteetilised. Looduslikud toitainekeskkonnad on looduslikud tooted, näiteks kartul ja muud köögiviljad. Kunstlik toitainekeskkond valmistatakse kindla retsepti järgi toodetest, millele on lisatud orgaanilisi ja anorgaanilisi ühendeid. Sünteetilised kandjad sisaldavad teatud keemilised ühendid teadaolevates kontsentratsioonides.

Konsistentsi järgi võib toitainekeskkond olla vedel, poolvedel või tihe. Tavaliselt kasutatakse hermeetikuna agar-agarit, merevetikatest eraldatud polüsahhariidi. Mikroorganismid ei kasuta agar-agarit kui toitaine, moodustab vees geeli, mis sulab 100°C juures ja kõveneb 45°C juures.

Tiheda toitainekeskkonna saamiseks lisatakse agar-agarit kontsentratsiooniga 1,5-2%, poolvedela söötme jaoks - 0,5%.

Sihtotstarbe järgi võib toitekeskkonnad jagada tavaliseks (lihtsaks), eriliseks, valikaineks ja diferentsiaaldiagnostikaks.

Enamiku mikroorganismide kasvatamiseks kasutatakse tavalisi (lihtsaid) toitekeskkondi, milleks on lihaekstrakti puljong (MPB), lihavahetusagar (MPA).

Lihtsatel söötmetel mittekasvavate mikroorganismide kasvatamiseks kasutatakse spetsiaalseid toitekeskkondi. Näiteks vereagar ja suhkrupuljong streptokoki jaoks, seerumagar meningokoki ja gonokoki jaoks.

Selektiivset toitainekeskkonda kasutatakse ühe liigi isoleerimiseks erinevate bakterite segust. Seda tüüpi bakterid kasvavad sellel söötmel kiiremini ja paremini kui teised, edestades neid oma kasvus; sellel söötmel on teiste bakterite kasv pärsitud. Näiteks kalgendatud seerum difteeriabatsilli jaoks, aluseline peptoonvesi Vibrio cholerae jaoks, sapipuljong tüüfuse batsilli jaoks, soolasööde stafülokoki jaoks.

Diferentsiaaldiagnostilisi toitekeskkondi kasutatakse teatud tüüpi bakterite eristamiseks teistest nende ensümaatilise aktiivsuse järgi (vt vastavat jaotist).

Aeroobsete bakterite puhaskultuuride kasvatamine ja isoleerimine

Mikroorganismide kasvatamiseks on vaja teatud tingimusi: temperatuur, aeroobsed või anaeroobsed tingimused.

Temperatuur peaks olema selle liigi jaoks optimaalne. Enamik patogeenseid baktereid paljuneb 37 °C juures. Mõne liigi jaoks on aga optimaalne madalam temperatuur, mis on tingitud nende ökoloogia omadustest. Nii on katkubatsillile, kelle looduslikuks elupaigaks on närilised talveune ajal, optimaalne temperatuur 28°C, samuti Leptospirale, botulismibatsillile - 28°C-35°C.

Lisaks optimaalsele temperatuurile on mikroorganismide kasvatamiseks, olenevalt tüübist, vajalik aeroobne või anaeroobne keskkond.

Mikroobide morfoloogia, kultuuriliste, biokeemiliste ja muude omaduste uurimiseks on vaja saada puhaskultuur. Tavaliselt määratletakse mikroobide kultuurina nende akumuleerumist toitainekeskkonnas hägususe, põhja (seina) kasvu või vedela söötme pinnal oleva kile või tahkel söötme kolooniate kujul. Ühest mikroobirakust moodustub eraldi koloonia. Puhaskultuur on ühest kolooniast saadud ühe liigi mikroobide kultuur. Laborites kasutatakse erinevate uuringute jaoks teatud teadaolevaid mikroobitüvesid. Tüvi on mikroobide puhaskultuur, mis on saadud teatud allikast, kindlal ajal ja millel on teadaolevad omadused. Reeglina on mikroobitüved tähistatud kindla numbriga. Näiteks kasutatakse penitsilliini aktiivsuse määramiseks Staphylococcus aureus 209P tüve.

Aeroobsete puhaste kultuuride eraldamine võtab tavaliselt kolm päeva ja see viiakse läbi vastavalt järgmisele skeemile:

1. päev - uuritava materjali määrdumise mikroskoopia, värvimine (tavaliselt grammi järgi) - mikroflooraga tutvumiseks, mis võib olla kasulik nakatamiseks toitainekeskkonna valimisel. Seejärel inokuleerige materjal tahkestunud toitaineagari pinnale, et saada eraldatud kolooniad. Sõeluda saab Drigalski meetodil kolmeks toitekeskkonnaga Petri tassiks. Esimesele topsile kantakse tilk materjali ja jaotatakse spaatliga üle kogu tassi. Seejärel jaotage sama spaatliga ülejäänud kultuur teisele tassile ja samamoodi ka kolmandale. Suurim arv kolooniaid kasvab esimesel plaadil, väikseim - kolmandal. Olenevalt sellest, kui palju mikroobirakke uuritavas materjalis oli, kasvavad ühel tassil isoleeritud kolooniad.

Sama tulemuse saab ühe tassi peale sõeludes. Selleks jaga tass neljaks sektoriks. Uuritavale materjalile inokuleeritakse esimesele sektorile triipudena bakterioloogiline silmus, seejärel pärast silmuse kaltsineerimist ja jahutamist jaotatakse inokulatsioon esimesest sektorist teise ja samamoodi järjestikku kolmandasse ja neljandasse sektorisse. Isoleeritud kolooniad moodustuvad üksikutest mikroobirakkudest pärast igapäevast inkubeerimist termostaadis.

2. päev – roogadel kasvanud kolooniate uurimine, nende kirjeldamine. Kolooniad võivad olla läbipaistvad, poolläbipaistvad või läbipaistmatud, neil on erinevad suurused, ümarad korrapärased või ebakorrapärased piirjooned, kumer või tasane kuju, sile või kare pind, siledad või lainelised, sakilised servad. Need võivad olla värvitud või valged, kuldsed, punased, kollased. Nende omaduste uurimise põhjal jagatakse kasvanud kolooniad rühmadesse. Seejärel valitakse uuritavast rühmast isoleeritud koloonia ja mikroskoopiliseks uurimiseks valmistatakse äigepreparaadi mikroobide homogeensuse kontrollimiseks koloonias. Sama koloonia inokuleeritakse katseklaasi kaldu toitaineagariga.

3. päev – agarvilgul kasvatatud kultuuri puhtuse kontrollimine äigemikroskoopia abil. Kui uuritud bakterid on homogeensed, võib puhaskultuuri eraldamise lugeda lõpetatuks.

Isoleeritud bakterite tuvastamiseks uuritakse kultuurilisi omadusi, st kasvumustrit vedelal ja tahkel toitainekeskkonnal. Näiteks moodustavad streptokokid suhkrupuljongil põhja- ja seinasette ning vereagaril väikesed, täppiskolooniad; Vibrio cholerae moodustab aluselise peptoonvee pinnale kile ja aluselise agari pinnale läbipaistvad kolooniad; Toitaineagaril olev katkubatsill moodustab kolooniaid tiheda keskosa ja õhukeste laineliste servadega pitsist taskurätikute kujul ning vedelas toitainekeskkonnas - pinnale kile ja seejärel niidid, mis ulatuvad sellest välja "stalaktiitide" kujul. ”.

Dokument

Nagu esiteks sagedane Peatükk...põllumajanduslik mikrobioloogia(Peterburi) ja Tšehhi mikrobioloogid Kindral

4. peatükk läbimurdetehnoloogiad elu toetavates süsteemides Peatüki 4 sisu 1 inimelu toetamine

Kirjandus

Nagu esiteks Vaatame süsteemi näitena... sagedane maohäirete põhjus. Peatükk...põllumajanduslik mikrobioloogia(Peterburi) ja Tšehhi mikrobioloogid. ... M: Energoatomizdat, 1992 Atsyukovsky V.A. Kindral eterodünaamika. - M: Energoatomizdat, ...

Meie raamatud eristuvad põhjaliku toimetuse ettevalmistuse, kõrge trükikvaliteedi ja lugejale kättesaadavuse poolest

Õpikud

ülikoolid. Õpik koosneb seitsmest osad. osaesiteks - « Kindralmikrobioloogia"- sisaldab teavet bakterite morfoloogia ja füsioloogia kohta... Vene Föderatsiooni tervishoid 1997. aastal. IN esitekspeatükk sisaldab propedeutilist kursust ja dieteetikat; sisse...