Mikroorganismide ainevahetus

Ainevahetus on biokeemiliste protsesside kogum, mis toimub rakus ja tagab selle elutähtsa aktiivsuse. Rakkude ainevahetus koosneb kahest vastandlikult suunatud protsessist: energia metabolism (katabolism) ja konstruktiivne ainevahetus (anabolism).

Energia metabolism (katabolism) on mitmesuguste redutseeritud orgaaniliste ja mitteorgaaniliste ainete oksüdatsioonireaktsioonide kogum orgaanilised ühendid, millega kaasneb raku kogutud energia vabanemine fosfaatsidemete kujul.

Konstruktiivne ainevahetus (anabolism)- see on biosünteesireaktsioonide kogum, mille tulemusena sünteesitakse rakuline aine väljastpoolt tulevate ainete ja katabolismi käigus tekkivate vaheproduktide tõttu. Seda protsessi seostatakse ATP molekulidesse või muudesse energiarikastesse ühenditesse salvestatud vaba energia tarbimisega.

Konstruktiivne ja energia metabolism koosneb järjestikuste ensümaatiliste reaktsioonide jadast, mille kulgu saab jämedalt kujutada järgmiselt. Algstaadiumis puutuvad molekulid kokku keemilised ained, mis on mõlemat tüüpi ainevahetuse algsed substraadid. Järgnevad transformatsioonid hõlmavad mitmeid ensümaatilisi reaktsioone ja viivad vaheproduktide sünteesini. Viimastes etappides moodustunud konstruktiivsete radade lõppsaadusi kasutatakse rakkude aine ehitamiseks ja energeetilised eralduvad keskkonda.

Rakus toimuvad üheaegselt konstruktiivsed ja energeetilised protsessid. Enamikus prokarüootides on nad üksteisega tihedalt seotud. Anabolismi käigus sünteesitakse arvukalt energia metabolismis osalevaid ensüüme. Teisest küljest toodavad kataboolsed reaktsioonid mitte ainult biosünteesi eesmärgil energiat, vaid ka palju vaheprodukte, mis on vajalikud rakulisi struktuure moodustavate ainete sünteesiks.

Prokarüootide ainevahetus, nii energeetiline kui ka konstruktiivne, on äärmiselt mitmekesine. See on tingitud asjaolust, et bakterid saavad energia- ja süsinikuallikana kasutada mitmesuguseid orgaanilisi ja anorgaanilisi ühendeid. See võime on tingitud erinevustest hüdrolaaside klassi kuuluvate raku perifeersete ensüümide ehk eksoensüümide komplektis, mis vabanevad ja hävitavad algsete substraatide makromolekulid madala molekulmassiga aineteks. Selliste ensüümide toimel tekkivad ained sisenevad bakterirakku ja alluvad vaheainevahetuse ensüümide toimele.

Energia metabolismi üldised omadused. Seoses energiaallikatega jagunevad kõik mikroorganismid kahte rühma: kemotroofsed ja fototroofsed. ATP molekulide süntees ADP-st ja fosfaatidest võib toimuda kahel viisil:

Fosforüülimine hingamisteede või fotosünteesi elektronide transpordiahelas. See protsess prokarüootides on seotud membraanide või nende derivaatidega, mistõttu seda nimetatakse membraani fosforüülimiseks. ATP süntees toimub sel juhul ATP süntaasi osalusel:

Fosforüülimine substraadi tasemel. Sel juhul viiakse fosfaatrühm ADP-sse üle ATP-st rikkamast ainest (substraadist): Seda ATP sünteesi meetodit nimetatakse substraadi fosforüülimiseks. Rakus ei ole substraadi fosforüülimisreaktsioonid seotud membraanistruktuuridega ja neid katalüüsivad. vaheainevahetuse lahustuvad ensüümid.

Kõik kemotroofsete mikroorganismide energia metabolismi redoksreaktsioonid võib jagada kolme tüüpi:

aeroobne hingamine ehk aeroobne oksüdatsioon;

Anaeroobne hingamine;

Käärimine.

Energia metabolismi põhiprotsess paljudes prokarüootides aeroobne hingamine, milles vesiniku või elektronide doonoriks on orgaanilised (harvemini anorgaanilised) ained ja lõplikuks aktseptoriks molekulaarne hapnik. Põhiline energiahulk aeroobse hingamise käigus tekib elektronide transpordiahelas, s.o. membraani fosforüülimise tulemusena. Oksüdatiivsele fosforüülimisele eelneb glükolüüs ja trikarboksüülhappe tsükkel (Krebsi tsükkel)

Anaeroobne hingamine– anaeroobsete oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioonide ahel, mis taandatakse orgaanilise või anorgaanilise substraadi oksüdeerumiseni, kasutades lõpliku elektroni aktseptorina mitte molekulaarset hapnikku, vaid muud mittemolekulaarset hapnikku orgaaniline aine(nitraat, nitrit, sulfaat, sulfit, CO: jne), samuti orgaanilised ained (fumaraat jne). ATP molekulid tekivad anaeroobsel hingamisel peamiselt elektronide transpordiahelas, s.o. membraani fosforüülimisreaktsioonide tulemusena, kuid väiksemates kogustes kui aeroobse hingamise ajal.

Anaeroobsel hingamisel on elektronide transpordiahela lõplikuks elektronaktseptoriks anorgaanilised või orgaanilised ühendid. Näiteks kui lõplikuks elektronaktseptoriks on SO 4 2-, siis protsessi nimetatakse sulfaadi hingeõhk, ja bakterid on sulfaate redutseerivad või sulfiteid redutseeriv . Kui lõplikuks elektroni aktseptoriks on NO 3 - või NO 2 -, siis protsessi nimetatakse nitraadi hingeõhk või denitrifikatsioon ja seda protsessi läbi viivad bakterid denitrifitseeriv . CO 2 võib toimida lõpliku elektroni aktseptorina, protsessi nimetatakse vastavalt karbonaatne hingamine ja bakterid - metanogeenne (metaani moodustav) . Üks väheseid näiteid, kus lõplikuks aktseptoriks on orgaaniline aine, on fumaraadi hingamine.

Anaeroobseks hingamiseks võimelistel bakteritel on lühenenud elektronide transpordi ehk hingamisahelad, s.t. need ei sisalda kõiki aeroobsetes tingimustes toimivatele hingamisahelatele iseloomulikke transportereid. Lisaks asendatakse anaeroobide hingamisahelates tsütokroomoksüdaas vastavate reduktaasidega. Rangete anaeroobide korral Krebsi tsükkel ei toimi või on katki ja täidab ainult biosünteetilisi, kuid mitte energiafunktsioone. Peamine kogus ATP molekule anaeroobse hingamise ajal sünteesitakse membraani fosforüülimise protsessis.

Käärimine– anaeroobsete redoksreaktsioonide kogum, milles orgaanilised ühendid toimivad nii elektronide doonorite kui ka vastuvõtjatena. Tavaliselt moodustuvad elektronidoonorid ja aktseptorid samast kääritavast substraadist (näiteks süsivesikust). Kääritada saab erinevaid substraate, kuid kõige parem on kasutada süsivesikuid. Fermentatsiooni käigus sünteesitakse substraadi fosforüülimisreaktsioonide tulemusena ATP.

Oma bioloogilises olemuses on kääritamine energia saamise meetod, mille käigus ATP moodustub orgaaniliste substraatide anaeroobse oksüdatsiooni tulemusena substraadi fosforüülimisreaktsioonides. Fermentatsiooni käigus võivad ühe orgaanilise substraadi lagunemissaadused olla samaaegselt nii elektronide doonorid kui ka aktseptorid.

Süsivesikute ja paljude muude ainete kääritamisel võivad sellised tooted nagu etanool, piimhape, sipelghape, merevaikhape, atsetoon, CO 2, H 2 jne. Sõltuvalt sellest, millised tooted on ülekaalus või on eriti iseloomulikud, eristatakse alkohoolset, piimhapet, sipelghapet, võihapet, propioonhapet ja muud käärimisviisid.

Bakterites toimuvate redoksreaktsioonide kõige soodsam tüüp, mille tulemuseks on suurim energiahulk ATP molekulide kujul, on aeroobne hingamine. Kõige vähem kasulik energiat tootvate reaktsioonide tüüp on kääritamine, millega kaasneb minimaalne ATP väljund.

annotatsioon

Sissejuhatus

1. Üldmõisted ainevahetusest ja energiast

2. Konstruktiivne ainevahetus

3. Prokarüootide toitainevajadus

3.1 Süsinikuallikad

3.3 Nõuded väävli- ja fosforiallikatele

3.4 Metalliioonide vajadus

3.5 Kasvutegurite vajadus

4. Mikroorganismide ainevahetuse tüübid

5. Fototroofide energiavahetus

6. Kemotroofide energia metabolism fermentatsiooniprotsesse kasutades

7. Kemoorganotroofide energia metabolism hingamisprotsessi abil

8. Kemoliitoautotroofide energia metabolism

Järeldus

See kursusetöö sisaldab põhiteavet bakterite konstruktiivse ja energiavahetuse kohta. Töö valmis 37 lehel. Sisaldab 5 joonist ja 1 tabelit.

Aine muundumisprotsesside kogumit elusorganismis, millega kaasneb selle pidev uuenemine, nimetatakse ainevahetuseks või ainevahetuseks.

Elusorganismide olulisemateks omadusteks on võime end taastoota ja nende lähedane suhe keskkonnaga. Iga organism saab eksisteerida ainult toitainete pideva voolu väliskeskkonnast ja jääkainete eraldumise tingimustes.

Rakku imenduvad toitained muudetakse keeruliste biokeemiliste reaktsioonide tulemusena spetsiifilisteks rakukomponentideks. Toitainete imendumise, assimilatsiooni ja nendest tulenevate raku struktuurielementide loomise biokeemiliste protsesside kogumit nimetatakse konstruktiivseks ainevahetuseks või anabolismiks. Konstruktiivsed protsessid toimuvad energia neeldumisega. Teiste biosünteesiprotsesside jaoks vajalik energia rakulised funktsioonid, nagu liikumine, osmoregulatsioon jne, saab rakk vastu oksüdatiivsete reaktsioonide voolu tõttu, mille kogus kujutab endast energia metabolismi ehk katabolismi (joonis 1).

Kõik elusorganismid saavad kasutada ainult keemiliselt seotud energiat. Igal ainel on teatud kogus potentsiaalset energiat. Selle keemiliste sidemete peamised materjalikandjad, mille purunemine või muundumine toob kaasa energia vabanemise.

Energiatase keemilised sidemed ei ole sama. Mõne jaoks on selle väärtus umbes 8-10 kJ. Selliseid ühendusi nimetatakse normaalseteks. Teised sidemed sisaldavad oluliselt rohkem energiat - 25-40 kJ. Need on nn makroergilised seosed. Peaaegu kõik teadaolevad ühendid, millel on sellised sidemed, sisaldavad nende sidemete moodustamises osalevaid fosfori- ja väävliaatomeid.

Adenosiintrifosforhape (ATP) mängib rakkude elus olulist rolli. Selle molekul koosneb adeniinist, riboosist ja kolmest fosforhappejäägist: (Lisad joonis 2)

ATP-l on keskne koht raku energia metabolismis. Makroergilised sidemed ATP molekulis on väga haprad. Nende sidemete hüdrolüüsi tulemusena vabaneb märkimisväärne kogus vaba energiat:

ATP + H20→ADP + H3P04 - 30,56 kJ

Hüdrolüüs toimub spetsiifiliste ensüümide osalusel, andes energiat biokeemilistele protsessidele, mis hõlmavad energia neeldumist. Sel juhul mängib ATP energiatarnija rolli. Väikese suurusega ATP molekul hajub raku erinevatesse osadesse. ATP-ga varustatus rakkudes uueneb pidevalt tänu fosforhappejäägi lisamise reaktsioonidele adenosiindifosforhappe (ADP) molekulile:

ADP + H3P04 → ATP + H20

ATP süntees, nagu ka hüdrolüüs, toimub ensüümide osalusel, kuid sellega kaasneb energia neeldumine, mille saamise meetodid mikroorganismides, kuigi erinevad, võib taandada kahte tüüpi:

1) valgusenergia kasutamine;

2) keemiliste reaktsioonide energia kasutamine.

Sel juhul muundatakse mõlemat tüüpi energia ATP keemiliste sidemete energiaks. Seega toimib ATP rakus transformaatorina.

Anabolism ja katabolism on omavahel lahutamatult seotud, moodustades ühtse terviku, kuna energia metabolismi saadusi (ATP ja mõned madalmolekulaarsed ühendid) kasutatakse otseselt raku konstruktiivses ainevahetuses (joonis 6.1).

Mikroobirakkudes sõltub energeetiliste ja konstruktiivsete protsesside suhe mitmetest spetsiifilistest tingimustest, eelkõige toitainete olemusest. Sellele vaatamata ületavad kataboolsed reaktsioonid mahult tavaliselt biosünteetilisi protsesse. Nende kahe ainevahetuse tüübi omavaheline seos ja konjugatsioon avaldub eelkõige selles, et konstruktiivsete protsesside kogumaht sõltub täielikult energia metabolismi käigus saadava energia hulgast.

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

Allpool on toodud komplekssete orgaaniliste ühendite biosünteesi üldistatud skemaatiline diagramm, 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 kõige 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. On kolm peamist toitumismeetodit: 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.

Mikroorganismide keeruliste metaboolsete protsesside mõistmiseks on vaja arvestada mikroobiraku keemilist koostist ja selles sisalduvat ensüümide arsenali.

Keemiline koostis mikroobirakud.

Mikroobirakkude keemiline koostis on sama, mis rakkudel kõrgemad taimed. Need sisaldavad 75-85% vett ja 15-25% kuivainet kogu raku massist.

Vesi on raku vajalik komponent – selles toimuvad keemilised protsessid, mineraalid lahustuvad ja komplekssed orgaanilised ained – valgud, süsivesikud, rasvad – lagunevad. Kõige rohkem on neid valkudel ja nukleiinhapetel oluline rakkude paljunemise ja kasvu ajal. Süsivesikuid leidub märkimisväärses koguses pärmi ja seente rakkudes. Need on polüsahhariidid - glükogeen, dekstriin, glükoos. Bakterirakud sisaldavad vähe süsivesikuid.

Rasvu ja rasvataolisi aineid (lipiide) leidub peamiselt tsütoplasma pinnakihis. Lipiidid moodustavad keskmiselt 3-7% raku kuivainest (tuberkuloosibatsillis - 20-40, Endomyces seentel - 50-60%).

Mineraalaineid leidub mikroobirakkudes väikestes kogustes (ainult 3-10%), kuid nende roll on suur – need mõjutavad keemiliste reaktsioonide kiirust ja suunda. Olulisemad neist on kaalium, magneesium, kaltsium, raud jne Valkude, rasvade, süsivesikute ja mineraalid sõltub mikroorganismi tüübist ja selle olemasolu tingimustest.

Mikroobirakkude ensüümid.

Ensüümid on keerulised orgaanilised ained, mis katalüüsivad keemilisi reaktsioone. Rakud toodavad (toodavad) neid füsioloogiliste protsesside läbiviimiseks. Rakk võib sisaldada palju ensüüme (Aspergillus seentel on neid näiteks umbes 50), mille tõttu võivad üheaegselt toimuda erinevad keemilised reaktsioonid. Kõige tavalisemad mikroorganismide toodetud ensüümid on karbohüdraasid ja proteaasid.

Karbohüdraasid - lagundavad tärklist, kiudaineid ja muid polüsahhariide vee osalusel. Nende hulka kuuluvad amülaasid (tärklise lagundamine lihtsüsivesikuteks), maltaas (süsivesikute maltoosi lagundamine), lipaas (hüdrolüüsib rasvu ja õlisid rasvhapete moodustamiseks). Enamik mikroorganisme sisaldab neid ensüüme.

Proteaasid katalüüsivad valkude ja polüpeptiidide lagunemist. Neid ensüüme toodavad putrefaktiivsed bakterid, hallitusseened ja aktinomütseedid.

Igal ensüümil on spetsiifiline toime, st see suudab lagundada ainult teatud ühendeid. Lisaks on igal ensüümil oma põhipunktid seoses temperatuuri, pH ja muude tingimustega.

Ainevahetus.

Iga elusrakk vajab pidevat energiavarustust – ta saab selle energia ainevahetuse käigus. Ainevahetus (metabolism) on kõigi rakus selle elu jooksul toimuvate keemiliste reaktsioonide kogum.

Ainevahetus toimub kahes peamises suunas.

Üks neist on ehitusvahetus. Seda vajab elusrakk biosünteetiliseks tegevuseks, st raku ehitamiseks, kulunud osade asendamiseks, kasvamiseks ja paljunemiseks. Rakk saab vajaliku ehitusmaterjali väljast tuleva toiduna. Toitained sisenevad mikroobirakku kahel viisil. Esimene on väliskeskkonnast pärit toitainete osmoos (difusioon), kus nende kontsentratsioon on suurem kui rakus. Käivitav jõud on sel juhul raku ja väliskeskkonna osmootse rõhu erinevus. Teine viis on toitainete aktiivne ülekandmine rakku spetsiaalsete ensüümide abil. Mõlemal juhul toitaineid tungivad läbi rakumembraani raku tsütoplasmasse. Toitumisprotsess on mikroobiraku kõige olulisem füsioloogiline funktsioon. Toitumisprotsessi olemus seisneb selles, et rakuensüümide toimel lagunevad suure molekulmassiga orgaanilised ühendid madala molekulmassiga ühenditeks: suhkrud, aminohapped, orgaanilised happed ja neist sünteesitakse mikroorganismi raku enda ained: tsütoplasma, rakusein, nukleiinhapped jne.

Lisaks toitainetele vajab rakk energiat ehituslikuks biosünteetiliseks tegevuseks. Seetõttu on mikroorganismide ainevahetuse teine pool energia metabolism ehk raku varustamine energiaga. Mikroorganismid saavad energiat orgaaniliste ainete (süsivesikute, rasvade ja muude energiamaterjalide) oksüdeerimisel hingamisprotsessi käigus – see on väga oluline füsioloogiline funktsioon. U erinevad organismid hingamisprotsess kulgeb erinevalt sõltuvalt nende suhetest hapnikuga. Seega kasutavad aeroobid gaasilist hapnikku ja saavad energiat orgaanilisi aineid oksüdeerides (hingamine). See on võimalik teatud ensüümide esinemise tõttu aeroobsetes rakkudes - tsütokroomid. Anaeroobidel puuduvad need ensüümid ja energia saamise protsess toimub ilma hapniku osaluseta. Hapniku osas jagunevad anaeroobid kolme rühma. Ranged anaeroobid (näiteks võihappebakterid) ei saa hapniku juuresolekul üldse elada. Nad saavad energiat konjugaadi oksüdeerimisel – substraadi redutseerimisel (näiteks käärimisprotsessid). Fakultatiivsed anaeroobid (mitte ranged) kasutavad seda hapniku juuresolekul oksüdatiivseteks protsessideks (hingamiseks) ja selle puudumisel saavad nad energiat ilma hapniku (pärm) osaluseta.

Anaeroobide oksüdatiivsed protsessid hõlmavad vesiniku eemaldamist oksüdeeritud ühendist (dehüdrogeenimine). Vesinik kinnitub teiste ainetega (vesiniku aktseptoritega). Seda hapnikuvaba hingamise protsessi nimetatakse kääritamine. Käärimise energeetiliseks materjaliks on suure energiavaruga ained.

Seega tarbib rakk toitaineid kahes suunas: kehaainete sünteesiks ja organismi energiaga varustamiseks. Toitumise ja hingamise protsessid on tihedalt seotud ja raku poolt läbi viidud samaaegselt. Nad tagavad kõik raku elutähtsad funktsioonid. Saadud ainevahetusproduktid vabanevad rakust väliskeskkonda. Metabolism on näidatud joonisel 1 allpool.

Skeem 1. Ainevahetus mikroorganismides.

Toitumise tüübi järgi jagatakse mikroobid kahte rühma: autotroofid ja heterotroofid.

Autotroofid- mikroorganismid, mis sünteesivad oma keha aineid anorgaanilistest elementidest. Selle sünteesi teed võivad olla erinevad. Mõned mikroorganismid, näiteks lillad väävlibakterid, nagu rohelised taimed, kasutavad fotosünteesi, kuid klorofülli rolli täidavad teised ained. Teised saavad nende sünteetiliste protsesside jaoks energiat redoksreaktsioonide kaudu. Sel juhul toimivad anorgaanilised ained elektronide doonoritena ja süsinikdioksiid süsinikuallikana.

Heterotroofid- need on mikroorganismid, mis vajavad valmis orgaanilisi ühendeid, kasutades süsinikuallikana süsivesikuid, alkohole ja orgaanilisi happeid ning lämmastikuallikana valke ja nende lagunemissaadusi. Valdav enamus bakteritest, pärm- ja hallitusseentest on heterotroofid.

Oksüdatiivne ainevahetus. Oksüdatiivse metabolismiga bakterid saavad energiat hingamine.

Hingamine - energia saamise protsess oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioonides, mis on ühendatud oksüdatiivse fosforüülimise reaktsioonidega, milles elektronidoonoriteks võivad olla orgaanilised (orgaanilised) ja anorgaanilised (litotroofides) ühendid ning aktseptoriteks võivad olla ainult anorgaanilised ühendid.
Oksüdatiivse metabolismiga bakterites on elektronide (või vesiniku (H +)) aktseptoriks molekulaarne hapnik. Sel juhul oksüdeerub püruvaat trikarboksüülhappe tsüklis täielikult C2-ks. Trikarboksüülhappe tsükkel toimib nii biosünteesiprotsesside lähteainete kui ka vesinikuaatomite tarnijana, mis redutseeritud NAD kujul viiakse molekulaarsesse hapnikku mitmete transporterite seeria kaudu, millel on keeruline struktuurselt kavandatud multiensüümsüsteem. hingamisahel. Hingamisteede kett bakterites paikneb see kesknärvisüsteemis ja rakusiseste membraanide struktuurides.
Vedajad, mis transpordivad vesinikku (elektrone) molekulaarsesse hapnikku, kuuluvad 4 dehüdrogenaaside klassi, mille koensüümideks on NAD, flavoproteiinid, kinoonid ja tsütokroomid. Prootonid (elektronid) liiguvad ühelt kandjalt teisele redokspotentsiaali suurenemise suunas. Tüüpiline vooluring näeb välja selline:

TCA tsükkel -> NAD(H 2) -> flavoproteiin -> kinoon ---> tsütokroomid: b -> c --> a - O 2

Bakteriaalsete tsütokroomide hulgas eristatakse tsütokroome b, c, a ja a 3. Elektronide (prootonite) ülekande viimane etapp hingamisahela kaudu on tsütokroomide a - a3 (tsütokroomoksüdaas) redutseerimine. Tsütokroomoksüdaas on viimane oksüdaas, mis kannab elektronid hapnikuks. Tsütokroomide kaudu elektronide ülekande protsessis muutub raudporfüüritud rühma kuuluva raua valents. Elektronide ülekanne viiakse lõpule reaktsiooniga O 2 + 4F 2+ 2O 2 + 4F 3+. FAD-i ehk kinoonide oksüdatsiooni käigus moodustunud prootonid seotakse O 2" ioonidega, moodustades vett.

ATP moodustumine inhalatsiooniahelas on seotud kemoosmootilise protsessiga. Kandjate eriline orientatsioon CPM-is viib vesiniku ülekandumiseni membraani sisepinnalt välispinnale, mille tulemusena tekib vesinikuaatomite gradient, mis avaldub membraanipotentsiaali juuresolekul. Membraanipotentsiaali energiat kasutatakse ATP sünteesiks membraanile lokaliseeritud ATPaasi poolt.

Sel ajal on eukarüootides hingamisahela ensüümid bakterites suhteliselt püsiva koostisega, hingamisahela koostises esineb variatsioone. Seega on paljudel bakteritel ubikinoonide asemel naftokinoonid, tsütokroomide koostis võib sõltuda bakterite kasvutingimustest. Mõnedel bakteritel puuduvad tsütokroomid ja kokkupuutel hapnikuga toimub flavoproteiinide abil vesiniku otsene ülekanne hapnikuks, lõpptooteks on vesinikperoksiid - H 2 O 2.

Lisaks süsivesikutele on prokarüootidel võimalik kasutada energiaallikana ka teisi orgaanilisi ühendeid, eelkõige valke, oksüdeerides need täielikult CO 2 ja H 2 O-ks.

Aminohapped ja valgud võivad toimida ka energiaressurssidena. Nende kasutamine on ennekõike seotud teatud ettevalmistava iseloomuga ensümaatiliste transformatsioonidega. Esmalt lõhustatakse valgud väljaspool rakku proteolüütiliste ensüümide toimel peptiidideks, mille rakk omastab ja rakusiseste peptidaaside toimel lõhustatakse aminohapeteks. Aminohappeid saab kasutada konstruktiivses ainevahetuses või bakterite ammoniseerimisel, mis võivad olla peamise materjalina energiaprotsessides. oksüdatiivne deamineerimine, mille tulemusena vabaneb ammoniaak ja aminohape muudetakse ketohappeks, mis siseneb trikarboksüülhappe tsükli kaudu konstruktiivsesse metabolismi:

2R-CHNH2-COOH + O 2 -> 2R-CO-COOH + 2NH3

Ammonifikatsiooni protsessi nimetatakse "mädanikuks" ja tekkinud primaarsetest amiinidest kuhjuvad ebameeldiva spetsiifilise lõhnaga tooted.

Putrefaktiivsed bakterid viivad läbi valgu mineralisatsiooni, lagundades selle CO 2, NH 3, H 2 S. Putrefaktiivsete bakterite hulka kuuluvad Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus.

Fermentatiivne (ensümaatiline) metabolism.

kääritamine, või kääritamine,- energia saamise protsess, mille käigus substraadist eemaldatud vesinik kantakse üle orgaanilisteks ühenditeks.

Hapnik ei osale fermentatsiooniprotsessis. Redutseeritud orgaanilised ühendid eralduvad toitekeskkonda ja kogunevad sinna. Kääritada saab süsivesikuid, aminohappeid (välja arvatud aromaatsed), puriine, pürimidiine ja mitmehüdroksüülseid alkohole. Aromaatsed süsivesinikud, steroidid, karotenoidid ja rasvhapped ei ole käärimisvõimelised. Need ained lagunevad ja oksüdeeruvad ainult hapniku juuresolekul anaeroobsetes tingimustes, nad on stabiilsed. Käärimisproduktid on happed, gaasid ja alkoholid.

Heksooside (glükoosi) fermentatsiooni käigus oksüdeerub püruvaat trikarboksüülhappe tsüklis vaid osaliselt. Viimane täidab ainult biosünteesiprotsesside lähteainete tarnija ülesandeid. Energia 2 ATP molekuli kujul tekib substraadi fosforüülimise tulemusena, mis toimub trioosfosfaadi oksüdeerimisel püruvaadiks. Substraadist eraldunud vesinik, redutseeritud NAD kujul, kantakse üle püruvaadiks, muutes selle reaktsiooniahelas etanooliks, hapeteks ja gaasideks. Lähtuvalt lõpptoodete olemusest eristatakse mitut tüüpi süsivesikute kääritamist.

Alkohoolne kääritamine. Leitud peamiselt pärmis. Lõppproduktid on etanool ja CO 2 . Glükoosi kääritatakse FDF-raja kaudu anaeroobsetes tingimustes. Hapniku juurdepääsul käärimisprotsess nõrgeneb ja hingamine võtab asemele. Alkohoolse käärimise pärssimist hapniku abil nimetatakse Pasteuri efektiks.

Alkohoolset kääritamist kasutatakse toiduainetööstuses: küpsetamisel, veinivalmistamisel.

Piimhappe kääritamine. Piimhappekääritamist on kahte tüüpi: homofermentatiivne ja heterofermentatiivne.

Kell homofermentatiivne tüüpi, toimub glükoosi lagunemine mööda FDF rada. Redutseeritud NAD-st saadav vesinik kantakse laktaatdehüdrogenaasi toimel püruvaadiks, mille tulemusena moodustub piimhape. Homofermentatiivne piimhappekäärimine toimub aastal S. pyogenes, E. faecalis, S. salivarius mõnel perekonna liigil Lactobacillus: L. dulgaricus, L. lactis.

Heterofermentatiivne Piimhappekäärimine esineb bakterites, millel puuduvad PDF-raja ensüümid: aldolaas ja triosefosfaatisomeraas. Glükoosi lagunemine toimub piki PP rada, mille käigus moodustub fosfoglütseraldehüüd, mis muudetakse PDP raja kaudu edasi püruvaadiks ja redutseeritakse seejärel laktaadiks. Seda tüüpi kääritamise lisaproduktid on ka etanool ja äädikhape. Heterofermentatiivne piimhappekäärimine toimub erinevatel bakteriperekondade esindajatel Lactobacillus Ja Bifidobakter.

Piimhappe fermentatsiooni saadused mängivad olulist rolli perekonna bakterite koloniseerimisresistentsuse kujunemisel Lactobacillus Ja Bifidobakter kohustusliku soolefloora komponendid.

Piimhappebaktereid kasutatakse laialdaselt piimatööstuses piimhappetoodete tootmiseks, samuti probiootikumide loomisel.

Sipelghappe (segatud) kääritamine. Leitud pereliikmetelt Enterobacteriaceae Vibrionaceae. Glükoos lagundatakse FDF raja kaudu, glükonaat lagundatakse CDPG raja kaudu.

Sõltuvalt anaeroobsetes tingimustes vabanevatest fermentatsiooniproduktidest eristatakse kahte tüüpi protsesse:
1. Ühel juhul püruvaat laguneb, moodustades atsetüülkoensüümi A ja sipelghappe, mis omakorda võib laguneda süsinikdioksiidiks ja molekulaarseks vesinikuks. Teised reaktsiooniahela käigus tekkivad fermentatsiooniproduktid on etanool, merevaikhape ja piimhape. Tugevat happe moodustumist saab tuvastada reaktsioonil indikaatoriga metüülsuu, mis muudab värvi väga happelises keskkonnas.
2. Teist tüüpi kääritamisel tekib hulk happeid, kuid kääritamise põhiprodukt on atsetoiin Ja 2,3-butaandiool. Atsetoiin moodustub kahest püruvaadi molekulist, millele järgneb topeltdekarboksüülimine. Atsetoiini järgneval redutseerimisel moodustub 2,3-butaandiool. Need ained põhjustavad al-naftooliga koostoimel aluselises keskkonnas pruuni värvi moodustumist, mis tuvastatakse. Voges-Proskaueri reaktsioon, kasutatakse bakterite tuvastamiseks.

Võihappe kääritamine. Võihape, butanool, atsetoon, isopropanool ja mitmed teised orgaanilised happed, eriti äädik-, kaproon-, palderjan-, palmitiinhape, on sahharolüütiliste rangete anaeroobide süsivesikute kääritamise saadused. Nende hapete spektrit, mis on määratud gaas-vedelikkromatograafia abil, kasutatakse kiire meetodina anaeroobide tuvastamiseks.

Valkude fermentatsioon. Kui valgud toimivad energiaallikana fermentatiivse ainevahetusega bakteritele, siis selliseid baktereid nimetatakse peptolüütiline. Mõned klostriidid on eriti peptolüütilised S. histolyticum, S. botulinum. Peptolüütilised bakterid hüdrolüüsivad valke ja fermenteerivad aminohappeid. Paljusid aminohappeid fermenteeritakse koos teistega, kusjuures üks on doonor ja teine vesiniku aktseptor. Doonoraminohape deamineeritakse ketohappeks, mis muundatakse oksüdatiivse dekarboksüülimise teel rasvhappeks.
5 bakterite klassifikatsioon hapniku suhtes. Anaeroobide kasvatamise tunnused.

Looduses laialt levinud hapnikku leidub vabas ja seotud olekus. Rakkudes on see vee ja orgaaniliste ühendite osana seotud olekus. Atmosfääris esineb see vabas olekus molekulaarse vormina, mille mahuosa on 21%.

Seoses hapnikuga ja selle kasutamisega energiatootmisprotsessides jagunevad mikroorganismid 3 rühma: kohustuslikud aeroobid, kohustuslikud anaeroobid, fakultatiivsed anaeroobid.

Kohustuslikud aeroobid.
Nad kasvavad ja paljunevad ainult hapniku juuresolekul. Nad kasutavad hapnikku energia saamiseks hapniku hingamise kaudu.

Energia saadakse oksüdatiivse metabolismi teel, kasutades hapnikku terminaalse elektroni aktseptorina reaktsioonis, mida katalüüsib tsütokroom oksüdaas.

Kohustuslikud aeroobid jagunevad ranged aeroobid, mis suurenevad koos õhuatmosfääri osarõhuga ja mikroaerofiilid, mis, kasutades hapnikku energiatootmisprotsessides, kasvavad selle alandatud osarõhul.

See on tingitud asjaolust, et mikroaerofiilidel on ensüüme, mis inaktiveeruvad kokkupuutel tugevate oksüdeerivate ainetega ja on aktiivsed ainult madala hapniku osarõhu korral, näiteks hüdrogenaasi ensüüm.

Kohustuslikud anaeroobid.
Nad ei kasuta energia tootmiseks hapnikku.
Nende ainevahetus on fermentatiivne, välja arvatud kahte tüüpi bakterite metabolism: Desulfovibrio Ja Desulfotomaculum mis kuuluvad kemolitotroofide hulka ja millel on sulfaathingamine. Kohustuslikud anaeroobid jagunevad kahte rühma: ranged anaeroobid ja aerotolerantsed.

Ranged anaeroobid mida iseloomustab asjaolu, et molekulaarne hapnik on neile mürgine: tapab mikroorganisme või piirab nende kasvu.

Ranged anaeroobid saavad energiat võihappekäärimisest. Rangete anaeroobide hulka kuuluvad näiteks mõned klostriidid (C. botuliin, C, tetani), bakteroidid.

Aerotolerantne mikroorganismid ei kasuta hapnikku energia saamiseks, kuid võivad eksisteerida selle atmosfääris.

Sellesse rühma kuuluvad piimhappebakterid, mis saavad energiat heterofermentatiivse piimhappekääritamise teel.

Anaeroobide kasvatamise meetodid.
Anaeroobide kasvatamiseks on vaja vähendada söötme redokspotentsiaali ja luua tingimused anaerobioosi tekkeks, st madala hapnikusisalduse tekkeks söötmes ja selle ümbruses. See saavutatakse füüsikaliste, keemiliste ja bioloogiliste meetodite abil.

Füüsikalised meetodid. Põhineb mikroorganismide kasvatamisel õhuvabas keskkonnas, mis saavutatakse:
1) külvamine redutseerivaid ja kergesti oksüdeeruvaid aineid sisaldavasse söötmesse;
2) mikroorganismide külvamine sügavale tahkesse toitekeskkonda;
3) mehaaniline eemaldamineõhk anumatest, milles kasvatatakse anaeroobseid mikroorganisme;
4) anumates oleva õhu asendamine mõne ükskõikse gaasiga.

Redutseerivate ainetena Tavaliselt kasutatakse loomsete või taimsete kudede (maks, aju, neerud, põrn, veri, kartul, vatt) tükke (umbes 0,5 g). Need koed seovad söötmes lahustunud hapnikku ja adsorbeerivad baktereid. Hapnikusisalduse vähendamiseks toitainekeskkond, enne külvamist keedetakse 10-15 minutit, seejärel jahutatakse kiiresti ja valatakse peale väikese koguse steriilse vaseliiniõliga. Õlikihi kõrgus katseklaasis on umbes 1 cm.

Kergesti oksüdeeruvate ainetena kasutada glükoosi, laktoosi ja naatriumsipelghapet.

Parim vedel toitainekeskkond redutseerivate ainetega on Kitt-Tarozzi sööde, mida kasutatakse edukalt anaeroobide akumuleerimiseks esmakülvi käigus katsematerjalist ja isoleeritud anaeroobide puhaskultuuri kasvu säilitamiseks.

Mikroorganismide külvamine sügavale tihedasse söötmesse toodetud Vignal-Veyoni meetodil, mis seisneb anaeroobsete põllukultuuride mehaanilises kaitses õhuhapniku eest. Võtke 30 cm pikkune ja 3-6 mm läbimõõduga klaastoru. Toru üks ots tõmmatakse Pasteuri pipeti kujul olevasse kapillaari ja teises otsas tehakse kitsendus. Toru ülejäänud laia otsa sisestatakse vatikork. Uuritav materjal inokuleeritakse katseklaasidesse sulatatud ja jahutatud 50 °C toitaineagariga. Seejärel imetakse nakatatud agar steriilsetesse Vignal-Veyona tuubidesse. Toru kapillaariots suletakse põleti leegi sisse ja toru asetatakse termostaadi. See loob soodsad tingimused kõige rangemate anaeroobide kasvuks. Eraldi koloonia eraldamiseks lõigatakse katsut viiliga, järgides aseptika reegleid, koloonia tasemel, purustatakse ja koloonia püütakse steriilse silmusega kinni ja viiakse edasiseks kasvatamiseks toitesöötmega katseklaasi. õppida puhtal kujul.

Õhu eemaldamine toodetakse selle mehaaniliselt väljapumpamisel spetsiaalsetest seadmetest - anaerostaatidest, millesse asetatakse anaeroobidega tassid. Kaasaskantav anaerostaat on paksuseinaline metallsilinder, millel on hästi kaanega (kummist tihendiga), mis on varustatud tühjendusventiili ja vaakummõõturiga. Pärast inokuleeritud tasside või katseklaaside asetamist eemaldatakse anaerostaadist õhk vaakumpumba abil.

Õhuvahetus indiferentset gaasi (lämmastik, vesinik, argoon, süsihappegaas) saab toota samades anaerostaatides, tõrjudes seda balloonist pärit gaasiga.

Keemilised meetodid. Need põhinevad õhuhapniku absorptsioonil hermeetiliselt suletud anumas (anaerostaat, eksikaator) selliste ainetega nagu pürogallool või naatriumvesiniksulfit Na 2 S2O 4.
Bioloogilised meetodid. Põhineb anaeroobide ühisel kasvatamisel rangete aeroobidega. Selleks lõigake steriilse skalpelliga külmutatud agariplaadist välja umbes 1 cm laiune agaririba. Ühes tassis saate kaks agari poolketast. Agarplaadi ühele küljele inokuleeritakse aeroob, näiteks kasutatakse sageli S.aureus või Serratiamarcescens. Teine pool on külvatud anaeroobidega. Tassi servad tihendatakse plastiliiniga või täidetakse sula parafiiniga ja asetatakse termostaadi. Kui tingimused on sobivad, hakkavad aeroobid tassis paljunema. Kui nad on kogu tassi ruumis oleva hapniku ära kasutanud, algab anaeroobide kasv (3-4 päeva pärast). Tassi õhuruumi vähendamiseks valatakse toitainekeskkonda võimalikult paksu kihina.
Kombineeritud meetodid. Põhineb kombinatsioonil füüsikalistest, keemilistest ja bioloogilised meetodid anaerobioosi tekitamine.

6 bakteriaalset ensüümi. Nende klassifikatsioon. Mikroobide ensümaatiline aktiivsus ja selle kasutamine bakterite tuvastamiseks.
Kõige keskmes metaboolsed reaktsioonid Bakterirakus toimivad 6 klassi kuuluvad ensüümid: oksüreduktaasid, transferaasid, hüdrolaasid, ligaasid, lüaasid, isomeraasid. Bakteriraku toodetud ensüümid võivad paikneda nii rakus - endoensüümid, ja sattuda keskkonda - eksoensüümid. Eksoensüümid mängivad olulist rolli bakteriraku sissetungimiseks kättesaadavate süsiniku- ja energiaallikate varustamisel. Enamik hüdrolaase on eksoensüümid, mis keskkonda sattudes lõhustavad suured peptiidide, polüsahhariidide ja lipiidide molekulid monomeerideks ja dimeerideks, mis võivad tungida raku sisse. Mitmed eksoensüümid, näiteks hüaluronidaas, kollagenaas ja teised, on agressiivsuse ensüümid. Mõned ensüümid paiknevad bakteriraku periplasmaatilises ruumis. Nad osalevad ainete ülekandmise protsessides bakterirakku. Ensümaatiline spekter on perekonnale, perekonnale ja mõnel juhul liigile iseloomulik taksonoomiline tunnus. Seetõttu kasutatakse bakterite taksonoomilise asukoha kindlaksmääramiseks ensümaatilise aktiivsuse spektri määramist. Eksoensüümide olemasolu saab määrata diferentsiaaldiagnostika söötme abil, seetõttu on bakterite tuvastamiseks välja töötatud spetsiaalsed testimissüsteemid, mis koosnevad diferentsiaaldiagnostika söötmete komplektist.

Bakterite tuvastamine ensümaatilise aktiivsuse järgi.

Enamasti määratakse hüdrolaaside ja oksidoreduktaaside klassi ensüümid spetsiaalsete meetodite ja söötme abil.

Proteolüütilise aktiivsuse määramiseks mikroorganismid inokuleeritakse süstimise teel želatiinikolonni. 3-5 päeva pärast uuritakse põllukultuure ja märgitakse želatiini veeldamise olemus. Valkude lagunemisel mõnede bakterite toimel võivad vabaneda spetsiifilised tooted – indool, vesiniksulfiid, ammoniaak. Nende määramiseks kasutatakse spetsiaalseid indikaatorpabereid, mis asetatakse uuritavate mikroorganismidega nakatatud MPB ja/või peptoonveega katseklaasi kaela ja vatikorgi vahele. Indool (trüptofaani lagunemise saadus) muudab oksaalhappe küllastunud lahuses leotatud pabeririba roosaks. Pliatsetaadi lahusega immutatud paber muutub vesiniksulfiidi juuresolekul mustaks. Ammoniaagi määramiseks kasutage punast lakmuspaberit.

Paljude mikroorganismide taksonoomiliseks tunnuseks on võime lagundada teatud süsivesikuid hapete ja gaasiliste saaduste moodustumisega.. Selle tuvastamiseks kasutatakse Hissi söödet, mis sisaldab erinevaid süsivesikuid (glükoos, sahharoos, maltoos, laktoos jne). Happe tuvastamiseks Söötmele lisatakse Andrede reaktiiv, mis muudab oma värvi kahvatukollasest punaseks pH vahemikus 7,2-6,5, seetõttu nimetatakse Hissi söötme komplekti koos mikroorganismide kasvuga “kirjuks reaks”.

Gaaside moodustumise tuvastamiseks ujukid lastakse vedelasse söötmesse või kasutatakse poolvedelat söödet 0,5% agariga.

Intensiivse happe moodustumise määramiseks 1% glükoosi ja 0,5% peptooni sisaldavale söötmele (Clarki sööde) lisatakse segakääritamisele iseloomulik metüülpunane indikaator, mis on kollane pH 4,5 ja kõrgemal ning punane madalamatel pH väärtustel.

Karbamiidi hüdrolüüs määratakse ammoniaagi (lakmuspaber) eraldumise ja söötme leelistamisega.

Paljude mikroorganismide tuvastamisel kasutatakse Voges-Proskaueri reaktsiooni atsetoiinile- vaheühend butaandiooli moodustamisel püroviinamarihappest. Positiivne reaktsioon näitab butaandiooli fermentatsiooni olemasolu.

Katalaasi tuvastamine võimalik hapnikumullidega, mis hakkavad eralduma kohe pärast mikroobirakkude segamist 1% vesinikperoksiidi lahusega.

Tsütokroomoksüdaasi määramiseks Kasutatud reaktiivid: 1) ss-naftool-1 1% alkoholilahus; 2) N-dimetüül-p-fenüleendiamiindivesinikkloriidi 1% vesilahus. Tsütokroomoksüdaasi olemasolu hinnatakse sinise värvuse järgi, mis ilmub 2-5 minuti pärast.

Nitritite määramiseks kasutage Griessi reaktiivi: punase värvuse ilmumine näitab nitritite olemasolu.

7 bakterite kasv ja paljunemine. Kasvu temperatuuri piirid. Bakterite paljunemise faasid vedelal toitainekeskkonnal.
Bakterite elutegevust iseloomustab kasv- raku struktuursete ja funktsionaalsete komponentide moodustumine ning bakteriraku enda suurenemine ning ka paljunemise teel- isepaljunemine, mis toob kaasa bakterirakkude arvu suurenemise populatsioonis.
Bakterid paljunevad binaarse lõhustumise teel pooleks, harvem pungudes. Aktinomütseedid, nagu seened, võivad paljuneda eostega. Aktinomütseedid, olles hargnevad bakterid, paljunevad filamentsete rakkude killustumise teel. Grampositiivsed bakterid jagunevad sünteesitud jagunemise vaheseinte rakku sissekasvamise teel ja gramnegatiivsed bakterid ahenemise teel, mille tulemusena moodustuvad hantlikujulised kujundid, millest moodustuvad kaks identset rakku.
Rakkude jagunemisele eelneb bakterikromosoomi replikatsioon poolkonservatiivse tüübi järgi (avaneb kaheahelaline DNA ahel ja iga ahel on täiendatud komplementaarse ahelaga), mis viib bakterituuma - nukleoidi - DNA molekulide kahekordistumiseni.
DNA replikatsioon toimub kolmes etapis: initsiatsioon, pikenemine ehk ahela kasv ja lõpetamine.
Bakterite paljunemine vedelas toitainekeskkonnas. Toitekeskkonnas teatud muutumatus mahus külvatud bakterid paljunevad, tarbivad toitaineid, mis viib seejärel toitekeskkonna ammendumise ja bakterite kasvu peatumiseni. Bakterite kasvatamist sellises süsteemis nimetatakse partiikultuuriks ja kultuuri nimetatakse partiikultuuriks. Kui kultiveerimistingimusi hoitakse pideva värske toitesöötme varustamise ja samas mahus kultiveerimisvedeliku väljavooluga, nimetatakse sellist kultiveerimist pidevaks ja kultiveerimist pidevaks.

Kui baktereid kasvatatakse vedelal toitainekeskkonnal, täheldatakse kultuuri kasvu põhjas, hajusalt või pinnapealselt (kile kujul). Vedelal toitainekeskkonnal kasvatatud bakterite perioodilise kultuuri kasv jaguneb mitmeks faasiks või perioodiks:
1. viivitusfaas;
2. logaritmiline kasvufaas;
3. statsionaarse kasvu faas või bakterite maksimaalne kontsentratsioon;
4. bakterite surma faas.
Neid faase saab graafiliselt kujutada bakterite paljunemiskõvera segmentide kujul, mis peegeldavad elusrakkude arvu logaritmi sõltuvust nende kultiveerimise ajast.

Viivituse faas- periood bakterite külvamise ja paljunemise alguse vahel. Viivitusfaasi kestus on keskmiselt 4-5 tundi. Samal ajal suurenevad bakterid ja valmistuvad jagunema. suureneb nukleiinhapete, valkude ja muude komponentide hulk.
Logaritmiline (eksponentsiaalne) kasvufaas on bakterite intensiivse jagunemise periood. Selle kestus on umbes 5-6 tundi Optimaalsete kasvutingimuste korral võivad bakterid jaguneda iga 20-40 minuti järel. Selles faasis on bakterid kõige haavatavamad, mis on seletatav intensiivselt kasvava raku metaboolsete komponentide suure tundlikkusega valgusünteesi inhibiitorite, nukleiinhapete jms suhtes.
Siis tuleb statsionaarne kasvufaas, mille juures elujõuliste rakkude arv jääb muutumatuks, moodustades maksimaalse taseme (M-kontsentratsioon). Selle kestust väljendatakse tundides ja see varieerub sõltuvalt bakteritüübist, nende omadustest ja kasvatamisest.
Surmafaas lõpetab bakterite kasvuprotsessi., mida iseloomustab bakterite surm toitainekeskkonna allikate ammendumise ja bakteriaalsete ainevahetusproduktide akumuleerumise tingimustes. Selle kestus on 10 tundi kuni mitu nädalat. Bakterite kasvu ja paljunemise intensiivsus sõltub paljudest teguritest, sealhulgas toitekeskkonna optimaalsest koostisest, redokspotentsiaalist, pH-st, temperatuurist jne.
Bakterite paljunemine tahkel toitainekeskkonnas. Tihedas toitainekeskkonnas kasvavad bakterid moodustavad isoleeritud ümara kujuga siledate või ebaühtlaste servadega (S- ja R-vormid) kolooniad, mille konsistents ja värvus on sõltuvalt bakteri pigmendist erinev.

Vees lahustuvad pigmendid hajuvad toitainekeskkonda ja värvivad seda. Teine pigmentide rühm on vees lahustumatud, kuid lahustuvad orgaanilistes lahustites. Ja lõpuks on pigmente, mis ei lahustu ei vees ega orgaanilistes ühendites.

Mikroorganismide hulgas on kõige levinumad pigmendid karoteenid, ksantofüllid ja melaniinid. Melaniinid on lahustumatud mustad, pruunid või punased pigmendid, mis on sünteesitud fenoolsetest ühenditest. Melaniinid koos katalaasi, superoksiidmutaasi ja peroksidaasidega kaitsevad mikroorganisme toksiliste hapnikuperoksiidi radikaalide mõju eest. Paljudel pigmentidel on antimikroobne, antibiootikumilaadne toime.

8 bakterite kasvatamise põhimõtet. Bakterite puhaskultuuride eraldamise meetodid, eesmärk.
Universaalne tööriist

Külvamine muruga

Puhas kultuur on ühest liigist või ühest sordist koosnev bakteripopulatsioon, mis on kasvatatud toitekeskkonnas. Paljud bakteritüübid jagunevad ühe tunnuse järgi bioloogilisteks variantideks - biovarid. Nimetatakse biovarie, mis erinevad biokeemiliste omaduste poolest kemovarid, vastavalt antigeensetele omadustele - serovarid, vastavalt tundlikkusele faagi suhtes - faagitooted. Sama liigi või biovari mikroorganismide kultuurid, mis on eraldatud erinevatest allikatest või eri aegadel samast allikast kutsutakse tüved, mis on tavaliselt tähistatud numbrite või mõne sümboliga. Diagnostilistes bakterioloogilistes laborites saadakse bakterite puhaskultuurid isoleeritud kolooniatest, mis subkultuuritakse silmusega katseklaasidesse koos tahke või harvem vedela toitainekeskkonnaga.

Koloonia onühte tüüpi mikroorganismide isendite nähtav isoleeritud kuhjumine, mis on tekkinud ühe bakteriraku paljunemise tulemusena tihedal toitainekeskkonnal (pinnal või selle sügavuses). Erinevate liikide bakterite kolooniad erinevad üksteisest oma morfoloogia, värvi ja muude omaduste poolest.

Saadakse puhas bakterikultuur diagnostiliste uuringute jaoks - tuvastamine , mis saavutatakse mikroorganismi morfoloogiliste, kultuuriliste, biokeemiliste ja muude omaduste määramisega.

Morfoloogilised ja toonilised märgid baktereid uuritakse erinevate meetoditega ja natiivsete preparaatidega värvitud määrde mikroskoopilise uurimisega.

Kultuurilised omadused mida iseloomustavad toitumisvajadused, tingimused ja bakterite kasvu tüüp tahkel ja vedelal toitainekeskkonnal. Need määratakse kindlaks kolooniate morfoloogia ja kultuuri kasvuomaduste järgi.

Biokeemilised omadused bakterid määravad teatud perekonnale, liigile või variandile omased konstitutiivsed ja indutseeritavad ensüümid. Bakterioloogilises praktikas on kõige sagedamini taksonoomilise tähtsusega bakterite sahharolüütilised ja proteolüütilised ensüümid, mis määratakse diferentsiaaldiagnostilisel söötmel.

Bakterite tuvastamisel Enne perekonda ja liike pööratakse tähelepanu pigmentidele, mis värvivad kolooniaid ja söödet erinevates värvides. Näiteks punast pigmenti toodab Serratia marcescens, kuldset pigmenti Staphylococcus aureus ja sinakasrohelist pigmenti Pseudomonas aeruginosa.

Biovari määramiseks(kemovar, serovar, fagotüüp) viivad läbi täiendavaid uuringuid, et tuvastada vastav marker - ensüümi, antigeeni, Fani tundlikkuse määramine.

Meetodid bakterite puhaskultuuride eraldamiseks.

Universaalne tööriist põllukultuuride tootmiseks on bakteriaalne silmus. Lisaks kasutatakse süstimise teel inokuleerimiseks spetsiaalset bakterinõela ning Petri tassidel pookimiseks metallist või klaasist spaatleid. Vedelate materjalide inokuleerimiseks kasutatakse koos silmusega Pasteuri ja gradueeritud pipette. Esimesed on eelnevalt valmistatud steriilsetest madala sulamistemperatuuriga klaastorudest, mis tõmmatakse kapillaaride kujul leegile. Steriilsuse säilitamiseks suletakse kapillaari ots kohe. Pasteuri ja gradueeritud pipettide puhul kaetakse lai ots vatiga, misjärel need asetatakse erikarpidesse või mähitakse paberisse ja steriliseeritakse.

Bakterikultuuri uuesti külvamisel võtke katseklaas sisse vasak käsi, ja parema käega, hoides IV ja V sõrmedega vatikorgist kinni, eemaldage see, kandes seda üle põleti leegi. Hoides aasast sama käe teiste sõrmedega, kasutage seda inokulaadi kogumiseks ja seejärel sulgege katseklaas korgiga. Seejärel viiakse kaldagariga katseklaasi inokulaadiga silmus, langetades selle söötme alumises osas kondensaadini, ja materjal jaotatakse siksakilise liigutusega üle agari kaldpinna. Pärast silmuse eemaldamist põletage katseklaasi serv ja sulgege see korgiga. Silmus steriliseeritakse põleti leegis ja asetatakse statiivile. Kultuuridega katseklaasid on märgistatud, märkides külvikuupäeva ja inokulaadi olemuse (uuringu number või kultuuri nimetus).

Külvamine muruga toodetakse spaatliga Petri tassil toitaineagaril. Selleks avage vasaku käega veidi kaas ja kandke aasa või pipeti abil toitaineagari pinnale seemnematerjal. Seejärel laske spaatliga läbi põleti leegi, jahutage see sisemine pool kaaned ja hõõruge materjali üle kogu kandja pinna. Pärast inokulatsiooni inkubeerimist ilmneb ühtlane pidev bakterite kasv.

Moodul 2. Ainevahetuse mõiste, homöostaas, inimese füsioloogiline kohanemine.

Neuroni morfofunktsionaalsed omadused (soma, dendriidid, aksonid, aksonite transport, ainevahetus). Närvirakkude tüübid. Neuronite funktsionaalne klassifikatsioon.

Inimkeha elu on väga keeruline ja ainulaadne nähtus, kuid sellel on olemas mehhanismid, mis toetavad selle olemasolu ja samas on need taandatavad kõige lihtsamateks ja kõigile kättesaadavateks komponentideks. Siin on kõigepealt vaja öelda bakterite ainevahetuse kohta, mis on ainult tinglikult keeruline, tegelikult on selline protsess nagu bakterite metabolism üsna lihtne. Mikrobioloogiateadus aitab üksikasjalikult tutvuda mikroorganismide ainevahetusprotsessidega. Uuritavad protsessid aitavad välja töötada uusi ravivorme väga erinevate vaevuste jaoks.

Kui rääkida metaboolse bakteriaalse protsessi üldpildist, siis me räägime umbes teatud reaktsioonitsükli ja mõnede reaktsioonide ülesanne on varustada inimkeha energiaga, ja mis teiste puhul on tegemist keha ainega täiendamise viisidega, st tegelikult on nad omamoodi ehitusmaterjal. Kui rääkida bakterirakkude ainevahetusest, siis on võimatu leida erinevusi bioloogilistest põhimõtetest üldine tüüp. Bakterid on elusrakkude eluprotsessi tugimehhanismi aluseks.

Sellist protsessi on kahte tüüpi, mis sõltuvad ainevahetusproduktidest:

Katabolism hävitav tüüp või hävitav reaktsioon. Seda tüüpi ainevahetust saab tagada oksüdatiivne hingamine. Fakt on see, et hingamisprotsessi ajal voolavad inimkehasse oksüdatiivset tüüpi elemendid, mis hakkavad ATP energia vabanemisel teatud tüüpi keemilisi ühendeid oksüdeerima. See energia on rakkudes saadaval fosfaat-tüüpi sidemete kujul.
Anabolism konstruktiivne tüüp või loova iseloomuga reaktsioon. Me räägime biosünteesi protsessist, millesse orgaanilised molekulid läbivad, mida nad kannavad vajalik iseloom et säilitada elu rakus. Kogu protsess toimub reaktsioonidena keemiline tüüp, sellistes reaktsioonides osalevad intratsellulaarset tüüpi ained ja tooted. Sellised reaktsioonid saavad energiat, tarbides ATP-s talletatud energiavaru.

Enamik ainevahetusprotsesse toimub prokarüootses rakus ja selline protsess on oma olemuselt ühekordne, kõik see on suletud tsükli vormis. Kui toimub ainevahetusprotsess, hakkavad moodustuma produktid, millega kaasnevad rakulised struktuurid, siis algab biosünteetiline reaktsioon, milles osalevad teatud ensüümid, mis viivad läbi energiasünteesi protsessi. Seda tüüpi mikroobide ainevahetus ei ole ainsad, on ka teisi.

Mikroorganismide metabolism on seotud substraadiga, siin räägime mitmest etapist:

perifeerne staadium kui substraati töödeldakse bakterite toodetud ensüümidega;
vaheetapp kui rakus hakatakse sünteesima vaheprodukte;
viimane etapp- see alustab lõpptoodete vabastamise protsessi teda ümbritsevasse keskkonda.

Kõik selle protsessi omadused tulenevad asjaolust, et ensüüme on kahte tüüpi (me räägime valgu tüüpi molekulidest, mis on võimelised kiirendama rakustruktuuri reaktsioone:

Kõigepealt tuleb rääkida eksoensüümidest, mis on valgu tüüpi molekulid, kui rakku hakatakse tootma väljaspool ja välissubstraat alustab algset tüüpi molekulide hävitamise protsessi.
Eraldi räägime endoensüümidest, mis on samuti valgu tüüpi molekulid, mis toimivad raku sees ja seejärel alustavad ühisreaktsiooni väljastpoolt tulevate substraadimolekulidega.

Tuleb märkida, et on mitmeid ensüüme, mida raku struktuur suudab pidevalt (konstitutiivselt) toota, ja on ka neid, mis tekivad vastusena teatud substraadi ilmumisele.

Energia tüüpi ainevahetus

See protsess bakterites toimub teatud bioloogilistel viisidel:

Esimene tee on kemotroofne, kui keemiliste reaktsioonide käigus saadakse energiat.
Teine tee on fototroofne (siin räägime fotosünteesi energiast).

Kui me räägime sellest, kuidas bakterid hingavad kemotroofselt, siis võib olla kolm võimalust:

hapniku oksüdatsioon;
oksüdatsioon ilma hapnikku kasutamata;
fermentatsiooniprotsess.

Bakterite ainevahetuse tunnused

Selliseid protsesse iseloomustab äärmuslik kiirus ja intensiivsus. Vaid ühe päevaga on üks bakter võimeline töötlema toitaineid, mis ületab tema enda kaalu 40 korda!
Kõigile välised tingimused, kohanduvad ka kõige ebasoodsamad bakterid väga kiiresti.
Mis puutub toitumisprotsessi, siis see toimub läbi kogu rakupinna. Tähelepanuväärne on see, et prokarüootsete toitainete sees ei ole võimalik alla neelata rakuline struktuur neid ei ole võimalik seedida, nende lagunemine toimub väljaspool rakku, samuti täheldatakse tsüanobakterite kemosünteesi.

Kuidas mikroorganismid kasvavad ja paljunevad

Tuleb märkida, et kasv on protsess, kui isendi suurus suureneb, ja mis puudutab paljunemisprotsessi ennast, siis see on siis, kui populatsioon hakkab suurenema.

Tähelepanuväärne on see, et bakterid on võimelised paljunema nii, et binaarne lõhustumine toimub, kuid see meetod pole kaugeltki ainus. Kui bakteritel on grampositiivne vorm, moodustub rakutüüpi seinast ja tsütoplasma tüüpi membraanist vahesein, mis on võimeline kasvama sissepoole. Kui bakterid on gramnegatiivsed, hakkab moodustuma ahenemine, mille järel rakk jaguneb isendipaariks.

Tähelepanuväärne on paljunemisprotsessi kiirus, see võib olla erinev. Kui rääkida valdavast enamusest bakteritest, jagunevad nad iga poole tunni tagant. Ja on tuberkuloosi mükobaktereid, mille jagunemise protsess on aeglasem, kui öelda, et üks jagunemine võib kesta vähemalt 18 tundi. Ka spiroheedid ei jagune kiiresti, umbes 10 tundi, seega on näha, kuidas mikroorganismide ainevahetus erineb.

Kui inokuleerite baktereid vedelasse toitainekeskkonda, võttes teatud mahu ja seejärel võtate proovi iga tunni tagant, toimub bakterite kasv kõvera joonena.

Sellised ained kasvavad mitmes faasis:

varjatud tüüpi faas, kus bakteritel on võime kiiresti kohaneda toitumiskeskkonnaga ja nende arv ei suurene;
logaritmiline kasvufaas, kui bakterite arv hakkab eksponentsiaalselt suurenema;
statsionaarse tüübi kasvufaas, kui uusi aineid ilmub sama palju, kui sureb, ja elusorganismid püsivad konstantsena, võib see kõik saavutada maksimumtaseme. Siin kasutatakse terminit M-kontsentratsioon, see on kõigile bakteritüüpidele iseloomulik väärtus;
suremise faas on protsess, mille käigus surnud rakkude arv muutub suuremaks kui elujõuliste rakkude arv. See juhtub seetõttu, et ainevahetusproduktid kogunevad kehasse ja keskkond on kurnatud.

Kokkuvõtteks tuleb märkida, et kõigi bakterite ja mikroobide metabolismis võivad olla teatud erinevused. Suur tähtsus neil on inimkeha individuaalsed omadused. Mis puudutab sellist protsessi nagu ainevahetuse reguleerimine, siis seda hakati uurima prokarüootides ja eriti prokarüootides (need on soolekoli operonid).

Tänapäeval on erinevaid õppemeetodeid. Kui uurida väävlibaktereid, siis on uuringul oma eripärad ning bakterite muutuste uurimiseks saab kasutada muid meetodeid. Ja erilist tähelepanu väärivad rauabakterid, millel on ainulaadne võime kahevalentset rauda oksüdeerida.