Metabolisme van micro-organismen

Metabolisme Is een reeks biochemische processen die in de cel plaatsvinden en zorgen voor zijn vitale activiteit. Cellulair metabolisme bestaat uit twee tegengesteld gerichte processen: energiemetabolisme (katabolisme) en constructief metabolisme (anabolisme).

Energiemetabolisme (katabolisme) Is een reeks oxidatiereacties van verschillende gereduceerde organische en anorganische verbindingen, vergezeld van het vrijkomen van energie die door de cel is geaccumuleerd in de vorm van fosfaatbindingen.

Constructief metabolisme (anabolisme)- Dit is een reeks biosynthetische reacties, waardoor, door stoffen die van buitenaf komen en tussenproducten gevormd tijdens katabolisme, de stof van cellen wordt gesynthetiseerd. Dit proces omvat het verbruik van vrije energie die is opgeslagen in ATP-moleculen of andere energierijke verbindingen.

Constructief en energiemetabolisme bestaat uit een aantal opeenvolgende enzymatische reacties, waarvan het verloop conventioneel als volgt kan worden weergegeven. In het beginstadium worden chemische moleculen blootgesteld, die dienen als initiële substraten voor beide soorten metabolisme. Daaropvolgende transformaties omvatten een aantal enzymatische reacties en leiden tot de synthese van tussenproducten. De eindproducten van constructieve paden die in de laatste stadia zijn gevormd, worden gebruikt om de substantie van cellen te bouwen en energieproducten komen vrij in de omgeving.

In de cel vinden tegelijkertijd constructieve en energetische processen plaats. In de meeste prokaryoten zijn ze nauw verwant. Tijdens het anabolisme worden talrijke enzymen gesynthetiseerd die betrokken zijn bij het energiemetabolisme. Aan de andere kant genereren katabole reacties niet alleen energie voor biosynthetische doeleinden, maar ook veel tussenproducten die nodig zijn voor de synthese van stoffen die cellulaire structuren vormen.

Het metabolisme van prokaryoten, zowel energetisch als constructief, is zeer divers. Dit is een gevolg van het feit dat bacteriën het breedste scala aan organische en anorganische verbindingen kunnen gebruiken als energie- en koolstofbronnen. Dit vermogen is te wijten aan verschillen in de set van cellulaire perifere enzymen, of exo-enzymen die behoren tot de klasse van hydrolasen, die buiten worden afgegeven en macromoleculen van de oorspronkelijke substraten vernietigen tot stoffen met een laag molecuulgewicht. Stoffen die worden gevormd als gevolg van de werking van dergelijke enzymen, komen de bacteriële cel binnen en worden blootgesteld aan de werking van intermediaire metabolische enzymen.

Algemene kenmerken van het energiemetabolisme. Met betrekking tot energiebronnen zijn alle micro-organismen verdeeld in twee groepen: chemotroof en fototroof. De synthese van ATP-moleculen uit ADP en fosfaten kan op twee manieren plaatsvinden:

Fosforylering in de respiratoire of fotosynthetische elektronentransportketen. Dit proces in prokaryoten is geassocieerd met membranen of hun derivaten, daarom wordt het membraanfosforylering genoemd. ATP-synthese vindt in dit geval plaats met de deelname van ATP-synthase:

Fosforylering op substraatniveau. In dit geval wordt de fosfaatgroep overgebracht naar ADP van een stof (substraat) die rijker is aan energie dan ATP: deze methode van ATP-synthese wordt substraatfosforylering genoemd. In de cel zijn substraatfosforyleringsreacties niet geassocieerd met membraanstructuren en worden ze gekatalyseerd door oplosbare enzymen van intermediair metabolisme.

Alle oxidatie-reductiereacties van het energiemetabolisme in chemotrofe micro-organismen kunnen worden onderverdeeld in drie typen:

Aërobe ademhaling of aërobe oxidatie;

Anaërobe ademhaling;

Fermentatie.

Het belangrijkste proces van energiemetabolisme in veel prokaryoten aërobe ademhaling, waarbij de donor van waterstof of elektronen organische (minder vaak anorganische) stoffen is, en de uiteindelijke acceptor moleculaire zuurstof. De grootste hoeveelheid energie tijdens aërobe ademhaling wordt gegenereerd in de elektronentransportketen, d.w.z. als gevolg van membraanfosforylering. Oxidatieve fosforylering wordt voorafgegaan door glycolyse en de tricarbonzuurcyclus (Krebs-cyclus)

Anaërobe ademhaling- een keten van anaërobe oxidatieve reductiereacties, die worden gereduceerd tot de oxidatie van een organisch of anorganisch substraat, waarbij niet moleculaire zuurstof als de uiteindelijke elektronenacceptor wordt gebruikt, maar andere anorganische stoffen (nitraat, nitriet, sulfaat, sulfiet, CO: enz.) , evenals organische stoffen (fumaraat, enz.). Tijdens anaërobe ademhaling worden ATP-moleculen voornamelijk gevormd in de elektronentransportketen, d.w.z. als gevolg van reacties van membraanfosforylering, maar in kleinere hoeveelheden dan tijdens aerobe ademhaling.

Bij anaërobe ademhaling zijn anorganische of organische verbindingen de uiteindelijke acceptor van elektronen in de elektronentransportketen. Als de uiteindelijke elektronenacceptor bijvoorbeeld SO 4 2- is, wordt het proces genoemd sulfaat adem, en bacteriën - sulfaatreducerende of sulfietreducerend ... Als de uiteindelijke acceptor van elektronen NO 3 - of NO 2 - is, wordt het proces genoemd nitraatademhaling of denitrificatie, en de bacteriën die dit proces uitvoeren - denitrificerend ... CO 2 kan fungeren als de laatste elektronenacceptor, het proces wordt dienovereenkomstig genoemd carbonaat adem en bacteriën - methanogeen (methaanvormend) ... Fumaraatademhaling is een van de weinige voorbeelden waarbij organische stof de uiteindelijke acceptor is.

Bacteriën die in staat zijn tot anaërobe ademhaling hebben elektronentransport- of ademhalingsketens verkort, d.w.z. ze bevatten niet alle dragers van de aerobe ademhalingsketen. Bovendien wordt in de ademhalingsketens van anaëroben cytochroomoxidase vervangen door de overeenkomstige reductasen. In strikt anaëroben functioneert de Krebs-cyclus niet, of wordt deze verbroken en voert deze alleen biosynthetische, maar geen energetische functies uit. De belangrijkste hoeveelheid ATP-moleculen tijdens anaërobe ademhaling wordt gesynthetiseerd in het proces van membraanfosforylering.

Fermentatie- een reeks anaërobe redoxreacties, waarbij organische verbindingen zowel donor als acceptor van elektronen zijn. Elektronendonoren en acceptoren worden in de regel gevormd uit hetzelfde fermenteerbare substraat (bijvoorbeeld uit een koolhydraat). Verschillende substraten kunnen worden gefermenteerd, maar koolhydraten worden beter gebruikt dan andere. Tijdens de fermentatie wordt ATP gesynthetiseerd als gevolg van substraatfosforyleringsreacties.

In zijn biologische essentie is fermentatie een methode om energie te verkrijgen, waarbij ATP wordt gevormd als resultaat van anaërobe oxidatie van organische substraten in reacties van substraatfosforylering. Tijdens de fermentatie kunnen de splitsingsproducten van één organisch substraat tegelijkertijd dienen als zowel donor als acceptor van elektronen.

Bij de fermentatie van koolhydraten en een aantal andere stoffen ontstaan ​​(afzonderlijk of in een mengsel) producten zoals ethanol, melkzuur, mierenzuur, barnsteenzuur, aceton, CO2, H2 enz. Afhankelijk van welke producten overheersen of vooral karakteristiek, onderscheid maken tussen alcoholische, melkzuur, mierenzuur, boterzuur, propionzuur en andere soorten fermentatie.

De meest voordelige vorm van redoxreacties bij bacteriën, waardoor de grootste toevoer van energie in de vorm van ATP-moleculen wordt opgewekt, is de aerobe ademhaling. De minst gunstige vorm van energieleverende reacties is fermentatie, die gepaard gaat met een minimale opbrengst aan ATP.

annotatie

Invoering

1. Algemene concepten van metabolisme en energie

2. Constructief metabolisme

3. De behoefte aan prokaryoten in voedingsstoffen

3.1 Bronnen van koolstof

3.3 Vereisten voor zwavel- en fosforbronnen

3.4 Noodzaak van metaalionen

3.5 De ​​behoefte aan groeifactoren

4. Soorten metabolisme van micro-organismen

5. Energiemetabolisme van fototrofen

6. Energiemetabolisme van chemotrofen met behulp van fermentatieprocessen

7. Energiemetabolisme van chemo-organotrofen met behulp van het ademhalingsproces

8. Energiemetabolisme van chemolithoautotrofen

Conclusie

Dit cursuswerk bevat basisinformatie over de constructieve en energetische stofwisseling van bacteriën. Het werk is gedaan op 37 vellen. Bevat 5 figuren en 1 tafel.

De reeks processen van transformatie van materie in een levend organisme, vergezeld van de constante vernieuwing ervan, wordt metabolisme of metabolisme genoemd.

De belangrijkste eigenschappen van levende organismen zijn het vermogen om zichzelf te reproduceren en hun nauwste relatie met de omgeving. Elk organisme kan alleen bestaan ​​​​onder de voorwaarde van een constante instroom van voedingsstoffen uit de externe omgeving en het vrijkomen van afvalproducten daarin.

Door de cel opgenomen voedingsstoffen worden door complexe biochemische reacties omgezet in specifieke cellulaire componenten. De reeks biochemische processen van absorptie, assimilatie van voedingsstoffen en het creëren van structurele elementen van de cel ten koste daarvan wordt constructief metabolisme of anabolisme genoemd. Constructieve processen gaan gepaard met de absorptie van energie. De energie die nodig is voor de processen van biosynthese van andere cellulaire functies, zoals beweging, osmoregulatie, enz., Wordt door de cel verkregen door de stroom van oxidatieve reacties, waarvan de totaliteit energiemetabolisme of katabolisme is (Fig. 1).

Alle levende organismen kunnen alleen chemisch gebonden energie gebruiken. Elke stof heeft een bepaalde hoeveelheid potentiële energie. De belangrijkste materiële dragers zijn chemische bindingen, waarvan de breuk of transformatie leidt tot het vrijkomen van energie.

Het energieniveau van chemische bindingen is niet hetzelfde. Voor sommigen heeft het een waarde in de orde van 8-10 kJ. Dergelijke verbindingen worden normaal genoemd. In andere bindingen zit een veel hogere energie - 25-40 kJ. Dit zijn de zogenaamde macro-erge verbindingen. Bijna alle bekende verbindingen met dergelijke bindingen omvatten fosfor- en zwavelatomen die betrokken zijn bij de vorming van deze bindingen.

De belangrijkste rol in het leven van de cel wordt gespeeld door adenosinetrifosforzuur (ATP). Het molecuul omvat adenine, ribose en drie fosforzuurresiduen: (Bijlage Fig. 2)

ATP staat centraal in het energiemetabolisme van de cel. Macroergische bindingen in het ATP-molecuul zijn erg kwetsbaar. De hydrolyse van deze bindingen leidt tot het vrijkomen van een aanzienlijke hoeveelheid vrije energie:

ATP + H20 → ADP + H3P04- 30,56 kJ

Hydrolyse vindt plaats met de deelname van specifieke enzymen, die energie leveren aan biochemische processen die plaatsvinden met energieabsorptie. In dit geval vervult ATP de rol van energieleverancier. Met een kleine omvang diffundeert het ATP-molecuul in verschillende delen van de cel. De voorraad ATP in cellen wordt continu vernieuwd vanwege de reacties van toevoeging van het fosforzuurresidu aan het adenosinedifosforzuur (ADP) molecuul:

ADP + H3P04 → ATP + H20

ATP-synthese verloopt, net als hydrolyse, met de deelname van enzymen, maar gaat gepaard met de absorptie van energie, de methoden voor het verkrijgen die in micro-organismen, hoewel divers, kunnen worden teruggebracht tot twee soorten:

1) gebruik van lichtenergie;

2) het gebruik van de energie van chemische reacties.

In dit geval worden beide soorten energie omgezet in de energie van chemische bindingen van ATP. ATP werkt dus als een transformator in de cel.

Anabolisme en katabolisme zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden en vormen één geheel, aangezien de producten van het energiemetabolisme (ATP en sommige verbindingen met een laag molecuulgewicht) direct worden gebruikt in het constructieve celmetabolisme (Fig. 6.1).

In de cellen van micro-organismen hangt de verhouding tussen energie en constructieve processen af ​​van een aantal specifieke omstandigheden, met name van de aard van de voedingsstoffen. Niettemin zijn katabole reacties qua volume meestal superieur aan biosynthetische processen. De onderlinge relatie en conjugatie van deze twee soorten metabolisme komt vooral tot uiting in het feit dat het totale volume van constructieve processen volledig afhangt van de hoeveelheid beschikbare energie die wordt ontvangen in de loop van het energiemetabolisme.

Constructief metabolisme is gericht op de synthese van vier hoofdtypen biopolymeren: eiwitten, nucleïnezuren, polysachariden en lipiden.

Hieronder staat een algemeen schematisch diagram van de biosynthese van complexe organische verbindingen, waarbij de volgende hoofdfasen worden benadrukt: de vorming van organische voorlopers uit de eenvoudigste anorganische stoffen (I), waaruit "bouwstenen" (II) worden gesynthetiseerd op de volgende fase. Vervolgens vormen de bouwstenen, die aan elkaar binden door covalente bindingen, biopolymeren (III): Toepassingen (Fig. Nr. 3)

Het gepresenteerde schema van biosynthetische processen weerspiegelt niet de volledige complexiteit van de transformatie van voorlopers met een laag molecuulgewicht in bouwstenen met een hoog molecuulgewicht. In feite verloopt de synthese als een reeks opeenvolgende reacties met de vorming van verschillende intermediaire metabolische producten. Bovendien zijn de ontwikkelingsniveaus van de biosynthetische vermogens van micro-organismen heel verschillend. Bij sommige microben omvat het constructieve metabolisme alle fasen die in het diagram worden weergegeven, bij andere is het beperkt tot de tweede en derde of alleen de derde fase. Daarom verschillen micro-organismen sterk van elkaar in hun voedingsbehoeften. De elementaire samenstelling van voedsel is echter hetzelfde voor alle levende organismen en moet alle componenten bevatten waaruit de celsubstantie bestaat: koolstof, stikstof, waterstof, zuurstof, enz.

Afhankelijk van de koolstofbronnen die bij constructieve uitwisseling worden gebruikt, worden micro-organismen verdeeld in twee groepen: autotrofen en heterotrofen.

Autotrophs (van het Griekse "autos" - zelf, "trophe" - voedsel) gebruiken koolstofdioxide als de enige bron van koolstof en uit deze eenvoudige anorganische voorloperverbinding worden alle noodzakelijke biopolymeren gesynthetiseerd. Autotrofen hebben het hoogste biosynthetische vermogen.

Heterotrofen (van het Griekse "heteros" - anders) hebben organische koolstofbronnen nodig. Hun voedingsbehoeften zijn zeer gevarieerd. Sommigen van hen voeden zich met de afvalproducten van andere organismen of gebruiken dood plantaardig en dierlijk weefsel. Dergelijke micro-organismen worden saprofyten genoemd (van het Griekse "sapros" - rot en "phyton" - een plant). Het aantal organische verbindingen dat door hen als koolstofbronnen wordt gebruikt, is extreem groot - dit zijn koolhydraten, alcoholen, organische zuren, aminozuren, enz. Bijna elke natuurlijke verbinding kan door een of ander type micro-organisme worden gebruikt als een bron van voeding of energie .

Voor de synthese van cellulaire eiwitten hebben micro-organismen stikstof nodig. Met betrekking tot de bronnen van stikstofvoeding bij micro-organismen kunnen autoaminotrofen en heteroaminotrofen worden onderscheiden. De eerstgenoemden kunnen anorganische stikstof (ammonium, nitraat, moleculair) of de eenvoudigste vormen van organisch (ureum) en van deze verbindingen gebruiken om een ​​verscheidenheid aan eiwitten in hun lichaam op te bouwen. In dit geval worden eerst alle vormen van stikstof omgezet in de ammoniumvorm. Deze meest gereduceerde vorm van stikstof wordt gemakkelijk omgezet in een aminogroep. Heteroaminotrofen hebben organische vormen van stikstof nodig - eiwitten en aminozuren. Sommigen van hen hebben een complete set aminozuren nodig, terwijl anderen de noodzakelijke eiwitverbindingen maken uit een of twee aminozuren door ze om te zetten.

Veel micro-organismen die heterotroof zijn met betrekking tot koolstof, zijn autoaminotrofen. Deze omvatten de bacteriën die betrokken zijn bij de afvalwaterzuivering.

In de behoefte aan zuurstof en waterstof voor een constructief metabolisme wordt voorzien door micro-organismen ten koste van water en organische voedingsstoffen. De bronnen van aselementen (P, S, K, Mg, Fe) zijn de overeenkomstige minerale zouten. De behoefte aan deze elementen is klein, maar de aanwezigheid in de omgeving is verplicht. Bovendien zijn micro-elementen - Zn, Co, Cu, Ni, enz. Noodzakelijk voor de normale werking van microben. Een deel ervan maakt deel uit van de natuurlijke voeding van microben, een deel wordt door hen opgenomen uit minerale zouten.

Methoden voor het verkrijgen van voedsel, dat wil zeggen methoden voor het voeden van micro-organismen, zijn zeer divers. Er zijn drie belangrijke manieren van voeden: holofytisch, saprozoïcum en holozoïcum.

Holofytische voeding (van het Griekse "holo" - als geheel, "fit" - een plant) vindt plaats volgens het type fotosynthese van planten. Dergelijke voeding is alleen inherent aan autotrofen. Onder micro-organismen is deze methode kenmerkend voor algen, gekleurde vormen van flagellaten en sommige bacteriën.

Om de complexe metabolische processen van micro-organismen te begrijpen, is het noodzakelijk om rekening te houden met de chemische samenstelling van de microbiële cel en het arsenaal aan enzymen dat het bevat.

De chemische samenstelling van microbiële cellen.

De chemische samenstelling van microbiële cellen is dezelfde als die van hogere planten. Ze bevatten 75-85% water en 15-25% droge stof van de totale massa van de cel.

Water is een noodzakelijk onderdeel van de cel - er vinden chemische processen in plaats, mineralen lossen op en complexe organische stoffen - eiwitten, koolhydraten, vetten - worden afgebroken. Eiwitten en nucleïnezuren zijn het belangrijkst bij celvermeerdering en groei. Koolhydraten worden in aanzienlijke hoeveelheden aangetroffen in de cellen van gist en schimmels. Dit zijn polysachariden - glycogeen, dextrine, glucose. Er zijn weinig koolhydraten in bacteriële cellen.

Vetten en vetachtige stoffen (lipiden) komen vooral voor in de oppervlaktelaag van het cytoplasma. Gemiddeld vertegenwoordigen lipiden 3-7% van de droge stof van de cel (in tuberkelbacillus - 20-40%, Endomyces-schimmels - 50-60%).

Minerale stoffen zitten in kleine hoeveelheden in de cellen van micro-organismen (slechts 3-10%), maar hun rol is groot - ze beïnvloeden de snelheid en richting van chemische reacties. De belangrijkste daarvan zijn kalium, magnesium, calcium, ijzer, enz. Het gehalte aan eiwitten, vetten, koolhydraten en mineralen in cellen hangt af van het type micro-organisme en de omstandigheden van zijn bestaan.

Microbiële celenzymen.

Enzymen zijn complexe organische stoffen die chemische reacties katalyseren. Cellen produceren (produceren) ze voor de uitvoering van fysiologische processen. De cel kan veel enzymen bevatten (in de Aspergillus-schimmel bijvoorbeeld ongeveer 50), waardoor er verschillende chemische reacties tegelijk kunnen plaatsvinden. De meest voorkomende enzymen die door micro-organismen worden geproduceerd, zijn carbohydrasen en proteasen.

Carbohydrasen - breken zetmeel, vezels en andere polysachariden af ​​met behulp van water. Deze omvatten amylasen (breekt zetmeel af tot enkelvoudige koolhydraten), maltase (breekt het koolhydraat maltose af), lipase (hydrolyseert vetten en oliën tot vetzuren). De meeste micro-organismen bevatten deze enzymen.

Proteasen katalyseren de afbraak van eiwitten en polypeptiden. Deze enzymen worden geproduceerd door rottende bacteriën, schimmels, actinomyceten.

Elk enzym heeft een specifieke werking, dat wil zeggen dat het alleen bepaalde verbindingen kan splitsen. Bovendien zijn er kardinale punten voor de werking van elk enzym met betrekking tot temperatuur, pH en andere omstandigheden.

Metabolisme.

Elke levende cel heeft een constante stroom van energie nodig - het ontvangt deze energie tijdens het metabolisme. Metabolisme (metabolisme) verwijst naar het geheel van alle chemische reacties die tijdens zijn leven in de cel plaatsvinden.

Metabolisme wordt uitgevoerd in twee hoofdrichtingen.

Een daarvan is het bouwen van een uitwisseling. Het is noodzakelijk voor een levende cel voor biosynthetische activiteit, dat wil zeggen voor het bouwen van een cel, het vervangen van versleten onderdelen, groei en reproductie. De cel krijgt de benodigde bouwstof binnen in de vorm van voedsel dat van buiten komt. Voedingsstoffen komen op twee manieren de microbiële cel binnen. De eerste is osmose (diffusie) van voedingsstoffen uit de externe omgeving, waar hun concentratie hoger is dan in de cel. De drijvende kracht in dit geval is het verschil in osmotische druk tussen de cel en de externe omgeving. De tweede manier is de actieve overdracht van voedingsstoffen naar de cel met behulp van speciale enzymen. In beide gevallen dringen voedingsstoffen het celmembraan binnen tot in het cytoplasma van de cel. Het voedingsproces is de belangrijkste fysiologische functie van de microbiële cel. De essentie van het voedingsproces is dat onder de werking van celenzymen organische verbindingen met een hoog molecuulgewicht worden gesplitst in een laag molecuulgewicht: suikers, aminozuren, organische zuren en de stoffen van de micro-organismecel zelf worden daaruit gesynthetiseerd: cytoplasma, celwand, nucleïnezuren, enz.

Naast voedingsstoffen voor het opbouwen van biosynthetische activiteit, heeft de cel energie nodig. Daarom is de tweede kant van het metabolisme van micro-organismen het energiemetabolisme, dat wil zeggen, de cel van energie voorzien. Micro-organismen ontvangen energie door organische stoffen (koolhydraten, vetten en andere energiematerialen) te oxideren tijdens het ademhalingsproces - een zeer belangrijke fysiologische functie. In verschillende organismen verloopt het ademhalingsproces op verschillende manieren, afhankelijk van hun relatie tot zuurstof. Aeroben gebruiken dus gasvormige zuurstof en verkrijgen energie door de oxidatie van organisch materiaal (ademhaling). Dit is mogelijk door de aanwezigheid van bepaalde enzymen in de cellen van aeroben - cytochromen. In anaëroben zijn deze enzymen afwezig en vindt het proces van het verkrijgen van energie plaats zonder de deelname van zuurstof. Met betrekking tot zuurstof zijn anaëroben verdeeld in drie groepen. Strikte anaëroben (bijvoorbeeld boterzuurbacteriën) kunnen over het algemeen niet leven in aanwezigheid van zuurstof. Ze ontvangen energie door geconjugeerde oxidatie - reductie van het substraat (bijvoorbeeld fermentatieprocessen). Facultatieve anaëroben (niet strikt) in aanwezigheid van zuurstof gebruiken het voor oxidatieve processen (voor ademhaling), en bij afwezigheid ontvangen ze energie zonder de deelname van zuurstof (gist).

De oxidatieve processen van anaëroben bestaan ​​uit het verwijderen van waterstof uit de geoxideerde verbinding (dehydrogenering). Waterstof bindt aan andere stoffen (waterstofacceptoren). Dit proces van zuurstofvrij ademen heet fermentatie. Stoffen met veel energie dienen als energetisch materiaal voor vergisting.

Zo worden voedingsstoffen door de cel in twee richtingen geconsumeerd: voor de synthese van lichaamsstoffen en om het lichaam van energie te voorzien. De processen van voeding en ademhaling zijn nauw met elkaar verbonden en worden tegelijkertijd door de cel uitgevoerd. Ze voorzien in alle vitale functies van de cel. De resulterende stofwisselingsproducten worden vanuit de cel afgegeven aan de externe omgeving. Het metabolisme wordt weergegeven in diagram 1 hieronder.

Schema 1. Metabolisme in micro-organismen.

Afhankelijk van het type voeding worden microben verdeeld in twee groepen: autotrofen en heterotrofen.

autotrofen- micro-organismen die de stoffen van hun lichaam synthetiseren uit anorganische elementen. De paden voor deze synthese kunnen verschillend zijn. Sommige micro-organismen, bijvoorbeeld paarse zwavelbacteriën, zoals groene planten, gebruiken fotosynthese, maar andere stoffen spelen daarin de rol van chlorofyl. Andere energie voor deze syntheseprocessen wordt verkregen via redoxreacties. In dit geval dienen anorganische stoffen als elektronendonoren en is koolstofdioxide de bron van koolstof.

heterotrofen- dit zijn micro-organismen die kant-en-klare organische verbindingen nodig hebben, die koolhydraten, alcoholen en organische zuren als koolstofbronnen gebruiken, en eiwitten en hun vervalproducten als stikstofbronnen. De overgrote meerderheid van bacteriën, gisten en schimmels zijn heterotrofen.

Oxidatieve stofwisseling. Bacteriën met oxidatieve stofwisseling krijgen energie door ademen.

Ademen - het proces van het verkrijgen van energie in oxidatie-reductiereacties gekoppeld aan oxidatieve fosforyleringsreacties, waarbij organische (in organotrofen) en anorganische (in lithotrofen) verbindingen elektronendonors kunnen zijn en alleen anorganische verbindingen de acceptor kunnen zijn.
Bij bacteriën met een oxidatief metabolisme is de acceptor van elektronen (of waterstof (H +)) moleculaire zuurstof. In dit geval wordt pyruvaat volledig geoxideerd in de tricarbonzuurcyclus tot C2. De tricarbonzuurcyclus fungeert als leverancier van voorlopers voor biosynthetische processen en waterstofatomen, die in de vorm van gereduceerd NAD wordt overgebracht naar moleculaire zuurstof via een reeks dragers met een complex structureel gevormd multi-enzymsysteem - ademhalingsketen. Ademhalingsketen in bacteriën is het gelokaliseerd in de CPM en in intracellulaire membraanstructuren.
De dragers die waterstof (elektronen) naar moleculaire zuurstof transporteren, behoren tot 4 klassen van dehydrogenasen, waarvan de co-enzymen NAD, flavoproteïnen, chinonen en cytochromen zijn. Protonen (elektronen) bewegen van de ene drager naar de andere in de richting van een toenemende redoxpotentiaal. Een typische ketting ziet er als volgt uit:

TCA -> NAD (H 2) -> flavoproteïne -> chinon ---> cytochromen: b -> c -> a - O 2

Onder bacteriële cytochromen worden cytochromen b, c, a en a 3 onderscheiden. De laatste fase van de overdracht van elektronen (protonen) langs de ademhalingsketen is de reductie van cytochromen a - a3 (cytochroomoxidase). Cytochroomoxidase is een terminaal oxidase dat elektronen aan zuurstof overdraagt. Tijdens het proces van elektronenoverdracht door de cytochromen verandert de valentie van het ijzer, dat deel uitmaakt van de ijzerporfiergroep. De overdracht van elektronen wordt voltooid door de reactie O 2 + 4F 2+ 2О 2 + 4F 3+. De protonen die tijdens de oxidatie van FAD of chinonen worden gevormd, worden door O 2 "-ionen gebonden om water te vormen.

De vorming van ATP in de ademhalingsketen is geassocieerd met het chemoosmotische proces. De speciale oriëntatie van de dragers in de CPM leidt ertoe dat de overdracht van waterstof plaatsvindt van het binnen- naar het buitenoppervlak van het membraan, waardoor een gradiënt van waterstofatomen ontstaat, die zich manifesteert in de aanwezigheid van een membraanpotentiaal. De energie van de membraanpotentiaal wordt gebruikt voor de synthese van ATPase gelokaliseerd in het membraan.

Op dit moment hebben bij eukaryoten de enzymen van de ademhalingsketen een relatief constante samenstelling, bij bacteriën zijn er variaties in de samenstelling van de ademhalingsketen. Veel bacteriën hebben bijvoorbeeld naftochinonen in plaats van ubiquinonen, en de samenstelling van cytochromen kan afhangen van de groeiomstandigheden van bacteriën. In sommige bacteriën zijn cytochromen afwezig en bij contact met zuurstof wordt waterstof direct overgebracht naar zuurstof met behulp van flavoproteïnen, met als eindproduct waterstofperoxide - Н 2 О 2.

Naast koolhydraten zijn prokaryoten in staat om andere organische verbindingen, met name eiwitten, als energiebron te gebruiken en deze volledig te oxideren tot CO 2 en H 2 O.

Aminozuren en eiwitten kunnen ook fungeren als energiebronnen. Het gebruik ervan houdt in de eerste plaats verband met bepaalde enzymatische transformaties van voorbereidende aard. Eiwitten worden aanvankelijk buiten de cel gesplitst door proteolytische enzymen in peptiden, die door de cel worden geabsorbeerd en door intracellulaire peptidasen worden gesplitst tot aminozuren. Aminozuren kunnen worden gebruikt bij een constructief metabolisme en bij het ammonificeren van bacteriën kunnen ze dienen als het belangrijkste materiaal in energieprocessen tijdens oxidatief deaminering, wat resulteert in het vrijkomen van ammoniak en de omzetting van het aminozuur in een ketozuur, dat via de tricarbonzuurcyclus een constructief metabolisme binnengaat:

2R-CHNH 2-COOH + O 2 -> 2R-CO-COOH + 2NH 3

Het proces van ammonificatie staat bekend als "verrotting", en er is een ophoping van producten met een onaangename specifieke geur van de resulterende primaire amines.

Rottingsbacteriën voeren de mineralisatie van eiwit uit en ontbinden het tot CO 2, NH 3, H 2 S. Rottingsbacteriën omvatten Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus.

Fermentatie (enzymatisch) metabolisme.

Fermentatie, of fermentatie,- het proces van energiewinning, waarbij de van het substraat afgesplitste waterstof wordt omgezet in organische verbindingen.

Zuurstof neemt niet deel aan het fermentatieproces. Gereduceerde organische verbindingen komen vrij in het voedingsmedium en hopen zich daarin op. Koolhydraten, aminozuren (met uitzondering van aromatische), purines, pyrimidinen en meerwaardige alcoholen kunnen worden gefermenteerd. Aromatische koolwaterstoffen, steroïden, carotenoïden, vetzuren kunnen niet fermenteren. Deze stoffen ontleden en oxideren alleen in aanwezigheid van zuurstof, ze zijn stabiel onder anaërobe omstandigheden. Fermentatieproducten zijn zuren, gassen, alcoholen.

Tijdens de fermentatie van hexosen (glucose) wordt pyruvaat slechts gedeeltelijk geoxideerd in de tricarbonzuurcyclus. Deze laatste dient alleen als leverancier van precursoren voor biosynthetische processen. Energie in de vorm van 2 ATP-moleculen wordt gevormd als gevolg van substraatfosforylering, die optreedt tijdens de oxidatie van triosefosfaat tot pyruvaat. De waterstof die van het substraat wordt afgesplitst, in de vorm van gereduceerd NAD, wordt overgebracht naar pyruvaat en zet het in een keten van reacties om in ethanol, zuren, gassen. Op basis van de aard van de eindproducten worden verschillende soorten koolhydraatfermentatie onderscheiden.

Alcoholische fermentatie. Het komt voornamelijk voor in gist. De eindproducten zijn ethanol en CO2. Fermentatie van glucose vindt plaats via de PDF-route onder anaërobe omstandigheden. Wanneer zuurstof beschikbaar is, verzwakt het fermentatieproces, het wordt vervangen door ademen. Het onderdrukken van alcoholische gisting met zuurstof wordt het Pasteur-effect genoemd.

Alcoholische gisting wordt gebruikt in de voedingsindustrie: bakkerij, wijnbereiding.

Melkzuurfermentatie. Er zijn twee soorten melkzuurfermentatie: homofermentatieve en heterofermentatieve.

Bij homofermentatief soort glucose-afbraak vindt plaats langs de FDF-route. Waterstof uit gereduceerd NAD wordt door lactaatdehydrogenase naar pyruvaat overgebracht en er wordt melkzuur gevormd. Homofermentatieve melkzuurfermentatie vindt plaats in: S. pyogenes, E. faecalis, S. salivarius bij sommige soorten van het geslacht Lactobacillus: L. dulgaricus, L. lactis.

Heterofermentatief melkzuurfermentatie is aanwezig in bacteriën die de enzymen van de PDP-route missen: aldolase en triosefosfaatisomerase. De afbraak van glucose vindt plaats langs de IF-route met de vorming van fosfoglycerolaldehyde, dat verder wordt omgezet in pyruvaat via de PDP-route en vervolgens wordt gereduceerd tot lactaat. Ethanol en azijnzuur zijn ook aanvullende producten van dit type fermentatie. Hetero-enzymatische melkzuurfermentatie komt voor bij verschillende vertegenwoordigers van bacteriën van de geslachten Lactobacillus en Bifidobacterie.

Melkzuurfermentatieproducten spelen een belangrijke rol bij de vorming van kolonisatieresistentie door bacteriën van het geslacht Lactobacillus en Bifidobacterie, die de obligate darmflora vormen.

Melkzuurbacteriën worden veel gebruikt in de zuivelindustrie om melkzuurproducten te verkrijgen, evenals bij het maken van probiotica.

Mierenzuur (gemengde) fermentatie. Gevonden in gezinnen Enterobacteriaceae Vibrionaceae. Glucose wordt gesplitst via de PDP-route, gluconaat wordt gesplitst via de CDPG-route.

Afhankelijk van de fermentatieproducten die onder anaërobe omstandigheden vrijkomen, worden twee soorten processen onderscheiden:
1. In één geval wordt pyruvaat gesplitst om acetyl-co-enzym A en mierenzuur te vormen, die op hun beurt kunnen worden gesplitst in koolstofdioxide en moleculaire waterstof. Andere fermentatieproducten die door de reactieketen worden gevormd, zijn ethanol, barnsteenzuur en melkzuur. Sterke zuurvorming kan worden gedetecteerd door reactie met een indicator methyl mond, die van kleur verandert in een zeer zure omgeving.
2. Bij een ander type fermentatie worden een aantal zuren gevormd, maar de belangrijkste producten van fermentatie zijn: Acetoïne en 2,3-butaandiol. Acetoïne wordt gevormd uit twee pyruvaatmoleculen gevolgd door twee decarboxylering. Met de daaropvolgende reductie van acetoïne wordt 2,3-butaandiol gevormd. Deze stoffen veroorzaken bij interactie met al-naftol in een alkalisch medium de vorming van een bruine kleur, die wordt onthuld de Voges-Proskauer-reactie, gebruikt bij de identificatie van bacteriën.

Boterzuur fermentatie. Boterzuur, butanol, aceton, isopropanol en een aantal andere organische zuren, in het bijzonder azijnzuur, nylon, valeriaan, palmitinezuur, zijn producten van koolhydraatfermentatie door strikte sacharolytische anaëroben. Het spectrum van deze zuren, bepaald door gas-vloeistofchromatografie, wordt gebruikt als een snelle methode voor de identificatie van anaëroben.

Fermentatie van eiwitten. Als eiwitten met een fermentatief metabolisme dienen als energiebron voor bacteriën, dan worden zulke bacteriën genoemd peptolytisch. Sommige clostridia zijn vooral peptolytisch C. histolyticum, C. botulinum. Peptolytische bacteriën hydrolyseren eiwitten en fermenteren aminozuren. Veel aminozuren worden samen met andere gefermenteerd, waarbij de ene als donor en de andere als waterstofacceptor dient. Het donoraminozuur wordt gedeamineerd tot ketozuur, dat door oxidatieve decarboxylering wordt omgezet in een vetzuur.
5 classificatie van bacteriën in relatie tot zuurstof. Kenmerken van de teelt van anaëroben.

Zuurstof, die in de natuur wijdverbreid is, bevindt zich in een vrije en gebonden toestand. In cellen is het gebonden aan de samenstelling van water en organische verbindingen. In de atmosfeer is het in vrije toestand aanwezig in de vorm van een moleculaire vorm, waarvan de volumefractie 21% is.

Met betrekking tot zuurstof, evenals het gebruik ervan bij de processen voor het verkrijgen van energie, zijn micro-organismen verdeeld in 3 groepen: obligate aeroben, obligate anaëroben, facultatieve anaëroben.

Verplichte aeroben.
Ze groeien en vermenigvuldigen zich alleen in aanwezigheid van zuurstof. Gebruik zuurstof om energie op te wekken door middel van zuurstofademhaling.

Energie wordt verkregen door oxidatief metabolisme, waarbij zuurstof wordt gebruikt als terminale elektronenacceptor in een gekatalyseerde reactie cytochroomoxidase.

Verplichte aeroben zijn onderverdeeld in: strikte aeroben, die groeien bij de partiële druk van de luchtatmosfeer, en microaerofielen, die, met behulp van zuurstof in energieproductieprocessen, groeien onder de verminderde partiële druk.

Dit komt door het feit dat microaerofielen enzymen hebben die worden geïnactiveerd bij contact met sterke oxidanten en alleen actief zijn bij lage waarden van de partiële zuurstofdruk, bijvoorbeeld het enzym hydrogenase.

Verplichte anaëroben.
Zuurstof wordt niet gebruikt voor energie.
Hun type metabolisme is fermentatief, met uitzondering van metabolisme in twee soorten bacteriën: Desulfovibrio en desulfotomaculum, die chemolithotrofen zijn en sulfaatademhaling hebben. Verplichte anaëroben zijn onderverdeeld in twee groepen: strikte anaëroben en aerotolerante.

Strikte anaëroben gekenmerkt door het feit dat moleculaire zuurstof voor hen giftig is: het doodt micro-organismen of beperkt hun groei.

Strikte anaëroben krijgen energie door boterzuurfermentatie. Strikte anaëroben omvatten bijvoorbeeld sommige clostridia (S. botulinum, C, tetani), bacteriën.

Aerotolerantie micro-organismen gebruiken geen zuurstof voor energie, maar kunnen in de atmosfeer voorkomen.

Deze groep omvat melkzuurbacteriën, die energie ontvangen door hetero-enzymatische melkzuurfermentatie.

Methoden voor het kweken van anaëroben.
Voor het kweken van anaëroben is het noodzakelijk om het oxidatie-reductiepotentieel van de omgeving te verlagen, om voorwaarden te scheppen voor anaerobiose, d.w.z. een laag zuurstofgehalte in de omgeving en de omringende ruimte. Dit wordt bereikt door het gebruik van fysische, chemische en biologische methoden.

Fysieke methoden. Gebaseerd op het kweken van micro-organismen in een luchtloze omgeving, wat wordt bereikt:
1) zaaien in media die reducerende en gemakkelijk oxideerbare stoffen bevatten;
2) het zaaien van micro-organismen diep in dichte voedingsmedia;
3) mechanische verwijdering van lucht uit vaten waarin anaërobe micro-organismen worden gekweekt;
4) de lucht in de vaten vervangen door wat onverschillig gas.

Als reducerende stoffen meestal worden stukjes (ongeveer 0,5 g) dierlijk of plantaardig weefsel (lever, hersenen, nieren, milt, bloed, aardappelen, watten) gebruikt. Deze weefsels binden in de omgeving opgeloste zuurstof en adsorberen bacteriën. Om het zuurstofgehalte in het voedingsmedium te verminderen, wordt het voor het zaaien 10-15 minuten gekookt en vervolgens snel afgekoeld en bovenop gegoten met een kleine hoeveelheid steriele vaseline-olie. De hoogte van de olielaag in de reageerbuis is ongeveer 1 cm.

Als gemakkelijk oxideerbare stoffen gebruik glucose, lactose en natriumformiaat.

Het beste vloeibare kweekmedium met reducerende stoffen is het Kitta-Tarozzi-medium, dat met succes wordt gebruikt voor de accumulatie van anaëroben tijdens het primaire zaaien uit het testmateriaal en voor het in stand houden van de groei van de geïsoleerde zuivere cultuur van anaëroben.

Micro-organismen diep in dichte media zaaien geproduceerd door de Vignal-Veyon-methode, die bestaat uit de mechanische bescherming van anaërobe gewassen tegen atmosferische zuurstof. Neem een ​​glazen buis van 30 cm lang en 3-6 mm in diameter. Het ene uiteinde van de buis wordt in een capillair in de vorm van een pasteurpipet getrokken en aan het andere uiteinde wordt een vernauwing gemaakt. Een wattenstaafje wordt in het resterende brede uiteinde van de buis gestoken. Het testmateriaal wordt geënt in reageerbuisjes met gesmolten nutriëntagar afgekoeld tot 50°C. De geïnoculeerde agar wordt vervolgens in steriele Vignal-Veyon-buizen gepompt. Het capillaire uiteinde van de buis wordt afgesloten in een brandervlam en de buizen worden in een thermostaat geplaatst. Dit schept gunstige voorwaarden voor de groei van de meest stringente anaëroben. Om een ​​afzonderlijke kolonie te isoleren, wordt de buis gesneden met een vijl, met inachtneming van de regels van asepsis, op kolonieniveau, gebroken, en de kolonie wordt gevangen met een steriele lus en overgebracht naar een reageerbuis met een voedingsbodem voor verdere kweek en studeren in zuivere vorm.

Lucht verwijderen geproduceerd door mechanisch uitpompen van speciale apparaten - anaerostaten, waarin bekers met inenting van anaëroben worden geplaatst. De draagbare anaerostaat is een dikwandige metalen cilinder met een goed afgesloten deksel (met een rubberen pakking), voorzien van een aftapkraan en een vacuümmeter. Na het plaatsen van de geënte schaaltjes of reageerbuisjes wordt de lucht uit de anaerostaat verwijderd met behulp van een vacuümpomp.

Luchtverversing onverschillig gas (stikstof, waterstof, argon, kooldioxide) kan in dezelfde anaerostaten worden geproduceerd door het te verdringen met gas uit de cilinder.

Chemische methoden. Gebaseerd op de opname van atmosferische zuurstof in een hermetisch afgesloten vat (anaerostaat, exsiccator) door stoffen zoals pyrogallol of natriumhydrosulfiet Na 2 S2O 4.
Biologische methoden. Gebaseerd op co-cultivatie van anaëroben met strikte aeroben. Hiervoor wordt met een steriel scalpel een strook agar van ongeveer 1 cm breed uit de bevroren agarplaat gesneden langs de diameter van de schaal. Er worden twee halve agar-schijven in één schaal verkregen. Aan één kant van de agarplaat wordt een aerobe geënt, bijvoorbeeld S. aureus of Serratiamarcescens worden vaak gebruikt. Aan de andere kant wordt een anaërobe geënt. De randen van de beker worden afgesloten met plasticine of gevuld met gesmolten paraffine en in een thermostaat geplaatst. Als de omstandigheden goed zijn, zullen aeroben zich in de schaal gaan vermenigvuldigen. Nadat ze alle zuurstof in de bekerruimte hebben opgebruikt, begint de groei van anaëroben (na 3-4 dagen). Om de luchtruimte in de schaal te verkleinen, wordt het kweekmedium zo dik mogelijk gegoten.
Gecombineerde methoden. Gebaseerd op een combinatie van fysische, chemische en biologische methoden om anaerobiose te creëren.

6 enzymen van bacteriën. Hun classificatie. Enzymatische activiteit van microben en het gebruik ervan voor de identificatie van bacteriën.
Alle metabolische reacties in een bacteriële cel zijn gebaseerd op de activiteit van enzymen die tot 6 klassen behoren: oxyreductase, transferase, hydrolase, ligase, lyase, isomerase. Enzymen die door een bacteriële cel worden geproduceerd, kunnen zowel in de cel als endozymen, en vrijkomen in het milieu - exozymen. Exozymen spelen een belangrijke rol bij het voorzien in de bacteriële cel van bronnen van koolstof en energie die beschikbaar zijn voor penetratie. De meeste hydrolasen zijn exo-enzymen die, wanneer ze in het milieu worden vrijgegeven, grote moleculen van peptiden, polysachariden, lipiden afbreken tot monomeren en dimeren die de cel kunnen binnendringen. Een aantal exo-enzymen, zoals hyaluronidase, collagenase en andere, zijn enzymen van agressie. Sommige enzymen zijn gelokaliseerd in de periplasmatische ruimte van de bacteriële cel. Ze zijn betrokken bij de overdracht van stoffen naar de bacteriecel. Het enzymatische spectrum is een taxonomische eigenschap die kenmerkend is voor een familie, een geslacht en, in sommige gevallen, een soort. Daarom wordt de bepaling van het spectrum van enzymatische activiteit gebruikt bij het vaststellen van de taxonomische positie van bacteriën. De aanwezigheid van exozymen kan worden bepaald met behulp van differentiële diagnostische media, daarom zijn voor de identificatie van bacteriën speciale testsystemen ontwikkeld, bestaande uit een set differentiële diagnostische media.

Identificatie van bacteriën door enzymatische activiteit.

Meestal worden enzymen van de klasse van hydrolasen en oxidoreductasen bepaald met behulp van speciale methoden en media.

Om proteolytische activiteit te bepalen micro-organismen worden met een injectie in een gelatinekolom geënt. Na 3-5 dagen worden de gewassen onderzocht en wordt het karakter van het vloeibaar maken van gelatine opgemerkt. Wanneer eiwit door sommige bacteriën wordt afgebroken, kunnen specifieke producten vrijkomen - indol, waterstofsulfide, ammoniak. Om ze te bepalen, worden speciale indicatorpapieren gebruikt, die tussen de nek en een katoenen stop in een reageerbuis met BCH en / of peptonwater worden ingeënt met de bestudeerde micro-organismen. Indol (een afbraakproduct van tryptofaan) wordt roze op een strook papier gedrenkt in een verzadigde oplossing van oxaalzuur. Papier geïmpregneerd met een oplossing van loodacetaat wordt zwart in aanwezigheid van waterstofsulfide. Voor de bepaling van ammoniak gebruik een rode lakmoesproef.

Voor veel micro-organismen is de taxonomische eigenschap het vermogen om bepaalde koolhydraten af ​​te breken tot zuren en gasvormige producten.... Om dit te onthullen, worden Giss-media gebruikt die verschillende koolhydraten bevatten (glucose, sucrose, maltose, lactose, enz.). Voor zuurdetectie: het Andrede-reagens werd aan het medium toegevoegd, dat van kleur verandert van lichtgeel naar rood in het pH-bereik van 7,2-6,5, daarom wordt de set Giss-media met de groei van micro-organismen de "bonte rij" genoemd.

Gasvorming detecteren: drijvers worden neergelaten in vloeibare media of semi-vloeibare media met 0,5% agar worden gebruikt.

Om de intense verzuring te bepalen, kenmerkend voor gemengde fermentatie, wordt methylrode indicator, die geel is bij pH 4,5 en hoger, en rood bij lagere pH-waarden, aan het medium toegevoegd met 1% glucose en 0,5% pepton (Clark's medium).

Hydrolyse van ureum bepaald door het vrijkomen van ammoniak (lakmoesproef) en alkalisatie van het medium.

Bij het identificeren van veel micro-organismen wordt de Voges-Proskauer-reactie voor acetoïne gebruikt- een tussenproduct bij de vorming van butaandiol uit pyrodruivenzuur. Een positieve reactie wijst op de aanwezigheid van butaandiolfermentatie.

Katalase detecteren het is mogelijk door zuurstofbellen, die onmiddellijk vrijkomen na het mengen van microbiële cellen met 1% waterstofperoxide-oplossing.

Voor de bepaling van cytochroomoxidase reagentia worden gebruikt: 1) 1% alcoholoplossing van cc-naftol-1; 2) 1% waterige oplossing van N-dimethyl-p-fenyleendiamine-dihydrochloride. De aanwezigheid van cytochroomoxidase wordt beoordeeld aan de hand van de blauwe verkleuring die na 2-5 minuten verschijnt.

Voor de bepaling van nitrieten gebruik het Griss-reagens: het verschijnen van een rode kleur duidt op de aanwezigheid van nitrieten.

7 groei en reproductie van bacteriën. Grenzen aan de groeitemperatuur. Fasen van bacteriële reproductie op vloeibare voedingsmedia.
De vitale activiteit van bacteriën wordt gekenmerkt door de groei- de vorming van structurele en functionele componenten van de cel en een toename van de bacteriële cel zelf, en ook fokken- zelfreproductie, wat leidt tot een toename van het aantal bacteriecellen in de populatie.
Bacteriën vermenigvuldigen zich door binair in tweeën te delen, minder vaak door te ontluiken. Actinomyceten kunnen zich, net als schimmels, door sporen vermenigvuldigen. Actinomyceten, vertakkende bacteriën, vermenigvuldigen zich door fragmentatie van filamenteuze cellen. Gram-positieve bacteriën delen door ingroeiende gesynthetiseerde delingspartities in de cel, en gramnegatieve bacteriën door vernauwing, als gevolg van de vorming van haltervormige figuren, waaruit twee identieke cellen worden gevormd.
Celdeling wordt voorafgegaan door replicatie van een bacterieel chromosoom op een semi-conservatieve manier (een dubbelstrengs DNA-streng opent en elke streng wordt aangevuld met een complementaire streng), wat leidt tot een verdubbeling van de DNA-moleculen van de bacteriële kern - de nucleoïde.
DNA-replicatie vindt plaats in drie fasen: initiatie, verlenging of ketengroei en beëindiging.
Reproductie van bacteriën in een vloeibare voedingsbodem. Bacteriën die geïnoculeerd zijn in een bepaald, onveranderlijk volume van het voedingsmedium, vermenigvuldigen zich en consumeren voedingsstoffen, wat verder leidt tot uitputting van het voedingsmedium en de stopzetting van bacteriegroei. Het kweken van bacteriën in een dergelijk systeem wordt batchcultuur genoemd en cultuur wordt batchcultuur genoemd. Als de kweekomstandigheden worden gehandhaafd door continue toevoer van vers voedingsmedium en de uitstroom van hetzelfde volume kweekvloeistof, dan wordt zo'n kweek continu genoemd en wordt de kweek continu genoemd.

Wanneer bacteriën worden gekweekt op een vloeibaar voedingsmedium, wordt groei van de bodem, diffuus of oppervlakte (in de vorm van een film) waargenomen. De groei van een batchcultuur van bacteriën gekweekt op een vloeibare voedingsbodem is onderverdeeld in verschillende fasen of perioden:
1. lag-fase;
2. fase van logaritmische groei;
3. de fase van stationaire groei, of de maximale concentratie van bacteriën;
4. fase van de dood van bacteriën.
Deze fasen kunnen grafisch worden weergegeven in de vorm van segmenten van de bacteriegroeicurve, die de afhankelijkheid van de logaritme van het aantal levende cellen op het tijdstip van hun kweek weerspiegelt.

lag fase- de periode tussen het zaaien van bacteriën en het begin van de voortplanting. De duur van de lag-fase is gemiddeld 4-5 uur Tegelijkertijd worden bacteriën groter en bereiden ze zich voor op deling; de hoeveelheid nucleïnezuren, eiwitten en andere componenten neemt toe.
Logaritmische (exponentiële) groeifase is een periode van intensieve deling van bacteriën. De duur is ongeveer 5-6 uur Onder optimale groeiomstandigheden kunnen bacteriën zich elke 20-40 minuten delen. Tijdens deze fase zijn bacteriën het meest kwetsbaar, wat wordt verklaard door de hoge gevoeligheid van de metabole componenten van een intensief groeiende cel voor remmers van eiwitsynthese, nucleïnezuren, enz.
Dan komt de fase van stationaire groei., waarbij het aantal levensvatbare cellen onveranderd blijft en het maximale niveau vormt (M-concentratie). De duur ervan wordt uitgedrukt in uren en varieert afhankelijk van het type bacterie, hun kenmerken en teelt.
De doodsfase beëindigt het bacteriegroeiproces gekenmerkt door de dood van bacteriën onder omstandigheden van uitputting van bronnen van het voedingsmedium en de accumulatie van producten van bacterieel metabolisme daarin. De duur varieert van 10 uur tot enkele weken. De intensiteit van de groei en reproductie van bacteriën is afhankelijk van vele factoren, waaronder de optimale samenstelling van de voedingsbodem, redoxpotentiaal, pH, temperatuur, etc.
Reproductie van bacteriën op een dichte voedingsbodem. Bacteriën die groeien op vaste voedingsbodems vormen geïsoleerde ronde kolonies met gladde of ongelijke randen (S- en R-vormen), van wisselende consistentie en kleur, afhankelijk van het pigment van de bacteriën.

In water oplosbare pigmenten diffunderen in het kweekmedium en kleuren het. Een andere groep pigmenten is onoplosbaar in water, maar oplosbaar in organische oplosmiddelen. En tot slot zijn er pigmenten die niet oplosbaar zijn in water of in organische verbindingen.

De meest voorkomende onder micro-organismen zijn pigmenten zoals carotenen, xanthofylen en melanines. Melanines zijn onoplosbare zwarte, bruine of rode pigmenten die worden gesynthetiseerd uit fenolische verbindingen. Melanines beschermen, samen met catalase, superoxide-cismutase en peroxidasen, micro-organismen tegen de effecten van giftige zuurstofperoxideradicalen. Veel pigmenten hebben antimicrobiële, antibioticumachtige effecten.

8 principes van bacteriekweek. Methoden voor het isoleren van zuivere culturen van bacteriën, doel.
Universeel gereedschap

"gazon" zaaien

Pure cultuur is een populatie van bacteriën van één soort of één soort gekweekt op een voedingsbodem. Veel soorten bacteriën zijn volgens één kenmerk onderverdeeld in biologische varianten - biovars... Biovars die verschillen in biochemische eigenschappen worden genoemd hemovaren, door antigene eigenschappen - serovars, door gevoeligheid voor faag - fagovars... Culturen van micro-organismen van dezelfde soort, of biovar, geïsoleerd uit verschillende bronnen of op verschillende tijdstippen uit dezelfde bron, worden genoemd stammen, die meestal worden aangegeven met cijfers of enkele symbolen. Zuivere culturen van bacteriën in diagnostische bacteriologische laboratoria worden verkregen uit geïsoleerde kolonies door ze met een lus te inoculeren in reageerbuizen met vaste of, minder vaak, vloeibare kweekmedia.

De kolonie is een zichtbare geïsoleerde opeenhoping van individuen van één type micro-organismen, gevormd als gevolg van de vermenigvuldiging van één bacteriecel op een dicht voedingsmedium (aan de oppervlakte of in de diepten). Kolonies van bacteriën van verschillende soorten verschillen van elkaar in hun morfologie, kleur en andere kenmerken.

Er wordt een zuivere bacteriecultuur verkregen voor diagnostische onderzoeken - identificatie , die wordt bereikt door de morfologische, culturele, biochemische en andere kenmerken van het micro-organisme te bepalen.

Morfologische en kleurkenmerken bacteriën worden bestudeerd door microscopisch onderzoek van uitstrijkjes gekleurd met verschillende methoden en natieve preparaten.

Culturele eigenschappen gekenmerkt door voedingsbehoeften, omstandigheden en type groei van bacteriën op vaste en vloeibare voedingsmedia. Ze worden vastgesteld door de morfologie van de kolonies en de kenmerken van de groei van de cultuur.

Biochemische tekens bacteriën worden bepaald door een reeks constitutieve en induceerbare enzymen die inherent zijn aan een bepaald geslacht, soort, variant. In de bacteriologische praktijk zijn de saccharolytische en proteolytische enzymen van bacteriën, die bepaald worden op differentiële diagnostische media, meestal van taxonomisch belang.

Bij het identificeren van bacteriën tot aan het geslacht en de soort wordt aandacht besteed aan de pigmenten die de kolonies kleuren en het kweekmedium in verschillende kleuren. Het rode pigment wordt bijvoorbeeld gevormd door Serratia marcescens, het gouden pigment is Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus), het blauwgroene pigment is Pseudomonas aeruginosa.

Een biovar . opzetten(hemovar, serovar, faagtype), worden aanvullende onderzoeken uitgevoerd om de juiste marker te identificeren - om het enzym, antigeen, gevoeligheid voor Fan te bepalen.

Methoden voor de isolatie van zuivere bacterieculturen.

Universeel gereedschap voor de productie van gewassen is een bacteriële lus. Daarnaast wordt een speciale bacterienaald gebruikt voor het zaaien met een injectie en voor het zaaien op petrischalen - metalen of glazen spatels. Voor enting van vloeibare materialen worden, samen met de lus, Pasteur en maatpipetten gebruikt. De eerste zijn voorlopig gemaakt van steriele laagsmeltende glazen buizen, die in de vorm van haarvaten op een vlam worden getrokken. Het uiteinde van het capillair wordt onmiddellijk afgesloten om de steriliteit te behouden. Bij pasteur- en maatpipetten wordt het brede uiteinde afgesloten met watten, waarna ze in speciale kokers worden geplaatst of in papier worden gewikkeld en gesteriliseerd.

Bij het opnieuw zaaien van een bacteriecultuur neem het reageerbuisje in de linkerhand, en met de rechterhand, de wattenstaafjes IV en V met uw vingers vastpakkend, haal het eruit en draag het over de vlam van de brander. Houd de lus vast met de andere vingers van dezelfde hand, verzamel het inoculum ermee en sluit de buis vervolgens met een stop. Vervolgens wordt een lus met inoculum in een reageerbuis met een schuine agar gebracht, die deze laat zakken om in het onderste deel van het medium te condenseren, en het materiaal wordt in een zigzagbeweging over het schuine oppervlak van de agar verdeeld. Na het verwijderen van de lus, verbrandt u de rand van de reageerbuis en sluit u deze met een stop. De lus wordt gesteriliseerd in een brandervlam en op een statief geplaatst. Inoculatiebuizen zijn gegraveerd met de datum van enting en de aard van het entmateriaal (onderzoeksnummer of kweeknaam).

"gazon" zaaien geproduceerd met een spatel op voedingsagar in een petrischaal. Om dit te doen, opent u het deksel met uw linkerhand, brengt u inoculum aan met een lus of pipet op het oppervlak van voedingsagar. Vervolgens wordt een spatel door de vlam van de brander gehaald, aan de binnenzijde van het deksel gekoeld en wordt het materiaal over het gehele oppervlak van het medium gewreven. Na incubatie van de inoculatie verschijnt een uniforme continue groei van bacteriën.

Module 2. Het concept van metabolisme, homeostase, menselijke fysiologische aanpassing.

Morfo-functionele kenmerken van een neuron (soma, dendrieten, axon, axonaal transport, metabolisme). Soorten zenuwcellen. Functionele classificatie van neuronen.

Het leven van het menselijk lichaam is een zeer complex en uniek fenomeen, maar het heeft zulke mechanismen die het bestaan ​​ervan ondersteunen en tegelijkertijd kunnen ze worden gedemonteerd tot de eenvoudigste componenten die voor iedereen toegankelijk zijn. Hier is het allereerst noodzakelijk om te zeggen over het metabolisme van bacteriën, dat alleen voorwaardelijk complex is, in feite is een dergelijk proces als het metabolisme van bacteriën vrij eenvoudig. De wetenschap van de microbiologie helpt om in detail kennis te maken met het stofwisselingsproces van micro-organismen. De onderzochte processen helpen bij het vormen van nieuwe vormen van behandeling voor een breed scala aan aandoeningen.

Als we het hebben over het algemene beeld van het metabolische bacteriële proces, dan hebben we het over een bepaalde reactiecyclus, en bij sommige reacties is het de taak om het menselijk lichaam van energie te voorzien, en voor andere zijn het manieren om het lichaam aan te vullen met materie, dat wil zeggen, ze zijn in feite een soort bouwmateriaal ... Als we het hebben over het metabolisme van bacteriële cellen, dan is het onmogelijk om verschillen te vinden met de biologische principes van het algemene type. Het zijn bacteriën die aan de basis liggen van het voorlopige mechanisme van het levensproces van levende cellen.

Er zijn 2 soorten van een dergelijk proces, die afhankelijk zijn van stofwisselingsproducten:

1. katabolisme destructieve type of destructieve reactie. Dit soort metabolisme kan worden geleverd door een oxidatieve ademhaling. Het feit is dat wanneer het ademhalingsproces wordt uitgevoerd, elementen van het oxidatieve type het menselijk lichaam binnenstromen, die chemische verbindingen van een bepaald type beginnen te oxideren wanneer ATP-energie vrijkomt. Deze energie is in cellen beschikbaar in de vorm van fosfaatachtige bindingen.
2. anabolisme van een constructief type of een reactie van constructieve aard. We hebben het over het proces van biosynthese, dat organische moleculen ondergaan, ze zijn nodig om het leven van de cel te behouden. Het hele proces vindt plaats als een reactie van een chemisch type, stoffen en producten van het intracellulaire type nemen deel aan dergelijke reacties. Dergelijke reacties krijgen energie omdat de energie die is opgeslagen in ATP wordt verbruikt.

De meeste processen van het metabolische type vinden plaats in een cel van het prokaryotische type, en dit proces is van een eenmalige aard, dit alles heeft de vorm van een cyclus van het gesloten type. Wanneer het metabolische proces plaatsvindt, beginnen zich producten te vormen, die gepaard gaan met structuren van het cellulaire type, dan begint een biosyntische reactie, waaraan bepaalde enzymen deelnemen, ze voeren het syntheseproces van energetische aard uit. Dit soort metabolisme van micro-organismen is niet de enige, er zijn er nog meer.

Het metabolisme van micro-organismen verwijst naar het substraat, hier hebben we het over verschillende stadia:

• perifere fase wanneer het substraat wordt verwerkt door enzymen die door bacteriën worden geproduceerd;
• tussenfase wanneer producten van een intermediair type in de cel worden gesynthetiseerd;
• laatste stadium- het begint het proces van het scheiden van eindproducten in de omgeving die het omringt.

Alle kenmerken van dit proces zijn te wijten aan het feit dat er twee soorten enzymen zijn (we hebben het over eiwitachtige moleculen die reacties in de cellulaire structuur kunnen versnellen:

1. Allereerst is het noodzakelijk om te zeggen over exo-enzymen, die moleculen van het eiwittype zijn, wanneer de cel naar buiten begint te worden geproduceerd en het buitenste substraat het proces van vernietiging van moleculen van het oorspronkelijke type begint.
2. Afzonderlijk praten we over endo-enzymen, die ook eiwitachtige moleculen zijn die in de cel werken, en dan begint een gezamenlijke reactie met de substraatmoleculen die van buiten komen.

Opgemerkt moet worden dat er een aantal enzymen zijn die op continue basis door de cellulaire structuur kunnen worden geproduceerd (constitutieve aard), en er zijn er die de productie uitvoeren in de vorm van een reactie wanneer een bepaald substraat verschijnt.

Energie type metabolisme

Een dergelijk proces in bacteriën wordt uitgevoerd door bepaalde methoden van een biologisch type:

1. Het eerste pad is chemotroof, wanneer energie wordt verkregen in het proces van chemische reacties.
2. Het tweede pad is fototroof (hier hebben we het al over de energie van fotosynthese).

Als we het hebben over hoe bacteriën op een chemotrofe manier ademen, dan kunnen er 3 manieren zijn:

• zuurstof oxidatie;
• oxidatie zonder gebruik van zuurstof;
• fermentatie proces.

Kenmerken van het metabolisme van bacteriën

• Dergelijke processen zijn extreem snel en intens. Binnen één dag is één bacterie in staat om zo'n hoeveelheid voedingsstoffen te verwerken dat het zijn eigen gewicht 40 keer overschrijdt!
• De bacteriën passen zich zeer snel aan alle externe omstandigheden aan, zelfs de meest ongunstige.
• Het voedingsproces vindt plaats over het hele celoppervlak. Het is opmerkelijk dat er geen manieren zijn om de voedingsstoffen van een prokaryoot door te slikken, ze kunnen niet worden verteerd in de celstructuur, hun splitsing wordt buiten de cel uitgevoerd en er wordt ook chemosynthese van cyanobacteriën waargenomen.

Hoe micro-organismen groeien en zich vermenigvuldigen

Opgemerkt moet worden dat groei het proces is wanneer een individueel individu in omvang toeneemt, en wat betreft het reproductieproces zelf, dit is wanneer de populatie begint toe te nemen.

Het is opmerkelijk dat bacteriën zich zodanig kunnen vermenigvuldigen dat binaire deling eenvoudig wordt uitgevoerd, maar deze methode is verre van de enige, er is ook knopvorming. Als de bacteriën een grampositieve vorm hebben, dan is er de vorming van een septum van een celtype wand en een cytoplasmatisch membraan dat naar binnen kan groeien. Als de bacteriën gramnegatief zijn, begint zich een vernauwing te vormen, waarna de cel zich splitst in een paar individuen.

De snelheid van het reproductieproces is opmerkelijk, het kan anders zijn. Als we het hebben over de overgrote meerderheid van bacteriën, dan delen ze zich elk half uur. En er zijn tuberculeuze mycobacteriën, waarvan het delingsproces langzamer is, het volstaat om te zeggen dat een deling minstens 18 uur kan duren. Spirocheten delen ook niet snel, ongeveer 10 uur, dus je kunt zien hoe het metabolisme van micro-organismen verschilt.

Als je bacteriën zaait in een vloeibare voedingsbodem, een bepaald volume neemt en vervolgens elk uur een monster neemt, dan heeft de bacteriegroei de vorm van een gebogen lijn.

Dergelijke stoffen groeien in verschillende fasen:

• fase van het latente type, waarin bacteriën het vermogen hebben om zich snel aan te passen aan de voedingsomgeving, en wat hun aantal betreft, het neemt niet toe;
• de groeifase van logaritmische aard, wanneer de hoeveelheid bacteriën exponentieel begint toe te nemen;
• de groeifase van een stationair type, wanneer er evenveel nieuwe stoffen verschijnen als ze afsterven, en levende micro-organismen constant blijven, kan dit alles een maximum bereiken. Hier wordt een term als M-concentratie gebruikt, dit is zo'n waarde die kenmerkend is voor alle bacteriesoorten;
• de stervensfase is een proces waarbij het aantal dode cellen groter wordt dan het aantal cellen met levensvatbaarheid. Dit gebeurt omdat stofwisselingsproducten zich ophopen in het lichaam en de omgeving uitgeput raakt.

Concluderend moet worden opgemerkt dat het metabolisme van alle bacteriën en microben bepaalde verschillen kan hebben, er kunnen verschillende factoren zijn. De individuele kenmerken van het menselijk lichaam zijn van groot belang. En wat betreft een proces als de regulatie van het metabolisme, begonnen ze het zelfs in prokaryoten te bestuderen, en precies in prokaryoten (dit zijn de operons van de darmstok).

Tot op heden zijn er verschillende studiemethoden. Als zwavelbacteriën worden bestudeerd, heeft het onderzoek zijn eigen kenmerken en kunnen andere methoden worden gebruikt om bacteriële veranderingen te bestuderen. IJzerbacteriën, die een unieke eigenschap hebben om ferro-ijzer te oxideren, verdienen speciale aandacht.