Metabolismul microorganismelor

Metabolism este un ansamblu de procese biochimice care au loc în celulă și îi asigură activitatea vitală. Metabolismul celular constă din două procese direcționate opus: metabolismul energetic (catabolism) și metabolismul constructiv (anabolism).

Metabolism energetic (catabolism)- acesta este un set de reacții de oxidare a diverșilor compuși organici și anorganici redusi, însoțite de eliberarea energiei acumulate de celulă sub formă de legături fosfatice.

Metabolism constructiv (anabolism)- este un ansamblu de reacții de biosinteză, în urma cărora, datorită substanțelor venite din exterior, și a produselor intermediare formate în timpul catabolismului, se sintetizează substanța celulelor. Acest proces este asociat cu consumul de energie liberă stocată în moleculele de ATP sau alți compuși bogati în energie.

Metabolismul constructiv și energetic constă dintr-o serie de reacții enzimatice succesive, al căror curs poate fi reprezentat condiționat după cum urmează. În stadiul inițial, sunt expuse moleculele chimice, care servesc drept substraturi inițiale pentru ambele tipuri de metabolism. Transformările ulterioare includ o serie de reacții enzimatice și conduc la sinteza produselor intermediare. Produsele finale ale căilor constructive formate în ultimele etape sunt folosite pentru a construi substanța celulelor, iar căile energetice sunt eliberate în mediu.

Procesele constructive și energetice au loc în celulă simultan. La majoritatea procariotelor, acestea sunt strâns legate. În procesul de anabolism, sunt sintetizate numeroase enzime care sunt implicate în metabolismul energetic. Pe de altă parte, reacțiile de catabolism produc nu numai energie în scopuri biosintetice, ci și mulți produși intermediari care sunt necesari pentru sinteza substanțelor care alcătuiesc structurile celulare.

Metabolismul procariotelor, atât energetic, cât și constructiv, este extrem de divers. Acesta este rezultatul faptului că bacteriile pot folosi cea mai largă gamă de compuși organici și anorganici ca surse de energie și carbon. Această capacitate se datorează diferențelor în setul de enzime periferice celulare, sau exoenzime, aparținând clasei hidrolazelor, care sunt eliberate în exterior și descompun macromoleculele substraturilor originale în substanțe cu greutate moleculară mică. Substantele formate ca urmare a actiunii unor astfel de enzime patrund in celula bacteriana si sunt expuse actiunii enzimelor de metabolism intermediar.

Caracteristici generale ale metabolismului energetic.În raport cu sursele de energie, toate microorganismele sunt împărțite în două grupe: chimiotrofe și fototrofe. Sinteza moleculelor de ATP din ADP și fosfați poate avea loc în două moduri:

Fosforilarea în lanțul de transport de electroni respirator sau fotosintetic. Acest proces la procariote este asociat cu membranele sau derivații acestora, de aceea se numește fosforilare membranară. Sinteza ATP în acest caz are loc cu participarea ATP sintetazei:

Fosforilarea la nivelul substratului. În acest caz, gruparea fosfat este transferată la ADP dintr-o substanță (substrat) mai bogată în energie decât ATP: Această metodă de sinteză a ATP se numește fosforilarea substratului În celulă, reacțiile de fosforilare a substratului nu sunt asociate cu structurile membranei și sunt catalizate de solubile. enzime ale metabolismului intermediar.

Toate reacțiile redox ale metabolismului energetic la microorganismele chimiotrofe pot fi împărțite în trei tipuri:

Respirație aerobă sau oxidare aerobă;

Respirație anaerobă;

Fermentaţie.

Procesul principal al metabolismului energetic la multe procariote respirație aerobică, în care donorul de hidrogen sau electroni sunt substanțe organice (mai rar anorganice), iar acceptorul final este oxigenul molecular. Cantitatea principală de energie în timpul respirației aerobe se formează în lanțul de transport de electroni, adică. ca urmare a fosforilării membranei. Fosforilarea oxidativă este precedată de glicoliză și ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs)

Respirația anaerobă- un lanț de reacții redox anaerobe, care se reduc la oxidarea unui substrat organic sau anorganic folosind alte substanțe anorganice (nitrat, nitriți, sulfat, sulfit, CO:, etc.), precum și substanțe organice (fumarat etc.). ). Moleculele de ATP în procesul de respirație anaerobă se formează în principal în lanțul de transport de electroni, adică. ca urmare a reacțiilor de fosforilare membranară, dar în cantitate mai mică decât în timpul respirației aerobe.

În respirația anaerobă, acceptorul final de electroni din lanțul de transport de electroni sunt compușii anorganici sau organici. De exemplu, dacă SO 4 2- este acceptorul final de electroni, atunci procesul este numit suflul sulfat, iar bacteriile sunt sulfato-reducătoare sau sulfito-reducătoare . Dacă acceptorul final de electroni este NO 3 - sau NO 2 -, atunci procesul este numit respirație cu nitrați sau denitrificare și bacteriile care efectuează acest proces - denitrificatoare . CO 2 poate acționa ca acceptor final de electroni, procesul se numește respectiv respirație carbonatică, și bacteriile metanogen (formator de metan) . Unul dintre puținele exemple în care materia organică servește ca acceptor final este respirația fumarat.

Bacteriile capabile de respirație anaerobă au transportul de electroni scurtat sau lanțurile respiratorii; nu conţin toţi transportorii caracteristici lanţurilor respiratorii care funcţionează în condiţii aerobe. În plus, în lanțurile respiratorii ale anaerobilor, citocrom oxidaza este înlocuită cu reductazele corespunzătoare. În anaerobii stricti, ciclul Krebs nu funcționează, sau este rupt și îndeplinește doar funcții biosintetice, dar nu și energetice. Cantitatea principală de molecule de ATP în timpul respirației anaerobe este sintetizată în procesul de fosforilare a membranei.

Fermentaţie- un set de reacții redox anaerobe în care compușii organici servesc atât ca donatori, cât și ca acceptori de electroni. De regulă, donatorii și acceptorii de electroni sunt formați din același substrat fermentat (de exemplu, din carbohidrați). Pot fi fermentate diferite substraturi, dar carbohidrații sunt folosiți mai bine decât alții. ATP în timpul fermentației este sintetizat ca rezultat al reacțiilor de fosforilare a substratului.

În esența sa biologică, fermentația este o modalitate de obținere a energiei, în care ATP se formează ca urmare a oxidării anaerobe a substraturilor organice în reacțiile de fosforilare a substratului. În timpul fermentației, produsele de scindare a unui substrat organic pot servi simultan atât ca donatori, cât și ca acceptori de electroni.

La fermentarea carbohidraților și a o serie de alte substanțe se formează (singuri sau în amestec) produse precum etanol, acizi lactic, formic, succinic, acetonă, CO 2 , H 2 etc., în funcție de ce produse predomină sau sunt deosebit de caracteristică, se face distincția între alcool, lactic, formic, butiric, propionic și alte tipuri de fermentație.

Respirația aerobă este cel mai benefic tip de reacții redox la bacterii, care generează cea mai mare cantitate de energie sub formă de molecule de ATP. Cel mai puțin benefic tip de reacții producătoare de energie este fermentația, care este însoțită de un randament minim de ATP.

adnotare

Introducere

1. Concepte generale de metabolism și energie

2. Metabolism constructiv

3. Cerințe nutritive ale procariotelor

3.1 Surse de carbon

3.3 Cerințe pentru sursele de sulf și fosfor

3.4 Nevoia de ioni metalici

3.5 Nevoia de factori de creștere

4. Tipuri de metabolism al microorganismelor

5. Metabolismul energetic al fototrofilor

6. Metabolismul energetic al chimiotrofelor folosind procese de fermentație

7. Metabolismul energetic al chimiorganotrofilor folosind procesul de respirație

8. Metabolismul energetic al chemolitoautotrofilor

Concluzie

Acest curs conține informații de bază despre metabolismul constructiv și energetic al bacteriilor. Lucrarea se face pe 37 de foi. Conține 5 figuri și 1 tabel.

Totalitatea proceselor de transformare a materiei într-un organism viu, însoțite de reînnoirea sa constantă, poartă numele de metabolism sau metabolism.

Cele mai importante proprietăți ale organismelor vii sunt capacitatea de a se auto-reproduce și cea mai strânsă relație a acestora cu mediul. Orice organism poate exista numai sub condiția unui aflux constant de nutrienți din mediul extern și a eliberării de deșeuri în acesta.

Nutrienții absorbiți de celulă sunt transformați în componente celulare specifice ca rezultat al reacțiilor biochimice complexe. Totalitatea proceselor biochimice de absorbție, asimilare a nutrienților și crearea elementelor structurale ale celulei datorită acestora se numește metabolism constructiv sau anabolism. Procesele constructive merg cu absorbția energiei. Energia necesară proceselor de biosinteză a altor funcții celulare, cum ar fi mișcarea, osmoreglarea etc., celula o primește datorită fluxului de reacții oxidative, a căror totalitate este metabolismul energetic, sau catabolismul (Fig. 1).

Toate organismele vii pot folosi doar energia legată chimic. Fiecare substanță are o anumită cantitate de energie potențială. Principalii săi purtători materiale sunt legăturile chimice, a căror rupere sau transformare duce la eliberarea de energie.

Nivelul de energie al legăturilor chimice nu este același. Pentru unii, are o valoare de ordinul 8-10 kJ. Astfel de conexiuni se numesc normale. Alte legături conțin mult mai multă energie - 25-40 kJ. Acestea sunt așa-numitele legături macroergice. Aproape toți compușii cunoscuți cu astfel de legături includ atomi de fosfor și sulf implicați în formarea acestor legături.

Adenozin trifosfat (ATP) joacă un rol important în viața celulară. Molecula sa constă din adenină, riboză și trei resturi de acid fosforic: (Anexe Fig 2)

ATP ocupă un loc central în metabolismul energetic al celulei. Legăturile macroergice din molecula de ATP sunt foarte fragile. Hidroliza acestor legături duce la eliberarea unei cantități semnificative de energie liberă:

ATP + H20 → ADP + H3P04 - 30,56 kJ

Hidroliza are loc cu participarea unor enzime specifice, furnizând energie pentru procesele biochimice care au loc cu absorbția energiei. În acest caz, ATP joacă rolul unui furnizor de energie. Având o dimensiune mică, molecula de ATP difuzează în diferite părți ale celulei. Aportul de ATP în celule este reînnoit continuu datorită reacțiilor de adăugare a unui reziduu de acid fosforic la o moleculă de acid adenozin difosforic (ADP):

ADP + H3P04 → ATP + H20

Sinteza ATP, ca și hidroliza, are loc cu participarea enzimelor, dar este însoțită de absorbția de energie, metode de obținere care în microorganisme, deși diverse, pot fi reduse la două tipuri:

1) utilizarea energiei luminoase;

2) utilizarea energiei reacțiilor chimice.

În acest caz, ambele tipuri de energie sunt transformate în energia legăturilor chimice ale ATP. Astfel, ATP acționează ca un transformator în celulă.

Anabolismul și catabolismul sunt indisolubil legate, formând un singur întreg, deoarece produsele metabolismului energetic (ATP și unii compuși cu greutate moleculară mică) sunt utilizați direct în metabolismul constructiv al celulei (Fig. 6.1).

În celulele microorganismelor, raportul dintre energie și procesele constructive depinde de o serie de condiții specifice, în special de natura nutrienților. Cu toate acestea, reacțiile catabolice depășesc de obicei procesele de biosinteză în volum. Interrelația și conjugarea acestor două tipuri de metabolism se manifestă în primul rând prin faptul că volumul total al proceselor constructive depinde în totalitate de cantitatea de energie disponibilă obținută în cursul metabolismului energetic.

Metabolismul constructiv vizează sinteza a patru tipuri principale de biopolimeri: proteine, acizi nucleici, polizaharide și lipide.

Mai jos este o schemă condiționată generalizată pentru biosinteza compușilor organici complecși, în care se disting următoarele etape principale: formarea precursorilor organici din cele mai simple substanțe anorganice (I), din care „blocuri de construcție” (II) sunt sintetizate la următorul etapă. În viitor, blocurile de construcție, care se leagă între ele prin legături covalente, formează biopolimeri (III): Aplicații (Fig. Nr. 3)

Schema prezentată a proceselor de biosinteză nu reflectă complexitatea transformării precursorilor cu greutate moleculară mică în blocuri de construcție cu greutate moleculară mare. De fapt, sinteza se desfășoară ca o serie de reacții succesive cu formarea diverșilor intermediari metabolici. În plus, nivelurile de dezvoltare ale abilităților de biosinteză ale microorganismelor sunt foarte diferite. La unii microbi, metabolismul constructiv include toate etapele prezentate în diagramă, în alții se limitează la a doua și a treia etapă sau doar la a treia etapă. De aceea, microorganismele diferă puternic unele de altele în ceea ce privește nevoile lor nutriționale. Compoziția elementară a alimentelor este însă aceeași pentru toate organismele vii și trebuie să cuprindă toate componentele care alcătuiesc substanța celulară: carbon, azot, hidrogen, oxigen etc.

În funcție de sursele de carbon utilizate în metabolismul constructiv, microorganismele se împart în două grupe: autotrofe și heterotrofe.

Autotrofii (din grecescul „autos” – în sine, „trophe” – hrană) folosesc dioxidul de carbon ca unica sursă de carbon și sintetizează toți biopolimerii necesari din acest compus precursor anorganic simplu. Autotrofii au cea mai mare capacitate de biosinteză.

Heterotrofii (din grecescul „heteros” – altul) au nevoie de surse organice de carbon. Cerințele lor nutriționale sunt extrem de variate. Unii dintre ei se hrănesc cu deșeurile altor organisme sau folosesc țesuturi de plante și animale moarte. Astfel de microorganisme sunt numite saprofite (din grecescul „sapros” - putred și „phyton" - plantă). Numărul de compuși organici folosiți de aceștia ca surse de carbon este extrem de mare - aceștia sunt carbohidrați, alcooli, acizi organici, aminoacizi etc. Aproape orice compus natural poate fi folosit de unul sau altul tip de microorganism ca sursă de nutriție sau energie. .

Azotul este necesar pentru sinteza proteinelor celulare. În raport cu sursele de nutriție cu azot în rândul microorganismelor, se pot distinge autoaminotrofe și heteroaminotrofe. Primii sunt capabili să folosească azotul anorganic (amoniu, nitrat, molecular) sau cele mai simple forme de organic (uree) și să construiască diverse proteine ale corpului lor din acești compuși. În acest caz, toate formele de azot sunt mai întâi transformate în forma de amoniu. Această formă cea mai redusă de azot se transformă cu ușurință într-o grupare amino. Heteroaminotrofii au nevoie de forme organice de azot - proteine și aminoacizi. Unele dintre ele necesită un set complet de aminoacizi, altele creează compușii proteici necesari din unul sau doi aminoacizi prin conversia acestora.

Multe microorganisme care sunt heterotrofe în raport cu carbonul sunt autoaminotrofe. Acestea includ bacteriile implicate în tratarea apelor uzate.

Microorganismele satisfac nevoia de oxigen și hidrogen pentru schimbul constructiv în detrimentul apei și al nutrienților organici. Sursele de elemente de cenușă (P, S, K, Mg, Fe) sunt sărurile minerale corespunzătoare. Nevoia acestor elemente este mică, dar prezența în mediu este obligatorie. În plus, pentru funcționarea normală a microbilor, sunt necesare microelemente - Zn, Co, Cu, Ni etc. Unele dintre ele fac parte din alimentația naturală a microbilor, iar altele sunt absorbite de către aceștia din sărurile minerale.

Metodele de obținere a alimentelor, adică metodele de nutriție a microorganismelor, sunt foarte diverse. Există trei tipuri principale de nutriție: holofită, saprozoică, holozoică.

Nutriția holofită (din grecescul „holo” - întreg, „potrivit” - o plantă) se realizează în funcție de tipul de fotosinteză a plantei. O astfel de nutriție este inerentă numai autotrofilor. Dintre microorganisme, această metodă este caracteristică algelor, formelor colorate de flagelate și unor bacterii.

Pentru a înțelege procesele metabolice complexe ale microorganismelor, este necesar să se ia în considerare compoziția chimică a celulei microbiene și arsenalul de enzime pe care îl are.

Compoziția chimică a celulelor microbiene.

Compoziția chimică a celulelor microbiene este aceeași ca la plantele superioare. Conțin 75-85% apă și 15-25% substanță uscată din masa totală a celulelor.

Apa este o componentă necesară a celulei - în ea au loc procese chimice, mineralele se dizolvă și substanțele organice complexe - proteine, carbohidrați, grăsimi - sunt descompuse. Proteinele și acizii nucleici sunt cei mai importanți în reproducerea și creșterea celulelor. Carbohidrații se găsesc în cantități semnificative în celulele drojdiei și ciupercilor. Acestea sunt polizaharide - glicogen, dextrină, glucoză. Există puțini carbohidrați în celulele bacteriene.

Grăsimile și substanțele asemănătoare grăsimilor (lipide) se găsesc în principal în stratul de suprafață al citoplasmei. Lipidele reprezintă în medie 3-7% din substanța uscată a celulei (în bacilul tuberculozei - 20-40%, în ciupercile Endomyces - 50-60%).

Mineralele sunt conținute în celulele microorganismelor în cantități mici (doar 3-10%), dar rolul lor este mare - afectează viteza și direcția reacțiilor chimice. Cele mai importante dintre ele sunt potasiul, magneziul, calciul, fierul etc. Continutul de proteine, grasimi, carbohidrati si minerale din celule depinde de tipul de microorganism si de conditiile de existenta a acestuia.

enzime celulare microbiene.

Enzimele sunt substanțe organice complexe care catalizează reacții chimice. Celulele le produc (produc) pentru implementarea proceselor fiziologice. O celulă poate conține multe enzime (ciuperca Aspergillus, de exemplu, are aproximativ 50), astfel încât pot apărea simultan diferite reacții chimice. Cele mai frecvente enzime produse de microorganisme sunt carbohidrazele și proteazele.

Carbohidrazele - descompun amidonul, fibrele și alte polizaharide cu participarea apei. Acestea includ amilazele (descompun amidonul în carbohidrați simpli), maltaza (descompune carbohidrații maltoza), lipaza (hidrolizează grăsimile și uleiurile pentru a forma acizi grași). Aceste enzime conțin majoritatea microorganismelor.

Proteazele catalizează descompunerea proteinelor și polipeptidelor. Aceste enzime sunt produse de bacterii putrefactive, ciuperci de mucegai, actinomicete.

Fiecare enzimă are o acțiune specifică, adică poate scinda doar anumiți compuși. În plus, pentru acțiunea fiecărei enzime, există puncte cardinale în raport cu temperatura, pH-ul și alte condiții.

Metabolism.

Fiecare celulă vie are nevoie de un aflux constant de energie - primește această energie în procesul de metabolism. Metabolismul (metabolismul) este totalitatea tuturor reacțiilor chimice care au loc în celulă în timpul vieții sale.

Metabolismul se desfășoară în două direcții principale.

Unul dintre ele este un schimb de clădiri. Este necesar pentru o celulă vie pentru activitatea biosintetică, adică pentru construirea unei celule, înlocuirea părților uzate, creștere și reproducere. Celula primește materialul de construcție necesar sub formă de hrană venită din exterior. Nutrienții pătrund în celula microbiană în două moduri. Prima este osmoza (difuzia) nutrienților din mediul extern, unde concentrația lor este mai mare decât în celulă. Forța motrice în acest caz este diferența de presiune osmotică dintre celulă și mediul extern. A doua modalitate este transferul activ de nutrienți în celulă cu ajutorul enzimelor speciale. În ambele cazuri, nutrienții pătrund în membrana celulară în citoplasma celulei. Procesul de nutriție este cea mai importantă funcție fiziologică a celulei microbiene. Esența procesului de nutriție este că, sub acțiunea enzimelor celulare, compușii organici cu molecul înalt sunt descompuși în cei cu molecul scăzut: zaharuri, aminoacizi, acizi organici, iar din aceștia sunt sintetizate substanțele celulei microorganismului în sine: citoplasmă, perete celular, acizi nucleici etc.

Pe lângă nutrienții pentru construirea activității biosintetice, celula are nevoie de energie. Prin urmare, a doua parte a metabolismului microorganismelor este metabolismul energetic, adică furnizarea energiei celulei. Microorganismele obțin energie prin oxidarea substanțelor organice (carbohidrați, grăsimi și alte materiale energetice) în timpul respirației, funcție fiziologică foarte importantă. În diferite organisme, procesul de respirație decurge diferit în funcție de relația lor cu oxigenul. Astfel, aerobii folosesc oxigenul gazos și obțin energie prin oxidarea materiei organice (respirație). Acest lucru este posibil datorită prezenței în celulele aerobilor a anumitor enzime - citocromi. La anaerobi, aceste enzime sunt absente și procesul de obținere a energiei se desfășoară fără participarea oxigenului. În raport cu oxigenul, anaerobii sunt împărțiți în trei grupe. Anaerobii stricti (de exemplu, bacteriile cu acid butiric) nu pot trăi deloc în prezența oxigenului. Ei primesc energie prin oxidare conjugată - reducerea substratului (de exemplu, procese de fermentație). Anaerobii facultativi (nu strict) în prezența oxigenului îl folosesc pentru procesele oxidative (pentru respirație), iar în absența acestuia primesc energie fără participarea oxigenului (drojdie).

Procesele oxidative ale anaerobilor constau în îndepărtarea hidrogenului din compusul oxidat (dehidrogenare). Hidrogenul se alătură altor substanțe (acceptori de hidrogen). Acest proces de respirație fără oxigen se numește fermentaţie. Materialele energetice pentru fermentație sunt substanțe cu o cantitate mare de energie.

Astfel, nutrientii sunt consumati de catre celula in doua directii: pentru sinteza substantelor din organism si pentru furnizarea energiei organismului. Procesele de nutriție și respirație sunt strâns legate și sunt efectuate de celulă simultan. Ele asigură toate funcțiile vitale ale celulei. Produșii metabolici rezultați sunt eliberați din celulă în mediul extern. Metabolismul este prezentat în Schema 1 de mai jos.

Schema 1. Metabolismul în microorganisme.

În funcție de tipul de nutriție, microbii sunt împărțiți în două grupe: autotrofe și heterotrofe.

Autotrofi- microorganisme care sintetizează substanţele organismului lor din elemente anorganice. Căile pentru această sinteză pot fi diferite. Unele microorganisme, cum ar fi bacteriile cu sulf violet, precum plantele verzi, folosesc fotosinteza, dar alte substanțe joacă rolul clorofilei în ele. O altă energie pentru aceste procese sintetice este obținută în cursul reacțiilor redox. În acest caz, substanțele anorganice servesc drept donatori de electroni, iar dioxidul de carbon servește ca sursă de carbon.

Heterotrofe- acestea sunt microorganisme care au nevoie de compuși organici gata preparate, folosind carbohidrați, alcooli și acizi organici ca surse de carbon, iar proteinele și produsele lor de degradare ca surse de azot. Marea majoritate a bacteriilor, drojdiilor și mucegaiurilor sunt heterotrofe.

metabolismul oxidativ. Bacteriile cu metabolism oxidativ obțin energie prin respiraţie.

respiratie - procesul de obținere a energiei în reacțiile de oxidare-reducere asociate reacțiilor de fosforilare oxidativă, în care compușii organici (la organotrofe) și anorganici (la litotrofe) pot fi donatori de electroni, iar doar compușii anorganici pot fi acceptori.
În bacteriile cu metabolism oxidativ, acceptorul de electroni (sau hidrogen (H+)) este oxigenul molecular. În acest caz, piruvatul este complet oxidat în ciclul acidului tricarboxilic la C2. Ciclul acidului tricarboxilic îndeplinește funcțiile atât de furnizor de precursori pentru procesele de biosinteză, cât și de atomii de hidrogen, care, sub formă de NAD redus, este transferat la oxigenul molecular printr-o serie de purtători care au un sistem multienzimatic structural complex - lanțul respirator. lanțul respirator la bacterii, este localizat în CPM și în structurile membranei intracelulare.
Purtătorii care efectuează transportul hidrogenului (electronilor) la oxigenul molecular aparțin a 4 clase de dehidrogenaze, ale căror coenzime sunt NAD, flavoproteine, chinone și citocromi. Protonii (electronii) se deplasează de la un purtător la altul în direcția creșterii potențialului redox. Un circuit tipic arată astfel:

TTK -> NAD (H 2) -> flavoproteină -> chinonă ---> citocromi: c -> c --> a - O 2

Dintre citocromii bacterieni se disting citocromii b, c, a și a 3. Etapa finală în transferul de electroni (protoni) de-a lungul lanțului respirator este refacerea citocromilor a - a3 (citocrom oxidaza). Citocrom oxidaza este oxidaza terminală care donează electroni oxigenului. În procesul de transfer de electroni de-a lungul citocromilor, valența fierului, care face parte din grupul fierului porfirat, se modifică. Transferul de electroni este finalizat prin reacția O 2 + 4F 2+ 2O 2 + 4F 3+. Protonii formați în timpul oxidării FAD sau chinonelor sunt legați de ioni de O2” pentru a forma apă.

Formarea de ATP în lanțul respirator este asociată cu procesul chemoosmotic. Orientarea specială a purtătorilor în CPM duce la transferul hidrogenului de la suprafața interioară către suprafața exterioară a membranei, în urma căruia se creează un gradient de atomi de hidrogen, care se manifestă în prezența unui potențial de membrană. Energia potenţialului de membrană este utilizată pentru sinteza ATP localizat în membrană de către ATPază.

În acest moment, la eucariote, enzimele lanțului respirator au o compoziție relativ constantă; la bacterii apar variații în compoziția lanțului respirator. Astfel, multe bacterii au naftochinone în loc de ubichinone, iar compoziția citocromilor poate depinde de condițiile de creștere ale bacteriilor. Unele bacterii nu au citocromi, iar la contactul cu oxigenul, hidrogenul este transferat direct în oxigen cu ajutorul flavoproteinelor, iar produsul final este peroxidul de hidrogen - H 2 O 2.

Pe lângă carbohidrați, procariotele sunt capabile să folosească alți compuși organici, în special proteine, ca sursă de energie, oxidându-i complet la CO2 și H2O.

Aminoacizii și proteinele pot acționa și ca resurse energetice. Utilizarea lor este asociată, în primul rând, cu anumite transformări enzimatice de natură pregătitoare. Proteinele sunt mai întâi scindate în afara celulei de către enzimele proteolitice în peptide, care sunt absorbite de celulă și scindate de peptidaze intracelulare în aminoacizi. Aminoacizii pot fi folosiți în metabolismul constructiv, iar în bacteriile amonifiante pot servi ca material principal în procesele energetice din timpul oxidativ dezaminare, în urma căreia se eliberează amoniac și aminoacidul este transformat într-un cetoacid, care intră în metabolismul constructiv prin ciclul acidului tricarboxilic:

2R-CHNH2-COOH + O2 -> 2R-CO-COOH + 2NH3

Procesul de amonificare este cunoscut sub denumirea de „putrefacție”, și are loc acumularea de produse cu un miros specific neplăcut al aminelor primare formate în timpul acestuia.

Bacteriile putrefactive realizează mineralizarea proteinelor, descompunându-le în CO 2 , NH 3 , H 2 S. Bacteriile putrefactive includ Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus.

Metabolismul de fermentație (enzimatică).

Fermentaţie, sau fermentaţie,- procesul de obținere a energiei, în care hidrogenul desprins din substrat este transferat în compuși organici.

Oxigenul nu ia parte la procesul de fermentare. Compușii organici redusi sunt eliberați în mediul nutritiv și se acumulează în acesta. Se pot fermenta carbohidrații, aminoacizii (cu excepția celor aromatici), purinele, pirimidinele, alcoolii polihidroxilici. Hidrocarburile aromatice, steroizii, carotenoizii, acizii grași nu sunt capabili să fermenteze. Aceste substanțe se descompun și oxidează numai în prezența oxigenului; sunt stabile în condiții anaerobe. Produsele de fermentare sunt acizi, gaze, alcooli.

În timpul fermentației hexozei (glucozei), piruvatul este doar parțial oxidat în ciclul acidului tricarboxilic. Acesta din urmă îndeplinește doar funcțiile de furnizor de precursori pentru procesele de biosinteză. Energia sub formă de 2 molecule de ATP se formează ca urmare a fosforilării substratului, care are loc în timpul oxidării triozei fosfatului la piruvat. Hidrogenul scindat din substrat, care este sub formă de NAD redus, este transferat în piruvat, transformându-l în etanol, acizi și gaze într-un lanț de reacții. Pe baza naturii produselor finite, se disting mai multe tipuri de fermentare a carbohidraților.

Fermentația alcoolică. Se găsește în principal în drojdie. Produșii finali sunt etanol și CO2. Fermentarea glucozei are loc prin calea FDF în condiții anaerobe. Odată cu accesul oxigenului, procesul de fermentație slăbește, este înlocuit de respirație. Suprimarea fermentației alcoolice de către oxigen se numește efect Pasteur.

Fermentarea alcoolică este folosită în industria alimentară: panificație, vinificație.

Fermentarea acidului lactic. Există două tipuri de fermentație lactică: homofermentativă și heterofermentativă.

La homofermentativ tip, descompunerea glucozei are loc de-a lungul căii FDF. Hidrogenul din NAD redus este transferat în piruvat de către lactat dehidrogenază, producând acid lactic. Fermentația lactică homofermentativă are loc în S. pyogenes, E. faecalis, S. salivarius la unele specii ale genului Lactobacillus: L. dulgaricus, L. lactis.

heterofermentativ fermentația acidului lactic este prezentă în bacteriile cărora le lipsesc enzimele căii FDF: aldolaza și trioza fosfat izomeraza. Scindarea glucozei are loc prin calea PP cu formarea de fosfogliceraldehidă, care este ulterior transformată în piruvat prin calea FDP și ulterior redusă la lactat. Produse suplimentare ale acestui tip de fermentație sunt și etanolul, acidul acetic. Fermentația heterofermentativă a acidului lactic are loc la diverși reprezentanți ai bacteriilor din genuri Lactobacillusși Bifidobacterium.

Produsele fermentației acidului lactic joacă un rol important în formarea rezistenței la colonizare de către bacteriile din gen Lactobacillusși Bifidobacterium, constituind flora intestinală obligatorie.

Bacteriile lactice sunt utilizate pe scară largă în industria lactatelor pentru producerea de produse cu acid lactic, precum și în crearea de probiotice.

Fermentarea acidului formic (mixt). Găsit în familii Enterobacteriaceae Vibrionaceae. Glucoza este scindată de calea FDF, gluconat este scindată de calea KDPG.

În funcție de produsele de fermentație eliberate în condiții anaerobe, se disting două tipuri de procese:
1. Într-un caz, piruvatul este scindat pentru a forma acetil coenzima A și acid formic, care, la rândul lor, pot fi scindate în dioxid de carbon și hidrogen molecular. Alți produși de fermentație formați printr-un lanț de reacții sunt etanolul, acizii succinic și lactic. Formarea de acid puternic poate fi detectată prin reacția cu un indicator gura de metil, care își schimbă culoarea într-un mediu puternic acid.
2. Într-un alt tip de fermentație se formează o serie de acizi, dar principalii produși ai fermentației sunt acetoinași 2,3-butandiol. Acetoina este formată din două molecule de piruvat urmate de o dublă decarboxilare. La reducerea ulterioară a acetoinei, se formează 2,3-butandiol. Aceste substanțe, atunci când interacționează cu al-naftol într-un mediu alcalin, provoacă formarea unei culori maro, care se dezvăluie Reacția Voges-Proskauer utilizate în identificarea bacteriilor.

Fermentația butirică. Acidul butiric, butanolul, acetona, izopropanolul și o serie de alți acizi organici, în special acetic, caproic, valeric, palmitic, sunt produse ale fermentației carbohidraților de către anaerobii stricti zaharolitici. Spectrul acestor acizi, determinat prin cromatografie gaz-lichid, este utilizat ca metodă expresă pentru identificarea anaerobilor.

Fermentarea proteinelor. Dacă proteinele servesc ca sursă de energie pentru bacteriile cu metabolism fermentativ, atunci se numesc astfel de bacterii peptolitic. Unele clostridii sunt peptolitice, în special C. histolyticum, C. botulinum. Bacteriile peptolitice hidrolizează proteinele și fermentează aminoacizii. Mulți aminoacizi cofermentează cu alții, unul servind ca donor de hidrogen și celălalt ca acceptor de hidrogen. Aminoacidul donor este dezaminat într-un cetoacid, care este transformat într-un acid gras prin decarboxilare oxidativă.
5 clasificarea bacteriilor în raport cu oxigenul. Caracteristicile cultivării anaerobilor.

Oxigenul, larg distribuit în natură, este în stare liberă și legată. În celule, este în stare legată în compoziția apei și a compușilor organici. În atmosferă, este prezent în stare liberă sub forma unei forme moleculare, a cărei fracțiune de volum este de 21%.

În raport cu oxigenul, precum și cu utilizarea acestuia în procesele de obținere a energiei, microorganismele se împart în 3 grupe: aerobi obligatorii, anaerobi obligatorii, anaerobi facultativi.

aerobi obligatorii.
Ele cresc și se reproduc numai în prezența oxigenului. Ei folosesc oxigenul pentru a produce energie prin respirația oxigenului.

Energia se obține prin metabolism oxidativ, folosind oxigenul ca acceptor terminal de electroni în reacția catalizată de citocrom oxidaza.

Aerobii obligatorii se împart în aerobi stricti, care cresc la presiunea parțială a atmosferei aerului și microaerofile, care, folosind oxigenul în procesele de producere a energiei, cresc la presiunea sa parțială redusă.

Acest lucru se datorează faptului că microaerofilele au enzime care sunt inactivate la contactul cu agenți oxidanți puternici și sunt active numai la valori scăzute ale presiunii parțiale a oxigenului, de exemplu, enzima hidrogenază.

anaerobi obligatorii.
Ei nu folosesc oxigenul pentru energie.
Tipul de metabolism pe care îl au este fermentativ, cu excepția metabolismului a două tipuri de bacterii: Desulfovibrioși Desulfomaculum, care aparţin chemolitotrofilor şi au respiraţie sulfat. Anaerobii obligatorii sunt împărțiți în două grupe: anaerobi stricti și aerotoleranți.

Anaerobi stricti caracterizate prin faptul că oxigenul molecular este toxic pentru ei: omoară microorganismele sau limitează creșterea acestora.

Anaerobii stricti obțin energie prin fermentație butirică. Anaerobii stricti includ, de exemplu, unele clostridii (C. botulinum, C, tetani), bacterii.

Aerotolerant microorganismele nu folosesc oxigenul pentru energie, dar pot exista în atmosfera sa.

Acest grup include bacteriile lactice care obțin energie prin fermentația heterofermentativă a acidului lactic.

Metode de cultivare a anaerobilor.
Pentru cultivarea anaerobilor, este necesar să se reducă potențialul redox al mediului, să se creeze condiții pentru anaerobioză, adică un conținut scăzut de oxigen în mediu și în împrejurimile acestuia. Acest lucru se realizează prin utilizarea metodelor fizice, chimice și biologice.

Metode fizice. Pe baza cultivării microorganismelor într-un mediu fără aer, care se realizează:
1) însămânțarea în medii care conțin substanțe reducătoare și ușor oxidabile;
2) inocularea microorganismelor în adâncimea mediilor nutritive dense;
3) îndepărtarea mecanică a aerului din vasele în care se cultivă microorganisme anaerobe;
4) înlocuirea aerului din vase cu unele gaze indiferente.

Ca agent reducător de obicei se folosesc bucăți (aproximativ 0,5 g) de țesut animal sau vegetal (ficat, creier, rinichi, splină, sânge, cartofi, vată). Aceste țesuturi leagă oxigenul dizolvat în mediu și adsorb bacteriile. Pentru a reduce conținutul de oxigen din mediul nutritiv, se fierbe timp de 10-15 minute înainte de însămânțare, apoi se răcește rapid și se toarnă deasupra cu o cantitate mică de ulei de vaselină steril. Înălțimea stratului de ulei din eprubetă este de aproximativ 1 cm.

Ca substante usor oxidabile Se utilizează glucoză, lactoză și formiat de sodiu.

Cel mai bun mediu de cultură lichid cu substanţe reducătoare este mediul Kitt-Tarozzi, care este utilizat cu succes pentru acumularea de anaerobi în timpul inoculării iniţiale din materialul de testat şi pentru a menţine creşterea culturii pure izolate de anaerobi.

Semănatul microorganismelor în adâncimea mediilor dense produs după metoda Vinyal-Veillon, care constă în protecția mecanică a culturilor anaerobe de oxigenul atmosferic. Luați un tub de sticlă de 30 cm lungime și 3-6 mm în diametru. Un capăt al tubului este tras într-un capilar sub forma unei pipete Pasteur, iar la celălalt capăt se face o constricție. Un dop de bumbac este introdus în capătul lat rămas al tubului. Materialul de testat este inoculat în eprubete cu agar nutritiv topit și răcit la 50°C. Agarul inoculat este apoi aspirat în tuburi Vinyal-Veyona sterile. Capătul capilar al tubului este sigilat într-o flacără a arzătorului și tuburile sunt plasate într-un termostat. Acest lucru creează condiții favorabile pentru creșterea celor mai severi anaerobi. Pentru a izola o colonie separată, tubul este tăiat cu o pilă, respectând regulile de asepsie, la nivelul coloniei, ruptă, iar colonia este capturată cu o buclă sterilă și transferată într-o eprubetă cu mediu nutritiv pentru continuarea. cultivarea și studiul în forma sa pură.

Eliminarea aerului produs prin pomparea sa mecanică din dispozitive speciale - anaerostate, în care sunt plasate cupe cu semănat anaerob. Un anaerostat portabil este un cilindru metalic cu pereți groși, cu un capac bine măcinat (cu o garnitură de cauciuc), echipat cu un robinet de scurgere și un vacuometru. După așezarea cupelor sau a eprubetelor însămânțate, aerul este îndepărtat din anaerostat cu ajutorul unei pompe de vid.

Înlocuirea aerului gaz indiferent (azot, hidrogen, argon, dioxid de carbon) poate fi produs în aceleași anaerostate prin deplasarea lui cu gaz din cilindru.

Metode chimice. Acestea se bazează pe absorbția oxigenului atmosferic într-un vas închis ermetic (anaerostat, desicator) de către substanțe precum pirogalolul sau hidrosulfitul de sodiu Na 2 S2O 4 .
metode biologice. Bazat pe cultivarea în comun a anaerobilor cu aerobi stricti. Pentru a face acest lucru, dintr-o placă de agar congelată se decupează cu un bisturiu steril o fâșie de agar de aproximativ 1 cm lățime de-a lungul diametrului vasului.Se obțin două semidiscuri de agar într-un vas. Un aerob este inoculat pe o parte a plăcii de agar, de exemplu S.aureus sau Serratiamarcescens este adesea folosit. Anaerobul este însămânțat pe cealaltă parte. Marginile cupei se sigilează cu plastilină sau se toarnă cu parafină topită și se pun într-un termostat. În prezența condițiilor potrivite, aerobii vor începe să se înmulțească în cupă. După ce tot oxigenul din spațiul cupei este folosit de ei, va începe creșterea anaerobilor (după 3-4 zile). Pentru a reduce spațiul de aer din cană, mediul nutritiv se toarnă cât mai gros.
Metode combinate. Bazat pe o combinație de metode fizice, chimice și biologice pentru crearea anaerobiozei.

6 enzime bacteriene. Clasificarea lor. Activitatea enzimatică a microbilor și utilizarea acesteia pentru identificarea bacteriilor.
Baza tuturor reacțiilor metabolice dintr-o celulă bacteriană este activitatea enzimelor care aparțin celor 6 clase: oxidoreductaze, transferaze, hidrolaze, ligaze, liaze, izomeraze. Enzimele formate de o celulă bacteriană pot fi localizate atât în interiorul celulei - endoenzime,și să fie eliberat în mediu exoenzime. Exoenzimele joacă un rol important în furnizarea celulei bacteriene cu surse de carbon și energie disponibile pentru penetrare. Majoritatea hidrolazelor sunt exoenzime care, atunci când sunt eliberate în mediu, descompun molecule mari de peptide, polizaharide și lipide în monomeri și dimeri care pot pătrunde în celulă. O serie de exoenzime, cum ar fi hialuronidază, colagenaza și altele, sunt enzime de agresiune. Unele enzime sunt localizate în spațiul periplasmatic al celulei bacteriene. Ele sunt implicate în transferul de substanțe în celula bacteriană. Un spectru enzimatic este o caracteristică taxonomică care este caracteristică unei familii, gen și, în unele cazuri, specie. Prin urmare, determinarea spectrului activității enzimatice este utilizată pentru a stabili poziția taxonomică a bacteriilor. Prezența exoenzimelor poate fi determinată folosind medii de diagnostic diferențial; prin urmare, au fost dezvoltate sisteme de testare speciale pentru identificarea bacteriilor, constând dintr-un set de medii de diagnostic diferențial.

Identificarea bacteriilor prin activitatea enzimatică.

Cel mai adesea, enzimele din clasa hidrolazelor și oxidoreductazelor sunt determinate folosind metode și medii speciale.

Pentru a determina activitatea proteolitică microorganismele sunt inoculate într-o coloană de gelatină prin injecție. După 3-5 zile, culturile sunt vizualizate și se notează natura lichefierii gelatinei. Când proteina este descompusă de unele bacterii, pot fi eliberați produse specifice - indol, hidrogen sulfurat, amoniac. Pentru determinarea acestora se folosesc hârtii indicatoare speciale, care se pun între gât și un dop de bumbac într-o eprubetă cu apă BCH și/sau peptonă inoculată cu microorganismele studiate. Indolul (un produs de descompunere al triptofanului) transformă o fâșie de hârtie înmuiată într-o soluție saturată de acid oxalic roz. Hârtia impregnată cu soluție de acetat de plumb devine neagră în prezența hidrogenului sulfurat. Pentru determinarea amoniacului folosiți hârtie de turnesol roșie.

Pentru multe microorganisme, caracteristica taxonomică este capacitatea de a descompune anumiți carbohidrați cu formarea de acizi și produși gazoși.. Pentru a detecta acest lucru, se folosesc medii Hiss care conțin diverși carbohidrați (glucoză, zaharoză, maltoză, lactoză etc.). Pentru detectarea acidului La mediu se adaugă reactivul Andrede, care își schimbă culoarea de la galben pal la roșu în intervalul de pH 7,2-6,5; prin urmare, setul de medii Hiss cu creșterea microorganismelor se numește „rând pestriț”.

Pentru detectarea gazelor flotoarele sunt coborâte în medii lichide sau se folosesc medii semi-lichide cu 0,5% agar.

Pentru a determina formarea intensă a acidului, caracteristic fermentației mixte, indicatorul roșu de metil se adaugă în mediu cu 1% glucoză și 0,5% peptonă (mediul Clark), care este galben la pH 4,5 și peste, și roșu la valori ale pH-ului mai mici.

Hidroliza ureei determinată de eliberarea de amoniac (hârtie de turnesol) și alcalinizarea mediului.

La identificarea multor microorganisme, se folosește reacția Voges-Proskauer pentru acetoină.- un intermediar în formarea butandiolului din acidul piruvic. O reacție pozitivă indică prezența fermentației butandiol.

Detectează catalaza este posibil prin bule de oxigen, care încep să fie eliberate imediat după amestecarea celulelor microbiene cu o soluție de peroxid de hidrogen 1%.

Pentru a determina citocrom oxidaza se folosesc reactivi: 1) soluţie alcoolică 1% de ss-naftol-1; 2) Soluție apoasă 1% de diclorhidrat de N-dimetil-p-fenilendiamină. Prezența citocrom oxidazei se apreciază după culoarea albastră care apare după 2-5 minute.

Pentru determinarea nitriților Se folosește reactivul Griess: Apariția unei culori roșii indică prezența nitriților.

7 creșterea și reproducerea bacteriilor. Limitele de temperatură de creștere. Fazele reproducerii bacteriene pe medii nutritive lichide.
Activitatea bacteriană se caracterizează prin creștere- formarea componentelor structurale și funcționale ale celulei și creșterea celulei bacteriene în sine și de asemenea de reproducere- autoreproducerea, ducând la creșterea numărului de celule bacteriene din populație.
bacteriile se inmultesc prin fisiune binară în jumătate, mai rar prin înmugurire. Actinomicetele, ca și ciupercile, se pot reproduce prin spori. Actinomicetele, fiind bacterii ramificate, se reproduc prin fragmentarea celulelor filamentoase. Bacteriile gram-pozitive se divid prin creșterea în interior a partițiilor de diviziune sintetizate în celulă, iar bacteriile gram-negative se divid prin constrângere, ca urmare a formării unor figuri în formă de gantere, din care se formează două celule identice.
Diviziunea celulară a precedat replicarea cromozomului bacterian după un tip semi-conservator (se deschide lanțul de ADN dublu catenar, iar fiecare catenă este completată de o catenă complementară), conducând la dublarea moleculelor de ADN ale nucleului bacterian - nucleoidul.
Replicarea ADN-ului are loc în trei etape: inițiere, alungire sau creștere în lanț și terminare.
Reproducerea bacteriilor într-un mediu nutritiv lichid. Bacteriile însămânțate într-un anumit volum, neschimbat al mediului nutritiv, înmulțindu-se, consumă substanțe nutritive, ceea ce duce ulterior la epuizarea mediului nutritiv și la încetarea creșterii bacteriene. Cultivarea bacteriilor într-un astfel de sistem se numește cultivare periodică, iar cultura se numește periodică. Dacă condițiile de cultivare sunt menținute prin furnizarea continuă de mediu nutritiv proaspăt și scurgerea aceluiași volum de fluid de cultură, atunci o astfel de cultivare se numește continuă, iar cultura se numește continuă.

La creșterea bacteriilor pe un mediu nutritiv lichid, se observă creșterea culturii aproape de fund, difuză sau de suprafață (sub formă de film). Creșterea unei culturi periodice de bacterii crescute pe un mediu nutritiv lichid este împărțită în mai multe faze sau perioade:
1. faza de întârziere;
2. faza de creștere logaritmică;
3. faza de creștere staționară sau concentrația maximă de bacterii;
4. faza morții bacteriene.
Aceste faze pot fi descrise grafic ca segmente ale curbei de reproducere bacteriană, care reflectă dependența logaritmului numărului de celule vii de momentul cultivării lor.

Faza de întârziere- perioada dintre semănatul bacteriilor și începutul reproducerii. Durata fazei de întârziere este în medie de 4-5 ore.În același timp, bacteriile cresc în dimensiune și se pregătesc pentru divizare; cantitatea de acizi nucleici, proteine și alte componente crește.
Faza de creștere logaritmică (exponențială). este o perioadă de diviziune intensivă a bacteriilor. Durata sa este de aproximativ 5-6 ore.În condiții optime de creștere, bacteriile se pot împărți la fiecare 20-40 de minute. În această fază, bacteriile sunt cele mai vulnerabile, ceea ce se explică prin sensibilitatea ridicată a componentelor metabolice ale unei celule în creștere rapidă la inhibitorii sintezei proteinelor, acizii nucleici etc.
Apoi vine faza de creștere staționară., la care numărul de celule viabile rămâne neschimbat, constituind nivelul maxim (M-concentration). Durata sa este exprimată în ore și variază în funcție de tipul de bacterii, de caracteristicile acestora și de cultivare.
Faza morții completează procesul de creștere a bacteriilor, caracterizată prin moartea bacteriilor în condiții de epuizare a surselor de mediu nutritiv și acumularea de produse metabolice ale bacteriilor în acesta. Durata acestuia variază de la 10 ore la câteva săptămâni. Intensitatea creșterii și reproducerii bacteriilor depinde de mulți factori, printre care compoziția optimă a mediului nutritiv, potențialul redox, pH-ul, temperatura etc.
Reproducerea bacteriilor pe un mediu nutritiv dens. Bacteriile care cresc pe medii nutritive dense formează colonii izolate de formă rotundă, cu margini uniforme sau neuniforme (forme S și R), de consistență și culoare diferite, în funcție de pigmentul bacterian.

Pigmenții solubili în apă difuzează în mediul nutritiv și îl colorează. Un alt grup de pigmenți este insolubil în apă, dar solubil în solvenți organici. Și, în sfârșit, există pigmenți care nu sunt insolubili nici în apă și nici în compuși organici.

Cei mai des întâlniți pigmenți în rândul microorganismelor sunt carotenii, xantofilele și melaninele. Melaninele sunt pigmenți insolubili negri, maro sau roșii sintetizati din compuși fenolici. Melaninele, împreună cu catalaza, superoxid cismutaza și peroxidazele, protejează microorganismele de efectele radicalilor toxici ai peroxidului de oxigen. Mulți pigmenți au efecte antimicrobiene, asemănătoare antibioticelor.

8 principii ale culturii bacteriene. Metode de izolare a culturilor pure de bacterii, scop.
Instrument universal

Culturi „gazon”

cultură pură este o populație de bacterii dintr-o specie sau dintr-un soi, crescută pe un mediu nutritiv. Multe tipuri de bacterii sunt împărțite în funcție de o caracteristică în variante biologice - biovaruri. Biovarurile care diferă în proprietățile lor biochimice sunt numite chimiovariante, conform proprietăților antigenice - serovare, în funcție de sensibilitatea la fagi - fagovars. Culturile de microorganisme din aceeași specie, sau biovar, izolate din surse diferite sau în momente diferite din aceeași sursă se numesc tulpini, care sunt de obicei notate prin numere sau simboluri. Culturile pure de bacterii din laboratoarele bacteriologice de diagnostic sunt obținute din colonii izolate prin buclarea acestora în eprubete cu medii nutritive solide sau, mai rar, lichide.

Colonia este o acumulare izolată vizibilă de indivizi dintr-un tip de microorganisme, formată ca urmare a reproducerii unei celule bacteriene pe un mediu nutritiv dens (la suprafață sau în profunzime). Coloniile de bacterii de diferite specii diferă unele de altele prin morfologie, culoare și alte caracteristici.

Se obține o cultură pură de bacterii pentru studii de diagnostic – identificare , care se realizează prin determinarea caracteristicilor morfologice, culturale, biochimice și de altă natură ale microorganismului.

Caracteristici morfologice și tinctoriale bacteriile sunt studiate prin examinarea microscopică a frotiurilor colorate cu diferite metode și preparate native.

proprietăți culturale caracterizat prin cerințe nutriționale, condiții și tip de creștere bacteriană pe medii nutritive solide și lichide. Se stabilesc in functie de morfologia coloniilor si de caracteristicile de crestere a culturii.

Semne biochimice bacteriile sunt determinate de un set de enzime constitutive și inductibile inerente unui anumit gen, specie, variantă. În practica bacteriologică, enzimele zaharolitice și proteolitice ale bacteriilor, care sunt determinate pe medii de diagnostic diferențial, sunt cel mai adesea de importanță taxonomică.

La identificarea bacteriilor genului și speciei, se acordă atenție pigmenților care colorează coloniile și mediul de cultură într-o varietate de culori. De exemplu, pigmentul roșu este format din Serratia marcescens, pigmentul auriu este format din Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus), pigmentul albastru-verde este Pseudomonas aeruginosa.

Pentru a stabili un biovar(chemovar, serovar, fagotip) efectuează studii suplimentare pentru a identifica markerul adecvat - definiția enzimei, antigenului, sensibilității la Fani.

Metode de izolare a culturilor pure de bacterii.

Instrument universal pentru producția de culturi este o buclă bacteriană. În plus, se folosește un ac bacterian special pentru inoculare cu o injecție, iar spatule de metal sau sticlă sunt folosite pentru inoculare pe vase Petri. Pentru inocularea materialelor lichide se folosesc pipete Pasteur și gradate împreună cu ansa. Primele sunt prefabricate din tuburi de sticlă fuzibilă sterilă, care sunt scoase pe o flacără sub formă de capilare. Capătul capilarului este imediat sigilat pentru a menține sterilitatea. La pipetele Pasteur si gradate, capatul larg este acoperit cu vata, dupa care se aseaza in cutii speciale sau se invelesc in hartie si se sterilizeaza.

La reînsămânțarea culturii bacteriene se ia eprubeta in mana stanga, iar cu mana dreapta, apucand cu degetele dopul de bumbac IV si V, se scoate, trecand peste flacara arzatorului. Ținând bucla cu celelalte degete ale aceleiași mâini, colectează inoculul cu ea și apoi închid eprubeta cu un dop. Apoi, o ansă cu inocul este introdusă în eprubeta cu agar înclinat, coborând-o până la condensatul din partea inferioară a mediului, iar materialul este distribuit într-o mișcare în zig-zag pe suprafața înclinată a agarului. După ce scoateți bucla, ardeți marginea eprubetei și închideți-o cu un dop. Bucla este sterilizată la flacăra unui arzător și plasată într-un trepied. Tuburile cu culturi sunt etichetate, indicând data însămânțării și natura seminței (numărul studiului sau denumirea culturii).

Culturi „gazon” produs cu o spatulă pe agar nutritiv într-o cutie Petri. Pentru a face acest lucru, după ce a deschis ușor capacul cu mâna stângă, inoculul este aplicat pe suprafața agarului nutritiv cu o buclă sau o pipetă. Apoi spatula este trecută prin flacăra arzătorului, se răcește pe interiorul capacului și materialul este frecat pe toată suprafața mediului. După incubarea inoculării, apare o creștere uniformă și continuă a bacteriilor.

Modulul 2. Conceptul de metabolism, homeostazie, adaptare fiziologică a unei persoane.

Caracteristicile morfo-funcționale ale unui neuron (soma, dendrite, axon, transport axon, metabolism). Tipuri de celule nervoase. Clasificarea funcțională a neuronilor.

Viața corpului uman este un fenomen foarte complex și unic, cu toate acestea, are astfel de mecanisme care îi susțin existența și, în același timp, pot fi demontate în cele mai simple componente care sunt accesibile tuturor. Aici, în primul rând, este necesar să spunem despre metabolismul bacteriilor, care este complex doar condiționat, de fapt, un astfel de proces precum metabolismul bacteriilor este destul de simplu. Știința microbiologiei ajută la familiarizarea în detaliu cu procesul de metabolism al microorganismelor. Procesele studiate ajută la formarea unor noi forme de tratament pentru o varietate de afecțiuni.

Dacă vorbim despre imaginea generală a procesului bacterian metabolic, atunci vorbim despre un anumit ciclu de reacție, iar unele reacții sunt responsabile pentru furnizarea energiei corpului uman, iar pentru altele, sunt modalități de a umple corpul cu materie. , adică, de fapt, sunt un fel de material de construcție . Dacă vorbim despre metabolismul celulelor bacteriene, atunci este imposibil să găsim diferențe față de principiile biologice de tip general. Bacteriile sunt baza mecanismului de susținere al procesului de viață al celulelor vii.

Există 2 tipuri de astfel de proces care depind de produsele metabolice:

catabolism tip distructiv sau reacție distructivă. Acest tip de metabolism poate fi asigurat de respirația oxidativă. Faptul este că atunci când se efectuează procesul respirator, elemente de tip oxidativ curg în corpul uman, care încep să oxideze compușii chimici de un anumit tip atunci când este eliberată energia ATP. O astfel de energie este disponibilă în celule sub formă de legături de tip fosfat.
Anabolism tip constructiv sau o reacție creativă. Vorbim despre procesul de biosinteză, pe care îl suferă moleculele organice, ele sunt necesare pentru ca viața să se mențină în celulă. Întregul proces are loc ca reacții de tip chimic, substanțe și produse de tip intracelular iau parte la astfel de reacții. Astfel de reacții primesc energie datorită faptului că energia stocată în ATP este consumată.

Majoritatea proceselor de tip metabolic au loc într-o celulă de tip procariot, iar un astfel de proces este de natură unică, toate acestea având forma unui ciclu de tip închis. Când are loc procesul metabolic, încep să se formeze produse, care sunt însoțite de structuri de tip celular, apoi începe o reacție de biosinteză, la care participă anumite enzime, ele realizează procesul de sinteză a energiei. Aceste tipuri de metabolism microbian nu sunt singurele, există și altele.

Metabolismul microorganismelor se referă la substrat, aici vorbim despre mai multe etape:

stadiu periferic când substratul este procesat de enzime care sunt produse de bacterii;
stadiu intermediar când în celulă încep să fie sintetizați produse de tip intermediar;
stadiu final- începe procesul de eliberare a produselor finite în mediul care îl înconjoară.

Toate caracteristicile acestui proces se datorează faptului că există două tipuri de enzime (vorbim despre molecule de tip proteine care pot accelera reacțiile în structura celulară:

În primul rând, trebuie spus despre exoenzime, care sunt molecule de tip proteine, atunci când celula începe să fie produsă în exterior, iar substratul extern începe procesul de distrugere a moleculelor de tip original.
Separat, vorbim despre endoenzime, care sunt și molecule de tip proteine care acționează în interiorul celulei, iar apoi începe o reacție comună cu molecule de substrat care vin din exterior.

De remarcat că există o serie de enzime care pot fi produse de structura celulară în mod continuu (de natură constitutivă), precum și cele care produc sub formă de reacție la momentul în care apare un anumit substrat.

Metabolismul de tip energetic

Un astfel de proces în bacterii se realizează în anumite moduri de tip biologic:

Prima modalitate este chimiotrofică, când energia este obținută în cursul reacțiilor chimice.
A doua cale este fototrofica (aici vorbim despre energia fotosintezei).

Dacă vorbim despre modul în care bacteriile respiră într-un mod chimiotrofic, atunci pot exista 3 moduri:

oxidarea caracterului oxigenului;
oxidare fără utilizarea oxigenului;
procesul de fermentare.

Caracteristicile metabolismului bacterian

Astfel de procese sunt caracterizate de viteză și intensitate extremă. În doar o zi, o bacterie este capabilă să proceseze o astfel de cantitate de nutrienți care depășește propria greutate de 40 de ori!
La toate condițiile externe, chiar și cele mai nefavorabile bacterii se adaptează foarte repede.
În ceea ce privește procesul de nutriție, acesta are loc pe întreaga suprafață celulară. Este de remarcat faptul că procariotele nu pot înghiți nutrienți, nu pot fi digerați în interiorul structurii celulare, divizarea lor se efectuează în afara celulei și se observă, de asemenea, chemosinteza cianobacteriilor.

Cum cresc și se reproduc microorganismele?

Trebuie remarcat faptul că creșterea este procesul în care un individ crește în dimensiune, iar în ceea ce privește procesul de reproducere în sine, acesta este momentul în care populația începe să crească.

Este de remarcat faptul că bacteriile sunt capabile să se înmulțească în așa fel încât fisiunea binară să fie pur și simplu efectuată, cu toate acestea, această metodă este departe de a fi singura, există și înmugurire. Dacă bacteriile au o formă gram-pozitivă, atunci există o formare a unei partiții dintr-un perete de tip celular și o membrană de tip citoplasmatic, care este capabilă să crească spre interior. Dacă bacteriile sunt gram-negative, atunci începe să se formeze o constricție, după care celula se împarte în câțiva indivizi.

Viteza procesului de reproducere este de remarcat, poate fi diferită. Dacă vorbim despre marea majoritate a bacteriilor, atunci ele se împart la fiecare jumătate de oră. Și există micobacterii tuberculoase, al căror proces de diviziune este mai lent, este suficient să spunem că pentru o diviziune poate dura cel puțin 18 ore. De asemenea, spirochetele nu se împart repede, aproximativ 10 ore, așa că puteți vedea cum diferă metabolismul microorganismelor.

Dacă semănați bacterii într-un mediu nutritiv lichid, luând un anumit volum și apoi luați o probă la fiecare oră, atunci creșterea bacteriană are forma unei linii curbe.

Astfel de substanțe cresc în mai multe faze:

faza latentă, în care bacteriile au capacitatea de a se adapta rapid la mediul nutrițional, iar în ceea ce privește numărul lor, acesta nu crește;
o fază de creștere logaritmică, când numărul de bacterii începe să crească exponențial;
faza de creștere de tip staționar, când apar tot atâtea substanțe noi câte mor, iar microorganismele vii rămân constante, toate acestea pot atinge un nivel maxim. Un termen precum concentrația M este folosit aici, aceasta este o valoare care este caracteristică tuturor tipurilor de bacterii;
faza de moarte este un proces în care numărul de celule moarte devine mai mare decât numărul de celule viabile. Acest lucru se întâmplă deoarece produsele metabolice se acumulează în organism și mediul este epuizat.

În concluzie, trebuie remarcat faptul că metabolismul tuturor bacteriilor și microbilor poate avea anumite diferențe; aici pot avea loc o varietate de factori. De mare importanță sunt caracteristicile individuale ale corpului uman. Și în ceea ce privește un astfel de proces precum reglarea metabolismului, acesta a început să fie studiat chiar și la procariote și în special la procariote (aceștia sunt operoni coli intestinali).

Până în prezent, există o varietate de metode de cercetare. Dacă sunt studiate bacteriile cu sulf, atunci studiul are propriile sale caracteristici, iar alte metode pot fi folosite pentru a studia modificările bacteriene. Și bacteriile de fier merită o atenție specială, care au o caracteristică unică de oxidare a fierului feros.