Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Dobrá práca na stránku">

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

GBOU VPO BSMU Ministerstvo zdravotníctva Ruskej federácie

Ústav mikrobiológie, virológie a imunológie

Hlava Pracoviská: Tuigunov M.M.

Učiteľ: Akhtarieva A.A.

Abstraktná téma: „Metabolizmus baktérií“

Vyplnil: študent l-205a

Samková O.V.

Skontroloval: Akhtarieva A.A.

Úvod

Biochemické procesy prebiehajúce v bunke sú spojené jedným slovom - metabolizmus(z gréckeho Metabole – premena). Tento výraz je ekvivalentom pojmu „metabolizmus a energia“. Metabolizmus má dve strany: anabolizmus a katabolizmus.

Anabolizmus- súbor biochemických reakcií, pri ktorých sa uskutočňuje syntéza bunkových zložiek, t.j. tá strana metabolizmu, ktorá sa nazýva konštruktívny metabolizmus.

Katabolizmus- súbor reakcií, ktoré dodávajú bunke energiu potrebnú najmä na konštruktívne výmenné reakcie. Preto je katabolizmus definovaný aj ako energetický metabolizmus bunky.

V konštruktívnom metabolizme možno rozlíšiť dve skupiny biosyntetických procesov: biosyntézu monomérov (aminokyseliny, nukleotidy, monosacharidy, mastné kyseliny) a biosyntézu polymérov (proteíny, nukleové kyseliny, polysacharidy a lipidy). Ich syntéza vyžaduje asi 70 rôznych prekurzorových monomérov. Okrem nich musí bunka syntetizovať množstvo zlúčenín, ktoré zohrávajú katalytickú úlohu. K syntéze akéhokoľvek monoméru dochádza (v prítomnosti uhlíka a zdrojov energie) prostredníctvom reťazca sekvenčných biochemických reakcií katalyzovaných špecifickými proteínmi – enzýmami. Na druhej strane, syntéza biopolymérov tiež vyžaduje účasť špecifických proteínov. Preto je základom konštruktívneho metabolizmu biosyntéza bielkovín, ktorá je pod kontrolou genetického systému tela.

Vlastnosti metabolizmu v baktériách

Vlastnosti metabolizmu v baktériách sú:

* jeho intenzita je pomerne vysoká, čo môže byť spôsobené oveľa vyšším pomerom plochy povrchu k jednotkovej hmotnosti ako u mnohobunkových organizmov;

* procesy disimilácie prevládajú nad procesmi asimilácie;

* substrátové spektrum látok spotrebovaných baktériami je veľmi široké - od oxidu uhličitého, dusíka, dusitanov, dusičnanov až po organické zlúčeniny vrátane antropogénnych látok - polutantov životné prostredie(čím sa zabezpečia procesy jej samočistenia);

* baktérie majú veľmi široké spektrum rôznych enzýmov – aj to prispieva k vysokej intenzite metabolických procesov a šírke substrátového spektra.

Bakteriálne enzýmy sú rozdelené do 2 skupín podľa lokalizácie:

* exoenzýmy - bakteriálne enzýmy uvoľňované do vonkajšieho prostredia a pôsobiace na substrát mimo bunky (proteázy, polysacharidy, oligosacharidy);

* endoenzýmy sú bakteriálne enzýmy, ktoré pôsobia na substráty vo vnútri bunky (rozkladajú aminokyseliny, monosacharidy, syntetázy).

Syntéza enzýmov je geneticky podmienená, ale k regulácii ich syntézy dochádza v dôsledku priamej a spätná väzba, t.j. u niektorých je potlačená a u iných je indukovaná substrátom. Enzýmy, ktorých syntéza závisí od prítomnosti vhodného substrátu v médiu (beta-galaktozidáza, beta-laktamáza), sa nazývajú indukovateľné.

Ďalšia skupina enzýmov, ktorých syntéza nezávisí od prítomnosti substrátu v médiu, sa nazýva konštitutívne (glykolytické enzýmy). Vždy prebieha ich syntéza a vždy sú v určitých koncentráciách obsiahnuté v mikrobiálnych bunkách. Metabolizmus baktérií sa študuje pomocou fyzikálno-chemických a biochemických výskumných metód v procese kultivácie baktérií za určitých podmienok na špeciálnych živných médiách obsahujúcich určitú zlúčeninu ako substrát pre transformáciu.

Tento prístup umožňuje posudzovať metabolizmus viac podrobná štúdia procesy rôznych typov metabolizmu (bielkoviny, sacharidy) v mikroorganizmoch.

Vo väčšine prípadov sa pri asimilácii aj pri disimilácii používa tá istá látka. Výnimkou sú sacharidy, ktoré sa štiepia a nezúčastňujú sa na konštruktívnom metabolizme.

Metabolizmus v mikroorganizmoch je charakterizovaný intenzívnou spotrebou živín. Jedna bakteriálna bunka tak za priaznivých podmienok počas dňa absorbuje látky 30-40-krát viac, ako je jej hmotnosť.

Na metabolizme sa podieľajú rôzne chemikálie. V závislosti od toho sa rozlišuje metabolizmus bielkovín, sacharidov, lipidov a voda-soľ.

Metabolizmus bielkovín. K rozkladu bielkovín dochádza najskôr pred peptonózou pôsobením enzýmov exoproteázy. Následne sa peptóny vplyvom endoproteáz štiepia na aminokyseliny, ktoré vstupujú do bunky. Tu môžu aminokyseliny prejsť deamináciou a dekarboxyláciou.

V dôsledku deaminácie vzniká amoniak, ketokyseliny alebo hydroxykyseliny, alkohol a iné látky.

Dekarboxylácia aminokyselín nastáva počas vývoja hnilobných baktérií s tvorbou toxických produktov „mŕtvolných jedov“. Pri dekarboxylácii histidínu vzniká histamín, ornitín – putrescín, lyzín – kadaverín, tyrozín – tyramín. Niektoré mikróby produkujú enzým tryptofanáza, pod vplyvom ktorého sa aminokyselina tryptofán rozkladá na indol. Prítomnosť tvorby indolu sa využíva pri identifikácii mikroorganizmov.

Spolu s reakciami rozkladu bielkovín sa vyskytujú aj procesy ich syntézy. Baktérie využívajú aminokyseliny na stavbu bielkovín. Bakteriálne bunky uspokojujú svoju potrebu aminokyselín dvoma spôsobmi: niektoré mikroorganizmy získavajú aminokyseliny rozkladom bielkovín, iné ich syntetizujú z jednoduchých zlúčenín dusíka. Dôležitou vlastnosťou mikróbov je schopnosť syntetizovať esenciálne aminokyseliny (metionín, tryptofán, lyzín). K syntéze bielkovín dochádza v bunkových ribozómoch.

Metabolizmus bielkovín úzko súvisí s metabolizmom sacharidov. Kyselina pyrohroznová sa používa na stavbu proteínových zlúčenín a dikarboxylové kyseliny sú aktívnymi sprostredkovateľmi pri biosyntéze aminokyselín.

Metabolizmus uhľohydrátov. Sacharidy sú štiepené enzýmami za vzniku glukózy a maltózy. Vplyvom enzýmov maltáza, sacharáza a laktáza sa disacharidy, ktoré vstupujú do bakteriálnej bunky, podrobujú hydrolýze a štiepeniu na monosacharidy, ktoré následne fermentujú, čím sa preruší reťazec molekúl sacharidov a uvoľní sa značné množstvo energie.

Rozklad uhľohydrátov mikróbmi je sprevádzaný tvorbou organických kyselín, ktoré sa môžu rozkladať na finálne produkty- CСС a Н2О.

Syntéza uhľohydrátov v mikroorganizmoch prebieha foto- a chemosynteticky. Pri fotosyntéze zelené a fialové baktérie obsahujúce pigmenty, ako je chlorofyl, syntetizujú glukózu z oxidu uhličitého vo vzduchu. Zároveň je potrebná svetelná energia na tok reakcií endotermickej syntézy.

Proces fotosyntézy v baktériách (prokaryotoch) je odlišný od fotosyntézy v zelených rastlinách (eukaryotoch). V rastlinách počas fotolýzy voda slúži ako donor vodíka, čo vedie k uvoľňovaniu molekulárneho kyslíka.

V prokaryotoch, s výnimkou modrozelených rias, sú donormi vodíka H2S, H2 a ďalšie minerálne a organické zlúčeniny, takže v dôsledku fotosyntézy nevzniká kyslík. Hlavným pigmentom fotosyntézy u baktérií je bakteriochlorofyl, v zelených rastlinách je to chlorofyl, nachádzajúci sa v chloroplastoch, z ktorých každý je ekvivalentný prokaryotickej bunke. Baktérie nemajú chloroplasty.

Chemosyntézu vykonávajú mikroorganizmy, ktoré syntetizujú uhľohydráty z glukózy, ktorá sa predtým vytvárala v dôsledku sacharolytických reakcií, t.j. rozkladu komplexných cukrov. Chemosyntéza využíva chemickú energiu uvoľnenú pri rozklade kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP), t.j. energiu chemických reakcií.

Metabolizmus lipidov zahŕňa procesy hydrolýzy lipidov, absorpciu mastných kyselín a monoglyceridov, biosyntézu špecifických lipidov, ich rozklad a uvoľňovanie konečných produktov rozkladu.

Väčšina druhov baktérií metabolizuje lipidy vo forme glycerolu, ktorý slúži ako zdroj energie. Mikroorganizmy ho využívajú aj na syntézu lipidov, ktoré sú vo forme inklúzií rezervnými živinami (živným materiálom).

Hlavné procesy metabolizmu lipidov sa uskutočňujú pomocou lipázy a iných lipolytických enzýmov pevne spojených s bunkovou cytoplazmou.

Metabolizmus voda-soľ zahŕňa príjem a výdaj vody a minerálnych solí, ako aj premeny, ktoré s nimi prebiehajú.

Len malý počet prvkov Periodická tabuľka DI. Mendelejeva vyžadujú mikroorganizmy v pomerne vysokých koncentráciách – to je desať hlavných biologických prvkov (makroprvkov): C, O, H, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe. Hlavnými zložkami organických zlúčenín sú prvé štyri prvky - organogény.

Síra je potrebná na syntézu aminokyselín cysteínu a metionínu a niektorých enzýmov. Fosfor je súčasťou nukleových kyselín, fosfolipidov, teichoových kyselín a mnohých nukleotidov. Zvyšné štyri prvky sú kovové ióny používané ako kofaktory pre enzýmy a tiež ako zložky kovových komplexov.

Okrem uvedených hlavných prvkov potrebujú mikroorganizmy ešte desať mikroprvkov: Zn, Mn, Na, CI, Mo, Se, Co, Cu, W, Ni, ktoré sa podieľajú na syntéze enzýmov a aktivujú ich.

Z rôznych prvkov a ich zlúčenín mikroorganizmy syntetizujú proteíny, nukleoproteíny, glukidolipid-proteínové komplexy, nukleové kyseliny, enzýmy, vitamíny atď.

Typy biologickej oxidácie v baktériách

Syntéza bunkových bakteriálnych biopolymérov vyžaduje energiu. Vzniká pri biologickej oxidácii a ukladá sa vo forme molekúl makroergov – ATP a ADP. Väčšina respiračných organel sú deriváty cytoplazmatickej membrány - mezozómy, ale v ktorých sú lokalizované špeciálne respiračné enzýmy, ako sú cytochrómoxidázy. Typ biologickej oxidácie je jednou z kľúčových vlastností, ktorá umožňuje rozlíšiť rôzne mikroorganizmy. Na základe tejto vlastnosti existujú 3 skupiny baktérií:

1) Obligátne aeróby – sú schopné získavať energiu iba dýchaním a ako konečný akceptor elektrónov vyžadujú molekuly kyslíka. Sú charakterizované ako druh redoxných procesov oxidáciou, pri ktorých je konečným akceptorom elektrónov kyslík.

2) Obligátne anaeróby sú baktérie, ktoré môžu rásť len v prostredí bez kyslíka, fermentácia je pre nich typ ORR, pri ktorom dochádza k prenosu elektrónu z donorového substrátu na akceptorový substrát.

3) Fakultatívne anaeróby sú baktérie, ktoré rastú v prostredí bez kyslíka aj bez kyslíka. Pôsobia ako akceptory elektrónov na molekulách kyslíka aj organických zlúčeninách. Medzi ne môžu patriť: A) fakultatívne anaeróbne baktérie, ktoré môžu prejsť z oxidácie na fermentáciu, medzi ne patria enterobaktérie. B) aerotolerantné fakultatívne anaeróbne baktérie, ktoré môžu rásť v prítomnosti vzdušného kyslíka, ale nevyužívajú ho, ale energiu získavajú výlučne fermentáciou, patria sem baktérie mliečneho kvasenia.

syntéza baktérií metabolizmus výmena

Syntézy bielkovín

Syntézy bielkovín ( vysielať) je najkomplexnejším biosyntetickým procesom: vyžaduje si veľmi veľké množstvo enzýmov a iných špecifických makromolekúl, Celkom ktorý zjavne dosahuje tristo. Niektoré z nich sú tiež spojené do komplexnej trojrozmernej štruktúry ribozómov. Ale napriek veľkej zložitosti syntéza pokračuje extrémne vysoká rýchlosť(desiatky aminokyselinových zvyškov za sekundu). Proces je možné spomaliť a dokonca zastaviť antibiotickými inhibítormi.

V päťdesiatych rokoch 20. storočia sa zistilo, že k syntéze bielkovín dochádza v ribonukleoproteínových časticiach tzv. ribozómy. Priemer ribozómu baktérie E. coli je 18 nm a ich celkový počet je v bunke desaťtisíc. Eukaryotické ribozómy sú o niečo väčšie (21 nm). Samotný proces prebieha v piatich etapách.

1. Aktivácia aminokyselín. Každá z 20 aminokyselín proteínu je pomocou energie ATP spojená kovalentnými väzbami so špecifickou tRNA. Reakcia je katalyzovaná špecializovanými enzýmami, ktoré vyžadujú prítomnosť iónov horčíka.

2. Iniciácia proteínového reťazca. mRNA obsahujúca informácie o tomto proteíne sa viaže na malú ribozomálnu časticu a na iniciačnú aminokyselinu pripojenú k zodpovedajúcej tRNA. tRNA je komplementárna s tripletom obsiahnutým v mRNA, ktorý signalizuje začiatok proteínového reťazca.

3. Predĺženie. Polypeptidový reťazec sa predlžuje v dôsledku postupného pridávania aminokyselín, z ktorých každá je dodaná do ribozómu a vložená do špecifickej polohy pomocou zodpovedajúcej tRNA. V súčasnosti je genetický kód úplne dešifrovaný, to znamená, že všetkým aminokyselinám boli priradené nukleotidové triplety. Predlžovanie sa uskutočňuje pomocou cytosolických proteínov (tzv. elongačných faktorov).

4. Ukončenie. Po dokončení syntézy reťazca, ktorá je signalizovaná ďalším špeciálnym kodónom mRNA, sa polypeptid uvoľní z ribozómu.

5. Skladanie a spracovanie. Aby proteín získal svoj normálny tvar, musí sa zložiť a vytvoriť určitú priestorovú konfiguráciu. Pred alebo po zložení môže polypeptid prejsť spracovaním vykonávaným enzýmami, ktoré spočíva v odstránení nadbytočných aminokyselín, pridaní fosfátových, metylových a iných skupín atď.

Syntéza bielkovín vyžaduje veľké množstvo energie – 24,2 kcal/mol. Po dokončení syntézy je proteín dopravený na miesto určenia pomocou špeciálneho vedúceho polypeptidu.

Syntéza bielkovín je riadená operátorové gény. Súbor pracovných génov – operátorov a štruktúrnych génov – je tzv operón. Operóny nie sú nezávislým systémom, ale „podriadeným“ génové regulátory, zodpovedný za spustenie alebo ukončenie operónu. Regulačné gény vykonávajú svoju kontrolu pomocou špeciálnej látky, ktorú v prípade potreby syntetizujú. Táto látka reaguje s operátorom a blokuje ho, čo má za následok zastavenie operónu. Ak látka reaguje s malými molekulami - induktory, bude to signál na obnovenie prevádzky systému.

Model operónu bol vyvinutý v mikroorganizmoch, ale zodpovedá aj princípu fungovania eukaryotického genómu. V druhom z nich tvoria gény komplexné systémy nazývané supergény, ktoré môžu súčasne kódovať mnohé navzájom identické proteínové molekuly.

Vlastnosti energetického metabolizmu

Molekuly ATP sa syntetizujú ako výsledok prenosu elektrónu z jeho primárneho donora na jeho konečný akceptor. V závislosti od toho, čo je konečným akceptorom elektrónov, sa rozlišuje aeróbne a anaeróbne dýchanie. Pri aeróbnom dýchaní je konečným akceptorom elektrónov molekulárny kyslík a pri anaeróbnom dýchaní sa používajú rôzne anorganické zlúčeniny. Energia sa teda mobilizuje pri oxidačných a redukčných reakciách. Oxidácia je strata elektrónov, redukcia je zisk elektrónov. Keď je odstránenie páru elektrónov alebo atómov vodíka z organického substrátu sprevádzané redukciou kyslíka na vodu, je to sprevádzané výraznou zmenou voľnej energie. Približne sa rovná zmene energie pri spaľovaní jednej molekuly vodíka.

Prenos elektrónov pozdĺž reťazca umožňuje, aby sa táto energia uvoľnila po častiach a časť z nej sa premenila na energeticky bohaté väzby ATP. Aby takýto transportný reťazec fungoval, musí existovať gradient oxidačnej schopnosti. Schopnosť látky darovať alebo získať elektrón (t. j. oxidovať sa alebo redukovať) sa kvantifikuje ako jej redoxný potenciál.

Nosiče elektrónov sa vo svojom transportnom reťazci zúčastňujú sekvenčných reakcií s postupne sa zvyšujúcimi hodnotami a zvyšujúcim sa redoxným potenciálom. Najviac ich majú baktérie rôzne možnosti túto všeobecnú schému. V tomto ohľade sú podľa typu dýchania rozdelené do nasledujúcich štyroch skupín:

1) prísne aeróby (reprodukujú sa iba v prítomnosti kyslíka);

2) mikroaerofily (potrebujú zníženú koncentráciu voľného kyslíka);

3) fakultatívne anaeróby (môžu konzumovať glukózu a reprodukovať sa v aeróbnych aj anaeróbnych podmienkach);

4) striktné anaeróby (rozmnožujú sa len v bezkyslíkatých podmienkach, t.j. nepoužívajú kyslík ako konečný akceptor elektrónov).

K maximálnej mobilizácii energie z glukózy dochádza pri jej oxidácii cez cyklus kyselina citrónová(Krebsov cyklus). Jeden mol glukózy obsahuje asi 690 kcal (toto množstvo energie sa uvoľní pri spálení 180 g glukózy). V prvom štádiu spotreby glukózy v neprítomnosti kyslíka (počas glykolýzy) sa z jednej molekuly glukózy vytvoria dve molekuly kyseliny mliečnej a syntetizujú sa iba dve molekuly ATP. Každá molekula ATP má jeden pyrofosfát bohatý na energiu (10 kcal). chemická väzba. Po rozklade glukózy na kyselinu mliečnu sa kyselina mliečna oxiduje v prítomnosti kyslíka a mení sa na kyselinu pyrohroznovú, ktorá sa potom úplne oxiduje Krebsovým cyklom. Každá molekula laktátu (pyruvátu) daruje 6 párov elektrónov. Keď sa každý pár elektrónov prenáša pozdĺž transportného reťazca, časť ich energie sa spotrebuje na vytvorenie 3 molekúl ATP.

Úplná oxidácia jedného mólu glukózy je teda sprevádzaná syntézou 38 molekúl ATP s celkovou energetickou rezervou 380 kcal alebo asi 55 % celkovej energie mólu glukózy (690 kcal); zvyšok energie podlieha rozptylu, teda zbytočnému rozptylu vo forme tepla. Tento výťažok užitočnej energie je však dosť vysoký. Výťažok pre mnohé baktérie je známy, rovnako ako výťažok buniek, ktorý je asi 10 g sušiny na 1 mol vytvoreného ATP. Na vysvetlenie mechanizmu mobilizácie energie, t.j. syntézy ATP počas prenosu elektrónov, bolo navrhnutých množstvo hypotéz, vrátane Mitchellovej chemo-osmotickej hypotézy. Vychádza zo skutočnosti, že elektrónový transportný reťazec, lokalizovaný v membráne (v baktériách v KM), je orientovaný cez ňu a elektróny sa prenášajú postupne z jedného nosiča na druhý v smere zvyšovania redoxného potenciálu.

Oxidáciu nosičov elektrónov sprevádza súčasný prenos protónov (H+) z vnútorného povrchu membrány na jej vonkajší povrch. Pretože membrána je inak nepriepustná pre protóny, medzi vnútornou a vonkajšou vrstvou membrány vzniká gradient koncentrácie protónov (pH+), ktorý sa „nabudí“. Energiu z protónového gradientu bunka využíva na rôzne procesy vrátane aktívneho transportu živín, bičíkovej rotácie a syntézy ATP.

Embden-Meyerhofovu dráhu najčastejšie využívajú rôzne baktérie na konzumáciu glukózy. Z výsledného konečného produktu - kyseliny pyrohroznovej, ako aj z takých medziproduktov, ako je erytróza-4-fosfát a ribóza-5-fosfát, existujú rôzne metabolické cesty pre syntézu dvadsiatich aminokyselín. Pretože za aeróbnych podmienok sa uvoľňuje oveľa viac energie ako pri fermentácii, niektoré baktérie vykonávajú typ dýchania, pri ktorom je akceptorom vodíka (elektrónu) viazaný kyslík. Jeho nosičmi sú dusičnany (dýchanie dusičnanov) alebo sírany (dýchanie síranov). V tomto prípade sa v dôsledku vodíka oxidovaného substrátu dusičnany redukujú na molekulárny dusík. Schopnosť takýchto baktérií prenášať elektróny na dusičnany a sírany je spojená s prítomnosťou cytochrómov a systému prenosu elektrónov. To im umožňuje vykonať celkom úplnú oxidáciu substrátu a získať tak oveľa viac energie ako pri fermentácii.

Referencie

1. „Lekárska mikrobiológia, imunológia a virológia“ A.I. Korotyaev, S.A. Babichev. Učebnica pre lekárske fakulty.

2. Prednášky o mikrobiológii http://bsmy.ru/1593

3. http://bibliofond.ru

Uverejnené na Allbest.ru

Podobné dokumenty

    Vrstvené kamenné štruktúry (stromatolity) sú výsledkom činnosti baktérií ako najstaršej skupiny organizmov. Štúdium baktérií, tvaru a štruktúry baktérií, ich veľkosti a rozšírenia. Klasifikácia baktérií podľa spôsobu výživy a rozmnožovania.

    prezentácia, pridané 14.10.2011

    Chemické zloženie bakteriálnej bunky: voda, bielkoviny, tuky, sacharidy a minerály. Základné druhy potravín. Mechanizmy metabolizmu, enzýmy. Dýchanie: aeróbne a anaeróbne; redoxný potenciál. Rast a rozmnožovanie, replikácia DNA. Nekultivovateľné formy baktérií.

    prezentácia, pridané 04.03.2012

    Redoxné reakcie, ktoré sa vyskytujú pri tvorbe molekuly ATP. Obligátne aeróby, obligátne anaeróby, fakultatívne anaeróby. Rast a reprodukcia baktérií. Pigmenty a enzýmy baktérií. Základné princípy kultivácie mikroorganizmov.

    abstrakt, pridaný 3.11.2013

    História štúdia baktérií, štúdium ich fyziológie a metabolizmu, objavovanie patogénnych vlastností. Všeobecné zásady určovania pôvodcu ochorenia (Kochove postuláty). Formy, štruktúra a vlastnosti baktérií, ich veľkosť, rozšírenie, výživa a rozmnožovanie.

    prezentácia, pridané 16.09.2011

    Genetický systém baktérií. Polymerická reťazová reakcia. Aplikácia genetické metódy v diagnostike infekčných chorôb. Metóda molekulárnej hybridizácie. Vlastnosti vírusovej genetiky. Systémy na opravu baktérií. Interakcia vírusových genómov.

    prezentácia, pridané 13.09.2015

    Problémy fyziológie mikroorganizmov. Analýza chemické zloženie bakteriálna bunka. Vlastnosti a mechanizmy výživy autotrofných a heterotrofných baktérií, ich enzýmy, proces dýchania a rozmnožovania. Dedičnosť a genetická rekombinácia v baktériách.

    abstrakt, pridaný 29.09.2009

    Výživa baktérií. Spôsoby, ktorými živiny vstupujú do bunky. Klasifikácia baktérií podľa druhov potravín, zdrojov energie a elektrónov. Fermentácia kyseliny propiónovej, jej hlavní účastníci, charakteristika, využitie v národnom hospodárstve.

    test, pridaný 29.11.2010

    Prokaryoty sú prenukleárne organizmy, ktoré nemajú typické bunkové jadro a chromozomálny aparát. História objavovania a štruktúry baktérií. Ekologické funkcie baktérií. Baktérie ako patogény mnohých nebezpečných chorôb. Význam baktérií v prírode.

    prezentácia, pridané 09.04.2011

    Študovať súkromná mikrobiológia, taxonómia a metódy identifikácie baktérií rodu Listeria, patogény akút infekčná choroba, rysy morfológie a fyziológie. Ekológia a rozšírenie týchto baktérií, medicínsky a veterinárny význam.

    kurzová práca, pridané 23.01.2011

    DNA je materiálnym základom bakteriálnej dedičnosti. Variabilita baktérií (modifikácie, mutácie, genetické rekombinácie). Genetika vírusov. Mechanizmy vzniku liekovej rezistencie u baktérií. Získanie a použitie vakcíny a séra.

Vlastnosti metabolizmu v baktériách:

1) rozmanitosť použitých substrátov;

2) intenzita metabolických procesov;

4) prevaha procesov rozpadu nad procesmi syntézy;

5) prítomnosť exo- a endoenzýmov metabolizmu.

V procese metabolizmu existujú dva typy výmeny:

1) plastové (konštrukčné):

a) anabolizmus (s výdajom energie);

b) katabolizmus (s uvoľnením energie);

2) energetický metabolizmus (vyskytuje sa v dýchacích mezozómoch):

a) dýchanie;

b) fermentácia.

Podľa akceptora protónov a elektrónov sa baktérie delia na aeróby, fakultatívne anaeróby a obligátne anaeróby. Pre aeróby je akceptorom kyslík. Fakultatívne anaeróby využívajú dýchanie v kyslíkových podmienkach a fermentáciu v podmienkach bez kyslíka. Pre obligátne anaeróby je charakteristická iba fermentácia, v kyslíkových podmienkach nastáva smrť mikroorganizmu v dôsledku tvorby peroxidov a bunka je otrávená.

V mikrobiálnej bunke sú enzýmy biologickými katalyzátormi. Podľa štruktúry sa rozlišujú:

1) jednoduché enzýmy (bielkoviny);

2) komplexné; pozostávajú z proteínových (aktívne centrum) a neproteínových častí; potrebné na aktiváciu enzýmov.

K dispozícii sú tiež:

1) konštitutívne enzýmy (syntetizované neustále bez ohľadu na prítomnosť substrátu);

2) indukovateľné enzýmy (syntetizované iba v prítomnosti substrátu).

Súbor enzýmov v bunke je pre daný druh prísne individuálny. Schopnosť mikroorganizmu využívať substráty prostredníctvom svojho súboru enzýmov určuje jeho biochemické vlastnosti.

Podľa miesta pôsobenia rozlišujú:

1) exoenzýmy (pôsobia mimo bunky; podieľajú sa na rozklade veľkých molekúl, ktoré nemôžu preniknúť dovnútra bakteriálnej bunky; charakteristické pre grampozitívne baktérie);

2) endoenzýmy (pôsobia v samotnej bunke, zabezpečujú syntézu a rozklad rôznych látok).

V závislosti od chemických reakcií, ktoré katalyzujú, sú všetky enzýmy rozdelené do šiestich tried:

1) oxidoreduktázy (katalyzujú redoxné reakcie medzi dvoma substrátmi);

2) transferázy (vykonávajú intermolekulárny prenos chemických skupín);

3) hydrolázy (vykonávajú hydrolytické štiepenie intramolekulových väzieb);

4) lyázy (pripojiť chemické skupiny pozdĺž dvoch väzieb a tiež vykonávať reverzné reakcie);

5) izomerázy (vykonávajú izomerizačné procesy, zabezpečujú vnútornú konverziu s tvorbou rôznych izomérov);

6) ligázy, alebo syntetázy (spájajú dve molekuly, výsledkom čoho je štiepenie pyrofosfátových väzieb v molekule ATP).

Druhy výmeny plastov

Hlavné typy výmeny plastov sú:

1) proteín;

2) uhľohydráty;

3) lipid;

4) jadrové.

Metabolizmus bielkovín je charakterizovaný katabolizmom a anabolizmom. V procese katabolizmu baktérie pôsobením proteáz rozkladajú proteíny za vzniku peptidov. Pôsobením peptidáz sa z peptidov tvoria aminokyseliny.

Rozklad bielkovín za aeróbnych podmienok sa nazýva tlenie a za anaeróbnych podmienok sa nazýva hniloba.

V dôsledku rozkladu aminokyselín bunka dostáva amónne ióny potrebné na tvorbu vlastných aminokyselín. Bakteriálne bunky sú schopné syntetizovať všetkých 20 aminokyselín. Vedúce sú alanín, glutamín, asparagín. Sú zapojené do procesov transaminácie a transaminácie. V metabolizme bielkovín prevládajú procesy syntézy nad rozkladom a dochádza k spotrebe energie.

V metabolizme sacharidov u baktérií prevažuje katabolizmus nad anabolizmom. Komplexné sacharidy vo vonkajšom prostredí dokážu rozložiť len baktérie, ktoré vylučujú enzýmy – polysacharidázy. Polysacharidy sa štiepia na disacharidy, ktoré sa pôsobením oligosacharidáz rozkladajú na monosacharidy a do bunky sa môže dostať len glukóza. Časť ide do syntézy vlastných polysacharidov v bunke, druhá časť prechádza ďalším rozkladom, ktorý môže ísť dvoma cestami: cestou anaeróbneho rozkladu sacharidov - fermentáciou (glykolýza) a za aeróbnych podmienok - po dráhe spaľovania.

V závislosti od konečných produktov sa rozlišujú tieto typy fermentácie:

1) alkohol (typický pre huby);

2) kyselina propiónová (charakteristická pre klostrídie, propionibaktérie);

3) kyselina mliečna (charakteristická pre streptokoky);

4) kyselina maslová (charakteristická pre sarcíny);

5) butylénglykol (typický pre bacily).

Spolu s hlavným anaeróbnym štiepením (glykolýza) môžu existovať pomocné cesty štiepenia uhľohydrátov (pentózafosfát, ketodeoxyfosfoglukón, fruktózadifosfát atď.). Líšia sa v kľúčových produktoch a reakciách.

Metabolizmus lipidov sa uskutočňuje pomocou enzýmov - lipoproteinázy, leticinázy, lipázy, fosfolipázy.

Lipázy katalyzujú rozklad neutrálnych mastných kyselín, t.j. sú zodpovedné za odštiepenie týchto kyselín z glycerolu. Pri rozklade mastných kyselín bunka ukladá energiu. Konečným produktom rozkladu je enzým acetyl-CoA.

Biosyntéza lipidov sa uskutočňuje proteínmi prenášajúcimi acetyl. V tomto prípade sa acetylový zvyšok prenesie na glycerofosfát za vzniku fosfatidových kyselín a tie už vstupujú do chemických reakcií za vzniku esterov s alkoholmi. Tieto transformácie sú základom syntézy fosfolipidov.

Baktérie sú schopné syntetizovať nasýtené aj nenasýtené mastné kyseliny, ale ich syntéza je typickejšia pre aeróby, pretože vyžaduje kyslík.

Výmena jadra baktérií je spojená s genetickou výmenou. Syntéza nukleových kyselín je dôležitá pre proces bunkového delenia. Syntéza sa uskutočňuje pomocou enzýmov: reštrikčný enzým, DNA polymeráza, ligáza, DNA-dependentná RNA polymeráza.

Reštrikčné enzýmy režú úseky DNA, odstraňujú nežiaduce inzerty a ligázy zabezpečujú zosieťovanie fragmentov nukleových kyselín. DNA polymerázy sú zodpovedné za replikáciu dcérskej DNA z materskej DNA. DNA-dependentné RNA polymerázy sú zodpovedné za transkripciu a vykonávajú konštrukciu RNA na DNA templáte.

Energetický metabolizmus mikroorganizmov

2. Konštruktívny metabolizmus

Konštruktívny metabolizmus je zameraný na syntézu štyroch hlavných typov biopolymérov: proteínov, nukleových kyselín, polysacharidov a lipidov.

Nižšie je uvedený všeobecný schematický diagram biosyntézy komplexných organických zlúčenín, kde sú zvýraznené tieto hlavné fázy: tvorba organických prekurzorov (I) z najjednoduchších anorganických látok, z ktorých sa v ďalšom syntetizujú „stavebné bloky“ (II). etapa. Následne stavebné bloky, ktoré sa navzájom spájajú kovalentnými väzbami, vytvárajú biopolyméry (III): Aplikácie (obr. č. 3)

Predložená schéma biosyntetických procesov neodráža zložitosť premeny nízkomolekulárnych prekurzorov na stavebné bloky s vysokou molekulovou hmotnosťou. V skutočnosti syntéza prebieha ako séria sekvenčných reakcií s tvorbou rôznych metabolických medziproduktov. Okrem toho sú úrovne rozvoja biosyntetických schopností mikroorganizmov veľmi rozdielne. U niektorých mikróbov zahŕňa konštruktívny metabolizmus všetky štádiá znázornené na diagrame, zatiaľ čo u iných je obmedzený na druhú a tretiu alebo iba tretiu fázu. Preto sa mikroorganizmy navzájom výrazne líšia vo svojich nutričných potrebách. Elementárne zloženie potravy je však pre všetky živé organizmy rovnaké a musí zahŕňať všetky zložky obsiahnuté v bunkovej látke: uhlík, dusík, vodík, kyslík atď.

V závislosti od zdrojov uhlíka používaných v konštruktívnom metabolizme sa mikroorganizmy delia do dvoch skupín: autotrofy a heterotrofy.

Autotrofy (z gréckeho „autos“ - self, „trophe“ - jedlo) využívajú oxid uhličitý ako jediný zdroj uhlíka a syntetizujú všetky potrebné biopolyméry z tejto jednoduchej anorganickej prekurzorovej zlúčeniny. Schopnosť biosyntézy u autotrofov je najvyššia.

Heterotrofy (z gréckeho „heteros“ - iné) potrebujú organické zdroje uhlíka. Ich nutričné ​​potreby sú veľmi rôznorodé. Niektoré z nich sa živia odpadovými produktmi iných organizmov alebo využívajú odumreté rastlinné a živočíšne tkanivá. Takéto mikroorganizmy sa nazývajú saprofyty (z gréckeho „sapros“ - hnilé a „fytón“ - rastlina). Množstvo organických zlúčenín, ktoré využívajú ako zdroje uhlíka, je extrémne veľké - sú to sacharidy, alkoholy, organické kyseliny, aminokyseliny atď. Takmer akúkoľvek prírodnú zlúčeninu môže použiť ten či onen druh mikroorganizmu ako zdroj výživy alebo energie.

Mikroorganizmy potrebujú dusík na syntézu bunkových proteínov. Vo vzťahu k zdrojom dusíkatej výživy možno medzi mikroorganizmami rozlíšiť autoaminotrofy a heteroaminotrofy. Tí prví dokážu využívať anorganický dusík (amónny, dusičnanový, molekulárny) alebo najjednoduchšie formy organického (močovina) a z týchto zlúčenín stavať rôzne bielkoviny svojho tela. V tomto prípade sa všetky formy dusíka najskôr prevedú na amónnu formu. Táto najviac redukovaná forma dusíka sa ľahko transformuje na aminoskupinu. Heteroaminotrofy potrebujú organické formy dusíka – bielkoviny a aminokyseliny. Niektoré z nich vyžadujú úplnú sadu aminokyselín, iné vytvárajú potrebné proteínové zlúčeniny z jednej alebo dvoch aminokyselín ich premenou.

Mnohé mikroorganizmy heterotrofné vzhľadom na uhlík sú autoaminotrofy. Patria sem baktérie, ktoré sa podieľajú na čistení odpadových vôd.

Mikroorganizmy uspokojujú potrebu kyslíka a vodíka na konštruktívnu výmenu s vodou a organickými živinami. Zdrojmi prvkov popola (P, S, K, Mg, Fe) sú zodpovedajúce minerálne soli. Potreba týchto prvkov je malá, ale ich prítomnosť v prostredí je povinná. Okrem toho sú pre normálne fungovanie mikróbov nevyhnutné mikroprvky - Zn, Co, Cu, Ni atď. Niektoré z nich sú zahrnuté v prirodzená výživa mikróby, niektoré z nich sú absorbované z minerálnych solí.

Spôsoby získavania potravy, teda spôsoby kŕmenia mikroorganizmami, sú veľmi rôznorodé. Existujú tri hlavné spôsoby výživy: holofytická, saprozoická, holozoická.

Holofytická výživa (z gréckeho „holo“ - celá, „fit“ - rastlina) sa vyskytuje podľa typu fotosyntézy rastlín. Takáto výživa je charakteristická len pre autotrofy. Spomedzi mikroorganizmov je táto metóda charakteristická pre riasy, farebné formy bičíkovcov a niektoré baktérie.

Heterotrofné mikroorganizmy sa živia buď pevnými časticami potravy alebo absorbujú rozpustené organické látky.

Holozoická výživa predurčuje v mikroorganizmoch vývoj špeciálnych organel na trávenie potravy, u niektorých aj na jej zachytávanie. Napríklad nesfarbené bičíkovité a ciliáty majú ústny otvor, do ktorého je potrava privádzaná bičíkmi alebo riasinkami. Najorganizovanejšie riasy tvoria prúd vody svojimi periorálnymi riasami vo forme lievika, ktorý smeruje úzkym koncom do úst. Častice potravy sa usadzujú na dne lievika a nálevníky ich prehĺtajú. Takéto nálevníky sa nazývajú sedimentátory. Améby sa živia fagocytózou.

Mikroorganizmy s holozoickým spôsobom výživy na konštruktívny metabolizmus využívajú najmä cytoplazmu iných organizmov – baktérie, riasy a pod., a majú špeciálne organely na trávenie. Tráviaci proces u prvokov sa uskutočňuje v tráviacich vakuolách.

Trávenie zahŕňa hydrolytické štiepenie zložitých organických látok na jednoduchšie zlúčeniny. V tomto prípade sa sacharidy hydrolyzujú na jednoduché cukry, bielkoviny na aminokyseliny a hydrolýzou lipidov vzniká glycerol a vyššie mastné kyseliny. Produkty trávenia sa absorbujú do cytoplazmy a podliehajú ďalšej transformácii.

Baktérie, mikroskopické huby a kvasinky nemajú špeciálne organely na zachytávanie potravy a tá sa do bunky dostáva celým povrchom. Tento spôsob výživy sa nazýva saprozoický.

Aby živiny prenikli do bunky, musia byť v rozpustenom stave a musia mať vhodnú molekulovú veľkosť. Pre mnohé vysokomolekulárne zlúčeniny je cytoplazmatická membrána nepriepustná a niektoré z nich nedokážu ani preniknúť cez bunkovú membránu. To však neznamená, že zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou nevyužívajú mikroorganizmy ako živiny. Mikroorganizmy syntetizujú extracelulárne tráviace enzýmy, ktoré hydrolyzujú komplexné zlúčeniny. Proces trávenia, ktorý prebieha u prvokov vo vakuolách, teda prebieha mimo bunky v baktériách (prílohy obr. 4).

Veľkosť molekuly nie je jediným faktorom, ktorý určuje prienik živín do bunky.

Cytoplazmatická membrána je schopná umožniť niektorým zlúčeninám prejsť a ostatné zadržať.

Je známych niekoľko mechanizmov prenosu látok cez bunkovú membránu: jednoduchá difúzia, facilitovaná difúzia a Aktívny transport (prílohy obr. 5).

Jednoduchá difúzia je prienik molekúl látky do bunky bez pomoci akýchkoľvek nosičov.

Pri nasýtení bunky živinami jednoduchá difúzia veľký význam nemá. To je však presne spôsob, akým molekuly vody vstupujú do bunky. Pomerne veľa dôležitá úloha V tomto procese zohráva úlohu osmóza – difúzia molekúl rozpúšťadla cez polopriepustnú membránu v smere koncentrovanejšieho roztoku.

Úlohu polopriepustnej membrány v bunke plní cytoplazmatická membrána. V bunkovej šťave je rozpustené obrovské množstvo molekúl rôznych látok, takže bunky mikroorganizmov majú dosť vysoký osmotický tlak. Jeho hodnota v mnohých mikróboch dosahuje 0,5-0,8 MPa. V prostredí je osmotický tlak zvyčajne nižší. To spôsobuje prílev vody do bunky a vytvára v nej určité napätie nazývané turgor.

S uľahčenou difúziou vstupujú rozpustené látky do bunky za účasti špeciálnych transportných enzýmov nazývaných permeázy. Zdá sa, že zachytávajú molekuly rozpustených látok a prenášajú ich na vnútorný povrch membrány.

Jednoduchá a uľahčená difúzia sú možnosti pasívneho transportu látok. Hnacou silou prestupu látok do bunky je v tomto prípade koncentračný gradient na oboch stranách membrány. Väčšina látok však vstupuje do bunky proti koncentračnému gradientu. V tomto prípade sa na takýto prenos vynakladá energia a prenos sa nazýva aktívny. Aktívny prenos prebieha za účasti špecifických bielkovín, je spojený s energetickým metabolizmom bunky a umožňuje akumuláciu živín v bunke v koncentrácii mnohonásobne vyššej, ako je ich koncentrácia vo vonkajšom prostredí. Aktívny transport je hlavným mechanizmom prísunu živín do buniek so saprozoickou výživou.

Pozrime sa na prvú skupinu génov. Etanol sa oxiduje v dvoch krokoch a v týchto dvoch krokoch fungujú dva kľúčové enzýmy. Po prvé, pôsobením enzýmu alkoholdehydrogenázy sa etanol premení na acetaldehyd...

Genetika a biochémia alkoholizmu

Katabolizmus etylalkoholu prebieha hlavne v pečeni. Tu sa oxiduje 75% až 98% etanolu zavedeného do tela. Oxidácia alkoholu je komplexný biochemický proces...

Hydrofilné hormóny, ich štruktúra a biologické funkcie

Biosyntéza. Na rozdiel od steroidov sú peptidové a proteínové hormóny primárnymi produktmi biosyntézy. Zodpovedajúce informácie sa čítajú z DNA (DNA) v štádiu transkripcie...

Štúdium sezónneho biorytmu bacilárno-kokovej transformácie baktérie Helicobacter pylori

Baktéria Helicobacter pylori sa veľmi úspešne adaptovala na život v extrémnych podmienkach ľudského žalúdka. Je gramnegatívna, čo už znamená silnú, nepreniknuteľnú bunkovú stenu. Je schopný žiť v mikroaerofilných podmienkach...

Morfológia a metabolizmus kvasiniek

Regulácia primárnych metabolických procesov

Živá bunka je vysoko organizovaný systém. Obsahuje rôzne štruktúry, ako aj enzýmy, ktoré ich dokážu zničiť. Obsahuje tiež veľké makromolekuly...

Úloha peptidov vo fungovaní nervový systém

Ako je uvedené vyššie, sú známe tri proteínové molekuly, ktoré vo svojej štruktúre zahŕňajú enkefalínové sekvencie: proopiomelanokortín, preproenkefalín A (proenkefalín), preproenkefalín B (prodynorfín). Sekvencie...

Viac ako 2/3 aminodusíka aminokyselín pochádza z glutamátu a jeho derivátov; tieto aminokyseliny kvantitatívne dominujú v mozgu všetkých študovaných živočíšnych druhov. Podobný vzorec je pozorovaný v mieche...

Voľné aminokyseliny nervového systému

Aromatické aminokyseliny - tryptofán, fenylalanín a tyrozín - sú dôležité ako prekurzory 5-hydroxytriltamínu a katecholamínov, ktoré hrajú mimoriadne dôležitú úlohu v nervových procesoch...

Štruktúra a transport androgénov

V cieľových orgánoch sú oddelené, špecifické cytoreceptory pre pohlavné hormóny. Tieto hormonálne receptory sú samozrejme tkanivovou zložkou každej endokrinnej funkcie - vrátane gonádových...

Fyziológia a biochémia rastlinných zložiek

Hatch and Slack cyklus sa nachádza aj v sukulentných rastlinách. Ale ak sa v C4 rastlinách dosiahne spolupráca vďaka priestorovému oddeleniu dvoch cyklov (začlenenie CO2 do organických kyselín v mezofyle, redukcia v plášti)...

Všetko uvedené v tabuľke. 1 fotosyntetické mikroorganizmy sú prispôsobené na využitie viditeľného svetla (vlnová dĺžka 400--700 nm) a blízkej infračervenej časti spektra (700--1100 nm)...

Energetický metabolizmus mikroorganizmov

Z troch ciest tvorby ATP je fosforylácia substrátu najjednoduchšia. Tento typ energetického metabolizmu je charakteristický pre mnohé baktérie a kvasinky, ktoré vykonávajú rôzne druhy fermentácie...

Energetický metabolizmus mikroorganizmov

Väčšina heterotrofných organizmov získava energiu procesom dýchania – biologickou oxidáciou zložitých organických substrátov, ktoré sú donormi vodíka. Vodík z oxidovanej látky vstupuje do dýchacieho reťazca enzýmov...

Energetický metabolizmus mikroorganizmov

Oxidácia redukovaných minerálnych zlúčenín dusíka, síry a železa slúži ako zdroj energie pre chemolitotrofné mikroorganizmy...

3. Metabolizmus baktérií

Metabolizmus (metabolizmus) baktérií je totality dva vzájomne prepojené protiklady procesy katabolizmu a anabolizmu.

Katabolizmus (disimilácia) – rozklad látok v procese enzymatických reakcií a akumulácie energie uvoľnenej v molekulách ATP.

Anabolizmus (asimilácia) - syntéza látok so spotrebou energie.

Vlastnosti metabolizmu v baktériách sú to:

Jeho intenzita je dostatočná vysoký stupeň, čo je pravdepodobne spôsobené oveľa väčším pomerom povrchu k jednotkovej hmotnosti ako u mnohobunkových organizmov;

Procesy disimilácia dominujú procesy asimilácia;

substrátové spektrum Látky spotrebovávané baktériami sú veľmi široké – od oxidu uhličitého, dusíka, dusitanov, dusičnanov až po organické zlúčeniny vrátane antropogénnych látok – polutantov životného prostredia (čím sa zabezpečujú procesy samočistenia);

Baktérie majú veľmi široké spektrum rôznych enzýmov– aj to prispieva k vysokej intenzite metabolických procesov a šírke substrátového spektra.

Bakteriálne enzýmy podľa lokalizácie sa delia na 2 skupiny:

exoenzýmy– bakteriálne enzýmy uvoľňované do vonkajšieho prostredia a pôsobiace na substrát mimo bunky (napríklad proteázy, polysacharidy, oligosacharidy);

endoenzýmy– bakteriálne enzýmy, ktoré pôsobia na substráty vo vnútri bunky (napríklad enzýmy štiepiace aminokyseliny, monosacharidy, syntetázy).

Syntéza enzýmov geneticky podmienené, ale regulácia prebieha ich syntéza vďaka priamej a spätnej väzbe, t.j. u niektorých je potlačená a u iných je indukovaná substrátom. Enzýmy, ktorých syntéza závisí od prítomnosti vhodného substrátu v prostredí (napríklad beta-galaktozidáza, beta-laktamáza), sú tzv indukovateľný .

Ďalšia skupina enzýmov ktorých syntéza nezávisí od prítomnosti substrátu v prostredí je tzv konštitutívny (napríklad glykolytické enzýmy). Vždy prebieha ich syntéza a vždy sú v určitých koncentráciách obsiahnuté v mikrobiálnych bunkách.

Štúdium metabolizmu baktérií pomocou fyzikálno-chemické a biochemické metódy výskum počas kultivácie baktérií za určitých podmienok na špeciálnych živných médiách obsahujúcich určitú zlúčeninu ako substrát pre transformáciu. Tento prístup nám umožňuje posúdiť metabolizmus prostredníctvom podrobnejšieho štúdia procesov rôznych typov metabolizmu (bielkoviny, sacharidy) v mikroorganizmoch.

Otázka 5. Vlastnosti metabolizmu bielkovín a sacharidov v baktériách

1. Metabolizmus bielkovín

Metabolizmus bielkovín v baktériách - to je na jednej strane - proces syntézy vlastných aminokyselín a bielkovín asimiláciou potrebných komponentov z vonkajšieho prostredia a na druhej strane, extracelulárny rozklad bielkovín pod vplyvom rôznych enzýmov. Ak dôjde k rozpadu bielkovín v anaeróbnych podmienkach, potom sa tento proces nazýva hnijúce a ak pôjde v aeróbnych podmienkach - tlejúci.

Ak majú baktérie proteázy, štiepia bielkoviny na medziprodukty rozkladu – peptóny a ak majú baktérie peptidázy, rozkladajú peptóny na aminokyseliny a produkty ich rozkladu (amoniak, sírovodík, indol). Proteolytický(schopnosť štiepiť bielkoviny) a peptolytický(schopnosť rozkladať peptóny) vlastnosti nie sú vyjadrené u všetkých baktérií, takže ich štúdium v ​​spojení s inými enzymatickými vlastnosťami pomáha identifikovať baktérie.

2. Metabolizmus uhľohydrátov

Metabolizmus uhľohydrátov u baktérií má tiež dvojaký charakter – je proces syntézy a rozkladu sacharidov. Rozklad sacharidov baktériami (sacharolytické vlastnosti) za aeróbnych podmienok s tvorbou oxidu uhličitého a vody je tzv pálenie , A rozdeliť ich sacharidy v anaeróbnych podmienkach - fermentácia.

V závislosti od charakteru konečných produktov rozkladu sacharidov Za anaeróbnych podmienok sa fermentácia rozlišuje:

alkohol,

Kyselina mliečna,

kyselina propiónová,

kyselina mravčia,

kyselina maslová,

Octová kyselina.

Molekulárny kyslík sa nezúčastňuje fermentačných procesov. Väčšina baktérií, ktoré vykonávajú fermentáciu, sú povinných anaeróbov. Niektoré z nich však sú fakultatívne anaeróby, sú schopné vykonávať proces fermentácie v prítomnosti kyslíka, ale bez jeho účasti. Navyše tento kyslík potláča proces fermentácie. A nahrádza ho spaľovanie (dýchanie – konečným akceptorom vodíka je kyslík). Tento efekt bol tzv Pasteurov efekt a je jedným z klasické príklady zmien metabolizmu u baktérií v závislosti od podmienok prostredia.

3. Typy biologickej oxidácie v baktériách

Syntéza biopolymérov bakteriálna bunka potrebuje energiu. Vzniká počas biologická oxidácia a je uložený vo formulári molekuly makroergov- ATP a ADP.

Respiračné organely väčšiny baktérií sú deriváty cytoplazmatickej membrány - mezozómy , na ktoré sa používajú špeciálne dýchacie enzýmy ako napr cytochróm oxidáza. Typ biologickej oxidácie je jednou z kľúčových vlastností, ktorá umožňuje rozlíšenie rôznych mikroorganizmov. Na tomto základe Existujú tri skupiny baktérií:

Prvá skupina - povinné aeróby , ktorý schopné získavať energiu iba dýchaním a vyžadujú molekulárny kyslík ako konečný akceptor elektrónov. Sú charakterizované ako druh redoxných procesov oxidáciou, pri ktorých je konečným akceptorom elektrónov kyslík.

Druhá skupina - povinných anaeróbov - baktérie, schopné rásť len v prostredí bez kyslíka. Sú charakterizované ako typ redoxných procesov fermentáciou, pri ktorých sa elektróny prenášajú z donorového substrátu na akceptorový substrát.

Tretia skupina - fakultatívne anaeróby - baktérie, schopné rásť v prítomnosti aj neprítomnosti kyslíka a používajú molekulárny kyslík aj organické zlúčeniny ako terminálne akceptory elektrónov.

Medzi nimi môže byť fakultatívne anaeróbne baktérie, schopné prejsť z oxidácie na fermentáciu (enterobaktérie), ako aj aerotolerantné fakultatívne anaeróbne baktérie, ktoré môžu rásť v prítomnosti vzdušného kyslíka, no nevyužívajú ho, ale energiu získavajú výlučne fermentáciou (napríklad baktérie mliečneho kvasenia).

Otázka 6. Rast a reprodukcia. Genetika baktérií

1. Rast a rozmnožovanie baktérií

Na mikrobiologickú diagnostiku, štúdium mikroorganizmov a biotechnologické účely mikroorganizmy sa kultivujú na umelých Xživné médiá.

Pod rast baktérií rozumieť zvýšenie bunkovej hmoty bez zmeny ich počtu v populácii ako výsledok koordinovanej reprodukcie všetkých bunkových komponentov a štruktúr.

Zvýšenie počtu buniek v populácii mikroorganizmy sú označené pojmom "reprodukcia" . Je charakterizovaná dobou generovania (časový interval, počas ktorého sa počet buniek zdvojnásobí) a takou koncepciou, ako je bakteriálna koncentrácia (počet buniek v 1 ml).

Na rozdiel od cyklu mitotického delenia u eukaryotov, reprodukcia väčšiny prokaryotov (baktérií) prebieha binárne delenie, A aktinomycéty – pučiace. Okrem toho existujú všetky prokaryoty haploidný stave, keďže molekula DNA je v bunke zastúpená v jednotnom čísle.

2. Bakteriálna populácia. Kolónia

Pri štúdiu procesu rozmnožovania baktérií je potrebné vziať do úvahy, že baktérie vždy existujú vo forme viac či menej početných populácií a vývoj bakteriálnych populácií v kvapaline živné médium v periodickej kultúre možno považovať za uzavretý systém. V tomto procese sú 4 fázy:

1. – počiatočná, príp lag fáza , alebo fáza oneskorenej reprodukcie, charakterizuje ju zač intenzívny rast buniek, ale miera ich delenia zostáva nízka;

2. – logaritmické, príp log fáza , alebo exponenciálna fáza, je charakterizovaná konštantou maximálna rýchlosť bunkového delenia a významné zvýšenie počtu buniek v populácii;

3. – stacionárna fáza , nastáva vtedy, keď sa počet buniek v populácii prestane zvyšovať. Je to kvôli tomu, čo prichádza rovnováhu medzi počtom novovzniknutých a odumierajúcich buniek. Počet živých bakteriálnych buniek v populácii na jednotku objemu živného média v stacionárnej fáze sa označuje ako M-koncentrácia . Tento indikátor je charakteristickým znakom pre každý typ baktérií;

4. – fáza odumierania (logaritmická smrť), ktorá sa vyznačuje prevahou počtu odumretých a progresívnych buniek v populácii zníženie počtu životaschopných buniek v populácii.

K zastaveniu rastu počtu (reprodukcie) populácie mikroorganizmov dochádza v dôsledku vyčerpanie živného média a/alebo akumuláciu v ňom metabolických produktov mikrobiálne bunky. Preto odstránením metabolických produktov a/alebo nahradením živného média, reguláciou prechodu mikrobiálnej populácie zo stacionárnej fázy do fázy umierania, je možné vytvoriť otvorený biologický systém, ktorý má tendenciu eliminovať dynamickú rovnováhu pri určitú úroveň populačný vývoj. Tento proces pestovania mikroorganizmov sa nazýva kultivácia toku(kontinuálna kultúra). Rast v kontinuálnej kultúre umožňuje získať veľké masy baktérií počas prietokovej kultivácie v špeciálnych zariadeniach (chemostaty a turbidistaty) a využíva sa pri výrobe vakcín, ako aj v biotechnológiách na získanie rôznych biologických účinných látok produkované mikroorganizmami.

Na štúdium metabolických procesov počas cyklu delenia buniek je tiež možné použiť synchrónne kultúry. Synchrónne kultúry – bakteriálne kultúry, ktorých všetci členovia populácie sú v rovnakej fáze cyklu. Dosahuje sa to pomocou špeciálnych kultivačných metód, avšak po niekoľkých simultánnych deleniach sa synchronizovaná bunková suspenzia postupne prepne späť na asynchrónne delenie, takže počet buniek sa už nezvyšuje postupne, ale kontinuálne.

Pri kultivácii na pevných živných pôdach sa tvoria baktérie kolónie . Ide o zhluk baktérií rovnakého druhu viditeľný voľným okom, ktorý je najčastejšie potomkom jednej bunky. Kolónie baktérií rôznych druhov sú rôzne:

veľkosť,

transparentnosť,

výška,

Povaha povrchu

Dôslednosť.

Povaha kolónií je jednou z taxonomické vlastnosti baktérií.

3. Genetika baktérií

Najdôležitejšou vlastnosťou živých organizmov je variabilita a dedičnosť. Základom dedičného aparátu baktérií, ako všetkých ostatných organizmov, je DNA (pre RNA vírusy - RNA ).

Spolu s tým má dedičný aparát baktérií a možnosti jeho štúdia množstvo funkcií. V prvom rade baktérie haploidné organizmy, teda oni majú jeden chromozóm. V tomto ohľade pri dedení vlastností nedochádza k žiadnemu javu dominancia. Baktérie majú vysokú mieru rozmnožovania, a preto sa v krátkom čase (deň) vystrieda niekoľko desiatok generácií baktérií. To umožňuje študovať obrovské populácie a pomerne ľahko identifikovať aj mutácie, ktorých frekvencia je zriedkavá.

Dedičný aparát prezentované baktérie chromozóm. Baktérie majú len jednu. Ak existujú bunky s dvoma alebo štyrmi chromozómami, potom sú rovnaké. Bakteriálny chromozóm - Toto molekula DNA. Dĺžka tejto molekuly dosahuje 1,0 mm a aby sa „vošla“ do bakteriálnej bunky, nie je lineárna, ako u eukaryotov, ale supercoiled v slučkách a zvinuté do krúžku. Tento kruh je pripojený k cytoplazmatickej membráne v jednom bode.

Na bakteriálnom chromozóme sú oddelené génov. E. coli ich má napríklad viac ako 2 tisíc. Avšak genotyp (genóm) baktérií reprezentujú nielen chromozomálne gény. Funkčné jednotky bakteriálneho genómu okrem chromozomálnych génov sú IS sekvencie, transpozóny a plazmidy.

Otázka 7. Funkčné jednotky genómu. Variabilita bakteriálnej bunky

1. Funkčné jednotky genómu

IS sekvencie – krátke fragmenty DNA. Nenesú štruktúrne gény (kódujúce konkrétny proteín), ale obsahujú iba gény zodpovedné za transpozíciu(schopnosť sekvencií IS pohybovať sa po chromozóme a integrovať sa do jeho rôznych sekcií). Sekvencie IS sú rovnaké v rôznych baktériách.

transpozóny . Sú to molekuly DNA – väčšie ako sekvencie IS. Okrem génov zodpovedných za transpozíciu, oni obsahujú aj štruktúrny gén, kódovanie jednej alebo druhej funkcie. Transpozóny sa ľahko pohybujú pozdĺž chromozómu. Ich situácia ovplyvňuje výraz ako svoje vlastné štruktúrne gény, tak aj susedné chromozomálne gény. Transpozóny môžu existovať mimo chromozómu autonómne, ale nie sú schopné autonómnej replikácie.

Plazmidy - Toto kruhové superšpirálové molekuly DNA. Ich molekulová hmotnosť sa značne líši a môže byť stokrát väčšia ako u transpozónov. Plazmidy obsahujú štruktúrne gény, čím sa bakteriálna bunka líši, veľmi vlastnosti, ktoré sú pre ňu dôležité:

R-plazmidy – lieková rezistencia,

Col plazmidy – syntetizujú kolicíny,

F-plazmidy – prenášajú genetickú informáciu,

Hly plazmid – syntetizuje hemolyzín,

Tox plazmid – syntetizuje toxín,

Biodegradačné plazmidy - ničia jeden alebo druhý substrát a iné.

Plazmidy môžu byť integrované do chromozómu(na rozdiel od IS sekvencií a transpozónov sa vkladajú do presne vymedzených oblastí), ale môže existovať offline. V tomto prípade majú schopnosť autonómnej replikácie, a preto môže byť v bunke 2, 4, 8 kópií takéhoto plazmidu.

Mnohé plazmidy obsahujú gény priepustnosť a sú schopné prenosu z jednej bunky do druhej prostredníctvom konjugácie (výmena genetickej informácie). Takéto plazmidy sa nazývajú prenosné.

2. Faktor plodnosti

Prítomnosť F-plazmidu ( faktor plodnosti, faktor pohlavia ) dáva baktériám donorové funkcie a takéto bunky sú schopné prenášať svoje genetické informácie na iné osoby, F bunky. teda prítomnosť F plazmidu je genetickým vyjadrením pohlavia v baktériách. Nielen funkcia darcu, ale aj niektoré ďalšie fenotypové charakteristiky sú spojené s F-plazmidom. V prvom rade ide o prítomnosť F-pilotov ( genitálne mihalnice), pomocou ktorej sa nadviaže kontakt medzi bunkami darcu a príjemcu. Cez ich kanál sa prenáša darcovská DNA počas rekombinácie. Receptory pre mužské fi-fágy sú umiestnené na genitálnych mihalniciach. F bunky nemajú takéto receptory a nie sú citlivé na takéto fágy.

Prítomnosť F-cilia a citlivosť na fi-fágy možno teda považovať za fenotypovú expresiu (prejav) pohlavia v baktériách.

3. Variabilita

Rozlišujú sa baktérie dva typy variability – fenotypová a genotypová.

Fenotypová variabilita – modifikácií– neovplyvňuje genotyp. Zmeny ovplyvňujú väčšinu jedincov v populácii. Oni nezdedené a časom vyblednú, t.j. vracajú sa k pôvodnému fenotypu väčším (dlhodobé modifikácie) alebo menším (krátkodobé modifikácie) počtom generácií.

Genotypová variabilita ovplyvňuje genotyp. Je založená na mutácie a rekombinácie.

Mutácie baktérie sa zásadne nelíšia od mutácií v eukaryotických bunkách. Vlastnosti mutácií v baktériách sú relatívne jednoduchosť ich identifikácie, keďže je možné pracovať s veľkými populáciami baktérií . Podľa pôvodu môžu byť mutácie:

spontánna,

vyvolané.

Podľa dĺžky:

miesto,

Chromozomálne mutácie.

Podľa smeru:

Spätné mutácie.

Rekombinácie v baktériách sa líšia od rekombinácie v eukaryotoch:

Po prvé, baktérie viacero mechanizmov rekombinácia (výmena genetického materiálu).

Po druhé, počas rekombinácie v baktériách nevzniká zygota, ako v eukaryotoch, ale merozygot (nesie celú genetickú informáciu príjemcu a časť genetickej informácie darcu vo forme prídavku).

Po tretie, počas rekombinácií v rekombinantnej bakteriálnej bunke mení sa nielen kvalita, ale aj kvantita genetickej informácie.

Transformácia zavedenie hotového preparátu DNA do bakteriálnej bunky príjemcu(špeciálne pripravené alebo priamo izolované z darcovskej bunky). K prenosu genetickej informácie najčastejšie dochádza, keď je príjemca kultivovaný na živnom médiu obsahujúcom darcovskú DNA.

Na vnímanie darcovskej DNA počas transformácie musí byť bunka príjemcu v určitom fyziologickom stave ( kompetencie), čo sa dosahuje špeciálnymi metódami spracovania bakteriálnej populácie. Pri transformácii sa prenášajú jednotlivé (zvyčajne jedna) charakteristika. Transformácia je najobjektívnejším dôkazom spojenia DNA alebo jej fragmentov s konkrétnym fenotypovým znakom, pretože do bunky príjemcu sa zavádza čistý preparát DNA.

Transdukcia je výmena genetickej informácie v baktériách prostredníctvom prevody od darcu k príjemcovi s pomocou umiernených(prevod)bakteriofágy.

Transdukcia fágov môže niesť jeden alebo viac génov (znakov). Prebieha transdukcia:

špecifické (prenáša sa vždy ten istý gén),

Nešpecifické (prenášajú sa rôzne gény).

Je to spojené s lokalizácia transdukcia fágov v genóme darcu. V prvom prípade sa nachádzajú vždy na jednom mieste chromozómu, v druhom nie je ich lokalizácia konštantná.

Konjugácia - je výmena genetickej informácie v baktériách jej prenosom z darcu na príjemcu pri ich priamy kontakt.

Po vytvorení medzi darcom a príjemcom konjugačný mostík jedno vlákno darcovskej DNA cez ňu prechádza do bunky príjemcu. Čím dlhší je kontakt, tým viac darcovskej DNA sa môže preniesť na príjemcu. Na základe prerušenia konjugácie v určitých intervaloch je možné určiť poradie génov na bakteriálnom chromozóme - konštrukt chromozómové mapy baktérie (do artikulácia baktérií). F+ bunky majú funkciu darcu.

Otázka 8. Normálna mikroflóra ľudského tela

1. Pojem mikrobiocenóza

Normálna mikroflóra sprevádza svojho majiteľa po celý život. O jeho významnom význame pri udržiavaní životných funkcií organizmu svedčia pozorovania o gnotobiontné zvieratá(bez vlastnej mikroflóry), ktorých život sa výrazne líši od života normálnych jedincov a niekedy je jednoducho nemožný. V tomto smere je štúdium normálnej ľudskej mikroflóry a jej porúch veľmi významnou sekciou lekárskej mikrobiológie.

Teraz je to už pevne stanovené organizmuľudia a mikroorganizmy, ktoré ich obývajú jediný ekosystém. Z moderného pohľadu normálna mikroflóra treba považovať za zbierka mnohých mikrobiocenózy , vyznačujúci sa určitým druhovým zložením a obsadzujúcim ten či onen biotyp v tele. V akejkoľvek mikrobiocenóza je potrebné rozlišovať medzi neustále sa vyskytujúcimi typmi mikroorganizmov - charakteristický (domorodé, autochtónne flóra), dodatočné a náhodné – prechodný (alochtónne Flóra). Množstvo charakteristické druhy relatívne malé, no početne sú vždy zastúpené najhojnejšie. Druhové zloženie prechodné mikroorganizmy sú rôznorodé, ale je ich málo.

Povrchy kože a slizníc ľudského tela sú hojne osídlené baktériami. Okrem toho počet baktérií obývajúcich krycie tkanivá (koža, sliznice) je mnohonásobne vyšší ako počet vlastných buniek hostiteľa. Kvantitatívne výkyvy baktérií v biocenóze môžu u niektorých baktérií dosiahnuť niekoľko rádov a napriek tomu zapadajú do akceptovaných noriem. Vytvorená mikrobiocenóza existuje ako jeden celok ako spoločenstvo zjednotených potravinové reťazce a súvisiace mikroekológia druhov.

Všetky mikrobiálne biocenózy nachádzajúce sa v tele zdravých ľudí tvoria normálnu ľudskú mikroflóru. V súčasnosti sa normálna mikroflóra považuje za nezávislý mimotelový orgán. Má charakteristickú vlastnosť anatomická štruktúra (biofilmu) a má určité funkcie. Zistilo sa, že normálna mikroflóra má pomerne vysokú druhovú a individuálnu špecifickosť a stabilitu.

Metabolizmus (metabolizmus) mikroorganizmov

Výživa mikróbov (konštruktívny metabolizmus).

Ako všetko živé, aj metabolizmus mikroorganizmov pozostáva z dvoch vzájomne prepojených, súčasne prebiehajúcich, ale opačných procesov – anabolizmu, čiže konštruktívneho metabolizmu a katabolizmu, čiže energetického metabolizmu.

Metabolizmus v mikroorganizmoch má svoje vlastné charakteristiky.

1) Rýchlosť a intenzita metabolických procesov. Za jeden deň dokáže mikrobiálna bunka spracovať množstvo živín, ktoré prevyšuje jej vlastnú hmotnosť 30-40-krát.

2) Výrazná prispôsobivosť meniacim sa podmienkam prostredia.

3) Výživa je zabezpečená cez celý povrch bunky. Prokaryoty neprijímajú živiny ani ich nestrávia vo vnútri bunky, ale rozkladajú ich mimo bunky pomocou exoenzýmov na jednoduchšie zlúčeniny, ktoré sú transportované do bunky.

Pre rast a životnú aktivitu mikroorganizmov je potrebné mať v biotope výživné materiály na stavbu bunkových komponentov a zdrojov energie. Mikróby potrebujú vodu, zdroje uhlíka, kyslíka, dusíka, vodíka, fosforu, draslíka, sodíka a ďalších prvkov. Na syntézu enzýmov sú potrebné aj mikroelementy: železo, mangán, zinok, meď. Rôzne typy mikróbov potrebujú určité rastové faktory, ako sú vitamíny, aminokyseliny, purínové a pyrimidínové zásady.

V závislosti od schopnosti asimilovať organické alebo anorganické zdroje uhlíka a dusíka sa mikroorganizmy delia

na dve skupiny - autotrofy a heterotrofy.

Autotrofy (gr. autos - self, trophic - kŕmenie) prijímajú uhlík z oxidu uhličitého (CO 2) alebo jeho solí. Z jednoduchých anorganických zlúčenín syntetizujú bielkoviny, tuky, sacharidy a enzýmy.

Transport živín

Do prokaryotickej bunky prenikajú bunkovou stenou a cytoplazmatickou membránou len malé molekuly, preto sa bielkoviny, polysacharidy a iné biopolyméry najskôr štiepia exoenzýmami na jednoduchšie zlúčeniny, ktoré sú transportované do bunky.

Prenikanie živín do bunky prebieha rôznymi mechanizmami.

Pasívna difúzia - látky vstupujú do bunky v dôsledku difúzie pozdĺž koncentračného gradientu, to znamená, že koncentrácia mimo bunky je vyššia ako vo vnútri.

Uľahčená difúzia - prebieha aj pozdĺž koncentračného gradientu, ale za účasti nosných enzýmov, takzvaných permeáz. Tento enzým pripája molekuly látky k sebe na vonkajšej strane cytoplazmatickej membrány a uvoľňuje ju nezmenenú na vnútornej strane. Potom sa voľný nosič opäť presunie na vonkajšiu stranu membrány, kde naviaže nové molekuly látky. Navyše každá permeáza prenáša špecifickú látku.

Tieto dva transportné mechanizmy nevyžadujú výdaj energie.

K aktívnemu prenosu dochádza aj za účasti permeáz a prebieha proti koncentračnému gradientu. Mikrobiálna bunka dokáže akumulovať látku v koncentrácii, ktorá je tisíckrát vyššia ako vo vonkajšom prostredí. Tento proces vyžaduje energiu, to znamená, že sa spotrebuje ATP.

Translokácia radikálov je štvrtým mechanizmom prenosu látok. Ide o aktívny prenos chemicky modifikovaných molekúl za účasti permeáz. Napríklad taká jednoduchá látka ako glukóza je transportovaná vo fosforylovanej forme.

K uvoľňovaniu látok z bakteriálnej bunky dochádza pasívnou difúziou alebo uľahčenou difúziou za účasti permeáz.

Enzýmy

Enzýmy sú katalyzátormi biologických procesov. Charakteristickou vlastnosťou enzýmov je ich špecifickosť. Každý enzým sa zúčastňuje iba špecifickej reakcie s konkrétnou chemickou zlúčeninou.

Enzýmy, ktoré sú vylučované bakteriálnou bunkou do prostredia a vykonávajú extracelulárne trávenie, sa nazývajú exoenzýmy. Medzi exoenzýmy patrí aj betalaktamáza, ktorá ničí penicilín a iné beta-laktámové antibiotiká, čím chráni baktérie pred ich pôsobením.

Endoenzýmy sa podieľajú na metabolických procesoch vo vnútri bunky.

Baktérie sa vďaka svojej malej veľkosti vyznačujú vysokým stupňom samoregulácie produkcie enzýmov. V tomto ohľade možno enzýmy rozdeliť na konštitutívne a adaptívne. Bunka neustále produkuje konštitutívne enzýmy. Adaptívne enzýmy sa zase delia na indukovateľné a inhibované. K produkcii indukovateľných enzýmov dochádza v prítomnosti substrátu. Napríklad enzýmy, ktoré štiepia laktózu, sa tvoria v bunke len v prítomnosti tohto sacharidu. Produkcia inhibovaných enzýmov je naopak potlačená prítomnosťou konečného substrátu v médiu v dostatočne vysokej koncentrácii (napríklad tryptofán).

Mnohé patogénne baktérie vylučujú okrem metabolických enzýmov aj enzýmy, ktoré sú faktormi virulencie. Napríklad enzýmy ako hyaluronidáza, kolagenáza, deoxyribonukleáza, neuraminidáza prispievajú k prenikaniu a šíreniu patogénnych mikróbov v tele.

Schopnosť baktérií produkovať určité enzýmy je taká konštantná vlastnosť, že sa používa na identifikáciu, teda určenie typu baktérie. Stanovte sacharolytické vlastnosti (fermentácia sacharidov) a proteolytické vlastnosti (fermentácia bielkovín a peptónu).

Mikróby sa vyznačujú vysokou enzymatickou aktivitou. Používa sa v priemysle. Tieto sa používajú v medicíne liečivé prípravky ako je streptokináza (fibrinolyzín zo streptokokov), terrilitín (proteáza z Aspergillus terricola). Enzýmy mikrobiálneho pôvodu – lipázy a proteázy, ktoré sú súčasťou pracích prostriedkov a pracích práškov, rozkladajú bielkovinové a mastné nečistoty na látky rozpustné vo vode, ktoré sa ľahko zmývajú vodou.

Biologická oxidácia (energetický metabolizmus)

Proces biologickej oxidácie poskytuje energiu potrebnú pre život buniek. Podstatou procesu je postupná oxidácia substrátov s postupným uvoľňovaním energie. Energia je uložená v molekulách ATP.

Sacharidy, alkoholy, organické kyseliny, tuky a iné látky podliehajú oxidácii. Ale pre väčšinu mikroorganizmov slúžia hexózy, najmä glukóza, ako zdroj energie.

Mikroorganizmy majú dva typy biologickej oxidácie: aeróbnu a anaeróbnu. Pri aeróbnom type sa podieľa kyslík a tento proces sa nazýva dýchanie v užšom zmysle slova. Pri anaeróbnom type biologickej oxidácie dochádza k uvoľňovaniu energie z organických molekúl bez účasti kyslíka a nazýva sa fermentácia.

Počiatočné štádium anaeróbneho rozkladu glukózy s tvorbou kyseliny pyrohroznovej (PVA) prebieha rovnakým spôsobom. Toto

kyselina je centrálnym bodom, z ktorého sa rozchádzajú cesty dýchania a mnohých druhov fermentácie.

Pri aeróbnom dýchaní vstupuje kyselina pyrohroznová do cyklu trikarboxylových kyselín. Vodík PVC vstupuje do dýchacieho reťazca. Ide o reťazec oxidačných enzýmov (cytochrómy a cytochrómoxidáza). Vodík sa prenáša pozdĺž reťazca cytochrómov a spája kyslík aktivovaný pôsobením cytochrómoxidázy za vzniku vody. Konečnými produktmi aeróbnej oxidácie glukózy sú oxid uhličitý (oxid uhličitý) a voda. Počas dýchania vzniká 38 molekúl ATP na molekulu glukózy.

Pri anaeróbnom type biologickej oxidácie sa energia vytvára ako výsledok fermentácie. Počas alkoholovej fermentácie sa PVC nakoniec mení na alkohol a oxid uhličitý. Konečným produktom fermentácie kyseliny mliečnej je kyselina mliečna a fermentácie kyseliny maslovej je kyselina maslová. Počas fermentačných procesov sa vytvoria iba 2 molekuly ATP na molekulu glukózy.

Mikrobiálnu povahu fermentácie prvýkrát objavil a dokázal Pasteur. Pri štúdiu fermentácie kyseliny maslovej sa Pasteur prvýkrát stretol s možnosťou života bez kyslíka, teda s anaerobiózou. Zaviedol tiež fenomén, ktorý sa neskôr nazýval „Pasteurov efekt“: zastavenie fermentačného procesu so širokým prístupom kyslíka.

Anaerobióza existuje iba medzi prokaryotmi. Všetky mikroorganizmy podľa typu dýchania sú rozdelené do nasledujúcich skupín: obligátne aeróby, obligátne anaeróby, fakultatívne anaeróby, mikroaerofily.

Obligátne aeróby sa rozmnožujú iba v prítomnosti voľného kyslíka. Patria sem Mycobacterium tuberculosis, Vibrio cholerae a zázračný bacil. ,

Obligátne alebo prísne anaeróby získavajú energiu v neprítomnosti kyslíka. Majú neúplnú sadu oxidačno-redukčných enzýmov, nemajú cytochrómový systém, takže substrát (glukózu) úplne neoxidujú na finálne produkty - CO 2 a H 2 O. Navyše v prítomnosti voľného kyslíka toxický látky vznikajú zlúčeniny: peroxid vodíka H 2 O 2 a voľný kyslíkový peroxidový radikál O 2. Aeróby v tomto prípade nezomrú, pretože produkujú enzýmy, ktoré ničia tieto toxické zlúčeniny (superoxiddismutáza a kataláza). Spórotvorné anaeróby sa za týchto podmienok prestávajú množiť a menia sa na spóry. Anaeróby netvoriace spóry odumierajú aj pri krátkodobom kontakte s kyslíkom.

Obligátne spóry tvoriace anaeróby zahŕňajú klostrídie tetanu, botulizmus, anaeróbne infekcie rán; nespórotvorné anaeróby – bakteroidy, peptobaktérie, bifidumbaktérie.

Väčšina patogénnych baktérií sú fakultatívne (podmienené) anaeróby, napríklad Enterobacteriaceae. Majú úplnú sadu enzýmov a so širokým prístupom kyslíka oxidujú glukózu na konečné produkty; Keď je obsah kyslíka nízky, spôsobujú fermentáciu.

Mikroaerofily sa množia v prítomnosti malého množstva kyslíka. Napríklad Campylobacter sa môže množiť v 3-6% kyslíku.

Rast a rozmnožovanie mikroorganizmov

Pojem „rast“ označuje nárast veľkosti jednotlivca a „reprodukcia“ označuje nárast počtu jednotlivcov v populácii.

Baktérie sa rozmnožujú binárnym štiepením na polovicu, menej často pučaním. U grampozitívnych baktérií sa z bunkovej steny a cytoplazmatickej membrány vytvorí septum, ktoré rastie dovnútra. V gramnegatívnych baktériách sa vytvorí zúženie a potom sa bunka rozdelí na dvoch jedincov.

Bunkovému deleniu predchádza replikácia bakteriálneho chromozómu podľa semikonzervatívneho typu. V tomto prípade sa dvojvláknové vlákno DNA rozvinie, každé vlákno je doplnené o komplementárne vlákno a výsledkom je, že každá dcérska bunka dostane jedno materské vlákno a jedno novovytvorené.

Rýchlosť reprodukcie rôznych druhov baktérií je odlišná. Väčšina baktérií sa delí každých 15-30 minút. Mycobacterium tuberculosis sa delí pomaly - jedno delenie za 18 hodín, spirochéty - jedno delenie za 10 hodín.

Ak vysejete baktérie do tekutej živnej pôdy určitého objemu a potom každú hodinu odoberiete vzorku a určíte počet živých baktérií v takomto uzavretom prostredí a zostavíte graf, na ktorom je na vodorovnej osi vynesený čas v hodinách, a log-rytmus množstva je vynesený pozdĺž osi ordinátnej osi živých baktérií, získame krivku rastu baktérií. Rast baktérií je rozdelený do niekoľkých fáz (obr. 5):

1) latentná fáza (lag fáza) - baktérie sa prispôsobujú živnému médiu, ich počet sa nezvyšuje;

2) logaritmická rastová fáza - počet baktérií sa zvyšuje geometrickou progresiou;

3) stacionárna rastová fáza, počas ktorej sa počet novovytvorených baktérií vyrovná počtom mŕtvych a počet živých baktérií zostáva konštantný a dosahuje maximálnu úroveň. Toto je M-koncentrácia - hodnota charakteristická pre každý typ baktérií;

4) fáza odumierania, kedy počet umierajúcich buniek začína prevažovať nad počtom životaschopných baktérií v dôsledku hromadenia produktov metabolizmu a vyčerpania životného prostredia.

Kultúra baktérií v takomto uzavretom, nemennom prostredí sa nazýva periodická. Ak sa do vysievaného objemu kontinuálne dodáva čerstvé živné médium a odoberá sa rovnaké množstvo tekutiny, potom sa takáto kultúra nazýva kontinuálna. Počet živých baktérií v takejto kultúre bude konštantný v koncentrácii M. Kontinuálna kultivácia sa používa v mikrobiologickom priemysle.

Tvorba pigmentov a aromatických látok mikróbmi. Žiariace mikroorganizmy

Niektoré druhy mikróbov produkujú farbiace látky - pigmenty. Ak je pigment rozpustný vo vode, potom sa mikrobiálne kolónie aj živná pôda javia sfarbené. Napríklad modrý pigment vylučovaný Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) zafarbuje médium v Modrá farba. Pigmenty, ktoré sú rozpustné v organických rozpúšťadlách, ale nerozpustné vo vode, nezafarbujú živnú pôdu. Tento červený pigment, takzvaný prodigiosan, rozpustný v alkohole, produkuje nádherná tyčinka (Serratia marcescens). Do tejto skupiny patria aj pigmenty žltej, oranžovej a červenej farby, charakteristické pre kokálnu mikroflóru vzduchu. V niektorých typoch mikróbov sú pigmenty tak pevne naviazané na protoplazmu bunky, že sa nerozpustia ani vo vode, ani v organických rozpúšťadlách. Medzi patogénnymi baktériami tvoria stafylokoky také zlaté, plavé, citrónovožlté pigmenty.

Farba pigmentu sa používa na určenie typu baktérie.

Niektoré mikroorganizmy pri svojom metabolizme produkujú aromatické látky. Napríklad vôňa jazmínu je charakteristická pre Pseudomonas aeruginosa. Charakteristická vôňa syrov, masla a špeciálny „buket“ vína sa vysvetľuje životne dôležitou aktivitou mikróbov, ktoré sa používajú na výrobu týchto produktov.

Žiara (luminiscencia) mikróbov nastáva v dôsledku uvoľnenia energie počas biologickej oxidácie substrátu. Čím intenzívnejší je prúd kyslíka, tým je žiara intenzívnejšia Žiariace baktérie sa nazývali fotobaktérie. Rozžiaria šupiny rýb v mori, huby, hnijúce stromy a potraviny, na ktorých povrchu sa rozmnožujú. Žiaru možno pozorovať pri nízkych teplotách, napríklad v chladničke. Žiadne fotogénne baktérie neboli identifikované ako patogénne pre ľudí.

Žiarenie potravinárskych výrobkov spôsobené baktériami nevedie k znehodnoteniu a môže to dokonca naznačovať. že v týchto produktoch nedochádza k hnilobe, pretože sa zastavuje s vývojom hnilobných mikroorganizmov.

KAPITOLA 5.

METÓDY PESTOVANIA MIKROORGANIZMOV. ŠTÚDIUM KULTÚRNEJ A BIOCHEMICKÉ

VLASTNOSTI

Kultivácia, teda pestovanie mikroorganizmov v laboratóriu, sa využíva na štúdium ich vlastností a získavanie biomasy. Na živných pôdach sa pestujú baktérie, huby, aktinomycéty, spirochéty a niektoré prvoky. Chlamýdie, rickettsie, vírusy a niektoré prvoky sú schopné rozmnožovania len v tele zvieraťa alebo v živých bunkách.

Kultúrne vlastnosti daného typu mikroorganizmu sú: 1) podmienky potrebné na reprodukciu a 2) povaha rastu na živných pôdach. Kultúrne vlastnosti sú jednou z charakteristík, ktoré sa berú do úvahy pri identifikácii (špecifikácii) mikroorganizmov.

Kultúrne médiá

Živné médiá musia spĺňať určité požiadavky. Musia obsahovať všetky živiny potrebné na rozmnožovanie tohto druhu mikróbov. Niektoré patogénne mikroorganizmy rastú na jednoduchých živných médiách, zatiaľ čo iné vyžadujú na svoju reprodukciu pridanie krvi, krvného séra a vitamínov.

V kultivačných médiách musia byť vytvorené určité podmienky pridaním chloridu sodného resp tlmivé roztoky. Pre väčšinu baktérií je priaznivé živné médium obsahujúce 0,5 % chloridu sodného. Reakcia živného média, ktorá je priaznivá pre väčšinu patogénnych baktérií, je mierne zásaditá, čomu zodpovedá pH = 7,2-7,4. Vibrio cholerae rastie pri pH=7,8-8,5, huby - pri pH=5-5,5. Živné pôdy musia byť vlhké, to znamená, že musia obsahovať dostatočné množstvo vody, musia byť maximálne priehľadné a sterilné, to znamená, že pred výsevom nesmú obsahovať mikróby.

Živné médiá sú podľa zloženia a pôvodu prírodné, umelé a syntetické. Prírodné živné médiá sú prírodné produkty, napríklad zemiaky a iná zelenina. Umelé živné pôdy sa pripravujú podľa špecifickej receptúry z produktov s prídavkom organických a anorganických zlúčenín. Syntetické médiá obsahujú určité chemické zlúčeniny v známych koncentráciách.

Podľa konzistencie môžu byť živné pôdy tekuté, polotekuté alebo husté. Ako tesniaci prostriedok sa zvyčajne používa agar-agar, polysacharid izolovaný z morských rias. Agar-agar nevyužívajú mikroorganizmy ako živina, tvorí vo vode gél, ktorý sa topí pri 100°C a tvrdne pri 45°C.

Na získanie hustého živného média sa agar-agar pridáva v koncentrácii 1,5-2%, pre polotekuté médium - 0,5%.

Podľa zamýšľaného účelu možno živné médiá rozdeliť na bežné (jednoduché), špeciálne, voliteľné a diferenciálne diagnostické.

Na kultiváciu väčšiny mikroorganizmov sa používajú bežné (jednoduché) živné pôdy, sú to mäsový extrakt (MPB), mäsový extrakt (MPA).

Špeciálne živné pôdy sa používajú na kultiváciu mikroorganizmov, ktoré nerastú na jednoduchých pôdach. Napríklad krvný agar a cukrový bujón na streptokoka, sérový agar na meningokoka a gonokok.

Na izoláciu jedného druhu zo zmesi rôznych baktérií sa používajú selektívne živné pôdy. Tento typ baktérií rastie rýchlejšie a lepšie ako ostatné na tomto médiu, čím ich predbieha vo svojom raste; na tomto médiu je inhibovaný rast iných baktérií. Napríklad koagulované sérum na bacil záškrtu, alkalickú peptónovú vodu na Vibrio cholerae, žlčový vývar na bacila týfusu, soľné médiá na stafylokoky.

Diferenciálne diagnostické živné pôdy sa používajú na rozlíšenie niektorých typov baktérií od iných podľa ich enzymatickej aktivity (pozri príslušnú časť).

Kultivácia a izolácia čistých kultúr aeróbnych baktérií

Na kultiváciu mikroorganizmov sú potrebné určité podmienky: teplota, aeróbne alebo anaeróbne podmienky.

Teplota by mala byť pre tento druh optimálna. Väčšina patogénnych baktérií sa množí pri 37 °C. Pre niektoré druhy sú však optimálne nižšie teploty, čo je spôsobené zvláštnosťami ich ekológie. Pre bacil moru, ktorého prirodzeným prostredím sú počas zimného spánku hlodavce, je teda optimálna teplota 28°C, ako aj pre Leptospiru pre bacilobotulizmus - 28°C-35°C.

Okrem optimálnej teploty je pre kultiváciu mikroorganizmov v závislosti od druhu potrebné aeróbne alebo anaeróbne prostredie.

Aby bolo možné študovať morfológiu, kultúrne, biochemické a iné vlastnosti mikróbov, je potrebné získať čistú kultúru. Kultúra mikróbov sa zvyčajne týka ich akumulácie na živnom médiu vo forme zákalu, rastu dna (steny) alebo filmu na povrchu kvapalného média alebo kolónií na pevnom médiu. Z jednej mikrobiálnej bunky sa vytvorí samostatná kolónia. Čistá kultúra je kultúra mikróbov jedného druhu získaná z jednej kolónie. V laboratóriách sa na rôzne štúdie používajú určité známe kmene mikróbov. Kmeň je čistá kultúra mikróbov získaná z určitého zdroja v určitom čase so známymi vlastnosťami. Mikrobiálne kmene sú spravidla označené špecifickým číslom. Napríklad kmeň Staphylococcus aureus 209P sa používa na stanovenie aktivity penicilínu.

Izolácia čistých aeróbnych kultúr zvyčajne trvá tri dni a vykonáva sa podľa nasledujúcej schémy:

1. deň - mikroskopia náteru z testovaného materiálu, farbeného (zvyčajne podľa Grama) - na predbežné oboznámenie sa s mikroflórou, čo môže byť užitočné pri výbere živného média na očkovanie. Potom naočkujte materiál na povrch stuhnutého živného agaru, aby ste získali izolované kolónie. Preosievanie je možné vykonať metódou Drigalski do troch Petriho misiek so živnou pôdou. Kvapka materiálu sa nanesie na prvý pohár a rozotrie sa špachtľou po celom pohári. Potom tou istou špachtľou naneste zvyšnú kultúru na druhý pohár a rovnakým spôsobom na tretí. Najväčší počet kolónií vyrastie na prvej doske, najmenší - na tretej. V závislosti od toho, koľko mikrobiálnych buniek bolo v skúmanom materiáli, na jednej z misiek vyrastú izolované kolónie.

Rovnaký výsledok možno dosiahnuť preosiatím na jednej šálke. Za týmto účelom rozdeľte pohár na štyri sektory. Skúmaný materiál sa naočkuje bakteriologickou slučkou v pruhoch na prvom sektore, potom, po kalcinácii a ochladení slučky, sa inokulácia rozdelí z prvého sektora do druhého a rovnakým spôsobom postupne do tretieho a štvrtého sektora. Izolované kolónie sa tvoria z jednotlivých mikrobiálnych buniek po každodennej inkubácii v termostate.

2. deň - štúdium kolónií pestovaných na miskách, ich popis. Kolónie môžu byť priehľadné, priesvitné alebo nepriehľadné, majú rôzne veľkosti, okrúhle pravidelné alebo nepravidelné obrysy, konvexný alebo plochý tvar, hladký alebo drsný povrch, hladké alebo zvlnené, zubaté okraje. Môžu byť bezfarebné alebo biele, zlaté, červené, žlté. Na základe štúdia týchto charakteristík sú pestované kolónie rozdelené do skupín. Potom sa zo študijnej skupiny vyberie izolovaná kolónia a pripraví sa náter na mikroskopické vyšetrenie na kontrolu homogenity mikróbov v kolónii. Rovnaká kolónia sa naočkuje do skúmavky so šikmým živným agarom.

3. deň - kontrola čistoty kultúry pestovanej na šikmom agare mikroskopiou v nátere. Ak sú študované baktérie homogénne, izoláciu čistej kultúry možno považovať za úplnú.

Na identifikáciu izolovaných baktérií sa študujú kultúrne charakteristiky, to znamená rastový vzor na tekutých a pevných živných médiách. Napríklad streptokoky tvoria spodné a stenové sedimenty na cukrovom vývare a malé, presné kolónie na krvnom agare; Vibrio cholerae vytvára film na povrchu alkalickej peptónovej vody a priehľadné kolónie na alkalickom agare; Morový bacil na živnom agare tvorí kolónie vo forme „čipkových vreckoviek“ s hustým stredom a tenkými zvlnenými okrajmi a v tekutom živnom médiu - film na povrchu a potom vlákna vystupujúce z neho vo forme „stalaktitov“. “.

Dokument

Ako najprv časté kapitola...poľnohospodárske mikrobiológie(Petrohrad) a čes mikrobiológovia generál

  • Kapitola 4 prelomové technológie v systémoch podpory života obsah kapitoly 4 1 Podpora ľudského života

    Literatúra

    Ako najprv Pozrime sa na systém ako príklad... časté príčina porúch žalúdka. kapitola...poľnohospodárske mikrobiológie(Petrohrad) a čes mikrobiológovia. ... M: Energoatomizdat, 1992 Atsyukovsky V.A. generáléterodynamika. - M: Energoatomizdat, ...

  • Naše knihy sa vyznačujú dôkladnou redakčnou prípravou, vysokou kvalitou tlače a čitateľskou dostupnosťou

    Učebnice

    univerzity. Učebnica pozostáva zo siedmich časti. Časťnajprv - « generálmikrobiológia"- obsahuje informácie o morfológii a fyziológii baktérií... zdravotníctva Ruskej federácie v roku 1997. IN najprvkapitola obsahuje propedeutický kurz a dietetiku; v...