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.

Život ľudského tela je veľmi zložitý a jedinečný jav, má však mechanizmy, ktoré podporujú jeho existenciu a zároveň sa dajú analyzovať až na tie najjednoduchšie zložky, ktoré sú dostupné každému. Tu je predovšetkým potrebné povedať o metabolizme baktérií, ktorý je len podmienečne zložitý, v skutočnosti je taký proces, ako je metabolizmus baktérií, pomerne jednoduchý. Veda o mikrobiológii pomáha podrobne sa zoznámiť s metabolickým procesom mikroorganizmov. Študované procesy pomáhajú pri vývoji nových foriem liečby širokej škály ochorení.

Ak hovoríme o veľký obraz metabolický bakteriálny proces, teda hovoríme o o istom reakčnom cykle a niektoré reakcie majú za úlohu dodať ľudskému telu energiu a čo sa týka iných, sú to spôsoby, ako telu doplniť hmotu, čiže v skutočnosti sú akýmsi stavebným materiálom. Ak hovoríme o metabolizme bakteriálnych buniek, potom nie je možné nájsť rozdiely od biologických princípov všeobecného typu. Práve baktérie sú základom podporného mechanizmu životného procesu živých buniek.

Existujú 2 typy takéhoto procesu, ktoré závisia od metabolických produktov:

  1. Katabolizmus deštruktívny typ alebo deštruktívna reakcia. Tento typ metabolizmu môže zabezpečiť oxidačné dýchanie. Faktom je, že keď dôjde k dýchaciemu procesu, do ľudského tela prúdia prvky oxidačného typu, ktoré pri uvoľnení energie ATP začnú oxidovať chemické zlúčeniny určitého typu. Táto energia je dostupná v bunkách vo forme väzieb fosfátového typu.
  2. Anabolizmus konštruktívny typ alebo reakcia tvorivého charakteru. Hovoríme o procese biosyntézy, ktorému organické molekuly prechádzajú, nesú potrebný charakter na udržanie života v bunke. Celý proces prebieha ako reakcie chemického typu, na ktorých sa zúčastňujú látky a produkty vnútrobunkového typu. Takéto reakcie získavajú energiu spotrebovaním energetickej rezervy, ktorá je uložená v ATP.

Väčšina metabolických procesov prebieha v prokaryotickej bunke a takýto proces je jednorazový, všetko má formu uzavretého cyklu. Keď prebieha metabolický proces, začínajú sa vytvárať produkty, ktoré sú sprevádzané bunkovými štruktúrami, potom začína biosyntetická reakcia, na ktorej sa zúčastňujú určité enzýmy, ktoré vykonávajú proces syntézy energie. Tieto typy mikrobiálneho metabolizmu nie sú jediné, existujú aj iné.

Metabolizmus mikroorganizmov súvisí so substrátom, tu hovoríme o niekoľkých fázach:

  • periférne štádium keď je substrát ošetrený enzýmami produkovanými baktériami;
  • medzistupeň keď sa v bunke začnú syntetizovať medziprodukty;
  • záverečná fáza- začína proces uvoľňovania finálnych produktov do prostredia, ktoré ho obklopuje.

Všetky vlastnosti tohto procesu sú spôsobené skutočnosťou, že existujú dva typy enzýmov (hovoríme o molekulách proteínového typu, ktoré sú schopné urýchliť reakcie v bunkovej štruktúre:

  1. Najprv musíme povedať o exoenzýmoch, čo sú molekuly proteínového typu, keď sa bunka začne produkovať vonku a vonkajší substrát začne proces deštrukcie na molekuly pôvodného typu.
  2. Samostatne hovoríme o endoenzýmoch, čo sú tiež molekuly proteínového typu, ktoré pôsobia vo vnútri bunky a potom začnú spoločnú reakciu s molekulami substrátu, ktoré prichádzajú zvonku.

Je potrebné poznamenať, že existuje množstvo enzýmov, ktoré môže bunková štruktúra produkovať priebežne (konštitutívne), a existujú aj také, ktoré produkujú v reakcii na to, keď sa objaví určitý substrát.

Metabolizmus energetického typu

Tento proces v baktériách sa uskutočňuje určitými biologickými spôsobmi:

  1. Prvá cesta je chemotrofická, keď sa energia získava počas chemických reakcií.
  2. Druhá cesta je fototrofná (tu hovoríme o energii fotosyntézy).

Ak hovoríme o tom, ako baktérie dýchajú chemotrofickým spôsobom, môžu existovať 3 spôsoby:

  • oxidácia kyslíka;
  • oxidácia bez použitia kyslíka;
  • fermentačný proces.

Vlastnosti bakteriálneho metabolizmu

  • Takéto procesy sa vyznačujú extrémnou rýchlosťou a intenzitou. Len za jeden deň je jedna baktéria schopná spracovať množstvo živín, ktoré 40-krát prevyšuje jej vlastnú hmotnosť!
  • Baktérie sa veľmi rýchlo prispôsobujú všetkým vonkajším podmienkam, aj tým najnepriaznivejším.
  • Pokiaľ ide o proces výživy, prebieha cez celý povrch bunky. Je pozoruhodné, že neexistujú žiadne spôsoby, ako prijímať prokaryotické živiny vo vnútri bunkovej štruktúry nie sú schopné trávenia, k ich rozkladu dochádza mimo bunky a pozoruje sa aj chemosyntéza siníc.

Ako mikroorganizmy rastú a rozmnožujú sa

Treba poznamenať, že rast je proces, keď sa jednotlivec zväčšuje, a čo sa týka samotného reprodukčného procesu, vtedy sa populácia začína zvyšovať.

Je pozoruhodné, že baktérie sú schopné reprodukovať sa tak, že jednoducho dochádza k binárnemu štiepeniu, ale táto metóda nie je ani zďaleka jediná, dochádza aj k pučania. Ak majú baktérie grampozitívnu formu, potom dochádza k vytvoreniu septa zo steny bunkového typu a membrány cytoplazmatického typu, ktorá je schopná rásť vo vnútri. Ak sú baktérie gramnegatívne, potom sa začne vytvárať zúženie, po ktorom sa bunka rozdelí na pár jedincov.

Pozoruhodná je rýchlosť procesu reprodukcie, môže sa líšiť. Ak hovoríme o drvivej väčšine baktérií, delia sa každú pol hodinu. A existujú tuberkulózne mykobaktérie, ktorých proces delenia je pomalší, stačí povedať, že jedno delenie môže trvať najmenej 18 hodín. Spirochety sa tiež nedelia rýchlo, asi 10 hodín, takže môžete vidieť, ako sa metabolizmus mikroorganizmov líši.

Ak naočkujete baktérie v tekutine živné médium, odoberie sa určitý objem a potom sa odoberie vzorka každú hodinu, potom má rast baktérií tvar zakrivenej čiary.

Takéto látky rastú v niekoľkých fázach:

  • fáza latentného typu, v ktorej baktérie majú schopnosť rýchlo sa prispôsobiť nutričnému prostrediu a pokiaľ ide o ich počet, nezvyšuje sa;
  • logaritmická rastová fáza, keď sa počet baktérií začína exponenciálne zvyšovať;
  • rastová fáza stacionárneho typu, keď sa objaví toľko nových látok, koľko odumrú, a živé mikroorganizmy zostávajú konštantné, to všetko môže dosiahnuť maximálnu úroveň. Tu použitý termín je M-koncentrácia, čo je hodnota, ktorá je charakteristická pre všetky typy baktérií;
  • fáza umierania je proces, pri ktorom sa počet mŕtvych buniek zvyšuje ako počet životaschopných buniek. Stáva sa to preto, že v tele sa hromadia produkty látkovej výmeny a životné prostredie sa vyčerpáva.

Na záver je potrebné poznamenať, že metabolizmus všetkých baktérií a mikróbov môže mať určité rozdiely, môžu sa na ňom podieľať rôzne faktory. Individuálne vlastnosti ľudského tela sú veľmi dôležité. Čo sa týka takého procesu, akým je regulácia metabolizmu, ten sa začal skúmať u prokaryotov a konkrétne u prokaryotov (to sú operóny črevného bacila).

Dnes existujú rôzne metódy štúdia. Ak sa študujú sírne baktérie, potom má štúdia svoje vlastné charakteristiky a na štúdium bakteriálnych zmien možno použiť iné metódy. A zvláštnu pozornosť si zaslúžia baktérie železa, ktoré majú jedinečnú schopnosť oxidovať dvojmocné železo.

anotácia

Úvod

1. Všeobecné pojmy o metabolizme a energii

2. Konštruktívny metabolizmus

3.1 Zdroje uhlíka

4. Typy metabolizmu mikroorganizmov

7. Energetický metabolizmus chemoorganotrofov pomocou procesu dýchania

8. Energetický metabolizmus chemolitoautotrofov

Záver

Táto práca obsahuje základné informácie o konštruktívnom a energetickom metabolizme baktérií. Dielo bolo dokončené na 37 listoch. Obsahuje 5 obrázkov a 1 tabuľku.


Súbor procesov premeny hmoty v živom organizme sprevádzaný jej neustálou obnovou sa nazýva metabolizmus alebo metabolizmus.

Najdôležitejšími vlastnosťami živých organizmov je schopnosť reprodukovať sa a ich blízky vzťah k životnému prostrediu. Každý organizmus môže existovať len za podmienky neustáleho prúdenia živín z vonkajšieho prostredia a uvoľňovania odpadových látok do neho.

Živiny absorbované bunkou v dôsledku komplexného bio chemické reakcie sa premieňajú na špecifické bunkové zložky. Súbor biochemických procesov absorpcie, asimilácie živín a vďaka nim vytvárania štruktúrnych prvkov bunky sa nazýva konštruktívny metabolizmus alebo anabolizmus. Pri absorpcii energie sa vyskytujú konštruktívne procesy. Energia potrebná na biosyntetické procesy iných bunkové funkcie, ako je pohyb, osmoregulácia a pod., bunka dostáva v dôsledku toku oxidačných reakcií, ktorých súhrn predstavuje energetický metabolizmus, čiže katabolizmus (obr. 1).


Všetky živé organizmy dokážu využívať iba chemicky viazanú energiu. Každá látka má určité množstvo potenciálnej energie. Hlavnými materiálnymi nosičmi jeho chemických väzieb, ktorých pretrhnutie alebo premena vedie k uvoľneniu energie.

Energetická úroveň chemické väzby nie sú rovnaké. Pre niekoho má hodnotu okolo 8-10 kJ. Takéto spojenia sa nazývajú normálne. Ostatné väzby obsahujú podstatne viac energie – 25-40 kJ. Ide o takzvané makroergické spojenia. Takmer všetky známe zlúčeniny, ktoré majú takéto väzby, zahŕňajú atómy fosforu a síry, ktoré sa podieľajú na tvorbe týchto väzieb.

Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP) hrá dôležitú úlohu v živote buniek. Jeho molekula pozostáva z adenínu, ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej: (Prílohy obr. 2)

ATP zaujíma ústredné miesto v energetickom metabolizme bunky. Makroergické väzby v molekule ATP sú veľmi krehké. Hydrolýza týchto väzieb vedie k uvoľneniu značného množstva voľnej energie:

ATP + H20→ADP + H3P04 - 30,56 kJ

Hydrolýza nastáva za účasti špecifických enzýmov, ktoré poskytujú energiu biochemickým procesom, ktoré zahŕňajú absorpciu energie. V tomto prípade hrá ATP úlohu dodávateľa energie. Molekula ATP, ktorá má malú veľkosť, difunduje do rôznych častí bunky. Zásoba ATP v bunkách sa neustále obnovuje v dôsledku reakcií pridania zvyšku kyseliny fosforečnej k molekule kyseliny adenozíndifosforečnej (ADP):

ADP + H3P04 → ATP + H20

Syntéza ATP, podobne ako hydrolýza, prebieha za účasti enzýmov, ale je sprevádzaná absorpciou energie, ktorej spôsoby získavania v mikroorganizmoch, hoci sú rôzne, možno redukovať na dva typy:

1) využitie svetelnej energie;

2) využitie energie z chemických reakcií.

V tomto prípade sa oba typy energie premieňajú na energiu chemických väzieb ATP. ATP teda pôsobí v bunke ako transformátor.

Anabolizmus a katabolizmus sú neoddeliteľne spojené, tvoria jeden celok, keďže produkty energetického metabolizmu (ATP a niektoré nízkomolekulové zlúčeniny) sa priamo využívajú pri konštruktívnom metabolizme bunky (obr. 6.1).

V mikrobiálnych bunkách závisí vzťah medzi energetickými a konštruktívnymi procesmi od množstva špecifických podmienok, najmä od povahy živín. Katabolické reakcie však zvyčajne objemovo prevyšujú biosyntetické procesy. Vzájomný vzťah a konjugácia týchto dvoch typov metabolizmu sa prejavuje predovšetkým v tom, že celkový objem konštruktívnych procesov úplne závisí od množstva dostupnej energie získanej počas energetického metabolizmu.


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 z prvokov anorganické látky organické prekurzory (I), z ktorých sa v ďalšom štádiu syntetizujú „stavebné bloky“ (II). 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 organickej hmoty.

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 v bunke. vonkajšie prostredie. Aktívny transport je hlavným mechanizmom prísunu živín do buniek so saprozoickou výživou.


3. Požiadavky na živiny prokaryotov

Monoméry potrebné na vybudovanie základných bunkových zložiek môžu byť syntetizované bunkou alebo dodané už pripravené z prostredia. Čím viac hotových zlúčenín musí organizmus prijať zvonku, tým nižšia je úroveň jeho biosyntetických schopností, keďže chemická organizácia všetkých voľne žijúcich foriem je rovnaká.

3.1 Zdroje uhlíka

V konštruktívnom metabolizme má hlavná úloha uhlík, pretože všetky zlúčeniny, z ktorých sú postavené živé organizmy, sú zlúčeniny uhlíka. Známych je asi milión. Prokaryoty sú schopné pôsobiť na akúkoľvek známu uhlíkatú zlúčeninu, t.j. využiť ju vo svojom metabolizme. V závislosti od zdroja uhlíka pre konštruktívny metabolizmus sú všetky prokaryoty rozdelené do dvoch skupín: autotrofy, ktoré zahŕňajú organizmy schopné syntetizovať všetky zložky buniek z oxidu uhličitého, a heterotrofy, ktorých zdrojom uhlíka pre konštruktívny metabolizmus sú organické zlúčeniny. Pojmy „auto-“ a „heterotrofia“ teda charakterizujú typ konštruktívneho metabolizmu. Ak je autotrofia dosť jasný a úzky pojem, potom je heterotrofia veľmi široký pojem a spája organizmy, ktoré sa výrazne líšia vo svojich nutričných potrebách.

Ďalšiu veľkú skupinu prokaryotov tvoria takzvané saprofyty - heterotrofné organizmy, ktoré nie sú priamo závislé od iných organizmov, ale vyžadujú hotové organické zlúčeniny. Využívajú odpadové produkty iných organizmov alebo rozkladajúce sa rastlinné a živočíšne tkanivá. Väčšina baktérií sú saprofyty. Stupeň dopytu po substráte medzi saprofytmi sa veľmi líši. Do tejto skupiny patria organizmy, ktoré môžu rásť len na dosť zložitých substrátoch (mlieko, mŕtvoly zvierat, hnijúce zvyšky rastlín), t.j. potrebujú sacharidy, organické formy dusíka vo forme súboru aminokyselín, peptidy, bielkoviny ako základné živiny, všetky alebo časť vitamínov, nukleotidov alebo hotových komponentov potrebných na ich syntézu (dusíkové zásady, päťuhlíkové cukry). Aby sa uspokojila potreba živín týchto heterotrofov, zvyčajne sa kultivujú na médiách obsahujúcich mäsové hydrolyzáty, kvasnicové autolyzáty, rastlinné extrakty a srvátku.

Existujú prokaryoty, ktoré potrebujú na svoj rast veľmi obmedzený počet hotových organických zlúčenín, najmä vitamínov a aminokyselín, ktoré si nie sú schopné samy syntetizovať, a napokon heterotrofy, ktoré vyžadujú len jeden organický zdroj uhlíka. Môže to byť akýkoľvek cukor, alkohol, kyselina alebo iná zlúčenina obsahujúca uhlík. Sú opísané baktérie z rodu Pseudomonas, ktoré sú schopné využívať ktorúkoľvek z 200 rôznych organických zlúčenín ako jediný zdroj uhlíka a energie, a baktérie, ktorým môže ako zdroj uhlíka a energie slúžiť úzka škála skôr exotických organických látok. Napríklad Bacillus fastidiosus môže používať iba kyselinu močovú a jej produkty degradácie a niektorí členovia rodu Clostridium rastú iba v médiách obsahujúcich puríny. Na rast nemôžu použiť iné organické substráty. Biosyntetické schopnosti týchto organizmov sú vyvinuté do takej miery, že si samy dokážu syntetizovať všetky zlúčeniny uhlíka, ktoré potrebujú.

Špeciálnou skupinou heterotrofných prokaryotov, ktoré žijú vo vodných útvaroch, sú oligotrofné baktérie, ktoré môžu rásť pri nízkych koncentráciách v organickej hmote. Organizmy, ktoré preferujú vysoké koncentrácie živín, sú klasifikované ako kopiotrofy. Ak sú pre typické kopiotrofy vytvorené optimálne podmienky pre rast, keď je obsah živín v médiu približne 10 g/l, potom pre oligotrofné organizmy je to v rozmedzí 1-15 mg uhlíka/l. V prostrediach s vyšším obsahom organických látok takéto baktérie spravidla nemôžu rásť a zomrieť.

Dusík je jedným zo štyroch hlavných prvkov podieľajúcich sa na stavbe buniek. V prepočte na sušinu obsahuje približne 10 %. Prírodný dusík prichádza v oxidovanej, redukovanej a molekulárnej forme. Prevažná väčšina prokaryotov asimiluje dusík v redukovanej forme. Sú to amónne soli, soli močoviny, organické zlúčeniny (aminokyseliny alebo peptidy). Oxidované formy dusíka, hlavne dusičnany, môžu konzumovať aj mnohé prokaryoty. Keďže dusík sa pri konštruktívnom bunkovom metabolizme používa vo forme amoniaku, dusičnany sa musia pred začlenením do organických zlúčenín redukovať.

Redukcia dusičnanov na amoniak sa uskutočňuje postupným pôsobením dvoch enzýmov - dusičnanu a dusitanreduktázy.

Schopnosť jednotlivých predstaviteľov prokaryotického sveta využívať atmosférický molekulárny dusík bola objavená už dávnejšie. IN V poslednej dobe Ukázalo sa, že túto vlastnosť má mnoho prokaryotov patriacich do rôznych skupín: eu- a archebaktérie, aeróby a anaeróby, fototrofy a chemotrofy, voľne žijúce a symbiotické formy. Fixácia molekulárneho dusíka vedie aj k jeho redukcii na amoniak.

3.3 Požiadavky na zdroje síry a fosforu

Síra je súčasťou aminokyselín (cysteín, metionín), vitamínov a kofaktorov (biotín, kyselina lipoová, koenzým A atď.) a fosfor je nevyhnutnou súčasťou nukleových kyselín, fosfolipidov a koenzýmov. V prírode sa síra nachádza vo forme anorganických solí, hlavne síranov, vo forme molekulárnej síry alebo je súčasťou organických zlúčenín. Väčšina prokaryotov spotrebuje na biosyntetické účely síru vo forme síranu, ktorý sa potom redukuje na úroveň sulfidu. Niektoré skupiny prokaryotov však nie sú schopné redukovať síran a vyžadujú si redukované zlúčeniny síry. Hlavnou formou fosforu v prírode sú fosfáty, ktoré uspokojujú potreby prokaryotov pre tento prvok.

3.4 Požiadavka kovových iónov

Všetky prokaryotické organizmy vyžadujú kovy, ktoré môžu byť použité vo forme katiónov anorganických solí. Niektoré z nich (horčík, vápnik, draslík, železo) sú potrebné v pomerne vysokých koncentráciách, zatiaľ čo potreba iných (zinok, mangán, sodík, molybdén, meď, vanád, nikel, kobalt) je malá. Úloha vyššie uvedených kovov je daná skutočnosťou, že sú súčasťou hlavných bunkových metabolitov a podieľajú sa tak na realizácii životných funkcií organizmu.

3.5 Potreba rastových faktorov

Niektoré prokaryoty potrebujú jednu organickú zlúčeninu zo skupiny vitamínov, aminokyselín alebo dusíkatých zásad, ktoré si z nejakého dôvodu nedokážu syntetizovať zo zdroja uhlíka, ktorý používajú. Takéto organické zlúčeniny, potrebné vo veľmi malých množstvách, sa nazývajú rastové faktory. Organizmy, ktoré vyžadujú okrem hlavného zdroja uhlíka jeden alebo viac rastových faktorov, sa nazývajú auxotrofy, na rozdiel od prototrofov, ktoré syntetizujú všetky potrebné organické zlúčeniny z hlavného zdroja uhlíka.


Pre plné charakteristiky mikroorganizmy používajú pojem metabolický typ. Rozdiely v typoch metabolizmu určitých skupín mikroorganizmov sú spôsobené štrukturálnymi vlastnosťami a špecifickosťou energetického metabolizmu. V závislosti od zdroja energie použitej na výrobu ATP sa mikroorganizmy delia na fototrofy (využívajú energiu svetla) a chemotrofy (využívajú energiu chemických reakcií).

Proces tvorby ATP sa nazýva fosforylácia; vyskytuje sa v mitochondriách (u eukaryotov) a enzýmových systémoch lokalizovaných na cytoplazmatickej membráne (u prokaryotov). Mechanizmus tvorby ATP je v rôznych skupinách mikroorganizmov odlišný. Existuje substrát, oxidácia a fotofosforylácia. Akýkoľvek typ fosforylácie je nevyhnutne spojený s prenosom elektrónov počas redoxných reakcií výmeny energie. V tomto prípade niektoré mikroorganizmy používajú anorganické zlúčeniny ako donory elektrónov (vodíka), zatiaľ čo iné používajú organické zlúčeniny. Podľa toho sa prvé nazývajú litotrofy, druhé - organotrofy.

S prihliadnutím na typ výživy (auto- alebo heterotrofné), povahu donoru elektrónov, zdroj energie (svetlo alebo chemická reakcia) možno teda prezentovať možné kombinácie konštruktívnych možností a možností výmeny energie vo forme nasledujúcich diagram.

Každá z prezentovaných možností charakterizuje určitý typ metabolizmu. V tabuľke 1 sú znázornení zástupcovia mikroorganizmov každého typu metabolizmu

Väčšina mikroorganizmov, ktoré žijú v prírodných odpadových vodách a zohrávajú dôležitú úlohu pri tvorbe kvality vody a jej čistení, patrí do ôsmeho a prvého typu metabolizmu. V tomto smere im bude pri ďalšej prezentácii materiálu venovaná hlavná pozornosť.


Schéma 1. Možnosti konštruktívnej a energetickej výmeny.

5. Energetický metabolizmus fototrofov

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). Táto schopnosť existovať na úkor svetelnej energie je spôsobená prítomnosťou organel so špecifickými svetlocitlivými pigmentmi v bunkách. Každý typ mikroorganizmu má charakteristickú a konštantnú sadu pigmentov.

stôl 1

Typ metabolizmu zástupcovia
1) Fotolitoautotrofia Riasy, sinice, väčšina fialových baktérií a zelené sírne baktérie.
2) Fotolitoheterotrofia Čiastočne fialové sinice a zelené sírne baktérie
3) Fotoorganoautotrofia Niektoré fialové baktérie
4) Fotoorganoheterotrofia Väčšina nesírnych purpurových baktérií
5) Chemolitoautotrofia Nitrifikačné, tionové a niektoré železité baktérie.
6) Chemolithoheterotrofia Bezfarebné sírne baktérie
7) Chemoorganoautotrofia Niektoré baktérie, ktoré oxidujú kyselinu mravčiu
8) Chemoorganoheterotrofia Protozoá, huby, väčšina baktérií.

U niektorých zástupcov skupiny cyanobaktérií sa spolu s fotolitoautotrofiou preukázala schopnosť fotolito- alebo chemoorganoheterotrofie. Existuje množstvo chemolitoautotrofných druhov Thiobacillus využívajúcich organické zlúčeniny ako zdroje energie a uhlíka, t.j. chemoorganoheterotrofné.

Niektoré prokaryoty môžu existovať iba na základe jedného konkrétneho spôsobu výživy. Napríklad jednobunková sinica Synechococcus elongatus dokáže pri konštruktívnom metabolizme využívať ako zdroj energie iba svetlo a oxid uhličitý ako hlavný zdroj uhlíka. Charakterizujúc spôsob existencie (životný štýl, typ metabolizmu) tohto organizmu hovoríme, že je to obligátny fotolitoautotrof. Mnohé baktérie patriace do rodu Thiobacillus sú povinné chemolitoautotrofy, t.j. zdrojom energie je pre nich oxidácia rôznych zlúčenín síry a zdrojom uhlíka na stavbu telesných látok je oxid uhličitý. Prevažná väčšina baktérií sú povinné chemoorganoheterotrofy využívajúce organické zlúčeniny ako zdroj uhlíka a energie.

Svetelná energia je zachytená systémom absorbujúcich pigmentov a prenášaná do reakčného centra, ktoré excituje molekuly chlorofylu. V tme je molekula chlorofylu v stabilnom, neexcitovanom stave, pri dopade svetla na túto molekulu je excitovaná a jeden z elektrónov je excitovaný na vyššiu energetickú hladinu. Molekuly chlorofylu úzko súvisia so systémom prenosu elektrónov. Každé kvantum absorbovaného svetla zaisťuje oddelenie jedného elektrónu od molekuly chlorofylu, ktorý prechodom cez elektrónový transportný reťazec odovzdáva svoju energiu systému ADP-ATP, čím sa svetelná energia premieňa na energiu vysokoenergetická väzba molekuly ATP. Tento spôsob tvorby ATP sa nazýva fotosyntetická fosforylácia.

Na uskutočnenie biosyntetických procesov produktívneho metabolizmu však mikroorganizmy potrebujú okrem energie aj redukčné činidlo – donor vodíka (elektróny). Pre riasy a sinice slúži voda ako taký exogénny donor vodíka. Redukcia oxidu uhličitého pri fotosyntéze a jeho premena na štruktúrne zložky bunky u týchto typov mikroorganizmov prebieha podobne ako pri fotosyntéze vyšších rastlín:

CO2+H20->(CH20)+02


Vzorec CH2O symbolizuje tvorbu organickej zlúčeniny, v ktorej úroveň oxidácie uhlíka približne zodpovedá oxidácii uhlíka v organických látkach bunky.

Vo fotosyntetických baktériách môžu byť donormi vodíka pre syntézne reakcie buď anorganické alebo organické látky. Väčšina fialových a zelených sírnych baktérií patriacich do skupiny fotolitoautotrofov redukuje CO2 pomocou H2S ako donoru vodíka:

CO2+2H2S->(CH20)+H20+2S

Tento typ fotosyntézy sa nazýva fotoredukcia.Hlavný rozdiel medzi bakteriálnou fotoredukciou a fotosyntézou u zelených rastlín a rias je v tom, že donorom vodíka nie je voda, ale iné zlúčeniny a fotoredukcia nie je sprevádzaná uvoľňovaním kyslíka.

Na rozdiel od anorganických redukčných činidiel, ktoré pôsobia len ako donory vodíka, môžu exogénne organické redukčné činidlá súčasne slúžiť ako zdroje uhlíka (fotoorganoheterotrofia).

Schopnosť využívať organické zlúčeniny v rôznej miere je vlastná všetkým fotosyntetickým baktériám. Pre fotolitoheterotrofy slúžia len ako zdroje uhlíkovej výživy, pre fotoorganoautotrofy len ako donory vodíka. Napríklad nesírne purpurové baktérie rodu Rhodopseudomonas sp. môže vykonávať fotosyntézu s použitím izopropanolu ako donoru vodíka, pričom redukuje oxid uhličitý a produkuje acetón:

Energia ATP


CO2 + 2CH3CHONCH3→(CH2O)+ 2CH3COCH3 +H2O


6. Energetický metabolizmus chemotrofov pomocou fermentačných procesov

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.

Fermentácia prebieha za anaeróbnych podmienok a možno ju definovať ako proces biologickej oxidácie zložitých organických substrátov na výrobu energie, pri ktorej vzniká konečný akceptor vodíka (aj organická hmota) počas rozkladu pôvodného substrátu. V tomto prípade niektoré organické látky slúžia ako donory vodíka a sú oxidované, zatiaľ čo iné pôsobia ako akceptory vodíka a v dôsledku toho sa redukujú. Prenos vodíka z donorov na akceptory sa uskutočňuje pomocou redoxných enzýmov.

Okrem uhľohydrátov sú mnohé baktérie schopné fermentovať širokú škálu zlúčenín: organické kyseliny, aminokyseliny, puríny atď. Podmienkou, ktorá určuje schopnosť látky fermentovať, je prítomnosť neúplne oxidovaných (redukovaných) atómov uhlíka v jeho štruktúru. Iba v tomto prípade je možné intra- a intermolekulárne preskupenie substrátu v dôsledku spájania oxidačných a redukčných reakcií bez účasti kyslíka.

V dôsledku fermentačných procesov sa v médiu hromadia látky, v ktorých môže byť stupeň oxidácie uhlíka vyšší alebo nižší ako v pôvodnom substráte. Avšak prísna rovnováha medzi oxidačnými a redukčnými procesmi počas fermentácie vedie k tomu, že priemerný oxidačný stav uhlíka zostáva rovnaký ako u substrátu.

Existuje niekoľko druhov fermentácie, ktorej názvy sú uvedené podľa konečného produktu: alkoholová (uskutočňujú ju kvasinky a niektoré druhy baktérií), kyselina propiónová (baktérie propiónové), metán (baktérie tvoriace metán), kyselina maslová ( baktérie kyseliny maslovej) atď.

Mnohé mikroorganizmy, ktoré vykonávajú fermentačné procesy, sú povinné anaeróby, ktoré sa nedokážu vyvíjať v prítomnosti kyslíka a dokonca aj slabších oxidačných činidiel. Iné - fakultatívne anaeróby - môžu rásť v kyslíku aj v prostredí bez kyslíka. Táto charakteristická vlastnosť fakultatívnych anaeróbov sa vysvetľuje skutočnosťou, že môžu zmeniť spôsob tvorby ATP, prechodom z oxidatívnej fosforylácie v prítomnosti kyslíka v médiu na fosforyláciu substrátu v jeho neprítomnosti. Charakteristickým znakom biologických oxidačných procesov je ich viacstupňový charakter. poskytujúce postupné uvoľňovanie voľnej energie obsiahnutej v zložitých organických substrátoch.

Viacstupňový charakter energetického metabolizmu je zásadne potrebný pre život každého organizmu. Ak by k oxidácii komplexných látok v bunke došlo v jednej fáze, potom by súčasné uvoľnenie niekoľkých stoviek kilojoulov viedlo k uvoľneniu veľkého množstva tepla, prudkému zvýšeniu teploty a bunkovej smrti, pretože efektívnosť využitia energie je obmedzená možnosťami systému ADP-ATP.

Najjednoduchším príkladom anaeróbnej oxidácie glukózy je mliečna fermentácia. Spôsobujú ho baktérie mliečneho kvasenia, fakultatívne anaeróby, ktoré netvoria spóry. Transformácia PVA počas fermentácie kyseliny mliečnej prebieha nasledovne:

CH3COCOON + NAD*H2, - CH3CHONCOOH + NAD

Mechanizmus fermentácie kyseliny propiónovej, ktorá slúži ako zdroj energie pre skupinu propiónových baktérií, fakultatívnych anaeróbov a imobilných nespórotvorných baktérií rodu Propionibacterium, je oveľa zložitejší. Tieto baktérie syntetizujú konečný akceptor pripojením CO2 na molekulu PVC. Proces je známy ako heterotrofná asimilácia CO2. V dôsledku toho vzniká kyselina oxaloctová - akceptor vodíka pre NAD*H2. Ďalšie enzymatické reakcie vedú k tvorbe kyseliny propiónovej.

Fermentáciu kyseliny maslovej vykonávajú baktérie rodu Clostridium. Energetický výdaj fermentačného procesu je teda malý, pretože organické látky nie sú úplne oxidované a časť energie pôvodného substrátu zostáva zachovaná v pomerne zložitých fermentačných produktoch. Vo väčšine prípadov pri fermentácii glukózy bunka ukladá dve molekuly ATP na 1 mol glukózy.

Na získanie energie potrebnej na syntézu bunkovej hmoty a iných životne dôležitých funkcií musia mikroorganizmy, ktoré vykonávajú fermentačné procesy, spracovať veľké množstvo organických látok.

Práve z týchto dôvodov sa na čistiarňach odpadových vôd využívajú anaeróbne fermentačné procesy na úpravu koncentrovaných substrátov – čistiarenských kalov.

Väčšina heterotrofné organizmy prijímať energiu prostredníctvom procesu dýchania - biologickej oxidácie zložitých organických substrátov, ktoré sú donormi vodíka. Vodík z oxidovanej látky vstupuje do dýchacieho reťazca enzýmov. Dýchanie sa nazýva aeróbne, ak voľný kyslík hrá úlohu konečného akceptora vodíka. Mikroorganizmy, ktoré môžu existovať iba v prítomnosti kyslíka, sa nazývajú obligátne aeróby.

Ako zdroje energie - donory vodíka - chemoorganoheterotrofy v procese dýchania môžu využívať rôzne oxidovateľné organické zlúčeniny: sacharidy, tuky, bielkoviny, alkoholy, organické kyseliny atď. Celkový proces dýchania pri oxidácii uhľohydrátov vyjadruje nasledujúca rovnica :

С6Н12О6 + 6О→ 6СО2 + 6Н2О + 2820 kJ

Počiatočná fáza premeny sacharidov až po vznik PVC je úplne identická s enzymatickými reakciami oxidácie sacharidov počas fermentácie.

V aeróbnych bunkách môže byť PVA úplne oxidovaný v dôsledku série sekvenčných reakcií. Kombinácia týchto transformácií tvorí cyklus nazývaný Krebsov cyklus alebo cyklus di- a trikarboxylových kyselín (TCA).

Vodík odoberaný dehydrogenázami v cykle sa prenáša do dýchacieho reťazca enzýmov, ktorý v aeróboch okrem NAD zahŕňa FAD, systém cytochrómov a konečný akceptor vodíka – kyslík. Prenos vodíka pozdĺž tohto reťazca je sprevádzaný tvorbou ATP.

Prvý krok fosforylácie zahŕňa prenos vodíka z primárnej dehydrogenázy na FAD. Druhá fosforylácia nastáva, keď elektrón prechádza z cytochrómu b na cytochróm, tretia - keď sa elektrón prenesie na kyslík. Na každé dva atómy vodíka (elektróny) vstupujúce do dýchacieho reťazca sa teda syntetizujú tri molekuly ATP. Tvorba ATP súčasne s procesom prenosu protónov a elektrónov pozdĺž dýchacieho reťazca enzýmov sa nazýva oxidatívna fosforylácia. V niektorých prípadoch je elektrón zahrnutý do dýchacieho reťazca na úrovni FAD alebo dokonca cytochrómov. V tomto prípade počet syntetizovaných molekúl ATP zodpovedajúcim spôsobom klesá.

Celkový energetický výsledok oxidačného procesu 1 mólu glukózy je 38 molekúl ATP, z toho 24 je spôsobených oxidáciou PVA v Krebsovom cykle s prenosom vodíka do dýchacieho reťazca enzýmov. Hlavné množstvo energie sa teda ukladá práve v tejto fáze. Pozoruhodné je, že Krebsov cyklus je univerzálny, t.j. charakteristické pre prvoky, baktérie a bunky vyšších živočíchov a rastlín.

Medziprodukty cyklu sa čiastočne využívajú na syntézu bunkových látok.

Oxidácia živín nie je vždy dokončená. Niektoré aeróby čiastočne oxidujú organické zlúčeniny a medziprodukty oxidácie sa hromadia v prostredí.

Niektoré mikroorganizmy v procese dýchania nevyužívajú ako konečný akceptor vodíka kyslík, ale oxidované zlúčeniny dusíka (dusitany, dusičnany), chlóru (chlorečnany a chloristany), síry (sírany, sulfát tiosíranu), uhlíka (CO2), chrómu (chrómany a bichromany). Tento typ dýchania sa nazýva anaeróbny.

Mikroorganizmy, ktoré vykonávajú proces dýchania v dôsledku oxidovaných zlúčenín dusíka a chlóru, sú fakultatívne anaeróby. Majú dva enzymatické systémy, ktoré im umožňujú prejsť z aeróbneho na anaeróbne dýchanie a naopak, v závislosti od prítomnosti jedného alebo druhého konečného akceptora v prostredí.

Ak sú v médiu súčasne prítomné dusičnany a molekulárny kyslík, potom sa na získanie najskôr použije akceptor veľká kvantita energie. Aeróbne dýchanie je sprevádzané tromi fosforyláciami, anaeróbne dýchanie dvoma. Ak je však koncentrácia kyslíka v prostredí nízka a koncentrácia dusičnanov oveľa vyššia, mikroorganizmy využívajú dusičnany. Rozhodujúcou podmienkou je v tomto prípade voľná energia redukčnej reakcie akceptora, ktorá závisí od jeho koncentrácie. Anaeróbne dýchanie spôsobené dusičnanmi sa nazýva denitrifikácia

Oxidované zlúčeniny síry, chrómu, uhlíka zohrávajú úlohu konečných akceptorov pre odlišné typy mikroorganizmy patriace k obligátnym anaeróbom.

V mikroorganizmoch redukujúcich sírany bol objavený elektrónový transportný reťazec, ktorý zahŕňa niekoľko enzýmov, ale postupnosť ich pôsobenia zostáva nejasná.

Keď sa sírany používajú ako konečný akceptor vodíka, mikroorganizmy ich redukujú na sulfidy:

(organická hmota je donor vodíka) + SO4→H2S+4H2O

Anaeróbne dýchanie pomocou oxidu uhličitého je sprevádzané tvorbou metánu.

Oxidácia redukovaných minerálnych zlúčenín dusíka, síry a železa slúži ako zdroj energie pre chemolitotrofné mikroorganizmy. Rozdelenie chemolitotrofných mikroorganizmov do skupín je založené na špecifickosti každej skupiny vo vzťahu k oxidovanej zlúčenine. Existujú nitrifikačné baktérie, baktérie železa, baktérie, ktoré oxidujú zlúčeniny síry.

Nitrifikačné baktérie oxidujú amónny dusík na dusičnany. Tento proces sa nazýva nitrifikácia a prebieha v dvoch fázach, z ktorých každá je zodpovedná za svoje vlastné patogény:

NH4+2O2→NO2+2H2O+557 kJ/mol (1)

2NO2+O2→2NO3+146 kJ/mol (2)

Oxidácia amoniaku na dusitany s prenosom elektrónov do dýchacieho reťazca slúži ako energetický proces pre skupinu nitrózobaktérií. Oxidácia amónneho dusíka je viacstupňový proces, pri ktorom ako medziprodukty vznikajú hydroxylamín (NH2OH) a hypodusitan (NOH). Energetickým substrátom oxidovaným v dýchacom reťazci je hydroxylamín.

Železné baktérie (chemolitoautotrofy) nepredstavujú jednu taxonomickú jednotku. Tento výraz spája mikroorganizmy, ktoré oxidujú redukované zlúčeniny železa na výrobu energie:

4FeCO3 + O2 + 6H2O→4Fe(OH)3 + 4CO2+ 167 kJ/mol (6,9)

Chinóny a cytochrómy sa podieľajú na transporte elektrónov zo železnatého železa do kyslíka. Prenos elektrónov je spojený s fosforyláciou.

Efektívnosť využitia energie u týchto baktérií je taká nízka, že na syntézu 1 g bunkovej látky musia zoxidovať asi 500 g uhličitanu železa.

Do skupiny tionických baktérií patria baktérie, ktoré oxidujú zlúčeniny síry a sú schopné autotrofnej asimilácie CO2. Energia pre konštruktívny metabolizmus tionových baktérií sa získava v dôsledku oxidácie sulfidov, molekulárnej síry, tiosíranov a siričitanov na sírany:

S2-+2O2→SO4+794 kJ/mol (6,10)

S0+H2O+1,5O2→H2SO4+ 585 kJ/mol (6,11)

S2O3+H2O+2O2→2SO4+2H+936 kJ/mol (6,12)

SO3 + 0,5O2→SO4 +251 kJ/mol (6,13)

Dýchací reťazec tionových baktérií obsahuje flavoproteíny, ubichinóny a cytochrómy.

Mechanizmus asimilácie CO2 na konštruktívne účely vo všetkých chemolitoautotrofoch je podobný ako u fotosyntetických autotrofov, ktoré využívajú vodu ako donor vodíka. Hlavným rozdielom je, že počas chemosyntézy sa neuvoľňuje kyslík.


Konštruktívne a energetické procesy teda prebiehajú v bunke súčasne. Vo väčšine prokaryotov sú navzájom úzko spojené. Metabolizmus prokaryotov, energetický aj konštruktívny, sa vyznačuje extrémnou rozmanitosťou, ktorá je výsledkom schopnosti týchto foriem života využívať najširšie spektrum organických a anorganických zlúčenín ako zdrojov energie a počiatočných substrátov pre stavbu telesných látok.

Energetický metabolizmus je vo všeobecnosti spojený s biosyntetickými a inými energeticky závislými procesmi prebiehajúcimi v bunke, ktorým dodáva energiu, redukčné činidlo a potrebné intermediárne metabolity. Konjugácia dvoch typov bunkového metabolizmu nevylučuje niektoré zmeny v ich relatívnych mierkach v závislosti od špecifických podmienok.

Energetické procesy prokaryotov svojím objemom (mierkou) výrazne prevyšujú biosyntetické procesy a ich výskyt vedie k výrazným zmenám prostredia. Schopnosti prokaryotov a spôsoby ich energetickej existencie sú v tomto smere rôznorodé a nezvyčajné. Toto všetko spolu zameralo pozornosť výskumníkov predovšetkým na štúdium energetického metabolizmu prokaryotov.


1. Bakulov I. A. „Energetický metabolizmus prokaryotov“ /Veterinárna medicína/, 2006 č.1 s.38.

2. Bailey, J. E., Ollis, David F. Základy biochemického inžinierstva. M.1989.

3. Vorobyov A.A. a kol. Mikrobiológia. M.: Medicína. 1994.

4. Gusev M.V., Mineeva L.A. Mikrobiológia: Učebnica. M.: Vydavateľstvo Moskovskej štátnej univerzity, 1992.

5. Emelyanenko P.A. a kol. Veterinárna mikrobiológia. M.: Kolos. 1982.

6. Koleshko O.I. Mikrobiológia. M.: absolventská škola. 1982.

7. Mishustin E.N., Emtsev V.T. Mikrobiológia. M.: Kolos, 1978.

8. Radchuk N.A. Veterinárna mikrobiológia a imunológia. M.: Agropromizdat. 1991

9. N. A. Sudakov „Metabolizmus a energia“ /Veterinár/ 2003 č.5 strana 26.

10. V. N. Syurin “Konštruktívny metabolizmus baktérií” /Praktik/ 2005 č.4 strana 12.

11. Schlegel G. Všeobecná mikrobiológia. M.: Mir.1987.

Mikrobiológia: poznámky z prednášok Ksenia Viktorovna Tkachenko

3. Metabolizmus bakteriálnej bunky

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 (pripájajú chemické skupiny k dvom väzbám a tiež vykonávajú 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).

Z knihy Mikrobiológia: poznámky z prednášok autora Tkačenko Ksenia Viktorovna

1. Vlastnosti štruktúry bakteriálnej bunky. Hlavné organely a ich funkcie Rozdiely medzi baktériami a inými bunkami1. Baktérie sú prokaryoty, to znamená, že nemajú samostatné jadro.2. Bunková stena baktérií obsahuje špeciálny peptidoglykán - mureín.3. IN

Z knihy Stručná história biológie [Od alchýmie ku genetike] od Isaaca Asimova

Kapitola 12 Metabolizmus Chemoterapia Boj s bakteriálnymi ochoreniami je v mnohých smeroch jednoduchší ako boj s vírusovými. Ako už bolo ukázané, baktérie sa v kultúre ľahšie rozmnožujú. Baktérie sú zraniteľnejšie. Žijúc mimo bunky spôsobujú telu škody, zbavujú ho výživy resp

Z knihy Biologické testy. 6. trieda autorka Benuzh Elena

BUNKOVÁ ŠTRUKTÚRA ORGANIZMOV ŠTRUKTÚRA BUNKY. ZARIADENIA NA ŠTÚDENIE ŠTRUKTÚRY BUNKY 1. Vyberte jednu najsprávnejšiu odpoveď Bunka je: A. Najmenšia častica všetkých živých vecí. Najmenšia častica živej rastlinyB. Časť rastlinyG. Umelo vytvorená jednotka pre

Z knihy Biológia [Kompletná príručka na prípravu na jednotnú štátnu skúšku] autora Lerner Georgij Isaakovič

Z knihy Útek z osamelosti autora Panov Jevgenij Nikolajevič

Kolektivistické bunky a solitárne bunky Úzka spolupráca buniek, ktoré tvoria mnohobunkový organizmus, je založená minimálne na dvoch dôležitých dôvodoch. Po prvé, každá jednotlivá bunka je sama o sebe mimoriadne zručná a efektívna

Z knihy Cesta do krajiny mikróbov autora Betina Vladimíra

Anatómia bakteriálnej bunky V predchádzajúcej kapitole sme sa zoznámili s tromi hlavnými typmi bakteriálnych buniek. Niektoré z nich majú tvar guľôčok, iné - palice alebo valce a ďalšie sú ako špirála. Aký je vonkajší a vnútorná štruktúra

Z knihy Prevaha života a jedinečnosť mysle? autora Mosevitsky Mark Isaakovich

5.3.1 Koncept vzniku mitochondrií a chloroplastov symbiózou bakteriálnej bunky a skorého eukaryota Pred 2 miliardami rokov nastala na Zemi kritická situácia pre ďalší vývoj života. Po premnožení sa stali fotosyntetické baktérie

Z knihy Rozmnožovanie organizmov autora Petrošová Renáta Armenakovna

3. Bunkové delenie Schopnosť deliť sa je najdôležitejšou vlastnosťou bunky. V dôsledku delenia vznikajú z jednej bunky dve nové. Jedna z hlavných vlastností života – sebareprodukcia – sa prejavuje už na bunkovej úrovni. Najbežnejší spôsob delenia

Z knihy Biologická chémia autora Lelevič Vladimír Valeryanovič

Kapitola 8. Úvod do metabolizmu Metabolizmus alebo metabolizmus je súbor chemických reakcií v organizme, ktoré mu dodávajú látky a energiu potrebné pre život. Metabolický proces sprevádzaný tvorbou jednoduchších

Z knihy autora

Metabolizmus fruktózy Značné množstvo fruktózy, ktorá vzniká pri rozklade sacharózy, sa v črevných bunkách pred vstupom do systému portálnej žily premieňa na glukózu. Druhá časť fruktózy sa absorbuje pomocou nosného proteínu, t.j. podľa

Z knihy autora

Metabolizmus galaktózy Galaktóza sa tvorí v čreve ako výsledok hydrolýzy laktózy.K poruche metabolizmu galaktózy dochádza pri dedičné ochorenie- galaktozémia. Je to dôsledok vrodeného defektu enzýmov

Z knihy autora

Metabolizmus laktózy Laktóza, disacharid, sa nachádza iba v mlieku a pozostáva z galaktózy a glukózy. Laktóza je syntetizovaná iba sekrečnými bunkami žliaz cicavcov počas laktácie. V mlieku sa nachádza v množstve od 2 % do 6 % v závislosti od druhu

Z knihy autora

Kapitola 22. Metabolizmus cholesterolu. Biochémia aterosklerózy Cholesterol je steroid charakteristický len pre živočíšne organizmy. Hlavným miestom jeho tvorby v ľudskom tele je pečeň, kde sa 50 % cholesterolu syntetizuje, 15–20 % sa tvorí v tenkom čreve, zvyšok

Z knihy autora

Kapitola 25. Metabolizmus jednotlivých aminokyselín Metabolizmus metionínu Metionín je esenciálna aminokyselina. Metylová skupina metionínu je mobilný jednouhlíkový fragment používaný na syntézu mnohých zlúčenín. Prenos metylovej skupiny metionínu na zodpovedajúcu

Z knihy autora

Metabolizmus metionínu Metionín je esenciálna aminokyselina. Metylová skupina metionínu je mobilný jednouhlíkový fragment používaný na syntézu mnohých zlúčenín. Prenos metylovej skupiny metionínu na zodpovedajúci akceptor sa nazýva transmetylácia,

Z knihy autora

Metabolizmus fenylalanínu a tyrozínu Fenylalanín je esenciálna aminokyselina, pretože jeho benzénový kruh nie je syntetizovaný v živočíšnych bunkách. Metabolizmus metionínu prebieha dvoma spôsobmi: je zahrnutý v proteínoch alebo premenený na tyrozín pod vplyvom špecifických

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. V medicíne sa používajú liečivá ako streptokináza (fibrinolyzín zo streptokokov) a 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 živinu, vo vode tvorí gél, ktorý sa topí pri 100°C a tuhne 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 baktérie rastú na tomto médiu rýchlejšie a lepšie ako iné, čím ich predbiehajú v 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... zdravotná starostlivosť Ruská federácia v roku 1997. IN najprvkapitola obsahuje propedeutický kurz a dietetiku; v...