Презентація на тему:
ФІЗІОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ. РІСТ І РОЗМНОЖЕННЯ БАКТЕРІЙ

Кафедра медичної біології, мікробіології, вірусології та імунології ФІЗІОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ. РІСТ І РОЗМНОЖЕННЯ БАКТЕРІЙ Лектор ст.викл.А.Р.Малярчук

План лекції Хімічний склад бактерій Клітинний метаболізм Конструктивний метаболізм Типи живлення бактерій Mеханізми проникнення речовин Ферменти мікроорганізмів Типи дихання бактерій Ріст і розмноження бактерій Живильні середовища

Фізіологія мікроорганізмів вивчає біохімічні й енергетичні процеси, що відбуваються в бактеріальній клітині й забезпечують відтворення її структурного матеріалу та енергетичні потреби.

Хімічний склад бактерій. Як і всі живі істоти, бактерійна клітина складається з чотирьох основних елементів - азоту, вуглецю, водню, кисню. Вуглець складає 45- 55 % сухого залишку клітини, кисень - 25-30 %, азот - 8-15 % і водень - 6-8 %. Ці органогени служать матеріалом, з якого побудовано всі складові компоненти клітини: нуклеїнові кислоти, білки, ліпіди, вуглеводи, численні ферментні системи тощо.

Тонкі фізико-хімічні дослідження дозволили встановити, що в клітині нараховується понад 2,4 млн різноманітних білкових молекул 1850 видів Білок 55 % 2,4 млн. мол РНК 20,5% 250 тис. мол. ДНК 3,1 % 2 молекули Ліпіди 9,1 % 22 млн. молекул Ліпополісахариди 3,4 % 1,5 млн. молекул Пептидоглікан 2,5 % 1 молекула

Конструктивний та енергетичний метаболізм - тісно пов’язаний між собою комплекс перетворень, часто їх шляхи співпадають, і одні й ті ж речовини використовуються для різних потреб. У цьому випадку такі субстрати називаються амфіболітами, а шляхи - амфіболічними.

Конструктивний метаболіз прокаріотів. Для того, щоб клітина могла існувати, повинен відбуватись постійний обмін речовин з навколишнім середовищем. У клітину ззовні мусить надходити пластичний матеріал, з якого вона синтезує всі необхідні їй молекули. У конструктивному метаболізмі провідна роль належить сполукам вуглецю, з якого побудовано всі живі організми. Залежно від того, який вуглець засвоюють бактерії, вони поділяються на дві групи: автотрофи і гетеротрофи.

Автотрофи (autos - сам, trophe - живлення) здатні синтезувати всі необхідні їм органічні сполуки з CO2 як єдиного джерела вуглецю. Гетеротрофи (heteros -інший) - мікроорганізми, джерелом вуглецю для яких є органічні сполуки. Вони здатні споживати будь-які прості й складні вуглецеві сполуки - цукри, амінокислоти, багатоатомні спирти, парафіни та ін.

Ступінь вираження гетеротрофії у бактерій може бути найрізноманітніша. Найвищу гетеротрофність мають прокаріотичні організми, які здатні жити тільки всередині живих клітин (рикетсії, хламідії). Їх метаболічні шляхи повністю залежать від організму хазяїна. Такі мікрорганізми називають облігатними (суворими) паразитами.

Більшість бактерій, що населяють земну кулю (понад 99 %), належать до сапрофітів. Вони безпосередньо від живих організмів не залежать і живляться за рахунок мертвих органічних залишків.

Дикі штами бактерій здатні синтезувати всі необхідні їм речовини з обмеженого числа органічних сполук, наприклад, глюкози та солей амонію. Вони називаються прототрофами. Окремі мікроорганізми (варіанти прототрофів) втратили здатність до синтезу деяких необхідних їм ростових факторів, отже не можуть рости на мінімальних живильних середовищах. Їх називають ауксотрофними організмами.

Джерела енергії та донори електронів. Залежно від джерела енергії, що засвоюють мікробні клітини, їх поділяють на фототрофи і хемотрофи.

Фототрофні бактерії здатні використовувати енергію сонячного світла. Їх інакше називають фотосинтезуючими бактеріями. Патогенних для людини серед них немає. Інші прокаріоти, які одержують енергію за рахунок окисно-відновних реакцій в субстратах, називаються хемотрофами.

Для здійснення різноманітних реакцій клітині необхідні електрони. Речовини, які в процесах біохімічних перетворень віддають електрони, називаються донорами. Молекули, які одержують електрони, називаються акцепторами. Мікроорганізми, для яких джерелом електронів є неорганічні сполуки типу Н2, Н2S, NH3+ , Fe +2 та інші, називаються літотрофами (litos - камінь). Інші бактерії, для яких донором електронів виступають органічні речовини, називаються органотрофами.

Основні типи живлення мікроорганізмів

Полегшена дифузія

Механізм живлення бактерій

ФЕРМЕНТИ МІКРООРГАНІЗМІВ

Ферменти бактерій

Значення ферментів - Загальнобіологічне значення. - Участь бактерій у кругообізі речовин у природі, формуванні родовищ корисних копалин (нафта, вугілля, поклади сірки). - Мікроорганізми - прекрасні санітари довкілля. Вони здатні біодеградувати практично будь-які речовини, що забруднюють навколишнє середовище. - Їх широко використовують у різних галузях хімічної, харчової, фармацевтичної, парфумерної промисловостей, сільському господарстві, медицині.

Протеазами видаляють волосяний покрив зі шкір тварин, знімають желатиновий шар з кіноплівки. Ферменти, що забезпечують бродіння, використовуються для одержання бутанолу, ацетону, необхідних для проведення хроматографічних досліджень, етилового спирту, масляної кислоти. Кисломолочні продукти - кефір, йогурт, кисляк, кумис - також продукти діяльності бактерій бродіння.

Мікроорганізми використовуються у виноробстві, виробництві пива, при виготовленні вершкового масла, силосуванні кормів, квашенні овочів. Із дріжджів одержують білково-кормові добавки для вигодовування худоби. Як живильне середовище використовують парафіни - відходи нафти. - За допомогою мікроорганізмів та їх ферментних систем в медичній промисловості одержують гормони гідрокортизон, преднізолон, різноманітні алкалоїди.

- Пропіонібактерії, актиноміцети синтезують вітаміни (В12 ). Зі стрептококів одержано фібринолізин, стрептодорназу і стрептокіназу, які руйнують тромби в кровоносних судинах. Оскільки здатність утворювати ферменти певної специфічності притаманна всім мікроорганізмам, це широко використовується в лабораторній практиці для ідентифікації бактерій. Її проводять за комплексом цукролітичних, протеолітичних, пептолітичних, ліполітичних та інших ферментів.

Енергетичний метаболізм прокаріотів. За своїм об’ємом реакції, що забезпечують клітину внутрішньою енергією, значно перевищують біосинтетичні процеси. Мікроорганізми можуть використовувати не всі форми енергії, що існують у природі. Вони здатні користуватись тільки енергією сонячного світла (фотосинтезуючі бактерії) та хімічною (хемотрофні мікроби). Недоступні для них ядерна, механічна та теплова енергії.

Енергія, яку генерує клітина, запасається у формі електрохімічного трансмембранного градієнта іонів водню - н+ або в молекулах АТФ.

Дихання бактерій. Це один із шляхів біологічного окислення, який відбувається з утворенням молекул АТФ, тобто супроводжується нагромадженням енергії. Під час цього процесу одні речовини (органічні та неорганічні сполуки) служать донорами електронів і при цьому окислюються, акцепторами електронів виступають неорганічні сполуки, вони відновлюються. В одних мікроорганізмів кінцевим акцептором електронів виступає кисень, у інших - неорганічні сульфати, нітрати, карбонати.

Л. Пастером було вперше помічено, що деякі мікроби одержують енергію без участі кисню. У 1863 р. він запропонував терміни «аероб» та «анаероб».

Поділ бактерій за типами дихання Облігатні аероби (збудники туберкульозу, чуми, холери) Облігатні анаероби (збудники правця, ботулізму, газової анаеробної інфекції, бактероїди, фузобактерії) Факультативні анаероби (стафілококи, ешеріхії, сальмонели, шигели та інші) Мікроаерофіли (молочнокислі, азотфіксуючі бактерії) Капнеїчні (збудник бруцельозу бичачого типу)

Час, протягом якого відбувається поділ мікроба, називається часом генерації.

1. Ініціальна стаціонарна фаза. Тривалість 1-2 год. 2. Lag фаза. Тривалість 2 год 3. Фаза експоненціального (логарифмічного) росту. Тривалість 5-6 год 4. Фаза негативного прискорення росту. Тривалість 2 год. 5. Стаціонарна фаза (М-концентрації). Тривалість 2 год. 6. Фаза прискорення відмирання. Тривалість 3 год. 7. Фаза логарифмічного відмирання. Тривалість 5 год. 8. Фаза сповільнення відмирання.

Поділ мікроорганізмів за температурним оптимумом

Вимоги до живильних середовищ 1. Забезпечення потреб в азоті, вуглеці та водні для побудови власних білків. Водень і кисень для клітин постачає вода. Джерелом азоту виступають численні речовини, в основному, тваринного походження (м’ясо яловиче, риба, м’ясо-кісткова мука, казеїн), а також білкові гідролізати, пептиди, пептони. 2. Ростові фактори (вітаміни, ферменти). Універсальним джерелом їх служать екстракти з білків тваринного й рослинного походження, білкові гідролізати. Для мікробів з більш складними харчовими потребами до складу середовищ включають нативні субстрати - кров, сироватку, асцитичну рідину, яєчний жовток, кусочки печінки, нирок, мозкової тканини та ін.

3. Середовища повинні бути збалансованими за мікроелементним складом і містити іони заліза, міді, марганцю, цинку, кальцію, натрію, калію, мати у своєму складі неорганічні фосфати. 4. Допустимим є вживання речовин, які усувають дію інгібіторів росту і токсиноутворення мікробів (окремі амінокислоти, твіни, активоване вугілля тощо). 5. Стабілізація оптимуму рН середовища, його високої буферності. 6. Середовища повинні мати певну в’язкість, густину 7. Ізотонічність, прозорість, обов’язково стерильність

Класифікація поживних середовищ

Різноманіття форм і поверхні колоній

Різні види поверхні бактеріальних колоній

Етапи видiлення чистих культур аеробних мiкроорганiзмiв: 1 - макро- i мiкроскопiчне вивчення дослiджуваного матерiалу i посiв на щiльнi поживнi середовища для одержання окремих колонiй; 2 - макро- i мiкроскопiчне вивчення колонiй i пересiв на скошений агар; 3 - перевiрка чистоти виділеної культури та її iдентифiкацiя; 4 - висновок про видiлену культуру.

Етапи виділення чистої культури бактерій

Методи одержання ізольованих колоній

Біохімічні властивості бактерій