Семинар 5 «Физиология бактерий»

Типы питания:

· Аутотрофы – используют для построения своих клеток неорганический углерод

· Гетеротрофы - используют для построения своих клеток органический углерод

Способы получения энергии:

· Фототрофы – источником энергии является солнечный свет

· Хемотрофы - источником энергии является окислительно-восстановительные реакции

ü Литотрофы – донорами электронов являются неорганические соединения

ü Органотрофы – донорами электронов являются органические соединения

Медицинская микробиология изучает гетерохемоорганотрофы

Источник углерода является источником энергии

 

Типы гетеротрофов:

· Сапрофиты – питаются мертвым орга-ническим материалом и независимы от других организмов

· Паразиты – гетеротрофные микроорганизмы, зависимые в получении питательных веществ от макроорганизма

ü Облигатные

ü Факультативные

 

 

Механизмы питания бактерий:

· Пассивная диффузия

· Облегченная диффузия (обязательно наличие пермеаз)

· Активный транспорт (обязательно наличие связывающих белков)

 

Окислительный метаболизм (дыхание)

Дыхание – процесс получение энергии в реакциях окисления-восстановления, сопряженных с реакциями окислительного фосфорилирования, при котором донорами электронов могут быть органические (у ор-ганотрофов) и неорганические у (лито-трофов) соединения, а акцептором – только неорганические соединения

Если акцептором электронов является молекулярный кислород, то это АЭРОБЫ

Если акцептором электронов является нитрат или сульфат, то это АНАЭРОБЫ

· Нитратное дыхание встречается у факультативных анаэробов

· Бактерии, имеющие сульфатное дыхание (Desulfovibrio и Desulfotomaculum) медицинского значения не имеют

 

Отношение бактерий к кислороду

Облигатные аэробы растут и размножаются только в присутствии кислорода (конечный акцептор электронов – кислород, катализатор – цитохромоксидаза)

· Строгие аэробы, растут при парциальном давлении кислорода, равным парциальному давлению атмосферы воздуха

· Микроаэрофилы, растут при пониженном парциальном давлении кислорода

 

Облигатные анаэробы – не используют кислород для получения энергии. Тип метаболизма – бродильный (иcключение: Desulfovibrio и Desulfotomaculum)

· Строгие анаэробы. Кислород для них токсичен. Энергию получают маслянокислым брожением (например, C.botulinum, C.tetani)

· Аэротолерантные - не используют кислород для получения энергии, но могут существовать в его атмосфере (молочнокислые бактерии)

Факультативные анаэробы – способны расти и размножаться как в присутствии кислорода, так и в его отсутствии

Обладают смешанным типом метаболизма. Процесс получения энергии у них может происходить кислородным дыханием в присутствии кислорода, а в его отсутствии переключаться на брожение. Для этой группы бактерий характерно наличие анаэробного нитратного дыхания

 

Различное физиологическое отношение микроорганизмов к кислороду связано с наличием у них ферментных систем, позволяющих существовать в атмосфере кислорода. Для нейтрализации токсичных форм кислорода микроорганизмы, способные существовать в его атмосфере, имеют: супероксиддисмутазу, пероксидазу, каталазу.

 

1. Облигатные аэробы и факультативные анаэробы имеют супероксиддисмутазу и каталазу

2. Аэротолерантные микроорганизмы не имеют супероксиддисмутазы, ее функцию выполняет высокая концентрация солей марганца. Перекись водорода у этих микроорганизмов разрушается пероксидазой

3. Строгие анаэробы не имеют ни пероксидазы, ни каталазы, но супероксиддисмутаза встречается у многих анаэробов и коррелирует с их устойчивостью к кислороду

 

Супероксиддисмутаза расщепляет за-кисный радикал на перекись водорода и молекулярный кислород.

Перекись водорода может расщепляться каталазой (облигатные аэробы и факуль-тативные анаэробы) или пероксидазой (аэротолерантные микроорганизмы).

 

Бродильный (ферментативный) метаболизм

Ферментация (брожение) – процесс получения энергии, при котором отщепленный от субстрата водород переносится на органические соединения

Кислород в процессе брожения участия не принимает. Восстановленные органические соединения выделяются в питательную среду и накапливаются в ней. Продуктами брожения являются кислоты, газы, спирты.

 

Типы брожений

Исходя из природы конечных продуктов, различают несколько типов ферментации углеводов:

· Спиртовое

· Молочнокислое

· Муравьинокислое

· Маслянокислое

 

Если для бактерий с бродильным метаболизмом источником энергии служат белки, то такие бактерии называются пептолитическими (C.histolyticum, C.botulinum)

 

Рост и размножение бактерий

Рост – согласованное увеличение количества всех компонентов клетки. Рост клетки не беспределен. После достижения предельных размеров клетка подвергается делению. Большинство бактерий делится поперечным делением. У большинства ГР «+» бактерий деление происходит путем синтеза поперечной перегородки, идущей от периферии к центру. Клетки ГР «-» бактерий делятся путем перетяжки.

Деление бактериальной клетки начинается после репликации хромосомы

Размножение бактерий бинарным делением приводит к росту числа бактериальных клеток в геометрической прогрессии

При внесении бактерий в питательную среду они растут и размножаются до тех пор, пока содержание какого-нибудь из необходимых компонентов среды не достигнет максимума, после чего рост и размножение прекращаются

Если на протяжении всего этого времени не прибавлять питательных веществ не удалять конечных продуктов обмена, то получаем статическую бактериальную культуру. Статическая (периодическая) бактериальная культура имеет генети-ческие ограничения роста.

Помимо бинарного деления некоторые представители царства Procaryotae имеют иные способы размножения.

Актиномицеты могут размножаться путем фрагментации гифов.

Микоплазмы являются полиморфными бактериями, что обусловлено особенностями их размножения. Помимо поперечного деления, если оно происходит синхронно с синтезом ДНК, микоплазмы могут размножаться почкованием. В этом случае основной морфологической репродуцирующей единицей являются элементарные тельца, размножающиеся фрагментацией и почкованием.

 

Хламидии проходят через цикл развития, который предусматривает сущес-твование двух форм: внеклеточных инфек-ционных (элементарное тельце), не обла-дающих способностью к бинарному делению, и внутриклеточных (ретикулярное тельце), способного бинарному делению.

Некоторые спирохеты, например Treponema pallidum, способны образовывать цисты, которые, распадаясь на зерна, дают потомство новым бактериальным клеткам.