МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ
Физиология бактерий (часть первая)
Методические рекомендации
КАЗАНЬ 2001
ББК 28.4
УДК 579 22
Печатается по решению Центрального координационно-методического совета Казанского государственного медицинского университета
Автор профессор Мусина Л.Т.
Рецензенты:
доцент кафедры эпидемиологии Хакимов Н.М.:
доцент кафедры микробиологии Брудная Ю.Е.
Физиология бактерий (часть первая)/ Мусина Л.Т.- Казань: КГМУ, 2001.-15 с.
Методические рекомендации посвящены физиологии бактерий. В данном разделе рассмотрены вопросы метаболизма бактерий, культуральных свойств, методов выделения чистых культур аэробных микробов, а также вопросы, касающиеся состава и назначения питательных сред
Методические рекомендации предназначены для преподавателей и студентов медицинских вузов.
Казанский государственный медицинский университет, 2001
Физиология бактерий. Конструктивный обмен (анаболизм)
Обмен веществ и энергии в клетке - называется метаболизмом Он представляет собой совокупность двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - катаболизма, или энергетического метаболизма, и анаболизма, или пластического метаболизма.
Анаболизм - совокупность биохимических реакций, осуществляющих синтез компонентов клетки.
Катаболизм - совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией, необходимой, в частности, для пластического обмена.
Для прокариот характерно многообразие и пластичность метаболических процессов.
Для осуществления нормальной жизнедеятельности бактериям необходимо постоянно и тщательно регулировать обмен различных веществ между клеткой и внешней средой. Цитоплазматическая мембрана бактерий проницаема для многих веществ, поток их идет в обоих направлениях. Мембрана обладает избирательной и неравномерной проницаемостью, определяющей механизмы питания бактерий. Питательные вещества поглощаются бактериальной клеткой в молекулярной форме и поступают в нее тремя основными путями: пассивной диффузией, облегченной диффузией и активным транспортом.
Пассивная диффузия осуществляется за счет различного содержания питательных веществ в среде и в клетке и происходит в направлении от большей концентрации к меньшей (по градиенту концентрации). Пассивная диффузия не требует затраты энергии. Таким путем в клетку проникает и покидает ее вода вместе с растворенными в ней различными мелкими молекулами, способными проходить через поры мембраны.
Облегченная диффузия характеризуется выраженной субстратной специфичностью и протекает с участием специфичных белков - пермиаз, локализованных в мембране Пермиазы распознают и связывают молекулу субстрата на внешней стороне мембраны и осуществляют ее перенос через мембрану На внутренней стороне мембраны комплекс пермеаза-субстрат диссоциирует, освободившаяся молекула субстрата включается в общий метаболиз клетки, а пермеаза вновь готова повторить цикл переноса своего субстрата. Облегченная диффузия происходит только по градиенту концентрации, поэтому она не требует затраты энергии.
Активный транспорт осуществляется специфическими пермиазами против градиента концентрации, поэтому он требует затраты энергии. Большинство веществ проникает в клетку именно этим путем. В процессе переноса может происходить химическая модификация веществ - например фосфорилирование углеводов. Так при участии фосфотрансферазной системы транспортируются многие сахара и их производные в процессе переноса фосфорилируются и поступают в клетку в виде сахофосфатов
В качестве питательных веществ бактерии используют различные органические и минеральные соединения. К числу важнейших химических элементов, необходимых для синтеза органических соединений, относят:
углерод, азот, водород и кислород. Свою потребность в водороде и воде бактерии удовлетворяют через воду.
По способу углеродного питания бактерии делят на две группы -автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы (лат. antos - сам. trophe- питание) - организмы, которые полностью удовлетворяют свои потребности в углероде за счет СО2.
Гетеротрофы (лат. heteros - другой, trophe - питание, т.е. «питающиеся за счет других») - организмы, которые не могут удовлетворять свои потребности в углероде только за счет СО2. а требуют для своего питания готовые органические соединения. В свою очередь, гетеротрофы делят на -сапрофиты и паразиты.
Сапрофиты (лат. sapras - гнилой, phytos - растение) - гетеротрофы, источником питания которых служат мертвые органические субстраты.
Паразиты (лат. para - при, sitas - пища) - гетеротрофы, живущие за счет живых организмов.
Для синтеза органических соединений бактериям необходима энергия. В зависимости от источника энергии бактерии подразделяются на -фототрофы и хемотрофы.
Фототрофы - способны использовать энергию солнечного света, это исключительно сапрофитные микроорганизмы. К фотосинтезирующим бактериям - фототрофам - относятся цианобактерии (сине-зеленые водоросли), пурпурные и зеленые бактерии и архебактерии.
Хемотрофы - организмы, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.
В зависимости от того, какими донорами электронов пользуются бактерии, их разделяют на литотрофы и органотрофы.
Литотрофы - организмы, использующие неорганические доноры электронов Н2. NH3, Н2S, Fe и др.
Органогрофы - организмы, в качестве доноров электронов использующие органические соединения.
Таким образом, по способу углеводного питания все организмы можно подразделить на три основные группы:
1. Фотолитотрофы - организмы, источником энергии для которых служит солнечный свет. донорами электронов - неорганические соединения.
2. Хемолитотрофы - организмы, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, донорами электронов которых служат неорганические соединения. К данной группе относятся сапрофитные бактерии.
3. Хемоорганотрофы - организмы, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, донорами электронов которых служат органические соединения. Большинство патогенных бактерий относится к данной группе.
По способу азотного питания бактерии подразделяют на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы.
Аминоавтотрофы - организмы, способные полностью удовлетворять свои потребности в азоте, необходимым главным образом для синтеза белков и нуклеиновых кислот, с помощью атмосферного иди минерального азота. К их числу относятся азотфиксирующие бактерии, свободно живущие в почве и нитрофицирующие бактерии, которые в качестве основного источника азота используют соли аммиака, азотистой и азотной кислот.
Аминогетеротрофы - организмы, для роста и размножения нуждающиеся в различных органических азотистых соединениях.
Для нормальной жизнедеятельности бактерии, кроме того, нуждаются в ионах Na+ К+ , Сl+, Са2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Cu2+ а также в фосфоре и сере, поступающие в клетку путем диффузии и активного транспорта.
Энергетический обмен (катаболизм)
Для синтеза структурных компонентов микробной клетки и поддержания процессов жизнедеятельности наряду с питательными веществами требуется достаточное количество энергии. Эта потребность удовлетворяется за счет биологического окисления и консервируется в форме АТФ. Молекулы АТФ синтезируют в результате переноса электрона от его первичного донора (органическое вещество) до конечного акцептора. В зависимости от того, что является конечным акцептором электронов, различают аэробное и анаэробное дыхание. При аэробном дыхании конечным акцептором электронов служит молекулярный кислород (О2), а при анаэробном - различные неорганические соединения: NО3-, SО42-, SОз2-. По типу дыхания микроорганизмы подразделяются на 4 группы:
1. Строгие (облигатные) аэробы - размножаются только в присутствии кислорода (вибрионы, микобактерии).
2. Микроаэрофилы - растут при сниженном по сравнению с аэробами парциальном давлении кислорода, но не растут без кислорода (некоторые виды бруцелл).
3. Факультативные анаэробы - могут потреблять глюкозу и размножаются как в аэробных, так и в анаэробных условиях (большинство условно-патогенных и патогенных бактерий).
4. Строгие (облигатные) анаэробы - размножаются только в бескислородных условиях, т.е. не используют кислород в качестве конечного акцептора кислорода (клостридии, бактероиды и др.).