Физиология микроорганизмов. Метаболизм бактерий.
Физиология микроорганизмов включает:
· типы питания;
· типы дыхания;
· культивирование (условия, среды, характер и скорость роста);
· биохимическую активность;
· изменчивость;
· выделение биологически активных веществ, токсинов и других факторов патогенности;
· чувствительность к антибиотикам, бактериофагам, бактериоцинам;
· другие биологические свойства.
Метаболизм бактерий― совокупность физико-химических процессов (химических превращений и реакций), направленных на воспроизводство структур и обеспечение жизненных функций микробной клетки, таких как:
· рост и размножение;
· отложение резервного пищевого материала;
· транспорт питательных веществ в микробную клетку;
· выделение продуктов метаболизма (токсинов, ферментов, антибиотиков и других биологически активных веществ);
· движение;
· спорообразование;
· адгезия на рецепторах клеток хозяина и проникновение в них;
· различных адаптивных реакций на изменение внешней среды.
Анаболизм— совокупность биохимических реакций, осуществляющих синтез компонентов клетки.
Катаболизм— совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией.
Схема изучения метаболизма – этапы:
1. Начальный (периферический) метаболизм – проникновение веществ в клетку извне и распад до промежуточных продуктов.
2. Амфиболизм (промежуточный метаболизм) – образование промежуточных продуктов метаболизма, общих для катаболических и анаболических путей.
3. Конечные, строго специализированные этапы конструктивного метаболизма (ведут к построению структур клетки) и энергетического метаболизма (образование АТФ).
Механизмы проникновения питательных веществ в клетку:
· Простая диффузия (для истинных растворов). Энергонезависимый процесс.
· Облегченная диффузия («паром по течению») – в направлении градиента концентрации с участием белков – переносчиков. Энергозависимый процесс.
· Активный транспорт – против концентрационного и электрохимического градиента с участием пермеаз (амино-, оксикислотных, ионных и др.). Процесс идет с затратой энергии АТФ, зависит от заряда веществ и их трансформации в процессе переноса.
Микроорганизмы по способности усваивать источники углерода делятся на две группы: автотрофы (лат. autos — сам, trophe — питание) синтезируют все углеродсодержащие компоненты клетки из СО2 как единственного источника углерода и гетеротрофы (лат. heteros — другой, «питающийся за счет других») используют разнообразные органические углеродсодержащие соединения.
В зависимости от источников энергии и микроорганизмы подразделяют на фототрофы (фотосинтезирующие), способные использовать солнечную энергию, и хемотрофы (хемосинтезирующие), получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.
В зависимости от используемых доноров электронов бактерии разделяют на литотрофы (используют неорганические доноры электронов) и органотрофы (используют органические соединения).
Прототрофы ― микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения из глюкозы и солей аммония.
Ауксотрофы ― микроорганизмы, не способные синтезировать какие-либо органические соединения. Они получают эти соединения в готовом виде из окружающей среды или организма человека.
Ферменты (от греч. fermentum ― закваска ) ― высокоспецифические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках, без которых не возможны жизнь и размножение. Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты), вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Ферменты являются белками.
Ферментный состав микроорганизма определяется геномом и является достаточно стабильным признаком. Определение ферментов широко применяется для биохимической идентификации бактерий.
Эндоферменты катализируют метаболизм проходящий внутри клетки.
Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду.
Конститутивные ферменты постоянно синтезируются в определенных концентрациях.
Индуцибельные ферменты – это ферменты, концентрация которых увеличивается при поступлении соответствующего субстрата.
Ферменты агрессии:гиалуронидаза, фибринолизин, нейраминидаза, коллагеназа, лецитиназа (лецитовителлаза), коагулаза, уреаза, аминокислотные декарбоксилазы, дезоксирибонуклеаза.
Культивирование― получение культур микроорганизмов в условиях искусственной питательной среды.
Цели культивирования:
· получение чистых культур патогенных микроорганизмов и их идентификация;
· накопление биомассы продуцентов БАВ (витаминов, гормонов, аминокислот, антибиотиков и др.);
· получение диагностических и профилактических препаратов (вакцин, диагностикумов);
· хранение эталонных музейных культур.
Культура– популяция микроорганизмов, выращенная на питательной среде.
Чистая культура – популяция одного вида микроорганизмов, выращенная из изолированной колонии на питательной среде.
Большинство патогенных микробов выращивают на питательных средах при температуре 37°С в течение 1-2 сут.