Реферат: Физиологический период развития микробиологии. Реферат физиология микроорганизмов микробиология

физиология микроорганизмов

Физиология бактерий

Физиология бактерий изучает жизнеде­ятельность, метаболизм бактерий, вопросы питания, получения энергии роста и размно­жения бактерий, а также их взаимодействие с окружающей средой. Метаболизм бактерий лежит в основе изучения и разработки мето­дов их культивирования, получения чистых культур и их идентификации. Выяснение фи­зиологии патогенных и условно-патогенных бактерий важно для изучения патогенеза вы­зываемых ими инфекционных болезней, для постановки микробиологической диагности­ки, проведения лечения и профилактики ин­фекционных заболеваний, регуляции взаимо­отношения человека с окружающей средой, а также для использования бактерий в биотех­нологических процессах с целью получения биологически активных веществ.

Химический состав бактериальной клетки.

Бактериальная клетка на 80—90 % состоит из воды, и только 10% приходится на долю сухого вещества. Вода в клетке находится в свободном или связанном состоянии. Она выполняет механическую роль в обеспечении тургора, участвует в гидролитических реакци­ях. Удаление воды из клетки путем высуши­вания приводит к приостановке процессов метаболизма, прекращению размножения. Высушивание микроорганизмов в вакууме из замороженного состояния (лиофилизация) прекращает размножение микробов и спо­собствует длительному их сохранению.

Состав сухого вещества распределен следу­ющим образом:

52 % составляют белки, 17 % — углеводы, 9 % - липиды, 16 % - РНК, 3 % - ДНК и 3 % — минеральные вещества.

Белки являются ферментами, а также со­ставной частью клетки, входят в состав цитоплазматической мембраны (ЦПМ) и ее производных, клеточной стенки, жгутиков, спор и некоторых капсул. Некоторые бактериальные белки являются антигенами и токсинами бак­терий. В состав белков бактерий входят от­сутствующие у человека Д-аминокислоты, а также диаминопимелиновая кислота.

Углеводы представлены в бактериальной клетке в виде моно-, ди-, олигосахаров и полисахаридов, а также входят в состав ком­плексных соединений с белками, липидами и другими соединениями. Полисахариды нахо­дятся в составе некоторых капсул, клеточной стенки; крахмал и гликоген являются запас­ными питательными веществами. Некоторые полисахариды принимают участие в форми­ровании антигенов.

Липиды или жиры входят в состав ЦПМ и ее производных, клеточной стенки грамотрицательных бактерий, а также служат запасными веществами, входят в состав эн­дотоксина грамотрицательных бактерий, в составе ЛПС формируют антигены. В бак­териальных жирах преобладают длинноцепочечные (С 14—С18) насыщенные жирные кислоты и ненасыщенные жирные кислоты, содержащие одну двойную связь. Сложные липиды представлены фосфатидилинозитом. фосфатидилглицерином и фосфатидилэтаноламином. У некоторых бактерий в клетке находятся воски, эфиры миколовой кислоты. Микоплазмы — единственные представители царства Procaryotae, имеющие в составе ЦПМ стеролы. Остальные бактерии в составе ЦПМ и ее производных не имеют стеролов.

Нуклеиновые кислоты. В бактериальной клетке присутствуют все типы РНК: иРНК, тРНК, рРНК. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды — это те строительные блоки, из которых синтезируются нуклеиновые кисло­ты. Кроме того, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды входят в состав многих кофермен-тов и служат для активации и переноса амино­кислот, моносахаров, органических кислот.

ДНК выполняет в бактериальной клетке на­следственную функцию. Молекула ДНК постро­ена из двух полинуклеотидных цепочек. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и фосфатной группы (рис. 3.1, а). Азотистые основания представле­ны пуринами(аденин, гуанин) и пиримидинами (тимин, цитозин). Каждый нуклеотид обладает полярностью. У него имеется дезоксирибозный З'-конец и фосфатный 5'-конец. Нуклеотиды со­единяются в полинуклеотидную цепочку пос­редством фосфодиэфирных связей между 5'-кон-цом одного нуклеотида и З'-концом другого. Сцепление между двумя цепями обеспе­чивается водородными связями между компле­ментарными азотистыми основаниями: аденина с тимином, гуанина с цитозином. Нуклеотидные цепи антипараллельны: на каждом из концов линейной молекулы ДНК расположен 5'-конец одной цепи и З'-конец другой цепи. Процентное содержание количества гуанинцитозин(ГЦ)-пар в ДНК определяет степень родства между бактери­ями и используется при определении таксономи­ческого положения бактерий.

Минеральные вещества обнаруживаются в золе, полученной после сжигания клеток. В большом количестве представлены мине­ральные вещества: N, S, Р, Са, К, Mg, Fe, Mn, а также микроэлементы: Zn, Си, Со, Ва.

Азот входит в состав белков, нуклеотидов, коферментов. Сера входит в виде сульфгид-рильных групп в структуру белков. Фосфор в виде фосфатов представлен в нуклеиновых кислотах, АТФ, коферментах. В качестве ак­тиваторов ферментов используются ионы Mg, Fe, Mn. Ионы К и Mg необходимы для акти­вации рибосом. Са является составной частью клеточной стенки грамположительных бакте­рий. У многих бактерий имеются сидерохро-мы, которые обеспечивают транспортировку ионов Fe внутрь клетки в виде растворимых комплексных соединений.

'Классификация бактерий по типам питания и способам получения энергии.

Основной целью метаболизма бактерий является рост, т. е. коор­динированное увеличение всех компонентов клетки. Поскольку основными компонентами бактериальной клетки являются органические соединения, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды, остов которых построен из атомов углерода, то для роста требуется посто­янный приток атомов углерода. В зависимости от источника усвояемого углерода бактерии подразделяют по типам на:

ауготрофы, которые используют для построения своих клеток неорганический углерод, в виде СО,; гетеротрофы (от феч. heteros — другой), которые используют органический углерод. Легко усвояемыми источниками органи­ческого углерода являются гексозы, многоатомные спирты, аминокислоты.

Белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты являются крупными полимерными молекулами, которые синтезируются из мо­номеров в реакциях поликонденсации, про­текающих с поглощением энергии. Поэтому для восполнения своей биомассы бактериям помимо источника углерода требуется источ­ник энергии. Энергия запасается бактериаль­ной клеткой в форме молекул АТФ.

Организмы, для которых источником энергии является слет, называются фототрофами.Те организмы, которые получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, называются хемотрофами.

Среди хемотрофов выделяют литотрофы (от греч. lithos — камень), способные использо­вать неорганические доноры электронов (Н2, Nh4, h3S, Fe2+ и др.) и органотрофы, которые используют в качестве доноров электронов органические соединения.

Бактерии, изучаемые медицинской мик­робиологией, являются гетерохемоорганотрофами. Отличительной особенностью этой группы является то, что источник углерода у них является источником энергии. Учитывая разнообразие микромира и типов метаболиз­ма, далее изложение материала ограничено рассмотрением метаболизма у гетерохемоорганотрофов.

Степень гетеротрофности у различных бак­терий неодинакова. Среди бактерий выде­ляют сапрофиты (от греч. sapros — гнилой, phyton — растение), которые питаются мерт­вым органическим материалом и независимы от других организмов, и паразиты (от греч. parasites — нахлебник) — гетеротрофные мик-рорганизмы, зависимые в получении пита­тельных веществ от макроорганизма.

Среди паразитов различают облигатных и факультативных. Облигатные паразиты пол­ностью лишены возможности жить вне кле­ток. К ним относятся представители родов Rickettsia, Coxiella, Ehrlichia, Chlamydia, раз­множающиеся только внутри клеток макрорганизма.

Факультативные паразиты могут жить и без хозяина и размножаться, так же как и сапро­фиты, на питательных средах in vitro, т. е. вне организма.

Транспорт веществ в бактериальную клетку

Для того, чтобы питательные вещества мог­ли подвергнуться превращениям в цитоплаз­ме клетки, они должны проникнуть в клетку через пограничные слои. Ответственность за поступление в клетку питательных веществ лежит на ЦПМ.

Существует два типа переноса веществ в бак­териальную клетку:

1. пассивный

2. активный.

При пассивном переносе вещество прони­кает в клетку только по градиенту концентра­ции. Затрат энергии при этом не происходит. Различают две разновидности пассивного пе­реноса:

1. простую диффузию

2. облегченную диффузию.

Простая диффузия — неспецифи­ческое проникновение веществ в клетку, при этом решающее значение имеет величина мо­лекул и липофильность. Скорость переноса незначительна.

Облегченная диффузия проте­кает с участием белка-переносчика. Скорость этого способа переноса зависит от концентра­ции вещества в наружном слое.

При активном переносе вещество про­никает в клетку против градиента концен­трации при помощи белка-переносчика — пермеазы. При этом происходит затрата энергии. Имеется два типа активного транс­порта. При одном типе активного транспорта небольшие молекулы (аминокислоты, некоторые сахара) «накачиваются» в клетку и создают концентрацию, которая может в 100—1000 раз превышать концентрацию этого вещества снаружи клетки. Второй ме­ханизм, получивший название транслока­ция радикалов, обеспечивает включение в клетку некоторых сахаров (например, глю­козы, фруктозы), которые в процессе пе­реноса фосфорилируются, т. е. химически модифицируются. Для осуществления этих процессов в бактериальной клетке лока­лизуется специальная фосфотрансферная система, составной частью которой является белок-переносчик, находящий­ся в активной фосфорилированной фор­ме. Фосфорилированный белок связывает свободный сахар на наружной поверхности мембраны и транспортирует его в цитоплаз­му, где сахар освобождается в виде фосфата. Поступив в клетку, органический источник углерода и энергии вступает в цепь биохимичес­ких реакций, в результате которых образуются АТФ и ингредиенты для биосинтетических про­цессов. Биосинтетические (конструктивные) и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. Они тесно связаны между собой через общие промежуточные продукты, кото­рые называются амфиболитами.

Культивирование бактерий в системах in vi­tro осуществляется на питательных средах. Искусственные питательные среды должны отвечать следующим требованиям:

1. Каждая питательная среда должна со­держать воду, так как все процессы жизнеде­ятельности бактерий протекают в воде.

2. Для культивирования гетероорганотрофных бактерий в среде должен содержаться органический источник углерода и энергии. Эту функцию выполняют различные органи­ческие соединения: углеводы, аминокислоты, органические кислоты, липиды. Наибольшим энергетическим потенциалом обладает глюко­за, так как она непосредственно подвергается расщеплению с образованием АТФ и ингре­диентов для биосинтетических путей. Часто используется в этих целях пептон — продукт неполного гидролиза белков, состоящий из поли-,олиго- и дипептидов. Пептон также поставляет аминокислоты для построения бактериальных белков.

3. Для синтеза белков, нуклеотидов, АТФ, коферментов бактериям требуются источни­ки азота, серы, фосфаты и другие минераль­ные вещества, в том числе микроэлементы.

Источником азота может служить пептон; кроме того, большинство бактерий способны использовать соли аммония в качестве источ­ника азота.

Серу и фосфор бактерии способны утили­зировать в виде неорганических солей: суль­фатов и фосфатов.

Для нормального функционирования фер­ментов бактериям требуются ионы Са2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, которые добавляют в питательную среду в виде солей, чаще всего фосфатов.

4. Решающее значение для роста мно­гих микроорганизмов имеет рН среды. Поддерживание определенного рН имеет значение для предотвращения гибели мик­роорганизмов от ими же образованных про­дуктов обмена. С этой целью питательную среду забуферивают, чаще всего используя фосфатный буфер. При сильном выделении бактериями кислот, как продуктов обмена, добавляют к питательной среде карбонат кальция СаС12.

5. Среда должна обладать определенным ос­мотическим давлением. Большинство бакте­рий способны расти на изотоничных средах, изотоничность которых достигается добавле­нием NaCl в концентрации 0,87 %. Некоторые бактерии не способны расти на средах при концентрации соли в них ниже 1 %. Такие бактерии называются галофильными.

Так как устойчивость к осмотическому дав­лению определяется наличием у бактерий клеточной стенки, бактерии, лишенные кле­точной стенки, микоплазмы L-формы могут расти на питательных средах, содержащих гипертонический раствор, обычно сахарозы.

При необходимости к питательной среде добавляют факторы роста, ингибиторы роста определенных бактерий, субстраты для дейс­твия ферментов, индикаторы.

6. Питательные среды должны быть сте­рильными.

В зависимости от консистенции питатель­ные среды могут быть:

1. жидкими,

2. полужидки­ми

3. плотными.

Плотность среды достигается добавлением агара.

Агар — полисахарид, получаемый из водо­рослей. Он плавится при температуре 100 °С, но при охлаждении остывает при температу­ре 45-50 °С. Агар добавляют в концентрации 0,5 % — для полужидких сред и 1,5—2 % — для создания плотных сред.

В зависимости от со­става и цели применения различают:

1. простые,

2. сложные,

3. элективные,

4. минимальные,

5. диффе­ренциально-диагностические

6. комбинирован­ные среды.

По составу питательные среды могут быть простыми и сложными.

К простым средам от­носятся пептонная вода, питательный бульон, мясопептонный агар.

На основе этих простых сред готовят сложные, например сахарный и сывороточный бульоны, кровяной агар.

В зависимости от назначения среды под­разделяются на элективные, обогащенные, дифференциально-диагностические.

Под элективными понимают среды, на ко­торых лучше растет какой-то определенный микроорганизм. Например, щелочной агар, имеющий рН 9, служит для выделения холер­ного вибриона. Другие бактерии, в частности кишечная палочка, из-за высокого рН на этой среде не растут.

Среды обогащения — это такие среды, кото­рые стимулируют рост какого-то определен­ного микроорганизма, ингибируя рост других. Например, среда, содержащая селенит натрия, стимулирует рост бактерий рода Salmonella, ингибируя рост кишечной палочки.

Дифференциально-диагностические среды служат для изучения ферментативной активности бактерий. Они состоят из простой пи­тательной среды с добавлением субстрата, на который должен подействовать фермент, и индикатора, меняющего свой цвет в результа­те ферментативного превращения субстрата. Примером таких сред являются среды Гисса, используемые для изучения способности бак­терий ферментировать сахара.

Комбинированные питательные среды со­четают в себе элективную среду, подавля­ющую рост сопутствующей флоры, и диф­ференциальную среду, диагностирующую ферментативную активность выделяемого микроба. Примером таких сред служат среда Плоскирева и висмут-сульфитный агар, ис­пользуемые при выделении патогенных ки­шечных бактерий. Обе эти среды ингибируют рост кишечной палочки.

Питательные среды. Применяют для выращивания (культи­вирования) микроорганизмов в лабораторных или промышлен­ных условиях. Любая питательная среда должна отвечать сле­дующим требованиям:

• содержать все необходимые для роста и размножения бактерий вещества в легкоусвояемой форме;

• иметь оптимальные для бактерий физико-химические свойства: рН, влажность, осмолярность и др.

Для жизнедеятельности микробной клетки, безусловно, не­обходима вода как основной растворитель и среда для проте­кания всех биохимических реакций.

В бактериологической практике используют среды, различ­ные по происхождению.

Синтетическими питательными сре­дами называют такие, которые состоят из растворов химически чистых соединений в точно установленных дозировках. Пре­имуществом синтетических сред являются их строго постоян­ный состав и воспроизводимость.

Полусинтетические среды включают наряду с химически чистыми соединениями переработанные нативные компоненты неопределенного состава — гидролизаты мяса, дрожжевой экстракт и т.д.

Натуральные питательные среды представляют собой неизмененные натив­ные (природные) компоненты (сыворотка крови, яичный белок и др.).

Различные потребности микробов отдельных видов обуслов­ливают большое разнообразие питательных сред.

По консистенции питательные среды могут быть жидкими, полужидкими, плотными. Для придания плотной консистен­ции к жидкой среде добавляют агар-агар, представляющий собой продукт переработки особого вида морских водорослей. Агар-агар плавится при 80—86 °С, затвердевает при темпера­туре около 40 "Сив застывшем состоянии придает среде плот­ность. В плотные среды добавляют 1,5—2 %, в полужидкие — 0,3—0,7 % агар-агара. В некоторых случаях для получения плотных питательных сред используют нативные компоненты (свернувшаяся сыворотка крови, свернувшийся яичный белок), которые сами по себе являются плотными.

Преимуществом плотных питательных сред является воз­можность получения чистых культур микроорганизмов, а также сообществ микроорганизмов (колоний, бактериальных газо­нов), имеющих макроскопические размеры.

По целевому назначению питательные среды делят на основ­ные, элективные и дифференциально-диагностические.

К основным относятся среды, применяемые для выращива­ния многих бактерий. Это пептические гидролизаты мясных, рыбных продуктов, крови животных или казеина, из которых готовят жидкую среду — питательный бульон и плотную — пи­тательный агар. Такие среды также служат основой для приго­товления сложных питательных сред — сахарных, кровяных и др., удовлетворяющих пищевые потребности патогенных бак­терий.

Элективные питательные среды предназначены для избира­тельного выделения и накопления микроорганизмов опреде­ленного вида (или определенной группы) из материалов, со­держащих разнообразную постороннюю микрофлору. При со­здании элективных питательных сред исходят из биологичес­ких особенностей, которые отличают данные микробы от боль­шинства других. Например, избирательный рост стафилокок­ков наблюдается при повышенной концентрации хлорида на­трия, холерного вибриона — в щелочной среде и т.д.

Дифференциально-диагностические питательные среды при­меняют для различения (дифференциации) отдельных видов (или групп) микробов. Принцип составления этих сред осно­ван на различиях в биохимической активности бактерий раз­ных видов вследствие неодинакового набора ферментов.

В состав дифференциально-диагностической среды входят следующие компоненты: а) основная питательная среда, обеспечивающая размножение бактерий, б) определенный углевод (например, лактоза), способность использовать который явля­ется диагностическим признаком для данного вида, в) цвет­ной индикатор (например, индикатор Андреде), изменение цвета которого свидетельствует о сдвиге рН среды в кислую сторону вследствие ферментации соответствующего углевода. Дифференциально-диагностические среды широко использу­ют в лабораторных микробиологических диагностических исследованиях для дифференциации и идентификации бак­терий.

Культивирование бактерий применяют, в частности, для выделения и идентификации чистых культур

а Выделение чистой культуры бактерий

Выделение отдельных видов бактерий из исследуемого ма­териала, содержащего, как правило, смесь различных микро­организмов, является одним из этапов любого бактериологи­ческого исследования, проводимого с различными целями: диагностики заболеваний, определения микробной обсемененности окружающей среды и т.д.

Чистой культурой называется популяция бактерий одного вида или одной разновидности, выращенная на питательной среде. Многие виды бактерий подразделяют по одному при­знаку на биологические варианты — биовары. Биовары, разли­чающиеся по биохимическим свойствам, называют хемоварами, по антигенным свойствам — сероварами, по чувствитель­ности к фагу — фаговарами и т.д. Культуры микроорганизмов одного и того же вида или биовара, выделенные из различных источников либо в разное время из одного и того же источни­ка, называют штаммами, которые обычно обозначают номера­ми, какими-либо символами.

Колония представляет собой видимое изолированное сооб­щество микроорганизмов одного вида, образующееся в резуль­тате размножения одной бактериальной клетки на плотной питательной среде (на поверхности или в глубине ее).

Методы выделения чистой культуры

Для выделения чистой культуры применяют методы, ос­нованные на:

1. механическом разобщении бактериальных клеток;

2. предварительной обработке исследуемого материала физическими или химическими факторами, оказыва­ющими избирательное антибактериальное действие;

3. избирательном подавлении размножения сопутствую­щей микрофлоры физическими или химическими факторами во время инкубации посевов;

4. способности некоторых бактерий быстро размножать­ся в организме чувствительных к ним лабораторных животных (биопробы).

Основные среды.

Пептонный бульон. Выпускается в сухом виде; состав (г/л): триптический гидролизат кильки ; натрия хлорид — 4,95.

Питательный агар. Состав (г/л): ферментативный гидролизат кормовых дрожжей — 12,0; агар — 12,5; натрия хлорид 5,5; рН 7,3+0,1.

основные сложные среды —кровяные, сывороточные. Их готовят путем добавления к питательному ашру 5—10 % дефибринированной крови или сыворотки крови либо 25 % асцитической жидкости. Для приготовления ЖИДКОЙ среды такие же количества сыворотки или асцитической жидкости добавляют к питательному бульону. «Агар Мюллера-Хинтон (основная плотная питательная среда для определения чувствительности бактерий к антибиотикам методом дисков): на 1 л дистиллированной воды мясного настоя (из говядины), 17,5 г гидролизата казеина, Уф г крахмала, 17 г агар-агара.

Элективные питательные среды. Пептонная вода 1 %, рй 8,0. Избирательная для холерного вибриона, который размножается быстро, опережая рост других микроорганизмов. Щелочная реакция среды не препятствует росту возбудителя холеры Vibrio cholerae, но тормозит рост других микроорганиз­мов.

Щелочной агар (плотная среда): питательный агар, рН 7,8, аналогично предыдущей среде элективен для V.cholerae. - Среда Леффлера. Смесь 1 части лошадиной сыворотки и 3 частей сахарного бульона, скошенная в пробирках при нагревании в аппарате Коха, элективна для возбудителя диф­терии Corynebacterium diphtheriae.

■УЖелточно-солевой агар (ЖСА). Содержит повышенные концентрации хлорида натрия (8—10 %), которые не препятствуют размножению стафилококков, что обеспечивает селективность среды для данных микроорганизмов. Среда позволяет дифференцировать стафилококки, продуцирующие лецитиназу, от стафилококков, не выделяющих этот фермент, по образованию зон помутнения с перламутровым оттенком вокруг колоний лецитиназоположительных видов (фермент расщепляет лецитин куриного желтка, который вносится в рас­плавленный и остуженный до 45 "С питательный солевой агар).

Дифференциально-диагностические среды.

Среды Гисса. К 1 % пептонной воде добавляют 0,5 % раствор определенного углевода (глюкоза, лактоза, мальтоза, маннит и др.) и индика­тор Андреде (кислый фуксин в 1 н. растворе NaOH), разливают по пробиркам. В пробирки помещают поплавок (трубка длиной около 3 см, один конец которой запаян) для улавливания газообразных продуктов, образующихся при разложении угле­водов. Среда при рН 7,2—7,4 бесцветна. При разложении уг­леводов она приобретает красный цвет.

Среда Ресселя. Применяется при изучении биохими­ческих свойств энтеробактерий (шигелл, сальмонелл). Содер­жит питательный агар, лактозу, глюкозу и индикатор бромти-моловый синий. Приготавливают в пробирках по 6—8 мл в виде столбика со скошенной поверхностью. Цвет незасеянной среды травянисто-зеленый. Посев делают штрихом по скошен­ной поверхности и уколом в глубину столбика. Микроорганиз­мы, ферментирующие глюкозу до кислоты, вызывают измене­ние окраски столбика среды из первоначальной травянисто-зе­леной в желтую; скошенная поверхность при этом приобретает синий цвет. Лактозоположительные микроорганизмы (£. со/0 изменяют цвет столбика и скошенной части среды в желтый. Микроорганизмы, образующие щелочь, изменяют цвет среды в синий. Газообразование отмечается в толще столбика среды.

Среда Эндо. Выпускается в виде порошка, который со­стоит из высушенного питательного агара с 1 % лактозы и индикатора — основного фуксина, обесцвеченного сульфитом натрия. Свежеприготовленная среда бесцветна или бледно-ро­зовая. При росте лактозоположительных бактерий их колонии окрашиваются в темно-красный цвет с металлическим блес­ком; лактозоотрицательные бактерии образуют бесцветные ко­лонии.

Среда Плоскирева (бактоагар Ж). Выпускается в сухом виде и содержит питательный агар с лактозой, брилли­антовым зеленым, солями желчных кислот, минеральными со­лями и индикатором (нейтральный красный). Эта среда является не только дифференциально-диагностической, но и селек­тивной, так как подавляет рост многих микроорганизмов (ки­шечная палочка и др.) и способствует лучшему росту некото­рых патогенных бактерий (возбудители брюшного тифа, пара-тифов, дизентерии). Лактозоотрицательные бактерии образуют на этой среде бесцветные колонии, а лактозоположительные — красные.

Висмут-сульфит агар. Выпускается в сухом виде; со­держит триптический гидролизат кильки, глюкозу, неоргани­ческие соли, бриллиантовый зеленый, агар. Среда предназна­чена для выделения сальмонелл. Дифференцирующие свойства среды основаны на-способности микроорганизмов продуциро­вать h3S, который вступает в реакцию с цитратом висмута и образует соединение черного цвета — сульфит висмута. Среда резко угнетает рост сопутствующей микрофлоры за счет инги-бирующего действия бриллиантового зеленого и сульфита на­трия.

studfiles.net

Реферат - Особенности физиологии и биохимии микроорганизмов

Самостоятельная работа по микробиологии № 5 на тему «Особенности физиологии и биохимии микроорганизмов.

1) Ферменты и их роль в метаболизме микробной клетки.

Метаболи́зм или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии — в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.

ФЕРМЕНТЫ- это органические вещества белковой природы, которые синтезируются в клетках и во много раз ускоряют протекающие в них реакции, не подвергаясь при этом химическим превращениям

Ферменты играют очень важную роль в метаболизме микробной клетки. Благодаря каталитическому действию ферментов становится возможным протекание таких реакций, которые без катализатора шли бы в сотни и тысячи раз медленнее. Ферменты играют ключевую роль в процессе роста, дыхания, деления и питания клетки, обеспечивают клетку энергией, т. е. ферменты играют важную роль во всех процессах обмена веществ, происходящих в микробной клетке. Некоторые ферменты инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию.

2) Классификация ферментов

По типу катализируемых реакций ферменты подразделяются на 6 классов:

I класс — оксидоредуктазы

К данному классу относятся ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. При окислении может происходить либо отнятие водорода от окисляемого вещества, либо присоединение кислорода к окисляемому веществу. В зависимости от способа окисления различают следующие подклассы оксидоредуктаз:

дегидрогеназы. Катализируют реакции, при которых происходит отнятие водорода от окисляемого вещества;

оксигеназы. Ферменты этого подкласса катализируют включение кислорода в окисляемое вещество:

монооксигеназы — включают один атом кислорода в окисляемое вещество;

диоксигеназы — включают 2 атома кислорода в окисляемое вещество. Часто это сопровождается разрывом циклической структуры. По месту разрыва связи присоединяются атомы кислорода.

II класс — трансферазы

Катализируют реакции переноса химических групп с молекулы одного вещества на молекулу другого вещества.

III класс — гидролазы

Катализируют реакции разрушения химических связей с участием воды.

IV класс – лиазы

Катализируют реакции разрушения химических связей без участия воды.

V класс — изомеразы

Катализируют реакции изомерных превращений.

VI класс — лигазы (сингазы, синтетазы)

Катализируют реакции синтеза.

Ферменты бактерий классифицируются на экзоферменты и эндоферменты. Экзоферменты выделяются бактериальной клеткой в окружающую среду для внеклеточного переваривания. Этот процесс осуществляется с помощью гидролаз, которые расщепляют макромолекулы питательных веществ до простых соединений — глюкозы, аминокислот, жирных кислот. Такие соединения могут свободно проходить через оболочку клетки и с помощью пермеаз передаваться в цитоплазму клетки для участия в метаболизме, являясь источниками углерода и энергии. Некоторые экзоферменты выполняют защитную функцию, например, пенициллиназа, выделяемая многими бактериями, делает клетку недосягаемой для антибиотика — пенициллина. Эндоферменты катализируют метаболические реакции, происходящие внутри клетки.

В зависимости от условий образования ферментов их разделяют на конститутивные и индуцибельные. Конститутивными называют ферменты, синтезируемые клеткой вне зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии. Например, ферменты гликолиза. Индуцибельные ферменты синтезируются только в ответ на присутствие в среде необходимого для клетки субстрата-индуктора. Он взаимодействует с репрессором, инактивирует его, в результате чего включается генетический аппарат клетки и начинается синтез соответствующего фермента. Индуцированный синтез ферментов идет, пока в среде присутствует индуктор. При этом ферменты синтезируются заново во всех клетках одновременно. Индукторами биосинтеза являются многие питательные вещества. К индуцибельным относится большинство гидролитических ферментов.

3) Примеры основных групп ферментов, продуцируемых микробной клеткой

У бактерий по характеру вызываемых ими превращений обнаруживаются следующие основные группы ферментов:

г и д р о л а з ы, вызывающие расщепление протеинов, углеводов, липидов путем присоединения молекул воды; оксидоредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции; трансферазы, осуществляющие перенос отдельных атомов, от молекулы к молекуле; л и а з ы, отщепляющие химические группы негидролитическим путем; изомеразы, участвующие в углеводном обмене; л и г а з ы, способствующие биосинтетическим реакциям клетки.

4) Перечислите основные биохимические компоненты клетки прокариот.

Основными биохимическими компонентами клетки прокариот являются белки, углеводы, липиды, ферменты, пептидогликан, который является важнейшим компонентом клеточной стенки эубактерий,

5) Назовите отличия в биохимическом составе у Гр(+) и Гр(+) бактерий.

У грамотрицательных бактерий в состав клеточной стенки входит липополисахарид, зато у них в составе клеточной стенки полностью отсутствуют тейховые кислоты, которые у грамположительных бактерий являются очень важным компонентом.

В деталях строения пептидогликана между грамотрицательными и грамположительными микроорганизмами существуют различия. У грамотрицательных микроорганизмов пептидогликан является достаточно тонкой однослойной структурой, а у грамположительных — многослойной.

Основным отличием в строении оболочек грамположительных и грамотрицательных бактерий является наличие у последних кроме цитоплазматической еще одной, так называемой внешней мембраны Данная структура, расположенная над тонким, одно-трехслойным пептидогликановым мешком (8 нм), является типичной двуслойной мембраной, в которой выявлено довольно много достаточно уникальных компонентов: липополисахаридов, липопротеинов, а также белков — поринов, из которых образованы поры во внешней мембране, позволяющие проникать в оболочку (и из нее в среду) сравнительно низкомолекулярным соединениям (в частности, комплексу кристалл-фиолетового с иодом — определяющему окрашивание по Граму).

6) Какой биохимический компонент микробной клетки придаёт особую устойчивость спорам микроорганизмов.

Устойчивость спор обеспечивается наличием большого количества липидов

7) В состав, какого компонента микробной клетки входят правовращающие аминокислоты.

Правовращающие аминокислоты в микробной клетке входят в состав белков .

www.ronl.ru

Реферат - Физиологический период развития микробиологии

Контрольная Микробиология

1. Физиологический период развития микробиологии. Открытия Л. Пастера

Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь, logos – наука) – наука о микроскопически малых существах, называемых микроорганизмами. Микробиология изучает морфологию, физиологию, биохимию, систематику, генетику и экологию микроорганизмов, их роль и значение в круговороте веществ, патологии человека, животных и растений, в экономике.

К микроорганизмам относятся преимущественно одноклеточные организмы – бактерии, микроскопические грибы и водоросли, простейшие, а также организмы с неклеточной организацией – вирусы. Предметом изучения микробиологии традиционно служат в основном бактерии, а также в общем плане организации рассматриваются вирусы.

Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V.VI тысячелетии до н.э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож. не что иное, как процессы, проходящие с участием микроорганизмов. Тогда же, в древности, ученые и мыслители предполагали, что многие болезни вызываются какими-то посторонними невидимыми причинами, имеющими живую природу.

Следовательно, микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов, не столько связанных хронологически, сколько обусловленных основными достижениями и открытиями.

Историю развития микробиологии можно 'разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.

Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и жизнедеятельности. Поэтому XIX в., особенно его вторую половину, принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот этап связан с именем Л. Пастера, который стал основоположником медицинской микробиологии, а также иммунологии и биотехнологии.

Начало изучению физиологии и биохимии микроорганизмов, выяснению их роли в природе и жизни человека положил французский ученый Луи Пастер (1822– 1895). С его работ начался физиологический период микробиологии. Л.

Пастер впервые в противоположность мнению химиков показал, что процессы брожения и гниения обусловливаются жизнедеятельностью ми-кроорганизмов, специфических для каждого вида брожения. Он установил, что эти процессы могут осуществляться без доступа молекулярного кислорода в анаэробных условиях. Таким образом, Пастер открыл принципиально новое биологическое явление – анаэробиоз. Благодаря своим исследованиям Пастер смог установить природу «болезней» вина и пива, показав, что их скисание и прогоркание также являются результатом жизнедеятельности микроорганизмов. Он предложил способ предохранения вина и пива от скисания и прогоркания (способ борьбы с контаминацией пищевых продуктов): их кратковременный прогрев до температуры 70–80 °С, названный впоследствии пастеризацией.

К области теоретических открытий Пастера относятся его работы о невозможности самозарождения жизни. Оппоненты Пастера утверждали, что в субстратах, подвергающихся брожению или гниению, их возбудители самозарождаются. Безупречными экспериментами Пастер показал, что в сосудах со стерильным бульоном, закрытых ватными пробками во избежание контакта с воздухом, самозарождение микроорганизмов невозможно. Рост микроорганизмов наблюдается тогда, когда в сосуд с питательной средой попадает воздух, содержащий микроорганизмы, или питательная среда подвергается недостаточной термической обработке, при которой устойчивые к температуре споры бактерий не погибают.

Неоценимый вклад внес Пастер в медицинскую микробиологию. В процессе исследований он установил, что не только брожение, болезни пива и вина, шелковичных червей обусловлены жизнедеятельностью микроорганизмов, но и многие болезни человека и животных также вызываются микроорганизмами. Они, подобно возбудителям брожения, очень специфичны: каждый вид патогенных микроорганизмов вызвает строго определенное заболевание. Пастер доказал микробную природу таких заболеваний человека и животных, как сибирская язва, куриная холера, бешенство. Кроме того, он разработал способ борьбы с возбудителями этих заболеваний с помощью вакцин – культур патогенных микроорганизмов с ослабленными вирулентными свойствами.

Л. Пастер с полным основанием может считаться основоположником общей, промышленной, медицинской и ветеринарной микробиологии.

2. Процесс денитрификации. Химизм. Возбудители. Особенности энергетического обмена у них. Значение этого процесса в объединении почвы азотом, методы регулирования агротехническими приемами.

Денитрификация [от лат. de — приставка, означающая здесь завершение действия, nitr(ogenium) — азот и facio — делаю], широко распространённый в природе процесс восстановления нитратов до молекулярного азота, вызываемый бактериями. Денитрификация протекает с образованием нитритов и закиси азота по схеме: 2HNO3 →2HNO2 →N2 O→N2 .

Энергию, необходимую для восстановления нитратов, бактерии получают в результате окисления органических веществ (углеводы, спирты, органические кислоты), а кислород нитратов является акцептором электрона и водорода. Денитрификация, происходящая при окислении глюкозы, может быть выражена уравнением: 5C6 h22 O6 +24KNO3 →24КНСО3 +6CO2 +12N2 +18h3 O.

Существуют также особые виды денитрифицирующих бактерий, восстанавливающие нитраты при окислении серы или молекулярного водорода. Денитрификация сильно угнетается и прекращается полностью в присутствии молекулярного кислорода. С денитрификацией не следует смешивать восстановление нитратов до аммиака, связанное с ассимиляцией микроорганизмами нитратов как источника азота. Такой способностью обладают многие бактерии, а также актиномицеты и грибы, которые вообще не способны вызывать денитрификацию. От денитрификации следует отличать ложную денитрификацию, при которой в культуре бактерий или в природе происходит чисто химическое взаимодействие нитритов с аммонийными солями, аминами или амидами, сопровождаемое выделением молекулярного азота. Например, Nh5 CI + HNO2 →N2 + HCl + 2h3 O. В 1 г почвы содержатся десятки и сотни тысяч денитрифицирующих бактерий. Однако денитрификация в почве может протекать энергично только при определённых условиях: достаточном количестве нитратов и легко разлагаемого микроорганизмами безазотистого органического вещества, оптимальной реакции (pH 7,0-8,2) и температуре (25-30°С), а главное при анаэробных условиях. Именно поэтому денитрификация протекает весьма интенсивно во влажных, плохо аэрируемых почвах. При денитрификация содержание азота в почве падает в результате выделения молекулярного азота и следов закиси азота, что влечёт за собой снижение урожайности почвы. После внесения в глинистую почву нитратов и растительных остатков за 10 дней 75% азота нитратов улетучивается из почвы в виде молекулярного азота. Хорошая аэрация почвы (обработка), уменьшение влажности почвы в определённые периоды (дренаж), создание условий для лучшего потребления нитратов почвы культурными растениями — всё это может понизить денитрификацию в почве.

Процесс денитрификации в почвах.

Процессы денитрификации в почве нежелательны, так как они приводят к обеднению почвы азотом. Плохая аэрация, высокая влажность и щелочная реакция почвы (рН 7,0— 8,2) способствуют развитию денитрифицирующих бактерий, а рыхление почвы угнетает их. В окультуренных почвах Д. не приносит большого ущерба, так как в них обеспечена аэрация, а растворимых органических веществ содержится немного. Поэтому повышение окуль-туренности почвы — лучший метод борьбы с Д. В связи с этим для сохранения большего количества азота в почве прудов необходимо ее ежегодно во время осушения прудов рыхлить (верхний слой толщиной 20— 30 см разрыхляют, но не перевертывают, как при вспашке почвы).

В земной коре общие запасы азота составляют десятки миллиардов тонн. В основном он присутствует в виде органических соединений. В почвах Нечерноземной зоны в среднем содержится общего азота: в супесчаной — 0,05-0,07%, в суглинистой — 0,1- 0,2%, в глинистой — 0,1-0,23%, в торфянистой — 0,6-1%. Общий запас азота в супесчаной дерново-подзолистой почве — 1,5 т/га, а в черноземной-15 т/га. Это валовое содержание азота, а в минеральных соединениях его около 1% от общего. Скорость минерализации азота имеет важное значение.

Разложение органических азотистых веществ в почве происходит следующим путем: белки, гуминовые вещества — аминокислоты, амиды — аммиак — нитриты — нитраты. В результате процесса аммонификации образуются органические кислоты, спирты, углекислота и аммиак. Органические кислоты и спирты разлагаются до углекислого газа, водорода, воды, метана. Аммиак с кислотами образует соли, аммоний поглощается почвенными коллоидами и глинистыми минералами. Процесс аммонификации идет в аэробных и анаэробных условиях, но в анаэробных условиях при сильнокислой и щелочной реакциях замедляется. В аэробных условиях соли аммония окисляются до нитратов, образуется азотная кислота, которая нейтрализуется бикарбонатом кальция и поглощенными основаниями почвы. При влажности почвы 60-70%, 25-32 °С и рН 6,2-8,2 нитрификация идет интенсивно. Содержание нитратов (обычно 2-20 мг/кг почвы) зависит от состояния почвы. Например, под паром или под какой-либо культурой содержание нитратов может различаться в десятки раз.

В дерново-подзолистой почве при кислой реакции, избыточной влажности, плохой аэрации и низкой температуре процесс минерализации останавливается на стадии образования аммиака. Нитрификация подавляется осенью и ранней весной, летом этот процесс протекает интенсивно. Улучшение аэрации в результате обработки почвы усиливает нитрификацию; известкование также улучшает протекание данного процесса. Внесение органических и минеральных удобрений обогащает почву элементами питания, усиливая минерализацию.

В паровых полях происходит не только обогащение почвы нитратами; велики также потери. Чтобы избежать больших потерь азота при поливах, необходимо рассчитать количество поливной воды таким образом, чтобы почвенные воды не смыкались с грунтовыми. Большие потери азота происходят в результате процесса денитрификации — восстановления нитратов до газообразного азота. Особенно интенсивна денитрификация при анаэробных условиях, в щелочной среде и большом количестве органического вещества. Бактерии-денитрификаторы наиболее интенсивно окисляют органическое вещество, используя кислород нитратов, при температуре 28-30 °С и рН 7,0-7,5. Процесс денитрификации идет и в обычных условиях, поскольку всегда внутри агрегатов почвы могут создаваться анаэробные условия. Часть азота почвы и внесенных удобрений теряется в виде аммиака, например, при внесении аммонийных солей в карбонатные почвы или мочевины поверхностно. При внесении аммиака нужна глубокая заделка удобрений. Известкование усиливает потери аммиачного азота из мочевины и солей аммония. Солома или соломистый навоз закрепляют азот (иммобилизация) в телах микроорганизмов. Отношение азота к углероду в телах микроорганизмов 1:5-1:7, а в органических остатках (солома бобовых) 1:20-1:25, (солома злаковых) 1:80-1:100. Микроорганизмы дополнительно используют минеральный азот, содержащийся в почве. После отмирания микроорганизмов азот, закрепленный в их телах, минерализуется и может быть использован растениями.

Д. Н. Прянишников считал, что «… главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом». Без применения удобрений за 30-50 лет запасы гумуса и азота, например, в дерново-подзолистой почве снижаются на 25-50%.

3. Практическое использование характера взаимоотношений между микроорганизмами для регулирования их жизнедеятельности при производстве и хранении пищевых продуктов.

Хранение пищевых продуктов.

Микробиологические процессы снижают пищевую ценность, делают продукты непригодными к употреблению. К этим процессам относят брожение, гниение и плесневение.

Брожение — это расщепление безазотистых органических веществ (углеводов, этилового спирта, молочной кислоты) под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами. В процессе хранения пищевых продуктов могут возникать спиртовое, молочно-кислое, уксусно-кислое, масляно-кислое брожение и др.

Спиртовое брожение лежит в основе виноделия, пивоварения, получения спирта. Однако этот вид брожения часто является причиной' порчи многих пищевых продуктов — варенья, джемов, компотов, соков.

При молочно-кислом брожении под действием молочно-кислых бактерий происходит разложение cахаров с образованием молочной кислоты. Этот процесс используют при производстве кисло-молочных продуктов, сыра, ржаного хлеба, квашеных овощей. Вместе с тем молочно-кислое брожение вызывает прокисание пива, вина, молока.

Уксусно-кислое брожение вызывается уксусно-кислыми бактериями, которые превращают спирт в уксусную кислоту. Это брожение является причиной порчи вин, пива, кваса.

Масляно-кислое брожение возникает при участии мас-ляно-кислых бактерий. Образующаяся при этом масляная кислота придает горечь и неприятный запах квашеной капусте, молочным продуктам, тесту. Выделяющиеся при этом газы обусловливают бомбаж консервов.

Гниение — глубокий процесс распада белков под влиянием протеолитических ферментов, выделяемых гнилостными микроорганизмами. Конечными продуктами распада являются сероводород, углекислый газ, аммиак, метан, индол, меркаптаны и другие вещества, которые придают продуктам крайне неприятный запах и могут стать причиной отравления. Чаще всего загнивают продукты, богатые белком, — мясо, рыба, яйца и др.

Плесневение вызывают плесневые грибы, выделяющие различные ферменты, расщепляющие углеводы, белки и жиры. При плесневении продукты покрываются налетами различного цвета, приобретают неприятные вкус и запах. Плесень вызывает порчу плодов, овощей, хлеба, мяса, масла, яиц.

Консервирование пищевых продуктов

Квашение и мочение как методы консервирования основаны на образовании молочной кислоты в результате сбраживания имеющегося в продуктах сахара под влиянием молочнокислых бактерий. Консервирующим действием обладает также поваренная соль, добавляемая при этих видах переработки. Квашение и мочение являются широко распространёнными в домашних условиях методами консервирования продуктов (мочение яблок, квашение капусты).

Соление основано на обезвоживании продукта и микробов под действием гипертонических 15—20-процентных растворов поваренной соли.

Для повышения осмотического давления с целью консервирования пищевых продуктов применяют сахар или поваренную соль. Сахар или сахарный сироп используют для выработки из плодов и ягод варенья, джема, повидла, желе, цукатов и других изделий. Концентрация сахара доводится до 65 %

Поваренную соль широко применяют для консервирования рыбы, мяса, грибов. Развитие гнилостных бактерий прекращается при концентрации соли 10 %, а при 20-25 % задерживается рост всех микробов. Сильносоленые продукты имеют низкие вкусовые качества. При солении овощей, грибов, рыбы потери растворимых веществ достигают 20-50 %. Различают сухой, мокрый и смешанный способы посола.

К биохимическим методам консервирования относят 'консервирование пищевых продуктов молочной кислотой (квашение, соление, мочение) и этиловым спиртом. Эти вещества, образующиеся в продуктах в результате биохимических процессов, подавляют деятельность гнилостных микроорганизмов, вызывающих порчу продуктов.

При квашении овощей и плодов содержащиеся в них сахара сбраживаются молочно-кислыми бактериями в молочную кислоту. Молочная кислота в количестве 0,6-1,4 %, придает продукту специфические приятные вкус и аромат. В квашении плодов и овощей помимо молочно-кислых бактерий участвуют дрожжи, сбраживающие сахара в спирт и углекислый газ. Содержание этилового спирта в квашеных продуктах не должно превышать 0,5-0,7%, в моченых яблоках — 0,8-1,8%,.

Качество квашеных продуктов зависит от содержания сахара, количества добавленной соли, условий хранения и других факторов.

Химические методы консервирования основаны на добавлении к пищевым продуктам небольшого количества химических веществ — консервантов, которые обладают бактерицидным или антисептическим действием и должны быть безвредными, не изменять вкус, запах и цвет продукта. К таким веществам относят уксусную, бензойную, сорбиновую, борную, пропионовую кислоты, сернистый ангидрид, метабисульфит калия, уротропин, некоторые антибиотики.

Маринованные продукты содержат уксусную кислоту в количестве 0,6-1,2 %. При такой концентрации задерживается развитие микроорганизмов в продуктах, и они приобретают специфический вкус. Маринуют овощи, плоды, грибы, сельдь и др.

Копчение относится к комбинированному методу консервирования. Суть его в том, что продукт после соления обрабатывают дымом или коптильной жидкостью. В их составе содержатся антисептические вещества — фенол, фурфурол, альдегиды, смолы и другие, которые предохраняют продукты от развития в них микроорганизмов. При копчении продукты приобретают особые вкус и аромат, поверхность их окрашивается в коричнево-золотистые тона. Этому процессу подвергают мясные и рыбные продукты.

4. Заполнить таблицу 2, по использованию в пищевой промышленности биологических препаратов.

Таблица 2 — Биологические препараты, используемые в пищевой промышленности

5. Заполнить таблицы 3, 4 и представить рисунки 1,2:

Таблица 3 — Типы питания микроорганизмов

Таблица 4 — Способы получения энергии микроорганизмами

Список использованной литературы

1. Асонов Н. Р. Микробиология. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Колос, 2001. — 352 с.

2. Гусев М.В., Микробиология. — М.: Издат. центр «Академия», 2003. — 464 с.

3. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология. — М.: Колос, 1998. — 448 с.

4. Жарикова Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена. М.: «Академия», 2005. — 304 с.

5. Ирьянова Е.М. Микробиология: Краткий курс лекций. — Ижевск: РИО ИжГСХА, 2004.-156 с.

6. Умаров М. М., Кураков А. В., Степанов А. Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. — М.: ГЕОС, 2007.

7. Лысак, В.В. Микробиология: учеб. пособие / В. В. Лысак. – Минск: БГУ, 2007.

1. Представьте рисунок 1 морфологические признаки грибов: Мукор, Пенициллиум, Аспер-гиллус, Триходерма; отметьте соответствующие обозначения цифрами: 1. Одноклеточный мицелий. 2.-Многоклеточный мицелий. 3. Спорангий со спорами. 4. Спорангиеносец. 5. Конидии. 6. Конидиеносец.

Изобразите на рисунке 2 разнообразие шаровидных, палочковидных, извитых и нитчатых форм.

www.ronl.ru

Физиология микроорганизмов

У бактерий реализуются основные функции живого –

-   Воспроизведение себе подобных индивид

-  Развитие.

 Физиология микроорганизмов изучает жизнедеятельность, метаболизм бактерий, питание, энергию, рост, размножение бактерий и их взаимодействие с окружающей средой.

 Химический состав бактериальной клетки.

Бактерии имеют сложное строение. В них представлены и неорганические и органические соединения. Наряду с простыми веществами имеются сложные компоненты

  Вода(80-90% бактериальной массы, она может быть свободной и может быть связанная. Вода несет след. Функции –

1)       Растворитель всех веществ

2)       Вода – источник водородных и гидроксильных ионов

3)       Вода также является дисперсионной средой для протекания реакций в клетке

4)       Связанная вода придает большую связанность(резистентность) в спорах например к замерзанию и испарению)

v  Минеральные вещества – фосфор, медь, железо, калий, кальций, натрий.

1)       Входят в структуры клетки.

2)       Обеспечивают осмотическое давление

3)       Определяют активность фермента

v  Нуклеиновые кислоты представлены

1)       ДНК(двухцепочечные и несет хранение генетической информации) и

2)       РНК(одноцепочечная, представлена информационной, транспортой и рибосомальной и обеспечивает синтез специфического белка) Особенностью ДНК является что сумма оснований Г+Ц у позвоночных 40%, а у бактерий эта сумма варьирует у Гр(+) = 70-80%, а у Гр(-)=28-30%

v  Белки у бактерий представлены простыми белками протеинами и сложными соединениями – протеидами – сложное соединения белков. Белки составляют 50% сухого остатка и могут содержать необычные аминокислоты. Белки несут следующие функции –

1)       структурную

2)       образуют ферментные системы

3)       образуют двигательную систему

4)       гидрофильность бактерий(смачиваемость)

5)       тинкториальные свойства(особенности окраски)

6)       специфичность(антигенное свойство)

7)       токсичность

8)       электрический заряд бактерий, благодаря которому бактерии способны к электрофорезу, т.е. движению в электрическом поле

v  Углеводы – представлены моносахарами, дисахарами и полисахарами. Особенностью их является то, что часть углеводов встречается только у бактерий. У Гр(+) – тейхоловые кислоты. Углеводы играют важную роль –

1)       Пластический материал

2)       Один из основных источников энергии

3)       Специфичность

4)       Токсичность

v  Липиды – могут быть в виде свободных соединений и в комплексе с белками и углеводами. Липиды представлены нейтральными жирами, фосфолипидами и имеются сложные соединения липидов – воска. Воска – это жиро подобные соединения, состоящие из птиацерола(спирта), аминокислот и низшие жирные кислоты. Чем больше восков, тем более патогенная бактерия. Отличаются липиды наличием необычных соединений. У Гр(-) имеется липид А, имеются необычные фосфолипиды, например аминоацил производные. Липиды несут следующие функции –

1)       Структурная роль

2)       Предают прочность этим структурам

3)       Липиды определяют болезнетворность

4)       Играют энергетическую роль

5)       Определяют специфичность, с липидами связана устойчивость к антибиотикам и липиды определяют резистентность к кислотам

Питание бактерий – это поступление веществ в бактериальную клетку. Поступление веществ в бактериальную клетку контролирует цитоплазматическая мембрана. Она полупроницаема и обладает избирательной проницаемостью. Поступление веществ в клетку определяется следующими механизмами –

1. Простая(пассивная) диффузия. Она идет по градиенту концентрации, за счет их разницы. Так поступает вода, некоторые молекулы.
2. Облегченная диффузия – по градиенту концентрации, без затрат энергии – в ней участвуют белки переносчики пермиазы. Пермиазы на внешней стороне клетки соединяются с субстратом, переносят его в клетку, а там комплекс диссоциирует и субстрат освобождается.
3. Активный транспорт – против градиента концентрации. При этом затрачивается энергия. В нем участвуют связывающие белки, имеющие сродство с субстратом, присоединяют их фермиазы(белок).
4. Транслокация радикала – ферменты вызывают на поврености клетки модификацию молекул углевода. Происходит ее фосфолилирование. Затем она присоединяется к фермиазам, переносится и освобождается углевод в виде фосфата.

Механизмы выделения веществ из клетки.

Бактериальная клетка выделяет продукты метаболизма, ферменты, токсины. Эти вещества выделяются различными механизмами.

1. Прямой транспорт. Через мембрану перемещается белок-предшественник, который состоит из выделяемого вещества и сигнального пептида. На поверхности мембраны пептидазами пептид отрезается и выделяется то вещество, которое должно выйти из бактериальной клетки
2. Сигнальный транспорт – сигнальный пептид взаимодействует с рецепторами цитоплазматической мембраны, образуются канальцы, по которым вещества выделяются.

Классификация бактерий по способу питания

1. По источнику углерода

• Аутотрофы(сами питаются) – они используют углерод неорганических соединений, чаще всего CO2
• Гетеротрофы нуждаются в готовых органических соединениях. Гетеротрофы делятся на – сапрофиты(развиваются на мертвой органической материи) и – паразиты. Паразиты нуждаются в живой органической материи.

2. По источнику энергии 

• Фототрофы – используют энергию солнечного света
• Хемотрофы – используют энергию химических реакций.

3. По донору электронов

• Литотрофы – источник электронов – неорганические соединения
• Органотрофы – источник электронов – органические вещества

Стафилококк – хесоорагногетеротроф.

Питательные среды для бактерий. Используют для получения чистых культур

Питательные среды по происхождению бывают

• Естественные – человек, мясо, фрукты
• Искусственные – среды, полученные путем смешивания и обработки естественных сред

По составу питательные среды могут быть

• Простые – это среды, на которых растут большинство бактерий и которые являются основой для других сред. К простым средам относятся МПБ и МПА(мясо-пептоный бульон и агар) МПБ готовится из мясного бульона, обрабатывается ферментом пепсином. Образуется продукт неполного расщеплении белков - пептон, где до 70%свободных аминокислот)
• Сложные – содержат различные биологические добавки или сыворотки, химические соединения, антибиотики. По консистенции питательные среды могут быть жидкими, плотными и полужидкими. Уплотнителем питательных сред является агар-агар – полисахарид из водорослей, он не переваривается ферментами бактерий, уплотняется при температуре 36-40 градусов

По назначению питательные среды могут быть

1. Среды обогащения – это среды, на которых одни виды получают преимущество для развития. Например щелочной огар – возбудитель холеры.
2. Элективные среды – на них хорошо развиваются  определенные виды микроорганизмов, например для стаффилокока желточно – солевой агар в присутствии соли стафиллокок хорошо развивается.
3. Дифференциально-диагностические среды – это среды, на которых может отдифференцировать один вид микроорганизма, от другого. К этим средам относятся среды, на которых дифференцируются бактерии по ферментативным свойствам. Среды Гиса, Эндо, Пестреля

Среда Эндо – содержит МПА, 1% лактозы и индикатор фуксин, обесцвеченные фуксидом натрия, используется для дифференцировки бактерий кишечной группы по отношению к лактозе. Если лактоза расщепляется, образуется кислота, в которой фуксин в присутствии кислоты восстанавливается, образуются колонии красного цвета. Если лактоза не расщепляется то кислота не образуется, колонии бесцветные.

1.  Комбинирвоанные среды – среда Левина
2.  Консервирующие среды – предотвращают отмирание бактерий, например среды с глицерином

Параметры питательных сред.

1. Питательные среды должны иметь определенную концентрацию ионов водорода. Для большинства бактерий ph близкая к 7.

2. Питательная среда должна иметь воду и определенное осмотическое давление

3. В питательной среде должны быть источники углерода.

4. Питательная среда должна содержать серу и азот

5. Должен быть или его должно не быть Кислород.

6. Химические элементы. Обычно эти элементы добавляют в виде солей.

7. Питательная среда должна иметь оптимальную температуру. Температура создается в термостатах

8. По отношению к температуре бактерии подразделяются

 - тепофилы(оптимальная температура 40-80 градусов)

 - психофилы или криофилы(они развиваются при температуре ниже 20)

 - мезофиллы (20-42 градуса)

Питательная среда должна содержат факторы роста. Факторы роста – это вещества, которые вводят в бактериальную клетку, эти вещества бактерия сама не способна синтезировать. К таким факторам роста – пурины и пиримидины, витамины.

По потребностях в факторах роста бактерии делятся

1. Прототрофы – не нуждаются в факторах роста
2. Ауксотрофы – они нуждаются в факторах роста

9. Питательная среда должна быть более прозрачной

10. Питательная среда должна быть стерильной

Стерилизация – освобождение объекта от всех форм жизни.

Физические методы – высокая температура, ультразвук, давление, ионизирующие излучение.

Химические методы стерилизации – спирты, кислоты, фенолы, хлористые соединения. Химическим методом чаще всего проводится дезинфекция. Дезинфекция – уничтожение в окружающей среде инфекционных заболеваний.

Механическая стерилизация – фильтрование. Используются мембранные фильтры. Фильтр Зейца. Состоит из 2х частей. При фильтровании могут пройти вирусы.

Контроль стерилизации.

Методы контроля стерилизации –

1. Химические методы. Используют вещества с точкой плавления выше 100 градусов – сера(119 градусов)
2. Использование термопленки. Меняют цвет при достижении определенной температуры
3. Биологический. Параллельно стерилизуют тест культуру спорообразующую и если спора не прорастает то стерилизация эффективна.

Дыхание бактерий – это получение энергии – окислительно-востановительный процесс с образованием энергии, который накапливается в АТФ. При окислительно-восстановительном процессе электроны переносятся от донора к акцептору. При этом выделяется энергия, синтезируется АТФ, а перенос электронов осуществляют дыхательные ферменты, формирую дыхательную цепь.

У бактерий выделяют 2 механизма дыхания – аэробный механизм дыхания. Акцептором электронов является кислород.

Анаэробный механизм – акцептором электронов являются неорганические соединения(нитраты, сульфаты)

 В зависимости от характера дыхания проводится классификация бактерий по типу дыхания. Выделяют следующие типы бактерий

1. Облигатные – строгие аэробы. 21% кислорода в атмосферном воздухе. Примером могут быть – туберкулезная палочка, возбудитель холеры.

2. Облигатные анаэробы – они развиваются в безкислородных условиях. Облигатными аэробами могут быть возбудители столбняка, газовой гангрены.

3. Факультативные анаэробы или аэробы. Примером таких бактерий может быть кишечная палочка.

4. Микроаэрофилы – нуждаются в 1% кислорода – молочно-кислая бактерия.

5. Капнеические микроорганизмы – нуждаются в повышенной концентрации углекислого газа и в пониженной кислорода. Примером являются бруцеллы.

Рост и размножение бактерий.

Рост – это согласованное увеличение всех компонентов клетки. Результатом роста является размножение бактерий.

Размножение бактерий – увеличение числа бактерий, популяции. В процессе роста бактериальная клетка увеличивается в 2-3 раза, она интенсивно окрашивается и накапливается РНК. В благоприятных условиях рост заканчивается размножением. У бактерий размножение происходит делением пополам – бинарное деление. Это основной способ размножения у бактерий.

Размножение бактерий. Начинается с репликации - удвоения генома, а затем происходит деление. У бактерий вегетативная репликация т.е. информация передается от родительской клетки к дочерней.

У бактерий репликация саморегулируемая, так в геноме имеются гены, ответственные за репликацию, т.е. саморегулиремый процесс.

Репликация носит полуконсервативный характер. То есть дочерние клетки получают равномерно распределяющийся генетический материал. Репликация начинается с определенной точки – локус ДНК. От этой точки происходит раскручивание нитей ДНК, образуется репликационная вилка, синтезируется SSB белок, который препятствует повторному скручиванию нитей. Процесс осуществляется ДНК полимеразой, которая способна присоединять комплиментарные нуклеотиды к свободному 3”концу. Синтез комплиментарных участков запускается заправкой праймером. Это участок РНК, комплиментарный матричной ДНК и у праймера имеется свободный 3’ конец. Заправка праймером запускает синтез ДНК, на матрице строятся фрагменты ДНК(оказаки), которые сшиваются в единую нить ДНКлигазами. В бактериальной клетке образуются 2 идентичные нити ДНК, которые растаскиваются по полюсам клетки и после репликации запускается деление бактерий. Оно начинается с удлинения цитоплазматической мембраны, она удлиняется, формируется межклеточная перегородка по экватору, по которой бактерия бинарно делится и образуются 2 идентичные дочерние клетки.

Показатели роста и размножения бактерий.

1. Увеличение размеров клетки,
2. Концентрация бактерий – число клеток в 1 мл.
3. Плотность бактерий – масса бактерий в мг на мл
4. Время генерации – время, за которое число клеток удваивается.

Методы изучения данных показателей –

1. Измерение бактерий с помощью окуляр – микрометра. В ней шкала, по которой измеряется величина бактерий. Подсчет числа клеток в счетных камерах.
2. Нефилометрический метод – изучается мутность взвеси бактерий
3. Учет бактериальной массы путем взвешивания.
4. Рост и размножение бактерий в определенных условиях среды характеризует кривая роста

dendrit.ru

Смотрите также

• 
  Реферат утилизация люминесцентных ламп
• 
  Реферат технология активного слушания
• 
  Реферат теория познания аристотеля
• 
  Реферат судебник казимира 1468
• 
  Реферат развитие музыкального слуха
• 
  Реферат пьер де ферма
• 
  Реферат психологические теории внимания
• 
  Реферат принцип неисчерпаемости материи
• 
  Реферат позы классического танца
• 
  Реферат по географии аргентина
• 
  Реферат парфе французский десерт