Физиология бактерий. Метаболизм, питание, рост и размножение бактерий презентация

План лекции:
Химический состав бактериальной клетки.
Пищевые потребности микроорганизмов.
Типы питания по усвоению азота и углерода.
Классификация микроорганизмов по отношению к кислороду.
Ферменты бактерий.
Пигменты бактерий.
Рост и размножение бактерий.
Питательные среды. Классификация питательных сред.
Бактериологический метод исследования.

Физиология микроорганизмов
Физиология микроорганизмов изучает биохимические и энергетические процессы, которые происходят в бактериальной клетке и обеспечивают воссоздания ее структурного материала и энергетические потребности

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ
азот (8— 15% сухого остатка),
углерод (45—55% сухого остатка),
кислород (30% сухого остатка),
водород (6—8% сухого остатка).
Вода (75—85%)
Вода - структурный элемент цитоплазмы. Свободная вода является растворителем для кристаллических веществ, источником водородных ионов и участником химических реакций.
Минеральные вещества бактерий

Белок. на его долю приходится 50—80% сухого вещества бактериальной клетки Он распределен в цитоплазме, нуклеоиде, цитоплазматической мембране и других клеточных структурах. К белкам принадлежат ферменты, многие токсины.
Нуклеопротеиды — соединение белка с нуклеиновыми кислотами ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты: ДНК определяет генетические свойства, РНК — биосинтез белка.
Углеводы — 12—18% сухого вещества. Это основной источник энергии и углерода. Многие структурные компоненты клетки состоят из углеводов (оболочка, капсула, слизистый слой).
Липиды — составляют ~ 10% сухого остатка. — это запасные вещества, повышающие устойчивость бактерий во внешней среде. Связываясь с белками и углеводами, липиды составляют сложный комплекс, определяющий токсические свойства микроорганизмов.

Клеточный метаболизм.
Совокупность всех биохимических превращений в клетке называется метаболизмом. Есть два основных направления:
Первый обеспечивает синтез сложных клеточных соединений из более простых. Потому он получил название биосинтез, конструктивный метаболизм или анаболизм.
Второй -энергетический метаболизм или катаболизм представляет собой поток реакций, которые сопровождаются накоплением электрохимической энергии, что потом используется клеткой.

ПИТАНИЕ БАКТЕРИЙ
По типу питания микроорганизмы делятся на:
автотрофы – синтезируют все углеродсодержащие вещества из СО2;
гетеротрофы – в качестве источника углерода используют органические вещества;
сапрофиты – питаются органическими веществами отмерших организмов;
паразиты – живут за счет органических веществ живой клетки

Mеханизмы проникновения веществ в клетку
Пассивная диффузия - градиент концентрации вещества внутри бактериальной клетки и внешне одинаков. Она происходит пассивно, потому что не требует затрат энергии.
Облегченная диффузия осуществляется за счет особенных белков - пермеаз, которые содержатся в цитоплазматичний мембране. Этот процесс также не требует энергетического обеспечения.

Облегченная диффузия

…
Большинство питательных веществ, метаболитов, ионов проникают в клетку с помощью активного транспорта.
Его также обеспечивают белки-пермеазы, но они являются высокоспецифическими и способны переносить только определенные субстраты. Этот процесс происходит за счет энергии, которую генерирует клетка, потому возможен перенос и против градиента концентрации вещества.

По использованию энергии
Фототрофы - используют для биосинтетических реакций энергию солнечного света
Хемотрофы - получают энергию за счет окисления органических соединений
На протяжении своей эволюции бактерии произвели три способа получения энергии: брожение, дыхание и фотосинтез

ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ
Облигатные (строгие) аэробы развиваются при наличии в атмосфере 20% кислорода
Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным
Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов)

ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ
Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост), некоторые микробы нуждаются в повышенном содержании углекислого газа (капнофилы)
Аэротолерантные бактерии способны расти в присутствии кислорода, но не использовать его в качестве источника энергии. Энергию они получают исключительно с помощью брожения

ФЕРМЕНТЫ БАКТЕРИЙ
Ферментный состав микроорганизмов является постоянным, а различные виды микробов четко различаются по набору ферментов.
Биохимические свойства бактерий определяются составом ферментов:
сахаролитические –расщепление углеводов;
протеолитические – расщепление белков,
липолитические – расщепление жиров,
и являются важным диагностическим признаком при идентификации микроорганизмов

ПИГМЕНТООБРАЗОВАНИЕ
происходит при хорошем доступе кислорода и определенном составе питательной среды. Этот признак генетически детерминирован, поэтому его используют в качестве дифференцирующего критерия.
Бактерии могут образовывать пигменты разного цвета:
красный — Serratia marcescens
золотистый — Staphilococcus aureus
синий —Pseudomonas aeruginosa
Пигменты бактерий
- защищают их от природной
ультрафиолетовой
радиации,
- участвуют в процессах
дыхания, реакциях синтеза,
- обладают антибиотическим
действием.

S. marcescens
P. aeruginosa
ПИГМЕНТООБРАЗОВАНИЕ
у бактерий

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ
Большинство прокариот размножаются бинарным делением пополам, реже почкованием и фрагментацией.
Бактерии, как правило, характеризуются высокой скоростью размножения. Время деления клетки у различных бактерий колеблется довольно в широких пределах: от 20 минут у кишечной палочки до 14 часов у микобактерий туберкулеза.

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ

…
Под ростом понимают координированное воссоздание бактериальных структур и соответственно увеличение массы микробной клетки.
Размножение - это способность микробов к самовоспроизведению, при этом увеличивается количество особей в популяции на единицу объема среды

ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
Латентная фаза
Фаза логарифмического роста Стационарная фаза
Фаза отмирания

Начальная или фаза лага
охватывает промежуток между инокуляцией бактерий и достижением наивысшей скорости их деления. В этот период происходит адаптация бактерий к условиям существования. В клетке в 8-12 раз растет количество РНК, увеличивается концентрация ферментов. Длительность фазы 1-2 часа.

Экспоненциальная
(логарифмическая) фаза
характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и роста их количества в геометрической прогрессии. Она зависит от возраста микробов и состава среды. ПР: энтеробактерии делятся каждые 15-30 мин, стрептококки - 30 мин, а почвенные нитробактерии и возбудители туберкулеза - 5-18 час.

Стационарная фаза
наступает тогда, когда число клеток перестает увеличиваться. Наступает равновесие между количеством живых микробов и тех, что отмирают. Этому способствует высокая плотность популяции, дефицит питательных веществ в среде, низкое парциальное давление кислорода, накопления токсичных продуктов обмена. Однако количество биомассы в этот период достигает наивысшего уровня, потому концентрацию клеток помечают как максимальную (М-) концентрацию, а величину биомассы - сроком выход или урожай. Этот признак является специфическим и характерным для каждого вида бактерий. Длится фаза 6-7 год.

Фаза отмирания
Длится до 10 часов и сопровождается резким уменьшением числа живых клеток. Этому способствуют значительный дефицит питательных веществ в среде, нагромождения кислот, аутолиз под воздействием собственных ферментов.

…
Время, на протяжении которого происходит деление микроба, называется временем генерации

Классификация микроорганизмов по температурным оптимумам

КОЛОНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ –
популяция микробных клеток одного вида, сформировавшаяся в результате деления одной микробной клетки в условиях культивирования на плотной питательной среде при оптимальной температуре

Колонии микроорганизмов

ФОРМЫ КОЛОНИЙ

ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ
субстраты, состоящие из компонентов, обеспечивающих необходимые условия для культивирования микроорганизмов

КЛАССИФИКАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД
натуральные и синтетические.
жидкие, плотные и полужидкие.
простые и сложные.
основные и специальные.
по назначению:
избирательные среды
среды накопления
консервирующие среды
дифференциально-диагностические среды
транспортные среды

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СРЕДЫ
используют для определения видовой принадлежности исследуемого микроба, основываясь на особенностях его обмена веществ.
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ.
В таких средах созданы благоприятные условия для развития одного вида микроорганизма, размножение всех остальных видов микробов угнетается.