Общая характеристика конструктивного и энергетического метаболизма прокариот. Культивирование микроорганизмов презентация

Химический состав бактерий
Вода – 70%
Сухое вещество – 30%
белки – 50% полисахариды – 15%
липиды – 10%
РНК – 15%
ДНК – 3,5%
неорганические соединения
Химический состав прокариот

Источники углерода
1. Автотрофы
2. Гетеротрофы
Пищевые потребности прокариот
Паразиты
Сапрофиты
Облигатные
Факультативные
От греч. trophе – растение
autos – сам
heteros – другой
sapros – гнилой
С – из органических соединений (углеводы)

Источники азота
N – соли аммония, аминокислоты, белки и др.
NO3- + НАДН2 →NO2- + НАД+ + Н2О
NO2- + 3НАДН2 + Н+ → NH3 + 3НАД+ + 2Н2О
Источники серы и фосфора
S – сульфаты, цистеин, метионин и др.
Р – соли фосфорной кислоты
Пищевые потребности прокариот

Источники кислорода
Пищевые потребности прокариот
О – О2, Н2О, органические соединения
Аэробы
Анаэробы
Облигатные
Облигатные
Факультативные
Растущие на воздухе
Микроаэрофильные
Аэротолерантные
Строгие

Факторы роста
Это вещества (низкомолекулярные), которые не могут синтезировать микроорганизмы, но необходимые для их роста
1. Ауксотрофы
2. Прототрофы
Пищевые потребности прокариот

Классификация по составу
1. Естественные
2. Искусственные
Отдельно выделяют синтетические и полусинтетические
Питательные среды

Классификация по консистенции
1. Жидкие
2. Полужидкие
3. Плотные
Агар – это полисахарид, построенный из агарозы и агаропектина
Тпл. = 100°С, Тзатв.= 45°С
15-20 г/л – твердая питательная среда
1,5-4,0 г/л – полужидкая питательная среда
Питательные среды

Питательные среды
Ангелина Гессе (1850-1934)
Вальтер Гессе (1846-1911)
Клон – культура микроорганизмов, выращенная из одной клетки

Классификация по назначению
1. Общие
2. Элективные
3. Дифференциально-диагностические
4. Консервирующие (транспортные)
5. Накопления
Питательные среды

Кислотность среды
1. Нейтрофилы (рН = 7)
2. Ацидофилы (рН<7)
3. Алкалофилы (рН>7)
4. Кислотоустойчивые
5. Щелочеустойчивые
Условия культивирования
Буферные системы: КН2РО4 – Na2HPO4 и др.

Температура
1. Мезофилы (Топт. = 20-45°С)
2. Термотолерантные (растут при 50°С)
3. Термофилы (Топт.>40°С)
4. Психрофилы (Топт.<20°С)
Вода и осмотическое давление
Галофилы – микроорганизмы, которые лучше растут на средах с высоким содержанием солей
Питательные среды

Аэрация
1 л воды при 20°С содержит 6,2 мг/0,28 моль О2
Питательные среды
Методы создания анаэробиоза
1. Физические методы
культивирование в анаэростатах
посев уколом в высокий столбик агара
кипячение питательных сред перед посевом
вазелиновое масло
метод Перетца
трубки Винь-Вейона

Анаэростаты
Питательные среды
Анаэробная камера Bug box
Вакуумный эксикатор
Анаэростат

Методы создания анаэробиоза
1. Химические методы
добавление редуцирующих веществ
использование химических реакций, протекание которых происходит с поглощением кислорода
2. Биологические методы
Метод Фортнера
Питательные среды
Газогенерирующий пакет Анаэрогаз

Размножение бактерий
Бактерии размножаются бинарным делением пополам, реже – почкованием, митоза НЕТ.
- грамположительные бактерии делятся путём врастания перегородок деления внутрь клетки
- грамотрицательные путём перетяжки
Деление S.aureus
Деление E. coli

Рост бактерий
Лаг-фаза
Стационарная фаза
Фаза отмирания
Лог-фаза
Феномен диауксии или
двухфазного роста E.coli
Кривая роста бактерий
в периодической культуре
1:3
2:2
3:1
Глюкоза : Сорбитол
N – число клеток, КОЕ/мл

Транспорт питательных веществ
Энергия
НРr~P
НРr
ФЕП
Пируват
Простая диффузия
Облегченная диффузия
Активный транспорт
Транслокация групп
Наружная мембрана
Мембрана
Внутренняя мембрана
Транспорт веществ в бактериальную клетку

Транспорт питательных веществ
Na+
Симпорт В и Na+
Виды активного транспорта
Наружная мембрана
Мембрана
Внутренняя мембрана
B
H+
A
Симпорт А и Н+
Na+
H+
Антипорт Н+ и Na+
К+
Унипорт К+
Наружная мембрана
Мембрана
Внутренняя мембрана
Наружная мембрана
Мембрана
Внутренняя мембрана
Наружная мембрана
Мембрана
Внутренняя мембрана

1 этап
Посев исследуемого материала на питательные среды методом «разобщения»
Бактериологический метод диагностики

2 этап
Изучение культуральных и морфологических свойств; отсев типичных колоний на скошенный агар для накопления чистой культуры
3 этап
Идентификация чистой культуры по совокупности свойств: морфологических, тинкториальных, культуральных, биохимических, антигенных, токсигенных, чувствительности к антибиотикам и бактериофагам
Бактериологический метод диагностики

Бактериологический метод диагностики

Метаболизм – это совокупность биохимических процессов, протекающих в клетке и обеспечивающих ее жизнедеятельность.
1. Конструктивный метаболизм (анаболизм)
2. Энергетический метаболизм (катаболизм)
Обмен веществ у прокариот

Ферменты
1. Оксидоредуктазы
2. Трансферазы
3. Гидролазы
4. Лиазы
5. Изомеразы
6. Лигазы (синтетазы)
Обмен веществ у прокариот

Ферменты
Обмен веществ у прокариот
Эндоферменты - участвуют в реакциях внутриклеточного метаболизма
Экзоферменты – продуцируются в окружающую среду и осуществляют расщепление сложных питательных веществ (внеклеточное переваривание)
Конститутивные – синтезируются всегда
Индуцибельные – синтезируются только в присутствии соответствующего субстрата
(β-галактозидаза – синтезируется только при наличии в питательной среде лактозы)

Это поток реакций, в результате которых за счет поступающих извне веществ строится вещество клеток; это процесс связанный с поступлением свободной энергии в виде АТФ или других богатых энергией соединений
1. Биосинтез углеводов
2. Биосинтез липидов
3. Биосинтез аминокислот
4. Биосинтез мононуклеотидов
Конструктивный метаболизм

Это поток реакций, сопровождающихся мобилизацией энергии и преобразованием ее в электрохимическую (ΔμН+) или химическую (АТФ) форму, которая затем может использоваться во всех энергозависимых процессах
Способы получения энергии
1. Дыхание
2. Брожение
3. Фотосинтез
Энергетический метаболизм

1. Аэробное дыхание (конечный акцептор О2)
2. Анаэробное дыхание (конечный акцептор фумарат, NO2-, NO3-, S, Fe3+ и др.)
АТФ образуется за счет окислительного фосфорилирования!!!
Дыхание

Дыхательные цепи
Энергетический метаболизм

Дыхательные цепи
Энергетический метаболизм

Дыхательные цепи
Энергетический метаболизм
Micrococcus luteus

Дыхательные цепи
Энергетический метаболизм
Escherichia coli

Реактивные формы кислорода (РФК)
О·2, НО·2, ОН·, Н2О2, *О2, О, О3
Механизмы защиты:
1. Ферментативные системы (каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутаза)
2. Клеточные метаболиты – «тушители»
α-токоферол, каротиноиды, хлорофиллы
Энергетический метаболизм

Супероксиддисмутаза
Каталаза
- нет супероксиддисмутазы – строгие анаэробы
- есть супероксиддисмутаза, но нет каталазы и пероксидазы – аэротолерантные анаэробы
Бактерия
Сущность анаэробиоза

По механизму преобразования энергии выделяют группы прокариот:
1. Фототрофы
2. Хемотрофы
По донорам Н и С выделяют группы прокариот:
1. Органотрофы
2. Литотрофы
Энергетический метаболизм
Хемолитоавтотрофы
Хемолитогетеротрофы
Хемоорганоавтотрофы
Хемоорганогетеротрофы
Фотолитоавтотрофы
Фотолитогетеротрофы
Фотоорганоавтотрофы
Фотоорганогетеротрофы

Брожение
Это процесс окисления анаэробного типа (субстратное фосфорилирование)
Брожение – процесс при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода
Энергетический метаболизм

Брожение
Стадии брожения:
1. Окисление субстрата
2. Восстановление пирувата в продукты брожения
АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования
Все брожения классифицируют по продуктам
Энергетический метаболизм

Спиртовое брожение
Энергетический метаболизм
Глюкоза
2Пируват
Этанол
2Ацетальдегид
СО2
НАД+
НАДН2
2
2
2 АТФ
Sarcina ventriculi
Saccharomyces cerevisiae

Молочнокислое брожение
Гомоферментативное
Энергетический метаболизм
Глюкоза
2Пируват
Лактат
НАД+
НАДН2
2
2
2 АТФ
Streptococcus spp.
Lactobacillus spp.

Молочнокислое брожение
Гетероферментативное
Энергетический метаболизм
Глюкоза
2Пируват
Ацетат Этанол Лактат
НАД+
НАДН2
2
2
2 АТФ
Leuconostoc spp.
Bifidobacterium spp.
Lactobacillus spp.

Пропионовокислое брожение
Энергетический метаболизм
Субстрат
Пируват
Пропановая кислота
МетилмалонилКо-А
биотин-СО2
биотин
4 АТФ
Propionibacterium spp.
Veillonella alcalescens
Пропионил-КоА

Маслянокислое брожение
Энергетический метаболизм
Глюкоза
2Пируват
Изопропанол
Бутирил-КоА
4НАДН2
НАД+
НАДН2
2
2
3,3 моль АТФ
Clostridium spp.
Масляная кислота
Бутанол
4НАД+