Химический состав бактериальной клетки По химическому составу микроорганизмы мало отличаются от других живых клеток. Значительную часть клетки составляет вода: 7085% от общей массы вегетативной клетки и 40% у споры.Микробы могут расти и размножаться только в питательных средах, содержащих воду. Сухой остаток микробной клетки составляет 1530%. Из них 90 97% приходятся на долю углерода (50%), кислорода (30%), азота (12%), водорода (8%). Процент остальных зольных элементов, например натрия, калия, кальция, фосфора, железа, магния и др., составляет 310%. Относительная плотность микробной клетки 1,055. Часть воды, находящаяся в свободном состоянии, является универсальным раствором и растворителем. Большая часть воды находится в связанном состоянии. Количество воды подвержено большим колебаниям. При лишении воды большинство бактерий сохраняют жизнеспособность, но перестают размножаться. Лиофильная сушка.

Химический состав бактериальной клетки Белки (около 2000) = 40-80% (сухой массы) Протеины – простые белки Протеиды – сложные белки (нуклеопротеиды, липопротеиды, гликопротеиды). Большая часть белков – ферменты Углеводы = 30-50% (сухой массы) – полисахариды и углеводы, связанные с белками и липидами Липиды = 1,7 – 40% (сухой массы) (фосфолипиды, жирные кислоды и глицериды). Основная масса в ЦПМ Связаны с другими веществами БК (белки, углеводы) Основная функция – защитная (микобактерии – кислотоустойчивые бактерии), липиды обеспечивают устойчивость к кислотам, щелочам, спиртам и т.д.

Питание бактерий В теле БК, имеющей сложный химический состав непрерывно совершаются процессы обмена веществ: катаболизма (диссимиляции) и анаболизма (ассимиляции). Питание заключается в синтезе органических веществ для строительства клеточных органелл из УГЛЕРОДА, АЗОТА, КИСЛОРОДА и ВОДОРОДА 1.Обеспечивает поступление в клетку питательных веществ; 2.Обеспечивает клетку энергией Бактерии потребляют – O, H, C и N. По потреблению УГЛЕРОДА делятся на: 1.Аутотрофы (литотрофы) добывают С из углекислоты и минералов. Это сапрофиты почвы, воды, воздуха 2.Гетеротрофы (органотрофы) усваивают С из готовых органических веществ: Сапрофиты Паразиты (паратрофы) По усвоению АЗОТА гетеротрофы делятся: 1.Ассимилируют из воздуха; 2.Ассимилируют из аммонийных солей; 3.Ассимилируют из аммонийных солей в присутствии аминослот и пуринов; 4.Ассимилируют в присутствии факторов роста 5.Нуждаются в сложных питательных средах

Ферменты бактерий Питание БК – сложный процесс (ферментативные реакции), сочетающий катаболизм – приводящий к расщеплению крупных молекул на более простые соединения с высвобождением энергии, и анаболизм (конструктивный метаболизм) – приводящий к увеличению массы тела и потреблению энергии) Эндоферменты и экзоферменты Конститутивные (существуют и в отсутствии субстрата) Индуцибельные (образуются при наличии субстрата) Репрессибельные (их синтез подавляется при избытке субстрата) Классы ферментов Оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные); Трансферазы (перенос радикалов и атомов); Гидролазы (расщепляют вещества на более простые с присоединением воды); Лиазы (отщепляют от субстратов химические группы, не используя воду); Изомеразы (превращают субстрат в изомеры); Лигазы-синтетазы (ускоряют синтез сложных соединений). Ферментативная активность – «ПЕСТРЫЙ РЯД»

Механизмы питания Поступление питательных веществ в БК – сложный физико-химический процесс, зависящий от концентрации питательных веществ в БК и вне ее, проницаемости клеточной оболочки, прежде всего ЦПМ, особенностей внешней среды и т.д. 1.Проникновение веществ: Активный перенос (концентрация веществ в БК выше, чем в окружающей среде) – расход энергии (АТФ); Пассивная диффузия (концентрация веществ в окружающей среде выше, чем в БК) – энергия не расходуется; Облегченная диффузия – энергия не расходуется; Транслокация радикалов – участвуют ферменты пермеазы 2.Выход веществ из БК Пассивная диффузия Облегченная диффузия

Механизмы транспорта веществ в клетку Наружная среда Мембрана Внутренняя среда Простая Диффузия П Облегчённая диффузия П Энергизованный источник П Энергия Активный транспорт П HPr~P ФЕП Транслокация П Фер- радикалов HPr мент П --P Пируват

Дыхание бактерий Процесс дыхания (биологического окисления) – все реакции, которые служат образованию энергии (АТФ). Это химические реакции, идущие с выделением тепла (энергетический метаболизм). По типу дыхания все микробы делятся на 2 основные группы: аэробы и анаэробы. 1.Аэробный тип – обеспечивается кислородом воздуха и сред. Выделяется много энергии. Пример: окисление глюкозы: С6Н12О6 + 6СО2 6СО2 + 6Н2О ккал Выращивание без приспособлений; Непрерывное культивирование; В глубине бульона; Аэрирование (качалка). 2.Анаэробный тип – брожение. Реакция молекулярного расщепления органических и неорганических соединений. Выделяется мало энергии. Пример. Расщепление глюкозы дрожжами: С6Н12О6 2С2Р6О + 2СО ккал Облигатный и факультативный

Дыхание бактерий В зависимости от потребностей в кислороде бактерии делятся на : Облигатные (строгие) аэробы – используют в качестве акцептора водорода лишь свободный кислород, снижение его содержания приводит к прекращению роста микробов; накопление перекиси водорода нейтрализуется ферментами каталазой, пероксидазой, супероксиддисмутазой (туберкулезная, дифтерийная палочки, холерный вибрион); Облигатные (строгие) анаэробы – растут только в бескислородной среде, не имеют фермента каталазы, разрушающего перекись водорода, накапливающуюся в присутствии кислорода и оказывающую бактерицидное действие на анаэробы (возбудители ботулизма, столбняка и т.д.); для анаэробов О2 – яд!!! Нет фермента каталазы, нейтрализующего Н2О2, образующуюся в присутствии О2. Факультативные анаэробы – растут как в присутствии кислорода, так и без него (большинство бактерий – дизентарийная, брюшнотифозная палочки, стафилококки и стрептококки и др.) Микроаэрофилы (капнофилы) – лучше растут при повышенном содержании СО2 и сниженном содержании кислорода (кампилобактерии и др.). Аэротолерантность облигатных анаэробов – их способность сохранять жизнеспособность в присутствии кислорода.

Рост и размножение микробов Рост – одна из основных функций любой живой клетки. В.Д. Тимаков – «Рост – это координированное воспроизведение всех клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки». Увеличение массы клетки не может быть бесконечным. По достижению определенного возраста клетка микроба начинает делится (на 2 или более равноценные в биологическом отношении дочерние клетки или гетероморфное деление), т.е. размножаться. У одноклеточных организмов размножение ведет к увеличению числа индивидуумов, составляющих популяцию или культуру. Бактерии размножаются путем простого (чаще бинарного) деления. Скорость деления – минут. Кишечная палочка – мин.; стрептококк и клостридии – 15 мин.; S.typhi – 24 мин.; шигеллы – 35 мин. Прокариоты делятся в 100 раз быстрее, чем эукариотическая клетка.

Деление бактерий. Репликация ДНК Деление бактерий состоит из ряда последовательных этапов. Разделению и расхождению клеток предшествует удвоение ДНК нуклеоида, его репликация – самый важный и сложный процесс, который идет при помощи ферментов ДНК-полимераз 1, 2 и 3. Последний самый важный. Различают три периода репликации ДНК бактерий : 1.Инициация – побуждение к началу репликации; 2.Период синтеза (элонгация); 3.Период терминации

Механизм репликации ДНК и деления БК 1.О «созревании» бактерии сигнал идет из цитоплазмы в нуклеоид; 2.В нуклеоиде активизируется ген-инициатор. Он контролирует выработку белка-инициатора. 3.Белок –инициатор действует на репликатор (участок ДНК, прикрепленный к септной мезосоме). 4.Одна нить ДНК разрывается и спираль ДНК расплетается (помогают «расплетающие» белки). 5.Образуются 2 нити ДНК, каждая из которых служит матрицей для сборки комплементарной цепи. 6.В новой (дочерней) клетке есть нить «старой» ДНК и «новой» ДНК. 7.Синтезируются ЦПМ. 8.Формируется поперечная КС и две клетки (дочерние) разъединяются

Размножение популяции микробов В ходе размножения популяции микробов – 2 параллельных процесса : размножение и отмирание клеток. Размножение на плотных питательных средах. На плотных питательных средах – из одной БК образуются скопления – колонии. Колонии имеют разную величину, консистенцию, окраску, формы, характер поверхности и краев, характерные для определенного вида микробов (идентификационный признак). Особенности колоний зависят от взаимного расположения разделившихся клеток, от характера их «движения» после деления: если характер движения скользящий – то колония гладкая (S - форма), если клетки располагаются под углом – поверхность шероховатая ( R-форма)

Размножение на жидких питательных средах

СИМБИОЗ – сожительство различных видов микроорганизмов, приносящее им взаимную пользу: Мутуализм – форма симбиоза, при котором партнеры извлекают взаимную пользу. Метабиоз – тип взаимоотношений, при которых один вид микроорганизмов создает условия для жизни других Синергизм – усиление физиологических функций видов, существующих вместе в ассоциации. Нейтрализм – отношения, при которых обитающие вместе микроорганизмы не оказывают друг на друга никакого влияния. Сателлизм ( сателлит – спутник ). Одни виды микроорганизмов живут вместе с другими, не причиняя им вреда и как бы сопровождая. Комменсализм – форма существования, при которой один из партнеров извлекает пользу для себя, не вредя другим членам популяции.

АНТАГОНИЗМ - Взаимное противодействие, подавление одних видов микроорганизмов другими. Антибиоз – вариант антагонизма, при котором микроорганизмы в борьбе с конкурентами выделяют биологически активные вещества. Паразитизм – вид сожительства, при котором один вид живет за счет другого и наносит ему вред. Хищничество – вид взаимоотношений, при которых некоторые виды микроорганизмов ведут себя, как животные - хищники.