Дыхание бактерий типы источники энергии способы культивирования строгих анаэробов

Дыхание бактерий

Дыхание (биологическое окисление, катаболизм, диссимиляция) – совокупность биохимических процессов, сопровождающихся образованием энергии, необходимой для жизнеобеспечения клетки. При аэробном типе дыхания бактерии используют энергию в результате окисления веществ кислородом воздуха и способны развиваться только при наличии кислорода. При анаэробном типе дыхания микроорганизмы могут развиваться при отсутствии кислорода, получая энергию в результате ферментативного расщепления органических веществ. Существуют также факультативные анаэробы, растущие как при наличии, так и при отсутствии кислорода. Определяют тип дыхания микроорганизмов посевом культуры бактерий уколом в высокий столбик агара. При этом аэробы вырастают в верхней части среды, факультативные анаэробы – по всей длине укола, анаэробы – в нижней части посева.

У прокариотов возможны три пути получения энергии, которые различаются по выходу энергии (табл. 4):

1. Фотосинтез (фотосинтетическое фосфорилирование), в котором принимают участие энергия фотонов, хлорофилл или его аналоги – пигменты. Фотосинтез описан у очень небольшой группы микробов (цианобактерии или сине-зелёные водоросли), содержащих пигменты, сходные с хлорофиллом.

2. Дыхание (окислительное фосфорилирование) – окислительно-восстановительный процесс переноса взаимодействия субстрата со свободным кислородом и ферментами дыхательной цепи, цепь реакций биологического окисления. Большинство бактерий, называемых скотобактериями, получают энергию путем химических реакций.

Суть окисления заключается в присоединении кислорода или в отнятии водорода от субстрата, в результате чего происходит расщепление вещества и разрушение химических связей. Энергия этих связей выделяется в окружающую среду и почти на 70% улавливается клеткой в виде биологической энергии, в виде образования высокоэнергетических соединений, главными из которых у прокариот является АТФ (аденозинтрифосфат), УДФ (уридиндифосфат), ферментные комплексы НАДФ (никотинадениндиноклеотидфосфат) и ФАДФ (флавинаденин-динуклеотидфосфат), пирофосфат и волютин (орто- и метафосфаты).

Одним из основных путей реализации энергии, содержащейся в фосфорных связях органических соединений, является фосфорилирование — способность передавать фосфатный остаток другим веществам, что делает эти соединения нестабильными, приводя к их распаду с выделением энергии. Все процессы дыхания происходят на ЦПМ прокариот иначинаются с гликолиза, в результате которого образуется пировиноградная кислота (пируват — ПВК), которая является исходным материалом для дальнейших катаболических реакций.

По типу дыхания бактерии делятся на:

· облигатные аэробы (например, нейссерии, синегнойная палочка)растут только при наличии кислорода;

· облигатные анаэробы могут расти только без кислорода (пептострептококки, вейллонеллы, бактероиды фузобактерии, анаэробоспириллы);

· факультативные аэробы и анаэробы могут существовать как в присутствии кислорода, так и без него;

· аэротолерантные микробы (например спорообразующие анаэробные палочки -клостридии газовой гангрены, столбняка). — это анаэробные бактерии, устойчивые к кислороду, которые не размножаются в присутствии кислорода, но и не погибают;

· микроаэрофилы (стрептококки, актиномицеты и некоторые бациллы полости рта)представляют собой небольшую группу факультативно-анаэробных бактерий, устойчивых к действию кислорода в небольших концентрациях (до 5-10%);

· капнофилы(возбудители бруцеллеза, стрептококки полости рта)нуждаются в избыточном количестве углекислого газа (до 20%).

Тип дыхания бактерий зависит от набора ферментов. От окисляемого субстрата (донора) электрон водорода передается с помощью дегидрогеназы восстанавливаемому веществу (акцептору) — флавопротеину (ФАД) или желтому ферменту, который передает электрон водорода непосредственно кислороду с образованием перекиси водорода или следующему промежуточному передатчику — цитохрому, который, в конечном счете, передает его кислороду с образованием воды или перекиси водорода. Описано 3 типа цитохромов — А, В, С. Бактерии не все и не в одинаковой мере содержат все три компонента цитохрома. Так, например, строгие аэробы содержат все три компонента цитохрома. Они имеют самую длинную дыхательную цепь (дегидрогеназы, флавопротеины, цитохромы). Конечный акцептором электронов является кислород.

Факультативные анаэробы содержат один или два компонента цитохрома, в то время как строгие анаэробы, как правило, не имеют цитохрома С, поэтому у них конечным акцептором электронов водорода являются неорганические вещества (нитраты, сульфаты, карбонаты). В аэробных условиях электрон водорода от флавопротеина может непосредственно передаваться кислороду с образованием перекиси водорода, гидроксиланиона, супероксиданиона.

Аэробы и факультативные анаэробы, в отличие от облигатных анаэробов, имеют ферменты, расщепляющие каталазу и пероксидазу, а также мощный фермент — супероксиддисмутазу (СОД) для нейтрализации токсичных радикалов кислорода. У облигатных анаэробов эти ферменты не вырабатываются, поэтому накопление токсических для мембран клеток соединений вызывает их разрыв и неизбежную гибель.

3. Брожение (субстратное фосфорилирование) — разновидность анаэробного дыхания, при котором и донором и акцептором водорода является органическое вещество.

При брожении происходит расщепление сложных органических веществ до более просто устроенных с выделением небольшого количества энергии. При поступлении глюкозы в клетку, происходит гликолиз и образуется ПВК. Дальнейшие ее превращения зависят от набора ферментов анаэробных бактерий. В зависимости от того какие конечные продукты образуются, выделяют разные типы брожения:

· Молочнокислое брожение вызывается лактобактериями, бифидобактериями, стрептококками, образуя из ПВК молочную кислоту (гомоферментативное брожение) или молочную, янтарную, уксусную кислоты, ацетон (гетероферментативное брожение). Эти бактерии применяются в производстве молочно-кислых продуктов: ряженки, простокваши, кефира, йогуртов и творога.

· Маслянокислое брожение. Возбудителями этого вида брожения являются анаэробные бактерии рода клостридии, а также бактероиды, фузобактерии и другие микроорганизмы, вызывающие у человека опасные анаэробные инфекции. Основным продуктом брожения является масляная,изомасляная, уксусная, валериановая кислоты.

· Пропионовокислое брожение также вызывается анаэробами — пропионибактериями (обитатели кожи и слизистой оболочкичеловека и животных могут вызывать анаэробные инфекции), которые используются в производстве сыров. Конечный продукт брожения — пропионовая кислота.

· Спиртовое брожение. Вызывают дрожжи. В результате спиртового
брожения образуется этиловый спирт, что издавна используется в пивоварении и виноделии.

· Бутиленгликолевое брожение. В результате брожения образуются бутиловый спирт, этиленгликоль, срероводород и другие токсические продукты. Этот вид брожения вызывают кишечная палочка и другие энтеробактерии, в том числе — возбудители кишечных инфекций — сальмонеллёза, дизентерии.

При субстратном фосфорилировании из глюкозы или других источников углерода выделяется незначительное количество энергии, так как образующиеся при этом продукты брожения (молочная кислота, спирты и др.) сохраняют в себе значительные количества энергии. Поэтому в анаэробных условиях бактериальная культура для получения необходимой энергии во много раз больше разлагает пищевого материала, чем в присутствии кислорода. Теплообразование при развитии бактериальной флоры в органическом материале (навоз, торф, мусор) может привести к его самовозгоранию.

Изучение ферментов бактерий имеет большое практическое значение для разработки методов диагностики (идентификации) возбудителей инфекционных заболеваний по набору ферментов, а также для создания современных биотехнологий получения продуктов питания в том числе молочнокислых продуктов, сыра, хлеба, вина, пива и т.д.

Источник

Типы дыхания бактерий и особенности культивирования анаэробов.

По отношению к кислороду, а также по использованию его в процессах получения энергии микроорганизмы подразделяются на 3 группы: облигатные аэробы, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы.

Облигатные аэробы растут и размножаются только в кислородной среде, используя его для получения энергии путем кислородного дыхания.

Энергию они получают оксидативным матаболизмом, используя кислород как терминальный акцептор электронов в реакции, катализируемой цитохромоксидазой. Облигатные анаэробы подразделяются на строгие аэробы, которые растут при парциальном давлении атмосферы воздуха, и микроаэрофилы, которые, используя кислород в процессах получения энергии, растут при его пониженном давлении.

Облигатные анаэробы – не используют кислород для получения энергии.

Облигатные анаэробы делятся на две группы: строгие анаэробы и аэротолерантные. Строгие анаэробы характеризуются тем, что молекулярный кислород для них токсичен: он убивает микроорганизмы или ограничивает их рост. Энергию строгие анаэробы получают маслянокислым брожжением. (некоторые клостридии)

Аэротолерантные анаэробы не используют кислород для получения энергии, но могут существовать в его атмосфере (молочнокислые бактерии).

Факультативные анаэробы способны расти и размножаться как при наличии кислорода, так и в его отсутствии. Они обладают смешанным типом метаболизма. Процесс получения энергии у них может происходить кислородным дыханием при наличии кислорода, а в его отсутствии переключаться на брожение. Для этой группы бактерий характерно наличие некислородного нитратного дыхания.

Для культивирования факультативных анаэробов используют те же методы, что и при культивировании аэробов.

Облигатные анаэробы для своего роста и размножения требуют исключения доступа кислорода воздуха. Это достигается следующими методами:

· Добавлением к питательным средам редуцирующих кислород веществ (тиогликолевой кислоты, аскорбиновой кислоты, цистеина, сульфидов)

· Путем кипячения (освобождение от кислорода воздуха) жидких питательных сред с последующим плотным закупориванием резиновыми пробками сосудов со средами.

· Использование поглотителей кислорода (щелочного пирогаллоза и др), помещая их в герметически закрываемые емкости «газ-паки». Этот метод используется для культивирования аэротолерантных бактерий.

· Механическим удалением кислорода воздуха с последующим заполнением емкости инертным газом (для этих целей используют анаэростаты и анаэробные боксы)

Методы выделения культур, основанных на принципах разобщения микробных клеток и на биологических признаках.

Методы выделения чистых культур аэробных микроорганизмов подразделяются на 2 группы:

а) методы, основанные на принципе механического разобщения микроорганизмов:

· посев по методу Дригальского осуществляется шпателем последовательно на 3 чашки с МПА. В зависимости от содержания микробных клеток в исследуемом материале, на одной из чашек вырастают отдельные колонии, используемые для выделения чистой культуры микроорганизма;

· рассев петлей (посев штрихами).По Коху. Исследуемый материал петлей засевают последовательно на 4 сектора МПА в чашке Петри, проводя петлей параллельные линии на расстоянии 5 мм одна от другой. На секторах с небольшим количеством клеток вырастают отдельные колонии, описываемые согласно таблице.

-серийные разведения в жидкой питательной среде (метод Пастера)

— метод фильтрации (для очистки вирусов от бактерий и получения фагов и токсинов)

б) методы, основанные на биологических свойствах микроорганизмов:

· метод фильтрации основан на разделении микроорганизмов по величине путем пропускания исследуемого материала через специальные (миллипоровые) фильтры с определенным диаметром пор;

· методы, основанные на «ползучих» свойствах микроорганизмов, например, метод Шукевича для выделения чистой культуры протея. Исследуемый материал засевают в конденсационную воду скошенного МПА, из которой протей как бы «вползает» на его поверхность;

· метод прогревания, позволяющий отделить спорообразующие бациллы от неспоровых форм. Для этого исследуемый материал прогревают на водяной бане при 800 С 10-15 мин., при этом вегетативные формы погибают, а споры сохраняются и прорастают;

· бактериостатический метод (метод ингибирования роста бактерий определенными химическими веществами или антибиотиками). Например, небольшие концентрации пенициллина задерживают рост грамположительных микроорганизмов, но не влияют на грамотрицательные. Смесь пенициллина и стрептомицина позволяет освободить грибы от бактериальной флоры, а нистатин ингибирует грибы, но не влияет на бактерии;

· метод обогащения — посев исследуемого материала засевают на элективные питательные среды, предназначенные для выделения определенного вида микроорганизмов;

· метод заражения чувствительных видов лабораторных животных или растений для выделения облигатных патогенных микроорганизмов. После появления у зараженных животных признаков болезни их умерщвляют и производят посев органов и тканей на питательные среды с целью выделения чистой культуры микроорганизмов.

Дата добавления: 2019-03-09 ; просмотров: 540 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

2.Дыхание микробов, его варианты, сущность, механизмы аэробного и анаэробного дыхания, определение типа.

Дыхание (или биологическое окисление) — это сложный процесс, который сопровождается выделением энергии, необходимой микроорганизмам для синтеза различных органических соединений. Бактерии для дыхания используют кислород. Однако Л. Пастером было доказано существование таких бактерий, для которых наличие свободного кислорода является губительным, энергия, необходимая для жизнедеятельности, получается ими в процессе брожения.

Все бактерии по типу дыхания подразделяются на облигатные аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы. Облигатные аэробы развиваются при наличии в атмосфере 20% кислорода (микобактерии туберкулеза), содержат ферменты, с помощью которых осуществляется перенос водорода от окисляемого субстрата к кислороду воздуха. Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, и его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост (актиномицеты, бруцеллы, лептоспиры). Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка). Облигатные анаэробы -бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным (клостридии столбняка, ботулизма). Аэробные бактерии в процессе дыхания окисляют различные органические вещества.

Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с образованием небольшого количества энергии. Процессы разложения органических веществ в безкислородных условиях, сопровождающиеся выделением энергии, называют брожением. В зависимости от участия определенных механизмов различают следующие виды брожения: спиртовое, осуществляемое дрожжами, молочно-кислое, вызываемое мол очно-кислыми бактериями, масляно-кислое и пр. Для выращивания анаэробов в бактериологических лабораториях применяют анаэростаты – специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода. Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами.

3.Как оценить положительную реакцию Вассермана со специфическим спирохетозным антигеном, положительные риф, рит у беременных на 8, 12, 24 неделях беременности?

Реакция Вассермана (РВ)

Для пробы на реакцию Вассермана исследуется кровь из локтевой вены. При заражении больного сифилисом проба на реакцию Вассермана дает положительный результат не сразу, а только через 6-7 недель. Первичный сифилис принято делить на сероотрицательную (серонегативную) и сероположительную (серопозитивную) стадии. При сероотрицательной стадии отрицательная реакция Вассермана не может служить показателем отсутствия болезни и для того, чтобы подтвердить или опровергнуть диагноз, используются более точные методы диагностики. Положительная реакция Вассермана может быть разной степени выраженности, условно степень выраженности реакции Вассермана обозначают знаком «+» с определенным индексом:

1+ 2+ — результат слабо положительный

4+ — резко положительный

Реакция Вассермана может давать и ложные положительные результаты — при беременности, после перенесенного и полностью вылеченного сифилиса, при некоторых других обстоятельствах.

Реакция иммунофлюоресценции (РИФ)

Эта проба основана на том, что бледные трепонемы дают желто-зеленоватое свечение при микроскопировании в люминесцентном микроскопе. Если сифилиса у испытуемого человека нет, то свечения не наблюдается. Если же свечение выявлено, то его интенсивность оценивается так же, как при пробе на реакцию Вассермана:

1+ или отсутствие свечения — отрицательная проба

2+, 3+, 4+ — положительная проба

Важно то, что РИФ дает положительный результат на более ранних стадиях сифилиса, чем РВ, из-за ее большей чувствительности.

Реакция иммобилизации бледных трепонем (РИБТ)

Эта проба позволяет распознать ложноположительный результат РВ, который иногда может быть у здорового человека, поэтому обычно при положительном анализе на РВ его подтверждают или опровергают при помощи анализа на РИБТ. В некоторых случаях используются и другие методы диагностики, например, компьютерная томография для диагностирования нейросифилиса, но эти методы не столь распространены и применяются в крайне редких случаях.

Источник