Способ дыхания у эукариотов

Митотический цикл и митоз

I. Половое II. Бесполое

Способы размножения организмов

Сопоставление фотосинтеза и дыхания эукариот

Признаки	Фотосинтез	Дыхание
Используемые вещества	Углекислый газ, вода	Органические вещества, кислород
Итог процесса	Синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород (в результате фотолиза воды)	Разлагается органическое вещество, выделяются углекислый газ и вода
Превращение энергии	Поглощается энергия света, которая преобразуется в энергию химических связей органического вещества (в основном углеводов)	Высвобождается энергия химических связей органического вещества (в основном углеводов), которая преобразуется в энергию макроэргических связей АТФ
Место образования АТФ	Хлоропласты	Хлоропласты
Важнейшие этапы процесса	Световая и темновая фазы (цикл Кальвина)	Гликолиз и цикл Кребса
Место осуществления процесса	Хлоропласты растительных клеток	Гиалоплазма и митохондрии всех эукариотических клеток
Отношение к солнечному свету	Происходит только на свету	Происходит и на свету, и в темноте, так как не нуждается в солнечном свете
Суммарное уравнение	6СО2 + 6Н2О + энергия света →С6Н12О6 + 6О2	С6Н12О6 + 6О2 →6СО2 + + 6Н2О + энергия (АТФ)

1. С участием гамет 1. Собственно бесполое

а) С оплодотворением а) спорообразование

· изогамия б) шизогония

· гетерогамия 2. Вегетативное

· оогамия а) почкование

б) Без оплодотворения б)деление пополам (одноклеточные)

· партеногенез (гиногенез и андрогенез) в) фрагментация слоевища у низших

2. Без участия гамет растений

· гаметангиогамия г) черенками, корневищами,

Источник

3. Аэробное дыхание с использованием неорганических веществ в качестве источников энергии (дыхательная литотрофия).

Хемолитотрофия — способ существования, обнаруженный только у прокариот, при котором источникомэнергии служат реакции окисления неорганических соединений. Минеральные в-ва – H2, NH4 + , NO2 — , Fe 3+ , H2S, S, SO₃ 2- , S₂O₃, CO. нитрифицирующие бактерии окисляют восстановленные неорганические соединения азота Nitrobacteriaceae;

бактерии, окисляющие серу, используют H2S, молекулярную серу (S0) или ее окислы. Bacillus, Pseudomonas и др. В эту группу входят и хемолитотрофные бактерии такие как тионовые бактерии (4 рода: Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiodendron и Sulfolobus) и бесцветные серобактерии (роды Achromatium, Thiovulum, Тhiospira, Thiobacterium, Thiothrix, Beggiatoa);

железобактерии окисляют восстановленное железо или марганец (Thiobacillus ferrоoxidans);

водородные бактерии используют в качестве источника энергии молекулярный водород (род: грам-: Alcaligenes, Pseudomonas, Rhizobium; грам+: Nocardia, Mycobacterium, Bacillus);

у карбоксидобактерий единственный источник углерода и энергии – СО2 (Pseudomonas, Achromobacter, Comamonas).

4. Аэробное дыхание, с использованием высокомолекулярных органических веществ в качестве источников энергии (дыхательная хемоорганотрофия).

Если источником энергии служит органическое вещество, то такой вариант хемотрофии называется хемоорганотрофией.

Окисляемый субстрат в дыхании бактерий:

Орг. Вещества. (Хемоорганотрофы):

– полное окисление C2H12O6+6O2->6CO2+6H2O+E

— неполное ок-е 2C2H12O6+3O2->2C6H8O7+4H2O+E

2. Органические к-ты, спирты, аминокислоты, непригодные для др. организмов углеводороды:

Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих необходимую энергию и углерод из органических соединений. Это самая разнообразная и весьма многочисленная группа микроорганизмов. Они широко распространены в природе и играют огромную роль в разложении органических веществ. В качестве источников углерода хемоорганотрофы используют готовые органические соединения самой различной химической структуры. Наиболее подходящими являются соединения, содержащие альдегидные и кетонные группы, а также насыщенные связи.

В глобальном масштабе хемоорганотрофия представляет собой консументный процесс, при котором используются неогенные, и ископаемые продукты фототрофной иили емолитотрофной ассимиляции неорганического углерода.

5. Бактериальная культура. Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры, методы их получения и значение. Смешанные культуры. Культивирование аэробных и анаэробных прокариот. Принципы составления сред для культивирования микроорганизмов. Основные типы питательных сред. Стерилизация и хранение сред.

Бактериальная культура — искусственно выращенные бактерий на питательных средах. Элективной (накопительной) культурой называется культура, в которой из большого числа форм,имеющихся в посевном материале, растѐт преимущественно один вид. Принцип элективности заключается в подборе строгоизбирательных условий — питательной среды и других факторов — для выделения и культивирования определенных видов микроорганизмов с учетом их природных физиологических особенностей.

Чистая культура — совокупность микроорганизмов одного вида, имеющих одинаковые морфологические и биохимические свойства и одинаковые свойства их культур.

Для получения чистых культур дрожжей, микроскопических грибов и микроорганизмов используются:

капельный метод Линднера (англ. Lindner’s hanging drop);

выращивание из единственной колонии на агаре или желатине;

методвлажной камеры Ганзена. Чистые культуры используются при: изучении систематики и изменчивости микроорганизмов; диагностике для идентификации возбудителей порчи пищевых продуктов; диагностике инфекционных болезней; в микробиологической промышленности в качестве исходного материала для получения ферментов, вакцин, антибиотиков, витаминов, стероидных гормонов и других продуктов; в пищевой промышленности: в виноделии, пивоварении, производстве молочнокислых продуктов и хлеба.

Смешанная культура – культура клеток, первично выделенная из природных источников (воды, воздух, почва), состоит из нескольких видов микроорганизмов.

Культивирование аэробных микроорганизмов проводят следующим образом:на поверхности плотных сред или в тонком слое жидких сред, когда микроорганизмы получают кислород непосредственно из воздуха; в жидких средах (глубинное культивирование). В этом случае микроорганизмы используют растворенный в среде кислород. В связи с низкой растворимостью кислорода, для обеспечения роста аэробных бактерий в толще среды, требуется постоянное аэрирование.

Культивирование анаэробных микроорганизмов более сложно, чем выращивание аэробов, так как здесь должен быть сведен до минимума контакт микроорганизмов с молекулярным кислородом. Для создания анаэробных условий используют различные приемы. Их подразделяют на физические, химические и биологические. Все они основаны на том, что микроорганизмы культивируют в каком-то замкнутом пространстве. К физическим методам создания анаэробных условий относится культивирование в микроанаэростате — вакуумном аппарате для выращивания микроорганизмов, в котором воздух замещен газовой смесью. Наиболее часто используемая смесь имеет следующий состав: азот с 5% СО2 и 10% Н2.

К химическим методам относится:

— Использование химических веществ, поглощающих молекулярный кислород — в качестве поглотителей молекулярного кислорода в лабораторной практике используют щелочной раствор пирогаллола, дитионит натрия (Na2S2O4), металлическое железо, хлорид одновалентной меди и некоторые другие реактивы.

Использование восстанавливающих агентов, которые добавляют в большинство сред для снижения окислительно-восстановительного потенциала среды: тиогликолат натрия, цистеин, аскорбиновая кислота.

Как пример биологического способа создания анаэробных условий — выращивание совместно с аэробными или факультативно-анаэробными бактериями.Например, питательную среду в чашке Петри разделяют желобком на две половины, на одну половину засевают какой-либо аэробный микроорганизм, на другой — анаэроб. Края чашки заливают парафином. Рост анаэробного микроорганизма начнется только после полного использования кислорода аэробом.

Для культивирования анаэробных бактерий используют и другие методы, ограничивающие доступ воздуха

— выращивание в высоком слое среды;

— выращивание в толще плотной среды;

— культивирование в вязких средах, в которых диффузия молекулярного кислорода в жидкость уменьшается с увеличением ее плотности;

— заливка среды с посевом высоким слоем стерильного вазелинового масла или парафина.

лабораторных условиях микроорганизмы культивируют на питательных средах, поэтому питательная среда должна содержать все вещества, необходимые для их роста. Предложены сотни различных сред для культивирования микроорганизмов, состав которых определяется потребностями микроорганизмов в соединениях, необходимых для биосинтеза и получения энергии. Конструктивные и энергетические процессы у микроорганизмов крайне разнообразны, поэтому столь же разнообразны их потребности в питательных веществах. Из этого следует, что универсальных сред, одинаково пригодных для роста всех без исключения микроорганизмов, не существует. Основными компонентами любой питательной среды для культивирования микроорганизмов являются соединения углерода и азота. И именно эти соединения определяют специфичность подавляющего большинства питательных сред. Наиболее требовательные микроорганизмы культивируют на питательных средах, содержащих белки или продукты их неполного расщепления — пептоны, представляющие собой смесь поли-и олигопептидов, аминокислот, органических азотных оснований, солей и микроэлементов. Многие микроорганизмы требуют наличия в среде так называемых факторов роста, к которым относятся витамины, пурины, пи-римидины и аминокислоты. Кроме источников углерода, азота и факторов роста микроорганизмам для построения веществ клетки необходимы сера, фосфор и ряд других элементов. Все они должны содержаться в питательной среде в доступной для микроорганизмов форме. Питательные среды для культивирования микроорганизмов кроме соединений, необходимых для процессов биосинтеза, должны включать и энергетический материал.

Требования, предъявляемые к средам

— быть питательными, то есть содержать в легко усвояемом виде все вещества, необходимые для удовлетворения пищевых и энергетических потребностей. При культивировании ряда микроорганизмов в среды вносят факторы роста — витамины, некоторые аминокислоты, которые клетка не может синтезировать.

— иметь оптимальную концентрацию водородных ионов — pH, так как только при оптимальной реакции среды, влияющей на проницаемость оболочки, микроорганизмы могут усваивать питательные вещества. Для большинства патогенных бактерий оптимальна слабощелочная среда (pH 7,2-7,4). Исключение составляют холерный вибрион — его оптимум находится в щелочной зоне (pH 8,5-9,0) и возбудитель туберкулѐза, нуждающийся в слабокислой реакции (pH 6,2-6,8). Чтобы во время роста микроорганизмов кислые или щелочные продукты их жизнедеятельности не изменили pH, среды должны обладать буферностью, то есть содержать вещества, нейтрализующие продукты обмена.

— быть изотоничными для микробной клетки; то есть осмотическое давление в среде должно быть таким же, как внутри клетки. Для большинства микроорганизмов оптимальная среда, соответствующая 0,5 % раствору натрия хлорида.

— быть стерильными, так как посторонние микробы препятствуют росту изучаемого микроба, определению его свойств и изменяют свойства среды.

— плотные среды должны быть влажными и иметь оптимальную для микроорганизмов консистенцию.

— обладать определѐнным окислительно-восстановительным потенциалом, то есть соотношением веществ, отдающих и принимающих электроны, выражаемым индексом RH₂. Например, анаэробы размножаются при RH₂, не выше 5, а аэробы — при RH₂ не ниже 10.

— быть по возможности унифицированным, то есть содержать постоянное количество отдельных ингредиентов.

— Желательно, чтобы среды были прозрачными — удобнее следить за ростом культур, легче заметить загрязнение среды посторонними микроорганизмами.

По консистенции выделяют жидкие,плотные(1,5-3%агара)и полужидкие(0,3-0,7 %агара)среды. Агар- полисахарид сложного состава из морских водорослей,основной отвердитель для плотных

(твердых) сред. В качестве универсального источника углерода и азота применяют пептоны— продукты ферментации белков пепсином, различные гидролизаты- мясной, рыбный, казеиновый, дрожжевой и др.

По назначению среды разделяют на ряд групп:

универсальные (простые), пригодные для различных нетребовательных микроорганизмов (мясо-пептонный бульон- МПБ, мясо- пептонный агар- МПА);

специальные- среды для микроорганизмов, не растущих на универсальных средах (среда Мак- Коя на туляремию, среда Левенштейна- Иенсена для возбудителя туберкулеза);

дифференциально- диагностические- для дифференциации микроорганизмов по ферментативной активности и культуральным свойствам ( среды Эндо, Плоскирева, Левина, Гисса);

селективные (элективные)- для выделения определенных видов микроорганизмов и подавления роста сопутствующих- пептонная вода, селенитовая среда, среда Мюллера.

По происхождению среды делят на естественные,полусинтетические и синтетические.

Источник

Бактерии. Питание, дыхание, размножение, рост и морфология.

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

Бактерии. Питание, дыхание и морфология бактерий.

Бактерии. Положение в системе живого мира

Микроорганизмы.
Многочисленные микроорганизмы строго систематизированы в определенном порядке по их сходству, различиям и взаимоотношениям между собой. Этим занимается специальная наука, называемая систематикой микроорганизмов.

Таксономия – раздел систематики, изучающий как классифицируются микроорганизмы.
Таксон – группа организмов, объединенная по определенным однородным свойствам в рамках той или иной таксоном-кой категории.

Самой крупной таксономической категорией является царство, более мелкими – подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид. Образование названий микроорганизмов регламентируется международным кодексом номенклатуры. Микроорганизмы систематизируются по различным свойствам. В основу положены их морфологические, физиологические, биохимические, молекулярно – биологические свойства. Одной из основных таксономических категорий является вид (species).

Вид – совокупность особей, объединенных по близким свойствам, но отличающиеся от других представителей рода.

Штамм – микроорганизмы чистой культуры, выделенные из определенного источника и отличающиеся от других представителей вида. Штамм – более узкое понятие, чем вид или подвид. Близким к штамму является понятие клона.

Клон – представляет совокупность потомков, выращенных из единой микробной клетки. Для обозначения некоторых совокупностей микроорганизмов, отличающихся по тем или иным свойствам, употребляется суффикс var (разновидность) вместо ранее употребляемого type.

Поэтому микроорганизмы в зависимости от характера различий обозначают:

• морфовары (отличие по морфологии)
• резистентвары (отличие по устойчивости к антибиотикам)
• серовары (отличие по антигенам)
• фаговары (отличие по чувствительности к бактериофагам)
• биовары (отличие по биологическим свойствам)

Бактерии. Физиология

Физиология бактерий изучает процессы питания, дыхания, роста и размножения. Обмен веществ бактериальной клетки с окружающей средой и превращения одних веществ в другие внутри микробной клетки называют метаболизмом.

Все реакции метаболизма делятся на 2 класса:

1. Реакции синтеза – анаболизм.
2. Реакции распада – катаболизм.

Физиология бактерий включает процесс анаболизма, когда из простых молекул синтезируются структурные элементы бактериальной клетки, этот процесс идет с использованием энергии. В результате реакций катаболизма происходит расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сложнейшая цепь биохимиескмх реакций анаболизма и катаболизма, вкотором участвуют белки, жиры, углеводы, витамины обслуживает одну главную реакцию – реакцию удвоения ДНК, в результате чего из 1 клетки образуется 2.

При благоприятных условиях процесс удвоения ДНК в бактериальной клетке идет непрерывно. Реакции метаболизма относятся к биохимическим реакциям, т.е. с помощью биологических катализаторов – специальных белковых молекул-ферментов. Биохимические реакции характеризуются: высокой скоростью, специфичесностью: каждый фермент способен реагировать только с обним определенным веществом (субстрат) и превращать его во вполне определенное вещство (продукт или продукты).

1 фермент + 1 субстрат = 1 продукт

ДНК бактерий содержит около 1тыс. генов. Почти все они кодируют набор ферментов, характерных для определенного вида бактерий. Таким образом набор ферментов, закодированных в ДНК бактерий, является постоянным, используется для идентификации, т.е. определения вида бактерий.

Ферменты подразделяются на 2 класса: эндо- и экзоферменты. Эндоферменты находятся внутри бактерий и участвуют во внутренних реакциях метаболизма. Экзоферменты выделяются клетками во внешнюю среду для внеклеточного расщепления сложных молекул белков, липидов , углеводов на более простые, пригодные для питания бактериальной клетки. Экзоферменты выполняют функции внеклеточного переваривания органических питательных веществ. У патогенных микроорганизмов часть экзоферментов называется ферментами агрессии. Эти экзоферменты выполняют 2 группы процессов: облегчение проникновения бактерий внутрь живой клетки и ослабление защитных сил организма-хозяина.

В качестве примеров ферментов агрессии можно привести гиалуронидазу – расщепляет гиалуроновую кислоту соелинительной ткани, коллагеназу – расщепляет коллагеновые волокна, лецитиназу, РНК-азу, ДНК-азу, лейкоцидины, гемолизины.

Ферменты бактерий подразделяются не конститутивные и индуцибельные. Конститутивные ферменты постоянно присутствуют в клетке в определенных количествах. Индуцибельные начинают синтезироваться только при наличии потребности в них, т.е. при наличии потребности в них т.е. при наличии в среде субстрата с которым он реагирует. Пример бета-галактозидаза – синтезируется только, когда в среде присутствует сахар лактоза.

Бактерии. Питание бактерий.

Питание бактерий осуществляется за счет поступления питательных субстратов внутрь через всю поверхность клетки, кроме того бактериальная клетка имеет высокую скорость процессов метаболизма и адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Бактерии. Типы питание бактерий.
Широкому распространению бактерий способствует разнообразие типов питания. В зависимости от источников углерода они делятся на

• аутотрофы — использующие для построения своих клеток CO2 и другие неорганические соединения
• гетеротрофы — питающиеся за счёт готовых органических соединений. Гетеротрофы усваивают углерод только из органических соединений. Гетеротрофы в свою очередь подразделяются на сапрофитов и паразитов.

Аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве, серобактерии, обитающие в воде с сероводородом, железобактерии и прочие.

Сапрофиты – свободноживущие микроорганизмы, в качестве питательных веществ используют органические соединения погибших организмов или продукты их жизнедеятельности. Средой обитания бактерий-паразитов является живой организм. Бактерии паразиты являются патогенными, т.е. болезнетворными.

Бактерии-симбионты обитают в кишечнике человека и животных и выполняют жизненно-важные функции для организма хозяина.

Бактерии. Факторы роста.
Микроорганизмам для роста на питательных средах необходимы определённые дополнительные компоненты, которые получили название факторов роста.

Факторы роста — необходимые для микроорганизмов соединения, которые они сами синтезировать не могут, поэтому их необходимо добавлять в питательные среды. Среди факторов роста различают: аминокислоты, необходимые для построения белков, пурины и пиримидины, которые требуются для образования НК, витамины, входящие в состав некоторых ферментов.

Для обозначения отношения микроорганизмов к фактором роста используют термины ауксотрофы и прототрофы.

Ауксотрофы нуждаются в одном или нескольких факторах роста, прототрофы способны сами синтезировать необходимые для роста соединения.

Они способны синтезировать компоненты из глюкозы и солей аммония.

Бактерии. Химический состав.

Вода – 70%, Сухое вещество – 30%. Белки – 52, полисахариды – 16. Липиды – 9,4, РНК – 16, ДНК – 3.2, неорганические соединения – 0,4.

Потребность бактерий в химических элементах:

Макроэлементы (органогены). 60% в сумме. С50, N14, Н8, О20, микроэлементы – К, Ca, Mg, Na, S, P, Cl, и ультрамикроэлементы: B, Wa, Fe, Co, Cu, Zn.

Источники получения питательных веществ.

1. С – из органических соединений (углеводы).
2. N – соли аммония.
3. О – О₂, Н₂О.
4. Н – вода, органические соединения.
5. Р – соли фосфорной кислоты.
6. S – сульфаты.
7. К – К+,
8. Mg – Mg+.

Бактерии, способные расти на простых питательных средах, все необходимые элементы получающие на средах, содержащих 1 органическое вещество, 1 углевод (глюкозу), а остальные вещества в виде неорганических соединений, называются прототрофами.

Бактерии, нуждающиеся в дополнительных органических веществах, называются ауксотрофами.

Для культивирования ауксотрофоов необходима добавка в питательную среду специальных факторов роста: аминокислот, витаминов, пуринов, пиримидинов, липидов, гексозы, пептидов.

Многие патогенные микроорганизмы являются ауксотрофами, т.е. для их культивирования необходима добавка в питательную среду факторов роста.

Бактерии. Механизмы питания.
Поступления различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде. pHсреды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран и др.

Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600Д. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана.

Питание бактерий и проникновение питательных веществ в клетку осуществляется такими механизмами:

• простая диффузия
• облегчённая диффузия
• активный транспорт
• транслокация групп.

Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку — простая диффузия.

• Простая диффузия — механизм поступления веществ в клетку, при котором перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны (ЦПМ). Вещества проходят через липинудю часть ЦПМ (органические молекулы, лекарственнные препараты ) и, реже,по заполненным водой каналам в цитоплазматической мембране. Пассивная диффузия осуществляется без затраты энергии.
• Облегчённая диффузия– механизм поступления веществ в клетку, при котором перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны (ЦПМ). осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в ЦПМ и обладающих специфичностью.Каждый переносчик транспортирует через мембрану соответствующее вещество или передаёт другому компоненту ЦПМ — собственно переносчику. Белками-переносчиками могут быть пермеазы, места синтеза которых — ЦПМ. Облегчённая диффузия протекает без затрат энергии.
• Активный транспорт происходит с помощью пермеаз и направлен на перенос веществ от меньшей концентрации в сторону большей, как бы против течения, поэтому данный процесс сопровождается затратой метаболической энергии (АТФ), обращающейся в клетке.
• Перенос (транслокация) групп сходен с активными транспортом, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфолируется.

Бактерии. Дыхание бактерий

Дыхание бактерий (биологическое окисление) основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности.

Дыхание бактерий включает процессы окисления и восстановления:

• – окисление – отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов;
• – восстановление – присоединение водорода или электронов к акцептору.

Дыхание бактерий подразделяется на виды:

• – аэробное – акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород
• – анаэробное – акцептором водорода или электронов может быть нитрат, сульфат или фумарат (дыхание нитратное, сульфатное, фумаратное).

Анаэробиоз (от греч. аег – воздух + bios – жизнь) – жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы.

Облигатные аэробы могут расти только при наличии кислорода. Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут только на среде без кислорода, который для них токсичен. При наличии кислорода бактерии образуют перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксид-анион кислорода, токсичные для облигатных анаробных бактерий, поскольку они не образуют соответствующие инактивирующие ферменты.

Аэробные бактерии инактивируют перекись водорода и супероксид-анион соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой). Факультативные анаэробы могут расти как при наличии, так и при отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присутствии молекулярного кислорода на брожение в его отсутствие. Факультативные анаэробы способны осуществлять анаэробное дыхание, называемое нитратным: нитрат, являющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака.

Среди облигатных анаэробов различают аэротолерантные бактерии, которые сохраняются при наличии молекулярного кислорода, но не используют его.

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.

Дыхание бактерий относится к реакциям катаболизма. В результате дыхания происходит расщепление сложных молекул до простых с выделением энергии, которая запасается в молекулах АТФ (КПД около 40%).

Процесс дыхания – это реакция окисления углеводов, которая может происходить в бескислородных условиях – анаэробный тип дыхания или гликолиз, и в присутствии кислорода – аэробный тип дыхания или окислительное фосфорилирование.

По типу дыхания бактерии делятся на аэробные и анаэробные. Существуеют бактерии облигатные ааэробы – растут только в присутствии кислорода (например микобактерии туберкулеза). Облигатные анаэробы растут только в бескислородных условиях (например возбудитель ботулизма). Факультативные анаэробы могут расти как в кислородной, так и бескислородной среде (кишечная палочка).

Микроаэрофилы – им требуется для своего роста низкая концентрация кислорода (гемофильная палочка).

Брожение не является в полном смысле дыханием – это субстратное фосфорилирование углеводов или гликолиз с образованием пирувата и последующим превращением его в конечные продукты брожения – органические кислоты и спирты. В результате гликолиза из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ.

Аэробный тип дыхания или окислительное фосфорилирование. Глюкоза- окислительное фисфирилирование- 38АТФ + 6СО2 + 6Н2О

Анаэробный тип дыхания. Схема та же, что при аэробном, но акцептором электронов служат нитриты, либо нитраты, либо фосфаты.

Факультативные анаэробы при отсутствии кислорода получают АТФ с помощью брожения.
Молекулы образовавшегося АТФ участвуют в синтезе органических соединений, отдавая свою энергию и првращаясь в АДФ. А + В + АТФсинтез АВ + АДФ + Ф

Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие молекулярного кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов).

Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является вредным, задерживающим рост фактором (кл остри дни столбняка, анаэробной инфекции, ботулизма и др.).

Бактерии. Размножение и рост.

Размножение бактерий– самовоспроизведние бактерий.

Рост бактерий – формирование структкрно-функциональных компонентов клетки и увеличение самой бактериальной клетки

Размножение бактерий происходит путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы могут размножаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток.

Грам+ бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки

Грам- путем перетяжки, в рез-те образования гантелевидных фигур, из кот. Образуются 2 одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению ДНК бактериального ядра-нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в 3 этапа:

• инициация
• элонгация (рост цепи)
• терминация.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде происходит в несколько фаз:

1. Лаг-фаза
2. Фаза логарифмического роста
3. Фаза стационарного роста
4. Фаза гибели бактерий.

Лаг-фаза: период между посевом бактерии и началом размножения, составляет 4-5 часов. Бактерии увеличиваются в размерах и готовятся к делению, нарастает количество нуклеиновых кислот, белка.

Фаза логарифмического роста: период интенсивного деления бактерий, составляет 5-6 часов.

Фаза стационарного роста: количество жизнеспособных клеток максимально.

Фаза гибели: завершает процесс роста бактерий, происходит их отмирание в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий, составляет от 10 часов до несколько недель.

Размножение и рост бактерий зависят от многих факторов:

• оптимального состава питательной среды
• окислительно-восстановительного потенциала
• рН
• температуры

Размножения бактерий на плотной питательной среде.
Бактерии образуют изолированные колонии округлой формы, различной консистенции, цвета. Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питательную среду и окрашивают ее. Пигменты не растворимые в воде, растворяются в органических соединениях.

Бактерии. Морфология бактерий

Морфология бактерий (греч. bakterion — палочка) — микроорганизмы с прокариотным типом строения. Преимущественно этоодноклеточные организмы, однако существует немало форм, состоящих из многих клеток.

Бактерии. Виды бактерий по форме клеток:

• сферические (кокки)- по своей форме могут быть сферическими, эллипсовидными, бобовидными и ланцетовидными.
• цилиндрические – палочковидные формы микроорганизмов включают бактерии, бациллы и клостридии. Они различаются по размерам, форме и расположению клеток. Среди них имеются представители нормальной микробиоты человека (Escherichia coli) и патогенные виды (возбудители кишечных инфекций, столбняка, сибирской язвы, анаэробной инфекции).
• спиральные (спириллы, спирохеты) – включают спириллы, имеющие жесткую клеточную стенку, и спирохеты, клеточная стенка которых эластична и обеспечивает их подвижность. Spirillum minor – возбудитель содоку-болезни, передающейся через укус грызунов.
  Спирохеты – возбудители многих инфекционных заболеваний. Кроме указанных основных форм, среди прокариот имеются виды, отличающиеся более сложным строением. Это актиномицеты, к которым относится большинство продуцентов антибиотиков и некоторые патогенные виды.
  Оксигенные фототрофные бактерии (цианобактерии) – обитатели воды и почвы, вызывают цветение водоемов, некоторые виды образуют токсины, опасные при употреблении цветущей воды. Могут служить источником биологически активных веществ (фикоцианин) или употребляться как пищевая добавка (Spirulina maxima).

Бактерии. Виды бактерий по расположению клеток:

• диплококки – образуют пары. К ним относятся возбудители менингита и гонореи.
• стрептококки – (streptos – извитой) располагаются цепочками. Среди них имеются патогенные виды(S. Pyogenes).
• тетракокки – располагаются по четыре, в основном это сапротрофные виды.
• сарцины – (sarcio – cоединяю) образуют пакеты по 8, 16 и более клеток.
• стафилококки – (staphylos – гвоздь) образуют скопления в виде виноградной грозди. Среди них имеются патогенные(S. Aureus)виды.
• микрококки – характеризуются одиночным, парным или беспорядочным расположением клеток. Род включает условно-патогенные (M. Luteus) и сапротрофные виды.

Бактерии. Методы изучения морфологии бактерий.

Методы. В цитологической практике нередко возникает необходимость в окраске и исследовании бактерий. Это чаще всего касается различного рода экссудатов, мазков из различных органов и тканей. Мазки готовят различно.

Методы работы с различными видами материалов:

• материал жидкий, наносят каплю его на чистое предметное стекло и размазывают, пользуясь краем другого предметного стекла (лучше шлифованного);
• материал очень густой (например, гной), то его либо разводят физиологическим раствором и тогда поступают, как в первом случае, либо размазывают тонким слоем по предметному стеклу при помощи петли или стеклянной палочки.

Можно готовить мазки-отпечатки, для чего чистое предметное стекло прикладывают непосредственно к серозному покрову, слизистой оболочке или к свежей поверхности разреза какого-либо органа (ткани). При наличии жидкого содержимого (экссудат, моча и пр.) рекомендуется центрифугировать и из осадка готовить мазки. Полученные по одному из вышеуказанных способов мазки тщательно высушивают и затем фиксируют сухим жаром.

Фиксация достигается посредством несильного нагревания (примерно до 70°С) предметного стекла, которое для этого трижды проводят над пламенем спиртовки мазком вверх. Можно фиксировать мазки и в 96°спирте (10—15 минут). Фиксированные мазки сохраняются в течение какого угодно времени.

Окрашенные мазки исследуют в масле, с иммерсионным объективом; при желании заключают в бальзам, в таком случае на окрашенный и хорошо высушенный мазок кладут каплю бальзама и покрывают покровным стеклом. В настоящее время классическую бактериоскопию с окрашиванием микробов различными красителями дополняют получившие широкое распространение иммуноцитохимические методы с применением меченых антител.

Во многих случаях (особенно если применяют моноклональные антитела против поверхностных антигенов возбудителя) они позволяют провести высокоспецифичный экспресс-анализ. Нередко наиболее доступными для исследования с целью идентификации возбудителя являются обработанные в центрифуге экссудаты, выделения, а также – кровь, пунктаты паренхиматозных органов, мазки и отпечатки тканей.

Бактериоскопический (микроскопический) метод — совокупность способов обнаружения и изучения свойств бактерий в патологическом материале или в пробах из внешней среды с помощью микроскопии. Применяют для установления диагноза инфекционного заболевания или при идентификации выделенной чистой культуры.

Ценность бактериоскопического метода состоит в простоте, доступности методик и быстроте получения результатов (30—60 минут и менее). Однако чувствительность ограничена; информация, полученная с помощью бактериоскопического метода обычно может быть использована как ориентировочная.

Ценность бактериоскопического метода резко возрастает при исследовании простейших, грибов и обработке препарата люминесцирую-щими сыворотками. Позволяет определить количество лейкоцитов и эпителия, микрофлору в месте забора материала, а также выявить возбудителей: гонореи, трихомонадоза, гарднереллеза, кандидоза.

Для обнаружения возбудителей используют следующие методы:

1. Методы выявления кислых гликозаминогликанов (ГАГ) с помощью ШИК-реакции. Наилучшие результаты получают при выявлении простейших, в частности пневмоцист и токсоплазм, микоплазм, хламидий, некоторых грибов (особенно рода Candida) и капсулообразующих бактерий.

2. Методы с использованием основного фуксина, азура, тионина и метиленового синего (окраски по Пфейферу, Леффлеру, Николя и др.), которые в небольших концентрациях позволяют выявить разную, в основном бактериальную флору- Наиболее эффективны способы окраски по Цилю-Нильсену для выявления спирто- и кислотоустойчивых бактерий, в частности семейства Mycobacteriaceae (микобактерий туберкулеза, лепры и др.) и некоторых простейших (криптоспоридий). Используемые при этом основной фуксин и метиленовый синий позволяют выявить, помимо бактериальной флоры, фуксинофильные внутриклеточные включения, характерные для некоторых вирусных, особенно респираторных, инфекций. Азур и эозин эффективны для выявления различной бактериальной микрофлоры, особенно грамположительной, и некоторых простейших, в частности плазмодия малярии.

3. Методы, основанные на использовании анилинового фиолетового (окраска по Граму и ее модификации), позволяющие выявлять грамположительные бактерии и некоторые грибы, в первую очередь рода Candida. Следует, однако, иметь в виду, что наиболее интенсивно окрашиваются молодые формы. Погибшие или погибающие микроорганизмы утрачивают способность окрашиваться этими методами. В то же время часть грамотрицательных возбудителей, по крайней мере эшерихий, в случае их гибели становятся грамположительными или окрашиваются полихромно.

4. Методы, основанные на импрегнации нитратом серебра кусочков тканей, срезов или мазков, направлены на выявление разной, в основном бактериальной, флоры, поиски которой облегчаются в связи с тем, что импрегнированные серебром микроорганизмы немного увеличиваются в размерах.

Говоря о гистологических срезах, следует отметить, что некоторые микроорганизмы, особенно ДНК-вирусы (семейств Herpesviridae и Adenoviridae) и многие грибы (классов Ascomycetes и Phycomycetes), вполне удовлетворительно окрашиваются гематоксилином. В этом случае использование дополнительных способов окраски из числа перечисленных излишне. Осторожно следует подходить к интерпретации находок при бактериоскопии секционного материала, особенно при поздних вскрытиях, поскольку происходит постмортальная инвазия, а размножение многих видов бактерий происходит даже в предагональном периоде, на что указывают многие авторы.

Бактерии. Устойчивость к антибиотикам

Устойчивость (приобретенная) – формируется у бактерий при лечении антибиотиками микроорганизма. Антибиотикоустойчивые бактерии появляются вне зависимости от применения данного антибиотика; возможно существование антибиотикорезистентных особей к тем препаратам, которые еще не созданы.

Генетические аспекты приобретенной устойчивости: возникновение устойчивости может быть связана с изменениями в самой бактериальной хромосоме, возникающими в результате мутаций-хромосомная устойчивость. Обычно в результате мутации у бактерий возникает резистентность к одному антибиотику.

Внехромосомная устойчивость связана с наличием R-плазмид-фактора множественной лекарственной устойчивости. R-плазмида несет сразу несколько генов, ответственных за устойчивость к нескольким антибиотикам. Бактериальная клетка может иметь несколько разных R-плазмид. Они могут передаваться от бактерии к бактерии с помощью конъюгации или трансдукции.

Устойчивость приобретенная. Биохимические механизмы:
1. Может изменяться проницаемость клеточных мембран для антибиотиков.
2. Происходят изменения мишени (структура, выполняющая важную для жизнедеятельности бактерий функцию).

Так, устойчивость к стрептомицину возникает вследствие изменения рибосомального белка, к которому обычно присоединяется стрептомицин. В том и другом случае формирование резиснентности связано с передачей маркеров, находящихся в бактериальной хромосоме.

Основной биохимический механизм, при котором возникает устойчивость к антибиотикам – появление ферментов, превращающих активную форму антибиотика в неактивную. Самая важная роль в процессе образования устойчивости принадлежит пептидазам-ферменты, вызывающие гидролиз антибиотиков (например, β-лактамаза разрушает β-лактамное кольцо).

Циркулирующие в среде возбудители инфекций постепенно формируют так называемые госпитальные штаммы, т. е. штаммы наиболее эффективно адаптированные к местным особенностям той или иной среды.

Главной особенностью госпитальных штаммов является повышенная вирулентность (во всех случаях это первая и главная особенность госпитального штамма), а также специфическая адаптация к используемым лечебным препаратам (антибиотики, антисептики и т. п.).

Источник