Способы получения энергии бактериями (брожение, дыхание). Типы дыхания бактерий.
Брожение – примитивный энергетический процесс расщепления глюкозы до ПВК. Образуется в цитоплазме.
Признаки Б. :
Низкий энергетический выход
Сустратный тип фосфорилирования
Акцептор – органические вещества.
В зависимости от конечного продукта выделяют:
Молочнокислое б. – лакто/бифидо бактерии, стрептококки;
Маслянокислое б. – споробразные бактерии
Пропионово-кислое б. – одноклеточные бактерии
Спиртовое брожение – дрожжи рода S.
Дыхание – совершенный энергетический процесс окисления до СО2 и Н2О.
Признаки дыхания:
Высокий энергетический выход (38 АТФ из 1 молекулы глюкозы)
Мембранный тип фосфорилирования (т.е. в лизосомах)
Реакции протекают межмолекулярно
Акцептор – О2 и органические вещества.
Состоит из нескольких этапов:
1) Гликолиз – в цитоплазме клеток образуется ПВК и высвобождаются две молекулы АТФ
2) ЦТК (Цикл Креббса) – влизосомах – ПВК окисляются до СО2 , Н2О, высвобождают 36 молекул АТФ
3) Реакции протекают межмолекулярно
4) Акцептор О2 и органические вещества.
По типу дыхания:
Облигатные (строгие) 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 (актиноисцеты, бруцеллы, лептоспиры).
Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов — возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка).
Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным (клостри-дии столбняка, ботулизма).
Аэробные бактерии в процессе дыхания окисляют различные органические вещества (углеводы, белки, жиры, спирты, органические кислоты и пр.).
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 культивирования анаэробных микроорганизмов необходимо создание бескислородных условий, достигаемое различными методами.
Физические методы основаны на создании вакуума в специальных аппаратах — анаэростатах. Иногда воздух в них заменяют каким-либо другим газом, например СО2. Доступ кислорода в питательную среду можно затруднить, если культивировать анаэробов в глубине столбика сахарного агара или среды Вильсона — Блера, налитых в пробирки в расплавленном состоянии и остуженных до 43°С. По методу Вейона — Виньяля расплавленный и остуженный агар с посевным материалом набирают в стеклянные трубочки, которые запаивают с двух концов.
Химические методы заключаются в том, что при культивировании исследуемого материала на плотных средах в эксикатор помещают химические вещества, например пирогаллол и щелочь, реакция между которыми идет с поглощением кислорода. В жидкие питательные среды можно добавлять различные редуцирующие вещества: аскорбиновую или тиогликолевую кислоту.
Биологический метод основан на одновременном культивировании аэробов и анаэробов на плотных питательных средах в чашках Петри, герметически закупоренных. Вначале кислород поглощается растущими аэробами, посеянными на одной половине среды, а затем начинается рост анаэробов, посев которых сделан на другой половине. Наиболее удобна для культивирования анаэробов специальная среда Китта — Тароцци. В нее входят сахарный МПБ, который наливают в пробирки в количестве 10—12 мл, и кусочки вареных паренхиматозных органов. Перед употреблением среду Китта ,— Тароцци кипятят на водяной бане для удаления растворенного в ней кислорода. Среду заливают сверху стерильным вазелиновым маслом. Заметный рост анаэробов (помутнение) может наблюдаться через 48 ч и более в зависимости от количества посевного материала.
Рост изолированных колоний анаэробов можно получить при рассеве исследуемого материала по поверхности кровяно-сахарного агара, разлитого в чашки Петри. После посева чашки помещают в анаэростат. Исследуемый материал в убывающей концентрации можно засевать в высокий столбик агара. Образовавшиеся отдельные колонии анаэробов выделяют, распилив пробирку в месте роста. Колонии анаэробов для получения значительного количества биомассы отсевают затем на среду Китта — Тароцци. В качестве источника энергии для анаэробов используют глюкозу, добавление которой в питательную среду обязательно.
11. Ферменты бактерий. Классификация ферментов: 1) по химической природе; 2) по генетическому контролю. Методы изучения ферментативной активности бактерий и ее использование для идентификации бактерий.
1) По химической природе
* Оксиредуктазы – катализируют ОВР
* Трансферазы – ускоряют ракции перноса атомов в ЦТК и ПФЦ.
* Гидролазы – ускроение гидролитического расщепления белков и углеводов.
Ферменты агрессии:
Гиалуронидаза – расщепляет гиалиновую кислоту соединительной ткани
Нейраминидаза – нейраминовую кислоту слизистых
Коллагеназа – коллаген мышечных волокон (преим. Для клостридий)
Лецитиназа – лецитин мембран эритроцитов и мышечных волокон
Протеиназа – расщепляет иммуноглобулины.
Лиаза – участвует в реакциях расщепления двойных связей или присоединенеия по двойным связям
Изомеразы – обеспечивают внутреннюю конверсию с образованием различных изомеров
ЛиГазы (синтетазы) – р-ии биосинтеза белка.
2) По генетическому контролю:
Конститутивные – синтезируются в течение всей жизни МО
Адаптивные (индуцибельные) – синтез адаптируется с одним субстратом
Репрессибельные – синтез угнетается избирательным накоплением продуктов реакции.
Эндоферменты – Функционируют внутри клетки
Экзоферменты – выделяются в окружающую среду (гидролазы).
Набор ферментов строго индивидуален для вида.
Изучение биохимических свойств бактерий проводится на дифференциально-диагностических средах (Эндо, Левина, Плоскирева, Ресселя, Гисса и др.).
Дифференциально-диагностические среды делятся на три группы:
1. среды для выявления протеолитических свойства бактерий (МПБ, мясо-пептонный желатин);
2. среды для изучения ферментации углеводов (Эндо, Плоскирева, Гисса, Ресселя);
3. среды для определения гемолитических свойств (кровяной агар).
Изучение протеолитических свойств проводиться с помощью индикаторов, позволяющих обнаруживать образование сероводорода, индола и т.д. при расщеплении белка. Для этого используют индикаторы ацетата свинца (на сероводород) и щавелевой кислоты (на индол). Индикаторы при их использовании изменяют цвет: при выделении сероводорода – чернеют, при выделении индола – краснеют. Для определения ферментации углеводов используются среды Гисса, в состав которых входят глюкоза, лактоза, маннит, мальтоза, сахароза и индикатор Андреде (карболовый фуксин, обесцвеченный содой). При ферментации того или другого углевода среда краснеет. (ПРИМЕРЫ)
Источник
1.Способы получения бактериями энергии (дыхание,брожжение):
Сущность процесса дыхания бактерий заключается в совокупности биохимических реакций, в ходе которых идет образование АТФ, без которого невозможен процесс метаболизма, протекающего с затратой энергии. АТФ является универсальным переносчиком химической энергии.
Большая часть бактерий использует в процессе дыхания свободный кислород. Такие микроорганизмы получили название аэробные (от аег — воздух). Аэробный тип дыхания характеризуется тем, что окисление органических соединений происходит при участии кислорода воздуха с освобождением большого количества калорий. Примером может служить окисление глюкозы в аэробных условиях, которое приводит к выделению большого количества энергии:
С6Н12О6 + 602 6С02+6Н20 + 688,5 ккал.
Процесс анаэробного дыхания микробов заключается в том, что бактерии получают энергию при окислительно-восстановительных реакциях, при которых акцептором водорода является не кислород, а неорганические соединения — нитрат или сульфат.
Многие бактерии могут существовать в аэробных и анаэробных условиях. Такие микроорганизмы получили название факультативных (необязательных) анаэробов.
Факультативные анаэробы обладают так называемым нитратным дыханием, так как образующийся при окислении органических соединений нитрат (акцептор водорода) восстанавливается до молекулярного азота и аммиака. (стафилококки, кишечная палочка)
Облигатные (обязательные) анаэробы могут существовать лишь в строго анаэробных условиях.. Облигатные анаэробы при окислении органических соединений образуют сульфат, который восстанавливается до сероводорода, поэтому облигатное дыхание называют еще сульфатным. (возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма)
Образование энергии (АТФ) наблюдается также при процессах брожения, осуществляемых разнообразными микроорганизмами. Особенность брожения заключается в том, что органические соединения одновременно служат как донорами электронов (при их окислении), так и акцепторами (при их восстановлении). Брожение происходит в отсутствие кислорода, в строго анаэробных условиях. Основными соединениями брожения являются углеводы. В зависимости от участия определенного микроба и от конечных продуктов расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое, маслянокислое и другие виды брожения.
Спиртовое брожение встречается, в основном, у дрожжей. Конечными продуктами являются этанол и СО2. Сбраживание глюкозы происходит в анаэробных условиях. При доступе кислорода процесс брожения ослабевает, на смену ему приходит дыхание. Подавление спиртового брожения кислородом называется эффектом Пастера. Спиртовое брожение используется в пищевой промышленности : хлебопекарной, виноделии.
Молочнокислое брожение. Различают два типа: гомоферментативное и гетероферментативное.
При гомоферментативном типе расщепление глюкозы происходит гликолитическим распадом (ФДФ-путь) Водород от восстановленного НАД передается на пируват при помощи лактатдегидрогеназы, при этом образуется молочная кислота. Гомоферментативное брожение происходит у S.pyogenes, E.faecalis, S.salivarius, у некоторых видов рода Lactobacillus.
Гетероферментативное молочнокислое брожение присутствует у бактерий, у которых отсутствуют ферменты ФДФ-пути : альдолаза и триозофосфатизомераза. Расщепление глюкозы происходит с образованием фосфоглицеринового альдегида (ПФ-путь), который превращается в пируват по ФДФ-пути и в последующем восстанавливается в лактат. Дополнительными продуктами этого типа брожения являются также этанол, уксусная кислота. Гетероферментативное молочнокислое брожение встречается у представителей родов Lactobacillus и Bifidobacterium.
Муравьинокислое (смешанное) брожение встречается у представителей семейств Enterobacteriaceae, Vibrionaceae.
Аэротолерантные микроорганизмы не используют кислород для получения энергии, но могут существовать в его атмосфере.
2.Реакция преципитации. Механизм. Компоненты. Способы постановки. Применение.Реакция преципитации (РП) — это формирова¬ние и осаждение комплекса растворимого молекулярного антигена с антителами в виде помутнения, называемого преципитатом. Он образуется при смешивании антигенов и антител в эквивалентных количес¬твах; избыток одного из них снижает уровень образования иммунного комплекса.
РП ставят в пробирках (реакция кольцепреципитации), в гелях, питательных средах и др. Широкое рас-пространение получили разновидности РП в полужидком геле агара или агарозы: двойная иммунодиффузия по Оухтерлони, радиальная иммунодиффузия, иммуноэлектрофорез и др.
Механизм. Проводится с прозрачными коллоид¬ными растворимыми антигенами, экстрагированными из патоло¬гического материала, объектов внешней среды или чистых культур бактерий. В реакции используют прозрачные диагности¬ческие преципитирующие сыворотки с высокими титрами анти¬тел. За титр преципитирующей сыворотки принимают то наибольшее разведение антигена, которое при взаимодействии с иммун¬ной сывороткой вызывает образование видимого преципитата — помутнение.
Реакция кольцепреципитации ставится в узких пробирках (диаметр 0,5 см), в которые вносят по 0,2—0,3 мл преципити-рующей сыворотки. Затем пастеровской пипеткой медленно наслаивают 0,1—0,2 мл раствора антигена. Пробирки осторожно переводят в’вертикальное положение. Учет реакции производят через 1—2 мин. В случае положительной реакции на границе между сывороткой и исследуемым антигеном появляется пре¬ципитат в виде белого кольца. В контрольных пробирках преци¬питат не образуется.
3.Гонококки. Таксономия. Характеристика. Микробиологическая диагностика гонореи. Лечение.Таксономия. Гонококк Neisseria gonorrhoeae относится к семейству Neisseriaceae, роду Neisseria.Гонококки вызывают гонорею — венерическое заболевание человека, выражающееся в гнойном поражении слизистых оболочек мочеполовых органов, и бленнорею — специфическое гнойное воспаление конъюнктивы глаз.Морфология и тинкториальные свойства. Гонококки морфологически идентичны менингококкам — диплококки бобовидной формы, размером от 1 до 1,5 мкм, неподвижны, не образуют спор, капсула не обнаруживается, грамотрицательны. Культивирование и ферментативные свойства. Гонококки очень чувствительны к питательным средам: их культивирование проводится при добавлении нативного человеческого белка — крови, сыворотки или асцитической жидкости. Среды должны быть свежеприготовленными, с сохраненной влажностью. Строго выдерживается температурный режим 36—37 °С; при повышении до 39 °С наблюдается гибель гонококков. Гонококки дают мелкие колонии до 1—2 мм в диаметре, круглые, прозрачные. Биохимически гонококки малоактивны — разлагают только глюкозу.Антигенная структура и токсинообразование. В антигенном отношении гонококки неоднородны; различают несколько серологических вариантов, однако практического значения это деление не имеет. Гонококки содержат эндотоксин, который обусловливает общую интоксикацию.Резистентность. Гонококки малоустойчивы в окружающей среде вне человеческого организма. Повышение температуры до 40 °С приводит к отмиранию кокков, а нагревание до 60 °С вызывает гибель в течение получаса. Гонококки очень чувствительны к высыханию. Дезинфицирующие вещества убивают их быстро; особенно чувствительны гонококки к нитрату серебра, который губит их уже в разведении 1 : 1000. Этот антисептик используется для обработки конъюнктивы глаз новорожденных с целью профилактики бленнореи. Входными воротами для гонококков служит цилиндрический эпителий уретры, шейки матки, конъюнктива глазИммунитет. Особенностью иммунитета к гонорее является отсутствие как врожденного, так и приобретенного иммунитета. Человек, переболевший гонореей, может заболеть вновь в результате реинфекции.Лабораторная диагностика. При острой форме основным методом исследования является бактериоскопия. Из гноя, взятого из уретры, влагалища, шейки матки, готовят два мазка: один окрашивают метиленовым синим, второй — по Граму. Характерное расположение гонококков внутри лейкоцитов — явление незавершенного’ фагоцитоза, грамотрицательная окраска их достаточны для положительного ответа. Выделение чистой культуры необходимо в том случае, если гонококки не обнаруживаются микроскопически. При острой гонорее, но уже леченной, резко снижается количество гонококков и меняется их морфология. Для диагностики хронической гонореи используется серологический метод: реакция связывания комплемента (РСК) по Борде —Жангу.Эпидемиология. Источником инфекции является только человек, больной гонореей. Заражение происходит половым путем в результате прямого контакта, значительно реже — через предметы домашнего обихода (влажные губки, полотенца),Специфическое лечение и профилактика. Острая гонорея поддается лечению препаратами пенициллина, стрептомицина, тетрациклинами и сульфаниламидами, раннее применение которых обеспечивает излечение. Хронические формы гонореи и различные осложнения (гонорейные артриты, аднекситы, бартолиниты и др.) плохо поддаются лечению. Гоновакцина.в настоящее время применяют для лечения больных с осложнениями или в диагностических целях (провокационные пробы). Общая профилактика основана на мерах предупреждения венерических заболеваний. Для предупреждения гонобленнореи новорождённым сразу после рождения закапывают в конъюнктивальный мешок (девочкам также в половую щель) 1-2 капли раствора сульфацил натрия.
Источник
