Типы бактерий по способу получения энергии

‘Классификация бактерий по типам питания и способам получения энергии.

Основной целью метаболизма бактерий является рост, т. е. коор­динированное увеличение всех компонентов клетки. Поскольку основными компонентами бактериальной клетки являются органические соединения, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды, остов которых построен из атомов углерода, то для роста требуется посто­янный приток атомов углерода. В зависимости от источника усвояемого углерода бактерии подразделяют по типам на:

ауготрофы, которые используют для построения своих клеток неорганический углерод, в виде СО,; гетеротрофы (от феч. heteros — другой), которые используют органический углерод. Легко усвояемыми источниками органи­ческого углерода являются гексозы, многоатомные спирты, аминокислоты.

Белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты являются крупными полимерными молекулами, которые синтезируются из мо­номеров в реакциях поликонденсации, про­текающих с поглощением энергии. Поэтому для восполнения своей биомассы бактериям помимо источника углерода требуется источ­ник энергии. Энергия запасается бактериаль­ной клеткой в форме молекул АТФ.

Организмы, для которых источником энергии является слет, называются фототрофами.Те организмы, которые получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, называются хемотрофами.

Среди хемотрофов выделяют литотрофы (от греч. lithos — камень), способные использо­вать неорганические доноры электронов (Н₂, NH₃, H₂S, Fe 2+ и др.) и органотрофы, которые используют в качестве доноров электронов органические соединения.

Бактерии, изучаемые медицинской мик­робиологией, являются гетерохемоорганотрофами. Отличительной особенностью этой группы является то, что источник углерода у них является источником энергии. Учитывая разнообразие микромира и типов метаболиз­ма, далее изложение материала ограничено рассмотрением метаболизма у гетерохемоорганотрофов.

Степень гетеротрофности у различных бак­терий неодинакова. Среди бактерий выде­ляют сапрофиты (от греч. sapros — гнилой, phyton — растение), которые питаются мерт­вым органическим материалом и независимы от других организмов, и паразиты (от греч. parasites — нахлебник) — гетеротрофные мик-рорганизмы, зависимые в получении пита­тельных веществ от макроорганизма.

Среди паразитов различают облигатных и факультативных. Облигатные паразиты пол­ностью лишены возможности жить вне кле­ток. К ним относятся представители родов Rickettsia, Coxiella, Ehrlichia, Chlamydia, раз­множающиеся только внутри клеток макрорганизма.

Факультативные паразиты могут жить и без хозяина и размножаться, так же как и сапро­фиты, на питательных средах in vitro, т. е. вне организма.

Транспорт веществ в бактериальную клетку

Для того, чтобы питательные вещества мог­ли подвергнуться превращениям в цитоплаз­ме клетки, они должны проникнуть в клетку через пограничные слои. Ответственность за поступление в клетку питательных веществ лежит на ЦПМ.

Существует два типа переноса веществ в бак­териальную клетку:

При пассивном переносе вещество прони­кает в клетку только по градиенту концентра­ции. Затрат энергии при этом не происходит. Различают две разновидности пассивного пе­реноса:

Простая диффузия — неспецифи­ческое проникновение веществ в клетку, при этом решающее значение имеет величина мо­лекул и липофильность. Скорость переноса незначительна.

Облегченная диффузия проте­кает с участием белка-переносчика. Скорость этого способа переноса зависит от концентра­ции вещества в наружном слое.

При активном переносе вещество про­никает в клетку против градиента концен­трации при помощи белка-переносчика — пермеазы. При этом происходит затрата энергии. Имеется два типа активного транс­порта. При одном типе активного транспорта небольшие молекулы (аминокислоты, некоторые сахара) «накачиваются» в клетку и создают концентрацию, которая может в 100—1000 раз превышать концентрацию этого вещества снаружи клетки. Второй ме­ханизм, получивший название транслока­ция радикалов, обеспечивает включение в клетку некоторых сахаров (например, глю­козы, фруктозы), которые в процессе пе­реноса фосфорилируются, т. е. химически модифицируются. Для осуществления этих процессов в бактериальной клетке лока­лизуется специальная фосфотрансферная система, составной частью которой является белок-переносчик, находящий­ся в активной фосфорилированной фор­ме. Фосфорилированный белок связывает свободный сахар на наружной поверхности мембраны и транспортирует его в цитоплаз­му, где сахар освобождается в виде фосфата. Поступив в клетку, органический источник углерода и энергии вступает в цепь биохимичес­ких реакций, в результате которых образуются АТФ и ингредиенты для биосинтетических про­цессов. Биосинтетические (конструктивные) и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. Они тесно связаны между собой через общие промежуточные продукты, кото­рые называются амфиболитами.

Культивирование бактерий в системах in vi­tro осуществляется на питательных средах. Искусственные питательные среды должны отвечать следующим требованиям:

Каждая питательная среда должна со­держать воду, так как все процессы жизнеде­ятельности бактерий протекают в воде.

Для культивирования гетероорганотрофных бактерий в среде должен содержаться органический источник углерода и энергии. Эту функцию выполняют различные органи­ческие соединения: углеводы, аминокислоты, органические кислоты, липиды. Наибольшим энергетическим потенциалом обладает глюко­за, так как она непосредственно подвергается расщеплению с образованием АТФ и ингре­диентов для биосинтетических путей. Часто используется в этих целях пептон — продукт неполного гидролиза белков, состоящий из поли-,олиго- и дипептидов. Пептон также поставляет аминокислоты для построения бактериальных белков.

Для синтеза белков, нуклеотидов, АТФ, коферментов бактериям требуются источни­ки азота, серы, фосфаты и другие минераль­ные вещества, в том числе микроэлементы.

Источником азота может служить пептон; кроме того, большинство бактерий способны использовать соли аммония в качестве источ­ника азота.

Серу и фосфор бактерии способны утили­зировать в виде неорганических солей: суль­фатов и фосфатов.

Для нормального функционирования фер­ментов бактериям требуются ионы Са 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , которые добавляют в питательную среду в виде солей, чаще всего фосфатов.

4. Решающее значение для роста мно­гих микроорганизмов имеет рН среды. Поддерживание определенного рН имеет значение для предотвращения гибели мик­роорганизмов от ими же образованных про­дуктов обмена. С этой целью питательную среду забуферивают, чаще всего используя фосфатный буфер. При сильном выделении бактериями кислот, как продуктов обмена, добавляют к питательной среде карбонат кальция СаС1₂.

5. Среда должна обладать определенным ос­мотическим давлением. Большинство бакте­рий способны расти на изотоничных средах, изотоничность которых достигается добавле­нием NaCl в концентрации 0,87 %. Некоторые бактерии не способны расти на средах при концентрации соли в них ниже 1 %. Такие бактерии называются галофильными.

Так как устойчивость к осмотическому дав­лению определяется наличием у бактерий клеточной стенки, бактерии, лишенные кле­точной стенки, микоплазмы L-формы могут расти на питательных средах, содержащих гипертонический раствор, обычно сахарозы.

При необходимости к питательной среде добавляют факторы роста, ингибиторы роста определенных бактерий, субстраты для дейс­твия ферментов, индикаторы.

6. Питательные среды должны быть сте­рильными.

Источник

Классификация бактерий по источнику и путям получения энергии

Название группы бактерий

Источник и путь получения энергии

Непосредственно солнечный свет

Окислительно-восстановительные химические реакции с синтезом АТФ

Субстратное фосфорилирование (брожение)

Окислительной фосфорилирование (дыхательный метаболизм, окисление)

Классификация бактерий (хемотрофов) по донорам электронов

Название группы бактерий

Патогенные бактерии относятся к хемогетероорганотрофам.

Классификация бактерий по потреблению кислорода

В зависимости от акцептора электронов

Органические соединения при брожении

Классификация бактериальные ферментов

Кроме биохимической классификации на оксидоредуктазы, трансферазы, лиазы, гидролазы, изомеразы и лигазы, бактериальные ферменты классифицируются на:

Эндоферменты – находятся внутри бактериальной клетки

Экзоферменты – секретируются бактериальной клеткой наружу

Конститутивные – вырабатываются вне зависимости от наличия субстрата

Индуцибильные – вырабатываются только при наличии в окружающей клетку среде субстрата для своего действия

Особо необходимо отметить ферменты патогенности (вирулентности) – ферменты, субстратом действия которых являются ткани и органы человеческого организма, вследствие чего они обуславливают развитие у больного того или иного патологического процесса.

Рост и размножение бактерий: способы размножения, цикл деления хламидий.

Рост бактериальной клетки – увеличение ее размеров. Однако, если имеют в виду бактериальную популяцию (бактериальную культуру), то под её ростом понимают увеличение её численности.

Основные способы размножения бактерий:

Бинарное деление (основной)

От клеточной стенки к центру формируется перегородка, после чего две клетки расходятся (у грамположительных бактерий)

Формируется перетяжка путем “истончения”, так как клетка буквально растягивается (у грамотрицательных бактерий)

Фрагментация нитевидных форм

Экзоспорами (у актиномицетов)

Сложный цикл деления у хламидий

Цикл деления хламидий:

Элементарное тельце – выполняет инфекционную функцию (проникает внутрь клетки-хозяина)

Инициальное (ретикулярное) тельце – выполняет репродуктивную функцию, т.е. делиться бинарно

Промежуточное тельце – промежуточная форма при превращении инициального (ретикулярного) тельца в элементарное, чтобы выйти из клетки-хозяина и поразить новую, начав цикл сначала.

Способы культивирования бактерий, особенности культивирования абсолютных паразитов; классификации искусственных питательных сред по консистенции, по составу, по назначению; условия, необходимые для культивирования бактерий; характер роста бактерий на жидких и плотных питательных средах.

Способы культивирования бактерий:

In vitro – на искусственных питательных средах

In vivo – в организме восприимчивых животных, в курином эмбрионе, в культурах эукариотических клеток

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

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