Метаболизм микроорганизмов.
Для размножения и роста микробы нуждаются в веществах, применяемых для построения структурных получения энергии и компонентов клетки. Метаболизм (т.е. энергии и обмен веществ) имеет две составляющих- катаболизм и анаболизм. Анаболизм- синтез компонентов клетки (конструктивный обмен). Катаболизм- энергетический обмен, связан с окислительно- восстановительными реакциями, расщеплением глюкозы и других органических соединений, синтезом АТФ. Питательные вещества смогут поступать в клетку в растворимом виде (это характерно для прокариот)- осмотрофы, либо в виде отдельных частиц- фаготрофы.
Главным регулятором поступления веществ в бактериальную клетку есть цитоплазматическая мембрана. Существует четыре главных механизма поступления веществ: -пассивная диффузия- по градиенту концентрации, энергонезатратная, не имеющая субстратной специфичности;
— облегченная диффузия- по градиенту концентрации, субстратспецифичная, энергонезатратная, осуществляется при участии специальных белков пермеаз;
— деятельный транспорт- против градиента концентрации, субстратспецифичен (особые связывающие белки в комплексе с пермеазами), энергозатратный (за счет АТФ), вещества поступают в клетку в химически неизмененном виде;
— транслокация (перенос групп)- против градиента концентрации, посредством фосфотрансферазной совокупности, энергозатратна, вещества (в основном сахара) поступают в клетку в форфорилированном виде.
Главные химические элементы- органогены, нужные для синтеза органичеких соединений- углерод, азот, водород, кислород.
В зависимости от источника потребляемого углерода микробы подразделяют на аутотрофы (применяют CO2) и гетеротрофы (применяют готовые органические соединения). В зависимости от источника энергии микробы дробят на фототрофы (энергию приобретают за счет фотосинтеза- к примеру, цианобактерии) и хемотрофы (энергия добывается за счет химических, окислительно- восстановительных реакций). В случае если наряду с этим донорами электронов являются неорганические соединения, то это литотрофы, в случае если органические- органотрофы. В случае если бактериальная клетка в состоянии синтезировать все нужные для жизнедеятельности вещества, то это прототрофы. В случае если бактерии нуждаются в дополнительных веществах (факторах роста), то это ауксотрофы. Главными факторами роста для труднокультивируемых бактерий являются пуриновые и пиримидиновые основания , витамины, кое-какие (в большинстве случаев незаменимые) аминокислоты, кровяные факторы (гемин) и др.
Дыхание микроорганизмов.
Методом дыхания микробы добывают энергию. Дыхание- биологический процесс переноса электронов через дыхательную цепь от доноров к акцепторам с образованием АТФ. В зависимости от того, что есть конечным акцептором электронов, выделяют аэробное и анаэробное дыхание. При аэробном дыхании конечным акцептором электронов есть молекулярный кислород (О2), при анаэробном- связанный кислород ( -NO3 , =SO4, =SO3).
Примеры.
О2
Аэробное дыхание донор водорода H2O
Анаэробное дыхание
нитратное окисление NO3
(факультативные анаэробы) донор водорода N2
сульфатное окисление SO4
(облигатные анаэробы) донор водорода H2S
По типу дыхания выделяют четыре группы микроорганизмов.
1.Облигатные (строгие) аэробы. Им нужен молекулярный (атмосферный) кислород для дыхания.
2.Микроаэрофилы нуждаются в уменьшенной концентрации (низком парциальном давлении) свободного кислорода. Для этих условий в газовую смесь для культивирования в большинстве случаев додают CO2, к примеру до 10- процентной концентрации.
3.Факультативные анаэробы смогут потреблять глюкозу и размножаться в аэробных и анаэробных условиях. Среди них имеются микробы, толерантные к довольно высоким (родных к атмосферным) концентрациям молекулярного кислорода — т.е. аэротолерантные, и микробы каковые способны в определенных условиях переключаться с анаэробного на аэробное дыхание.
4.Строгие анаэробы размножаются лишь в анаэробных условиях т.е. при низких концентрациях молекулярного кислорода, что в громадных концентрациях для них губителен. Биохимически анаэробное дыхание протекает по типу бродильных процессов, молекулярный кислород наряду с этим не употребляется.
Аэробное дыхание энергетически более действенно (синтезируется большее количество АТФ).
В ходе аэробного дыхания образуются токсические продукты окисления (H2O2- перекись водорода, -О2 — свободные кислородные радикалы), от которых защищают своеобразные ферменты, в первую очередь каталаза, пероксидаза, пероксиддисмутаза. У анаэробов эти ферменты отсутствуют, кроме этого как и совокупность регуляции окислительно- восстановительного потенциала (rH2).
Главные способы создания анаэробных условий для культивирования микроорганизмов.
1.Физический- откачивание воздуха, введение особой газовой безкислородной смеси (чаще- N2- 85%, CO2- 10%, H2- 5%).
2.Химический- используют химические поглотители кислорода.
3.Биологический- совместное культивирование строгих анаэробов и аэробов (аэробы поглощают кислород и создают условия для размножения анаэробов).
4.Смешанный- применяют пара различных подходов.
Нужно подчернуть, что создание оптимальных условий для строгих анаэробов- весьма непростая задача. Весьма непросто обеспечить постоянное поддержание безкислородных условий культивирования, нужны особые среды без содержания растворенного кислорода, поддержание нужного окислительно- восстановительного потенциала питательных сред, доставка и взятие, посев материала в анаэробных условиях.
Существует последовательность приемов, снабжающих более подходящие условия для анаэробов- предварительное кипячение питательных сред, посев в глубочайший столбик агара, заливка сред вазелиновым маслом для сокращения доступа кислорода, применение герметически закрывающихся пробирок и флаконов, шприцев и лабораторной посуды с инертным газом, применение хорошо закрывающихся эксикаторов с горящей свечой. Употребляются особые устройства для анаэробных условий- анаэростаты. Но на данный момент самый простым и действенным оборудованием для анаэробных и микроаэрофильных условий есть совокупность “Газпак” со особыми газорегенерирующими пакетами, действующими по принципу вытеснения атмосферного воздуха газовыми смесями в герметически закрытых емкостях.
Ключевые принципы культивирования микроорганизмов на питательных средах.
1.Применение всех нужных для соответствующих микробов питательных компонентов.
2.Оптимальные температура, рН, rH2, концентрация ионов, степень насыщения кислородом, давление и газовый состав.
Микробы культивируют на питательных средах при оптимальной температуре в термостатах, снабжающих условия инкубации.
По температурному оптимуму роста выделяют три главные группы микроорганизмов.
1.Психрофилы- растут при температурах ниже +20 градусов Цельсия.
2.Мезофилы- растут в диапозоне температур от 20 до 45 градусов (довольно часто оптимум- при 37 градусах С).
3.Термофилы- растут при температурах выше плюс 45 градусов.
Краткая черта питательных сред.
По консистенции выделяют жидкие, плотные (1,5- 3% агара) и полужидкие (0,3- 0,7 % агара) среды.
Агар- полисахарид сложного состава из морских водорослей, главный отвердитель для плотных (жёстких) сред. В качестве азота источника и универсального углерода используют пептоны- продукты ферментации белков пепсином, разные гидролизаты- мясной, рыбный, казеиновый, дрожжевой и др.
По назначению среды разделяют на последовательность групп:
— универсальные (простые), пригодные для разных нетребовательных микроорганизмов (мясо- пептонный бульон- МПБ, мясо- пептонный агар- МПА);
— особые- среды для микроорганизмов, не растущих на универсальных средах (среда Мак- Коя на туляремию, среда Левенштейна- Иенсена для возбудителя туберкулеза);
— дифференциально- диагностические- для разделения микроорганизмов по ферментативной активности и культуральным особенностям ( среды Эндо, Плоскирева, Левина, Гисса);
— селективные (элективные)- для выделения определенных подавления роста и видов микроорганизмов сопутствующих- пептонная вода, селенитовая среда, среда Мюллера.
По происхождению среды дробят на естественные, полусинтетические и синтетические.
размножение и Рост микроорганизмов.
Бактериальные клетки размножаются в следствии деления. Главные стадии размножения микробов в жидкой среде в стационарных условиях:
— лаг- фаза (начальная стадия адаптации с медленным темпом прирости биомассы бактерий);
— экспоненциальная (геометрического роста) фаза с резким ростом численности популяции микроорганизмов (2 в степеии n);
— гибели фаза (и равновесия стационарная фаза размножения микробных клеток);
— стадия смерти — уменьшение численности популяции в связи с отсутствием и уменьшением условий для размножения микроорганизмов (недостаток питательных веществ, изменение рH, rH2, концентрации ионов и других условий культивирования).
Эта динамика характерна для периодических культур с постепенным истощением запаса питательных веществ и накоплением метаболитов.
В случае если в питательной среде создают условия для поддержания микробной популяции в экспоненциальной фазе- это хемостатные (постоянные) культуры.
Темперамент роста бактерий на плотных и жидких питательных средах: целой рост, образование колоний, осадок, пленка, помутнение.
Чистая культура- популяция одного вида микроорганизмов.
Ключевые принципы получения чистых культур: механическое разобщение, рассев, серийные разведения, применение элективных сред, особенных условий культивирования (с учетом устойчивости некоторых микробов к определенным температурам, кислотам, щелочам, парциальному давлению кислорода, рН и мн.др).
Базы микробиологии. Кратко и светло. 3 курс.