Физиология и биохимия микроорганизмов

Таблица 1. Макроэлементы, их источники и функции в бактериальной клетке.
N1

Катаболизм
Источник энергии
Анаболизм
Фотосинтез
Биополимеры (напр. белки)
Свет
Фотосинтетические
механизмы
Внутриклеточный пул
предшественников
Внеклеточные питательные вещества
АДФ
Биосинтетические промежуточные соединения
АДФ
Тепло
АТФ
АТФ
Тепло
Конечный продукт

Метаболизм прокариот.
Метаболизм – совокупность ферментативных процессов, протекающих в клетке и обеспечивающих её энергетические и биосинтетические потребности.
Энергетический метаболизм (катаболизм) – поток реакций, сопровождающийся мобилизацией энергии и преобразованием её в электрохимическую или химическую форму,которая затем используется во всех энергозависимых процессах.
Конструктивный метаболизм (биосинтез, анаболизм) – поток реакций, в результате которых за счет поступающих извне веществ строится вещество клетки и при этом используется запасённая клеткой энергия.

Метаболизм прокариот
В зависимости от источника углерода для конструктивного метаболизма микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.
В зависимости от источника энергии – на фототрофы и хемотрофы.
В зависимости от источника электронов в энергетическом процессе – на литотрофы и органотрофы.

Table 2. Основные пищевые типы прокариот

Метаболизм прокариот
Факторы роста – вещества,которые прокариоты по каким-либо причинам не могут синтезировать самостоятельно из используемого источника углерода (аминокислоты, пурины, пиримидины, витамины и др.). Такие вещества добавляют в питательные среды в готовом виде в небольших количествах.
Микроорганизмы, которым в дополнение к основному источнику углерода необходимы факторы роста, называются ауксотрофы.
Микроорганизмы, которые синтезируют все необходимые органические соединения из основного источника углерода самостоятельно, называются прототрофы.

Table 3. Общие витамины, требующиеся в питании некоторым бактериям.

Table 4a. Минимальная питательная среда для роста Bacillus megaterium. Пример химически-определенной питательной среды для роста гетеротрофных бактерий.

Table 4b. Синтетическая питательная среда (также среда обогащения) для роста литотрофных бактерий (Thiobacillus thiooxidans).
* Периодически среду продувают воздухом с 5% CO2.

Table 5a. Комплексная питательная среда для роста требовательных бактерий.

Табл 6. Термины, описывающие отношения микроорганизмов к O2.

Table 7. Распределение супероксид дисмутазы, каталазы и пероксидазы в прокариотах с различным уровнем толерантности к O2.

[O2-] + [O2-] + 2H+ O2 + H2O2
Cупероксид дисмутаза
Пероксидаза
Каталаза
Н2О
NADH + H+ NAD+
2H2O
2H2O + O2
.
.
O=O
1e-
Хинолы или FAD и FMN- зависимые ферменты (неспецифические)

Культивирование анаэробных микроорганизмов.

Фигура 2. Уровни pH окружающей среды для роста трех классов прокариот. Большинство свободноживущих бактерий выращивают в диапазоне pH приблизительно три единицы. Обратите внимание на симметрию кривых ниже и выше оптимума pH для роста.
Относительная скорость роста
Ацидофилы
Нейтрофилы
Алкалофилы
1
7
12
рН

Table 8. Минимум, максимум и оптимум pH для роста некоторых бактерий.

Table 9. Термины используемые для описания температурных характеристик микроорганизмов.

Уровень роста в зависимости от температуры для четырех классов бактерий окружающей среды. Большинство бактерий растут в температурном диапазоне равном, приблизительно, 30 градусам. Кривые показывают три кардинальные точки: минимум, оптимум и максимум температуры для роста. Имеется устойчивое увеличение уровня роста между минимальными и оптимальными значениями температуры, но резкое снижение уровня роста с приближением Т к максимуму.
Генерации/час
Экстремальные термофилы
(Thermococcus)
Термофилы
(Thermus)
Мезофилы
(Eschrichia)
Психрофилы
(Flavobacterium)

ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ БАКТЕРИЙ НА ГРУППЫ ПО ОТНОШЕНИЮ К ТЕМПЕРАТУРЕ.
ПСИХРОФИЛЫ – оптимум менее 20 ⁰ С
- Vibrio marinus
- Pseudomonas fluorescens
- Yersinia enterocolitica
МЕЗОФИЛЫ - оптимум 30 - 40 ⁰ С
ТЕРМОФИЛЫ - оптимум 45 - 65 ⁰ С
- Bacillus stearotermophilus
- Thermoactinomyces vulgaris

Table 10a. Минимум, максимум и оптимум температуры для роста некоторых бактерий и archaea.
Температура для роста (Cо)

РОСТ – координированное увеличение размеров и веса клетки.
РАЗМНОЖЕНИЕ –увеличение во времени числа клеток микроорганизмов в питательной среде.
Изменение численности популяции микроорганизмов выражается кривой роста.

Время генерации (время удвоения)
для разных видов прокариот в благоприятных условиях
Escherichia coli
& 20 мин
Staphylococcus aureus
Borrelia hermsii 8ч
Mycobacterium tuberculosis 14-16 ч
Treponema pallidum 33 ч
Mycobacterium leprae 21 день