Лекция 3 Физиология микроорганизмов

Физиология микроорганизмов изучает жизненные функции; питание, дыхание, рост и размножение. В основе физиологический функций лежит непрерывный обмен веществ (метаболизм).
Изучение физиологии, патогенных и условно-патогенных микроорганизмов необходимо для исследования патогенеза; инфекционных заболеваний, вызываемых этими микроорганизмами, для постановки микробиологической диагностики, проведения лечения и профилактики инфекционных заболеваний, для использования бактерий с целью получения биологически активных веществ.
Введение

Химический состав бактериальной клетки:

Белки – (простые-это протеины, а сложные-протеиды) являются ферментами, а также со­ставной частью клетки, входят в состав цитоплазматической мембраны (ЦПМ) и ее производных, клеточной стенки, жгутиков, спор и некоторых капсул. Распределены в цитоплазме и нуклеотиде. К белкам относятся ферменты и многие токсины бак­терий. Существуют экзотоксины- это белки, которые клетка выделяет во внешнюю среду; и эндотоксины-это белки, локализованные в клеточной стенке, которые освобождаются при гибели клетки.

Нуклеиновые кислоты. В бактериальной клетке присутствуют все типы РНК: иРНК, тРНК, рРНК. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды — это те строительные блоки, из которых синтезируются нуклеиновые кисло­ты.
ДНК выполняет в бактериальной клетке на­следственную функцию
Липиды –это компоненты цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, которые участвуют в энергетическом обмене и служат запасными веществами.
Минеральные вещества-это неорганические компоненты клетки:
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, ферментов, фосфолипидов, а также АТФ.
Натрий участвует в поддержании осмотического давления в клетке.
Железо содержится в дыхательных ферментах.
Микроэлементы участвуют в синтезе некоторых ферментов и активируют их.

Углеводы представлены в бактериальной клетке в виде моно-, ди-, олигосахаров и полисахаридов, а также входят в состав ком­плексных соединений с белками, липидами и другими соединениями. Полисахариды нахо­дятся в составе некоторых капсул, клеточной стенки; крахмал и гликоген являются запас­ными питательными веществами. Некоторые полисахариды принимают участие в формировании антигенов.

МЕТАБОЛИЗМ – НЕПРЕРЫВНЫЙ ОБМЕН ВЕЩЕСТВ.
АССИМИЛЯЦИЯ (АНАБОЛИЗМ) – УСВОЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ ДЛЯ СИНТЕЗА КЛЕТОЧНЫХ СТРУКТУР.
ДИССИМИЛЯЦИЯ (КАТАБОЛИЗМ) – РАЗЛОЖЕНИЕ ПИТАТЕЛЬНЫ ВЕЩЕСТВ, И ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ (НЕОБХОДИМОЙ ДЛЯ ЖИЗНИ МИКРОБОВ).

ДЫХАНИЕ бактерий
ДЫХАНИЕ — ЭТО СЛОЖНЫЙ ПРОЦЕСС, КОТОРЫЙ СОПРОВОЖДАЕТСЯ ВЫДЕЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ, НЕОБХОДИМОЙ МИКРООРГАНИЗМАМ ДЛЯ СИНТЕЗА РАЗЛИЧНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.
ВСЕ БАКТЕРИИ ПО ТИПУ ДЫХАНИЯ
ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ НА:
ОБЛИГАТНЫЕ АЭРОБЫ
(СТРОГИЕ)
МИКРОАЭРОФИЛЫ
ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ АНАЭРОБЫ
ОБЛИГАТНЫЕ АНАЭРОБЫ

1. ОБЛИГАТНЫЕ (СТРОГИЕ) АЭРОБЫ - РАЗВИВАЮТСЯ ПРИ НАЛИЧИИ В АТМОСФЕРЕ 20% КИСЛОРОДА (МИКОБАКТЕРИИ ТУБЕРКУЛЕЗА)
2.МИКРОАЭРОФИЛЫ - НУЖДАЮТСЯ В МЕНЬШЕМ КОЛИЧЕСТВЕ КИСЛОРОДА, И ЕГО ВЫСОКАЯ
КОНЦЕНТРАЦИЯ ЗАДЕРЖИВАЕТ РОСТ БАКТЕРИЙ (ЛЕПТОСПИРЫ)

3.ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ АНАЭРОБЫ - МОГУТ РАЗМНОЖАТЬСЯ КАК В ПРИСУТСТВИИ, ТАК И В ОТСУТСТВИЕ КИСЛОРОДА (КИШЕЧНАЯ ПАЛОЧКА).
4.ОБЛИГАТНЫЕ АНАЭРОБЫ - БАКТЕРИИ, ДЛЯ КОТОРЫХ НАЛИЧИЕ КИСЛОРОДА ЯВЛЯЕТСЯ ГУБИТЕЛЬНЫМ (БОТУЛИЗМ).
ИЛИ

БРОЖЕНИЕ – ЭТО ПРОЦЕСС РАЗЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В УСЛОВИЯХ БЕЗ КИСЛОРОДА, С ВЫДЕЛЕНИЕМ ЭНЕРГИИ.
С ВЫДЕЛЕНИЕМ БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛА ПРИ ДЫХАНИИ НЕКОТОРЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
СВЯЗАНЫ ПРОЦЕССЫ САМОВОЗГОРАНИЯ ТОРФА, НАВОЗА, ВЛАЖНОГО СЕНА И ХЛОПКА.

ТИПЫ ПИТАНИЯ БАКТЕРИЙ ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ПО ХАРАКТЕРУ УСВОЕНИЯ УГЛЕРОДА И АЗОТА.
ПО УСВОЕНИЮ УГЛЕРОДА:
ПИТАНИЕ бактерий
АУТОТРОФЫ
(ЛИТОТРОФЫ)-
ИСПОЛЬЗУЮТ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА УГЛЕРОДА - СО2 ВОЗДУХА
ГЕТЕРОТРОФЫ
(ОРГАНОТРОФЫ) –
ДЛЯ ПИТАНИЯ ИСПОЛЬЗУЮТ ОРГАНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД (УГЛЕВОДЫ, ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ)

ПО УСВОЕНИЮ АЗОТА:
ПИТАНИЕ бактерий
АМИНОАВТОТРОФЫ -
ДЛЯ СИНТЕЗА БЕЛКА КЛЕТКИ ИСПОЛЬЗУЮТ АЗОТ ВОЗДУХА
АМИНОГЕТЕРОТРОФЫ -
ПОЛУЧАЮТ АЗОТ ИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (АМИНОКИСЛОТ, СЛОЖНЫХ БЕЛКОВ)

ПО ХАРАКТЕРУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ:
ПИТАНИЕ бактерий
ФОТОТРОФЫ -
ДЛЯ БИОСИНТЕТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ИСПОЛЬЗУЮТ ЭНЕРГИЮ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА
ХЕМОТРОФЫ -
ПОЛУЧАЮТ ЭНЕРГИЮ ЗА СЧЕТ ОКИСЛЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий
Размножение микроорганизмов -процесс, обеспечивающий увеличение числа особей в популяции. Бактерии характеризуются высокой скоростью размножения.
Половой способ размножения наблюдается только у эукариот.
Бесполые способы размножения:
Равновеликое бинарное поперечное деление (простое деление, изоморфное деление, митоз) наблюдается у большинства одноклеточных микроорганизмов (бактерий, риккетсий, простейших, дрожжей), в результате образуются две новые дочерние полноценные особи, наделенные генетической информацией мате­ринской клетки

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий
Почкование (неравновеликое бинарное деление) наблюдается у представителей родов Francisella и Mycoplasma и дрожжеподобных грибов. При почковании материнская клетка дает начало дочерней клетке: на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки, после чего отделяется.

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий
БАКТЕРИИ ВЫРАЩИВАЮТ НА ЖИДКОЙ ИЛИ ПЛОТНОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ (МЯСОПЕПТОННЫЙ БУЛЬОН, МЯСОПЕПТОННЫЙ АГАР) – НА НИХ РАСТУТ МНОГИЕ БАКТЕРИИ
Питательные среды:
СПЕЦИАЛЬНЫЕ (ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ БАКТЕРИЙ, КОТОРЫЕ НЕ РАЗМНОЖАЮТСЯ НА УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕДАХ – КРОВЯНОЙ АГАР)
ЭТО СУБСТРАТ, КОТОРЫЙ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ.

ИЗБИРАТЕЛЬЫЕ (ЭЛЕКТИВНЫЕ) – В НИХ ПУТЕМ ДОБАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, СОЗДАЮТСЯ ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ РОСТА И РАЗМНОЖЕНИЯ ОДНОГО ВИДА МИКРООРГАНИЗМОВ И НЕБЛАГОПРИЯТНЫЕ – ДЛЯ ОСТАЛЬНЫХ.
Питательные среды:
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ (ОТЛИЧАЮТ ОДИН ВИД МИКРОБОВ ОТ ДРУГОГО) – СРЕДА ГИСА С УГЛЕВОДАМИ И ИНДИКАТОРОМ.
СРЕДА МЮЛЛЕРА (САЛЬМОНЕЛЛЫ)
СРЕДА ГИССА

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий
ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ БАКТЕРИЙ В ЖИДКОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ НАБЛЮДАЕТСЯ НЕСКОЛЬКО ФАЗ РОСТА КУЛЬТУР:
ИСХОДНАЯ (ЛАТЕНТНАЯ) —МИКРОБЫ АДАПТИРУЮТСЯ К ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ, УВЕЛИЧИВАЕТСЯ РАЗМЕР КЛЕТОК. К КОНЦУ - НАЧИНАЕТСЯ РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ.
ФАЗА ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО ИНКУБАЦИОННОГО РОСТА —ИНТЕНСИВНОЕ ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК. ЭТУ ФАЗУ МОЖНО ПОДДЕРЖИВАТЬ, ЕСЛИ ОБНОВЛЯТЬ ПИТАТЕЛЬНУЮ СРЕДУ.
СТАЦИОНАРНАЯ ФАЗА —ЧИСЛО ВНОВЬ ПОЯВИВШИХСЯ БАКТЕРИЙ РАВНО ЧИСЛУ ОТМЕРШИХ.
ФАЗА ОТМИРАНИЯ —ГИБЕЛЬ КЛЕТОК В УСЛОВИЯХ ИСТОЩЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ И НАКОПЛЕНИЯ В НЕЙ ПРОДУКТОВ МЕТАБОЛИЗМА.

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий

РОСТ и РАЗМНОЖЕНИЕ бактерий
ПРИ РАЗМНОЖЕНИИ НА ПЛОТНЫХ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕДАХ БАКТЕРИИ ОБРАЗУЮТ НА ПОВЕРХНОСТИ СРЕДЫ
И ВНУТРИ НЕЕ ТИПИЧНЫЕ ДЛЯ КАЖДОГО МИКРОБНОГО ВИДА КОЛОНИИ.
ОНИ МОГУТ БЫТЬ ВЫПУКЛЫМИ ИЛИ ПЛОСКИМИ, С РОВНЫМИ ИЛИ НЕРОВНЫМИ КРАЯМИ, С ШЕРОХОВАТОЙ ИЛИ ГЛАДКОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ И ИМЕТЬ РАЗЛИЧНУЮ ОКРАСКУ: ОТ БЕЛОЙ ДО ЧЕРНОЙ.
ВСЕ ЭТИ ОСОБЕННОСТИ УЧИТЫВАЮТ ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ БАКТЕРИЙ.

ХАРАКТЕР РОСТА МИКРООРГАНИЗМОВ

Ферментативная активность бактерий
ФЕРМЕНТЫ – ЭТО БЕЛКИ-КАТАЛИЗАТОРЫ, КОТОРЫЕ ВЫРАБАТЫВАЮТСЯ ЖИВОЙ КЛЕТКОЙ.
ЭКЗОФЕРМЕНТЫ:
ВЫДЕЛЯЮТСЯ ВО ВНЕШНЮЮ СРЕДУ, РАСЩЕПЛЯЮТ МОЛЕКУЛЫ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ДО БОЛЕЕ ПРОСТЫХ, КОТОРЫЕ, ЗАТЕМ, УСВАИВАЮТСЯ БАКТЕРИЕЙ.
ЭНДОФЕРМЕНТЫ:
УЧАСТВУЮ В ОБМЕНЕ ВЕЩЕСТВ ВНУТРИ БАКТЕРИЙ.
РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ МИКРОБОВ РАЗЛИЧАЮТСЯ ПО НАБОРУ ФЕРМЕНТОВ, ЭТО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ДЛЯ ИХ ИДЕНТИФИКАЦИИ.

Ферментативная активность бактерий
ФЕРМЕНТЫ – СТРОГО СПЕЦИФИЧНЫ, КАЖДЫЙ ФЕРМЕНТ КАТАЛИЗИРУЕТ ОДНУ ИЛИ НЕСКОЛЬКО БЛИЗКИХ ПО ПРИРОДЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.
НАПРИМЕР, ФЕРМЕНТ ЛАКТАЗА, РАСЩЕПЛЯЕТ ЛАКТОЗУ ДО ГЛЮКОЗЫ И ГАЛАКТОЗЫ

Ферментативная активность бактерий
НАПРИМЕР, ФЕРМЕНТ МАЛЬТАЗА, РАСЩЕПЛЯЕТ МАЛЬТОЗУ НА ДВЕ МОЛЕКУЛЫ ГЛЮКОЗЫ

Пигментообразование у бактерий
ФУНКЦИИ ПИГМЕНТОВ: ЗАЩИТА БАКТЕРИЙ ОТ ДЕЙСТВИЯ СОЛНЕЧНОГО СВЕТА, УЧАСТИЕ В ДЫХАНИИ БАКТЕРИЙ, ОБМЕНЕ ВЕЩЕСТВ.
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ: КИСЛОРОД, ОПРЕДЕЛЕННЫЙ СОСТАВ ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ
БАКТЕРИИ МОГУТ ОБРАЗОВЫВАТЬ
ПИГМЕНТЫ РАЗНОГО ЦВЕТА
ПИГМЕНТЫ МОГУТ БЫТЬ:
РАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ,
РАСТВОРИМЫЕ В СПИРТЕ,
НЕРАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ;
НЕРАСТВОРИМЫЕ В ВОДЕ И СПИРТЕ.