Метаболизм и питание микроорганизмов

Химический состав микробной клетки

Ферменты – активные катализаторы, ускоряющие химические процессы в живых клетках
Сложное строение, белковая природа
Строго специфичны, высоко активны
Активность зависит от факторов внешней среды
Имеют диагностическое значение
Экзо- и эндоферменты
Конститутивные и индуцибельные ферменты
Ферменты микроорганизмов

Экзоферменты - ферменты, которые выделяются микробной клеткой во внешнюю среду
Эндоферменты - ферменты, которые участвуют во внутриклеточных процессах обмена веществ
Экзоферменты и эндоферменты

Транспорт в клетку происходит через цитоплазматическую мембрану
Пути транспорта веществ через мембрану

Проникновение веществ в микробную клетку
Поступление питательных веществ и воды в клетку, а также выделение продуктов обмена в окружающую среду происходят у микроорганизмов через всю поверхность их тела.
Возможность проникновения веществ извне в клетку обусловлена многими факторами:
величиной и структурой их молекул;
способностью растворяться в компонентах ЦПМ; концентрацией веществ в клетке и в среде;
свойствами клеточной стенки и ЦПМ, являющихся барьерами, через которые должны проникнуть в клетку питательные вещества, и др.

Питательные вещества
Источники питания – вещества, которые удовлетворяют потребность микроорганизма в химических элементах, необходимых для синтеза веществ и структур клетки
Потребности различных микроорганизмов в отношении источников углерода и азота весьма разнообразны
Кислород и водород
Углерод
Азот
все микроорганизмы получают из воды
неорганические соединения – СО2, карбонаты;
органические соединения – белки, липиды, углеводы
неорганические соединения – соли аммония, нитриты, нитраты; органические соединения – белки, аминокислоты

По источнику питания микроорганизмы делятся:
Литотрофы
Хемогетероорганотрофы – наиболее распространенные микроорганизмы в природе
Органотрофы
способны использовать неорганические доноры электронов (Н2, NH3, H2S, Fe2+ и др.)
используют в качестве доноров электронов органические соединения

Культивирование микроорганизмов in vitro
Питательные среды (бактерии и грибы)
Культуры клеток и тканей, эмбрионы (для вирусов)
Аэробные и анаэробные условия
Температурные условия

Требования к питательным средам
Достаточное количество воды
Содержание органического источника углерода и энергии
Определенный рН среды
Определенное осмотическое давление
Стерильность

жидкие
плотные
Плотность среды достигается добавлением различных количеств агара
Агар – полисахариды морских водорослей
Многократно расплавляется без повреждения
Плавится при t 100 °С, при охлаждении остывает при t 45-50 °С
Трудно расщепляется клеткой
В зависимости от консистенции питательные среды различают:
полужидкие

В зависимости от назначения питательные среды различают:
Элективные - среды, на которых растет какой-то определенный микроорганизм. Например, щелочной агар, имеющий рН 9,0, служит для выделения холерного вибриона
Специальные среды - это среды, которые стимулируют рост
определенного микроорганизма, ингибируя рост других
Дифференциально-диагностические среды служат для изучения ферментативной активности бактерий. Включают индикатор. Примеры: Эндо и др.
Универсальные среды - это среды, которые служат для культивирования
различных микроорганизмов (мясо-пептонный агар, Сабуро)

Чистая культура
Чистая культура м/о – культура одного вида, полученная из одной клетки
Биопленки
Биопленка – высокоорганизованные сообщества бактерий, необратимо прикрепленных к субстрату и друг к другу и защищенных продуцируемым этими клетками внеклеточным полимерным матриксом.

Метаболизм
Конструктивный обмен
Энергетический обмен
Анаболизм, ассимиляция
Синтез веществ клеткой: фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белков, липидов, полисахаридов, ДНК и РНК
Сопровождается затратами энергии (распад АТФ)
Катаболизм, диссимиляция
Распад питательных веществ: аэробное и анаэробное дыхание, брожение
Сопровождается запасом энергии (синтез АТФ)

Отношение к молекулярному кислороду
О2 является обязательным химическим компонентом любой клетки
Большинство организмов использует свободный и связанный кислород
100 %-й молекулярный кислород подавляет рост всех аэробов
Аэробные бактерии могут формировать колонии на поверхности твердой питательной среды в атмосфере, содержащей 40 % О2, но рост их прекращается, когда содержание О2 в атмосфере повышается до 50 %.
Кислород входит в состав молекул воды, органических и неорганических соединений
О2 присутствует в современной атмосфере, объемная доля которого составляет 21 %

В отношении к молекулярному кислороду микроорганизмы разделены на несколько групп

Отношение к молекулярному кислороду
Аэробы – микроорганизмы, для роста которых О2 необходим.
К ним относится большинство бактерий, многие грибы
Микроаэрофилы – аэробы, растут при низкой концентрации О2 в окружающей среде (порядка 2 %)
Анаэробы – микроорганизмы, которые не могут расти в присутствии О2
Факультативные анаэробы – могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Представители: молочнокислые бактерии, энтеробактерии, дрожжи сахаромицеты
Строгие облигатные анаэробы – не выносят присутствия даже незначительных количеств О2 в среде и быстро погибают. Представители родов Clostridium, Bacteroides
Аэробы
Аэробы

Способы получения энергии
Фотосинтез – процесс получения энергии с помощью света (фототрофные бактерии)
Дыхание – процесс получения энергии (АТФ) в реакциях окисления-восстановления, где донором электронов являются органические вещества, акцептором являются:
– при аэробном дыхании – кислород
– при анаэробном дыхании – нитраты, сульфаты и пр.
Брожение – использование различных веществ в качестве акцептора и донора электронов, протекает без кислорода
Спиртовое брожение
Дрожжи Saccharomycetes, бактерии Erwinia, Zymomonas
Молочнокислое брожение
Молочнокислые бактерии Lactococcus, Lactobacterium, Bifidobacterium, E. coli.
Streptococcus
Маслянокислое брожение
Облигатно-анаэробные клостридии
Муравьинокислое (смешанное) брожение
семейство
Enterobacteriaceae
и Vibrionaceae