Регуляция синтеза ферментов

В бактериальной клетке закодировано большое количество ферментов. Регуляция синтеза ферментов у бактерий подчиняется определенным законам. Информацию о синтезе белка посылает структурный ген, который находится под действием генаоператора.Ген-оператор находится под действием гена-регулятора. В активном состоянии ген-регулятор посылает в клетку информацию и вырабатывается вещество репрессор.  

Репрессор блокирует ген-оператор поэтому структурный ген не работает – РЕПРЕССИЯ. Поэтому механизм синтеза большинства ферментов подавлен.

Если во внешней среде появляется субстрат, то считается, что он взаимодействует с репрессором и оператор освобождает структурный ген.И в клетку идет информация о синтезе соответствующего фермента. Это механизм – ДЕРЕПРЕССИИ, который лежит в основе синтеза индуцибельных ферментов. 

    В ряде случаев могут происходить мутации либо в гене-регуляторе, либо в гене-операторе и тогда соответствующий фермент будет синтезироваться в клетке постоянно, т.е индуцибельные ферменты превращаются в конститутивные.

   Таким образом у бактерий регуляция синтеза ферментов осуществляется на генетическом уровне.Подавляются и активируются не ферменты, а гены ответственные за их синтез.

ПРИМЕР. Антибиотик пенициллин – бактерии продуцируют фермент пенициллазу (В-лактомаза). С начала этот фермент был индуцибельный, но затем превратился в конститутивный. В настоящее время положено, перед тем как определить чувствительность к В-лактамным антибиотикам, необходимо у выделенной культуры определить способность к продукции В-лактамаз.

 

Факторы роста микроорганизмов.

К факторам роста относят аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, липиды, витамины, железопорфирины и другие соединения. Некоторые микроорганизмы самостоятельно синтезируют необходимые им ростовые вещества, другие получают их в готовом виде из окружающей среды.

Аминокислоты – многие микроорганизмы, особенно бактерии, нуждаются в тех или других аминокислотах, так как не могут их синтезировать, например, клостридии – в лейцине, тирозине, стрептококки в лейцине, аргинине.

Такие организмы называются ауксотрофами – по тем аминокислотам, которые они не способны синтезировать.

Среди ростовых в-в можно назвать: пуриновые и пиримидиновые основания и их производные (аденин, гуанин, цитозин, урацил, тимин, азотистые основания, липиды и их компоненты, витамины). По витаминам ауксотрофы некоторые бактерии – например, коринебактерии дифтерии, шигеллы нуждаются в никотиновой кислоте - золотистый стафилококк, пневмококк, бруцеллы – в тиамине, некоторым нужна фолиевая кислота, биотин.

 

 

 

 

ЛЕКЦИЯ 3 – Физиология бактерий

РОСТ и Размножение бактерий

          Под ростом клетки понимают координированное воспроизведение клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки. Термином «размножение» обозначают увеличение числа клеток в популяции. Большинство прокариот размножаются поперечным делением, некоторые почкованием. Грибы размножаются путем спорообразования.

При размножении микробной клетки наиболее важные процессы происходят в нуклеоиде, содержащем всю генетическую информацию в двунитевой молекуле ДНК. Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, обеспечивающим равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками. Надежность процесса репликации и правильность расхождения (сегрегация) дочерних цепей обеспечивается связью ДНК с цитоплазматической мембраной.

Репликация начинается в определенной точке (локусе) ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях. Синтез дочерних нитей ДНК идет ступенчато, короткими фрагментами, которые сшиваются специальными ферментами лигазой.

Когда бактерия готова к делению, то начинается процесс репликации. При этом начинается выработка фермента инициатора под действием которого раскручивается ДНК на две равноценные нити. Вторая нить прикрепляется на противоположном участке ЦПМ – прорепликон.

Затем каждая нить достраивается. И после достройки прорепликон превращается в репликатор.Фермент инициатор освобождается для нового цикла.

Спирали растягиваются к полюсам клетки. ЦПМ образует инвагинации – септальные мезосомы – за счет которых формируется клеточная стенки. Оставшаяся ЦПМ – лизируется соответственным ферментом клетки – аутолизанами. ВЕСЬ процесс находится под строгим генетическим контролем.

 

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ БАКТЕРИЙ

Для культивирования используют бактерий используют питательные среды. При культивировании изучаются культуральные свойства – характер роста бактерий на питательной среде.  

Выделяют несколько фаз развития бактерий в питательной среде.  

1 фаза покоя– лаг. фаза – продолжительность 3-4 часа с момента внесения бактерий в свежую питательную среду. В эту фазу бактерии растут, адаптируются и готовятся к делению. 

2 фаза интенсивного роста – логарифмического роста. ЕЕ продолжительность 6-8 часов - она характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток, и значительным увеличением числа клеток в популяции;

3 фаза – стационарная, она наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться – М-фаза – в эту фазу микробы начинают отмирать. Остальные делятся. Достигается наибольшая концентрация бактерий. В это время (время генерации между 2 делениями) является величиной постоянной.  

Для E. coli – 20мин.

Для M. tuberculosis – 16, 18 часов.

  Это связано с тем, что наступает равновесие между числом в вновь образующихся и гибнущих клеток. Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема питательной среды в стационарной фазе обозначается как М – концентрация. Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий.

4 фаза – фаза отмирания (логарифмической гибели), которая характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции.

Прекращение роста численности (размножения) популяции, микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и или накопления в ней продуктов метаболизма микробных клеток. Поэтому удаляя продукты метаболизма или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать открытую биологическую систему, стремящуюся к установлению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции. Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием. Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использовать синхронные культуры – это все члены популяции, которые находятся в одной фазе цикла.