Рост и размножение бактерий. Дыхание микроорганизмов

План

Питание микробов.

Дыхание микроорганизмов

Рост и размножение микробов.

Образование микроорганизмами пигментов, фотогенных и ароматических веществ.

Ферменты бактерий.

Культивирование бактерий.

Физиология изучает жизненные функции микроорганизмов: питание, дыхание, рост и размножение. В основе физиологических функций лежит непрерывный обмен веществ (метаболизм).

Сущность обмена веществ составляют два противоположных и вместе с тем взаимосвязанных процесса: ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм).

В процессе ассимиляции происходит усвоение питательных веществ и использование их для синтеза клеточных структур. При процессах диссимиляции питательные вещества разлагаются и окисляются, при этом выделяется энергия, необходимая для жизни микробной клетки. В результате распада питательных веществ происходит расщепление сложных органических соединений на более простые, низкомолекулярные. Часть из них выводится из клетки, а другие снова используются клеткой для биосинтетических реакций и включаются в процессы ассимиляции. Все процессы синтеза и распада питательных веществ совершаются с участием ферментов.

Особенностью микроорганизмов является интенсивный обмен веществ. За сутки при благоприятных условиях одна микробная клетка может переработать такое количество питательных веществ, которое в 30-40 раз больше ее массы.

Питание микробов.

По типу питания микробы делятся на автотрофы и гетеротрофы. Первые способны синтезировать сложные органические вещества из простых неорганических соединений. Они могут использовать в качестве источника углерода углекислоту и другие неорганические соединения углерода.

Гетеротрофы для своего роста и развития нуждаются в готовых органических соединениях. Они могут усваивать углерод из углеводов (чаще всего глюкозы), многоатомных спиртов, органических кислот, аминокислот и других органических веществ. Гетеротрофы представляют обширную группу микроорганизмов, среди которых различают сапрофитов и паразитов.

Большинство микробов, вызывающих заболевание у человека, являются гетеротрофами. В их число входят патогенные и условно-патогенные виды. Среди них выделяют облигатные и факультативные паразиты.

Облигатные паразиты способны существовать только внутри живой клетки (риккетсии, хламидии, микоплазмы, вирусы, некоторые простейшие). Факультативные паразиты могут жить как вне, так и внутри живой клетки (микробы дизентерии, гонококк и др.)

По способу усваивать азот микроорганизмы делятся на 2 группы: аминоавтотрофы и амоногетеротрофы.

 

Аминоавтотрофы – для синтеза белка клетки используют молекулярный азот воздуха или усваивают его из аммонийных солей.

Аминогетеротрофы - получают азот из органических соединений – аминокислот, сложных белков (все патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитов).

По характеру источника использования энергии микроорганизмы делятся на фототрофы (используют энергию солнечного света) и хемотрофы (используют энергию за счет окисления неорганических веществ) (патогенные для человека микроорганизмы).

 

Тип питания микробов

 

Автотрофы Гетеротрофы

(патогенные и условно-патогенные микроорганизмы)

 

 

Сапрофиты Паразиты

 

 

Факультативные Облигатные

 

 

Механизм питания. Проникновение различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул, рН среды, концентрации, проницаемости мембран и др. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.

Проникновение питательных веществ в микробную клетку происходит различными способами:

1. Пассивная диффузия, т.е. перемещение веществ через толщу мембраны, в результате чего выравнивается концентрация веществ и осмотическое давление по обе стороны оболочки. Таким путем могут проникать питательные вещества, когда концентрация в среде значительно превышает концентрацию веществ в клетке. Этот процесс осуществляется без затрат энергии.

2. Облегченная диффузия – проникновение питательных веществ в клетку с помощью активного переноса их особыми молекулами-переносчиками, называемыми пермеазами. Этот процесс совершается без использования энергии, так как перемещение веществ происходит от более высокой концентрации к более низкой.

3. Активный транспорт питательных веществ осуществляется также с помощью пермеаз. Этот процесс требует затрат энергии. В этом случае питательное вещество может проникнуть в клетку, если концентрация его вклетке значительно превышает концентрацию в среде.

4. Транспортируемое вещество может подвергаться химической модификации. Такой способ называется перенос радикалов или транслокация химических групп. Этот процесс сходен с активным транспортом.

 

Выход веществ из микробной клетки осуществляется или в виде пассивной диффузии, или в процессе облегченной диффузии с участием пермеаз.

Для роста микробов на питательных средах, применяемых для их выращивания, необходимы определенные дополнительные компоненты, соединения, которые сами микробы синтезировать не могут. Такие соединения называются ростовыми факторами (аминокислоты, пурины и пиримидины, витамины и др.)

 

Дыхание микроорганизмов.

Дыхание (или биологическое окисление) – сложный процесс, сопровождающийся выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности микробов. Бактерии, как и высшие животные, для дыхания используют кислород. Однако Л.Пастером было доказано существование таких бактерий. Для которых наличие свободного кислорода является губительным.

Все микробы по типу дыхания можно разделить на три основные группы:

- облигатные (строгие) аэробы (микрококки, туберкулезные бактерии и др.). Они могут расти только при наличии кислорода;

- облигатные (строгие) анаэробы (возбудители газовой гангрены, столбняка и ботулизма). Они могут расти только при полном отсутствии кислорода;

- факультативные анаэробы (большинство сапрофитов и патогенных микробов). Они растут как в присутствии, так и в отсутствии кислорода.

Аэробное дыхание протекает при наличии кислорода. Анаэробное – при его отсутствии.

Рост и размножение бактерий.

Рост – это увеличение размеров отдельной особи. Размножение – это увеличение числа особей в популяции. В результате роста и размножения микробов происходит увеличение их биомассы. Бактерии размножаются делением. Актиномицеты и грибы размножаются спорами. Дрожжи размножаются почкованием.

Быстрота размножения микробов различна. Для большинства бактерий период генерации (удвоения) в среднем равен 15-30 минут, например, для кишечной палочки 15-17 минут. Некоторые микробы делятся медленнее, например спирохеты один раз в 10 часов.

На жидких средах рост бактерий характеризуется образованием пленки на поверхности, равномерного помутнения, либо осадка.

На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток, называемые колониями. Образуемые колонии бывают округлой формы с ровными или неровными краями различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий (синий, кроваво-красный, желтый). Различают два вида колоний: шероховатые с неровными краями (R- форма) и гладкие с ровными краями (S- форма).