Физиология бактерий изучает жизненные функции микроорганизмов: питание, дыхание, рост и размножение. Обмен веществ клетки и все биохимические процессы – метаболизм. Различают 2 его стороны: анаболизм и катаболизм. Анаболизм – синтез клеточных структур. Катаболизм – это совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией.
Механизмы питания бактерий.
Обмен происходит между клеткой и внешней средой и контролируется клеточной мембраной. Она проницаема для многих веществ, поток идёт в двух направлениях (из клетки и в клетку), но структура мембраны такова, что она обладает избирательной и неравномерной проницаемостью, определяющей 3 механизма питания бактерий:
I. Пассивная диффузия - осуществляется за счёт различного содержания веществ в среде и в клетке, происходит в направлении от большей концентрации к меньшей. Когда концентрация вещества по ту и другую сторону мембраны уравнивается, пассивная диффузия прекращается. Таким путём в клетку поступает и покидает её вода с растворенными в ней мелкими молекулами, способными проходить через мелкие поры мембраны. Эта диффузия не специфична и не требует затрат энергии.
II. Облегчённая диффузия – протекает при обязательном участие специфических белков локализованных (находящихся) на мембране. Они названы пермеазы (от англ. permeate – проникать, проходить сквозь). Свойство пермеаз – способность проходить через мембрану с присоединённой молекулой субстрата. Таким способом эритроциты поглощают глюкозу.
III. Активный транспорт – с его помощью растворенные вещества поступают в клетку, что требует затрат энергии. У бактерий этот механизм питания – преобладающий.У многих бактерий, особенно грамотрицательных в активном транспорте принимают участие особые связывающие белки, локализованные в периплазматическом пространстве, они обладают сродством к различным питательным веществам – аминокислотам, сахарам, неорганическим ионам. Связывающие белки образуют прочные комплексы с субстратами и необходимы для переноса через мембрану. Функционируют связывающие белки только вместе с пермеазами
Способы питания бактерий.
Углеродное питание. К числу важнейших химических элементов, необходимых для синтеза органических соединений, относят: углерод (С), азот (N), водород (Н), кислород (О). Свою потребность в водороде и кислороде бактерии удовлетворяют через воду. По способу углеродного питания бактерии делятся на: аутотрофы (автотрофы) и гетеротрофы.
Автотрофы – организмы, которые полностью удовлетворяют свои потребности в углероде за счёт СО2 . Они способны синтезировать органические вещества из неорганических, используя энергию света и окислительные реакции.
Гетеротрофы - организмы, которые не могут полностью удовлетворить свои потребности в углероде за счёт СО2 , а требуют для своего питания готовых органических соединений. Гетеротрофы подразделяются - на сапрофитов и паразитов.
Сапрофиты – источником питания служат мертвые органические субстраты.
Паразиты – живут за счёт живых тканей животных и растений.
Гетеротрофы усваивают углерод из готовых органических соединений, для чего требуется энергия. Существуют 2 источника энергии- фотосинтез и хемосинтез.
Фотосинтез - это синтез за счёт энергии солнечного света. Хемосинтез - это энергия, которую получают за счёт окисления неорганических соединений.
Азотное питание. По способу азотного питания бактерии подразделяются: на аминоавтотрофов и аминогетеротрофов.
Аминоавтотрофы – способны полностью удовлетворять свои потребности в азоте, необходимом для синтеза белков и нуклеиновых кислот, с помощью атмосферного и минерального азота.
Аминогетеротрофы - для роста и размножения нуждаются в готовых органических азотистых соединениях: некоторых аминокислотах и витаминах.
К числу аминоавтотрофов относятся азотфиксирующие бактерии, свободно живущие в почве –клубеньковые бактерии (они размножаются на корнях бобовых растений).Симбиоз их с растениями взаимовыгоден, так как вместе они продуцируют ряд физиологически активных соединений, которые благоприятно влияют на бобовые растения. В почве они обитают как сапрофиты. Вторая группа аминоавтотрофов представлена нитрифицирующими бактериями, которые используют для синтеза белков в качестве источника азота, соли аммиака, азотистой и азотной кислот. Эти 2 группы бактерий играют важную роль в обеспечении плодородия почв.
Аминогетеротрофы для роста и размножения нуждаются в различных органических азотистых соединениях. Многие бактерии синтезирую аминокислоты и основания из минеральных источников азота и нуждаются в витаминах (ростовых факторах): вит. Н, вит.В1 , вит. В2 , вит.В3 , вит.В4, вит. В5,вит.В9.
Для нормальной жизнедеятельности бактерии обязательно нуждаются в ионах: Na, K, Cl, Ca2+ , Mn2+ , Mg2+ ,Fe2+ , Cu2+ , а также в сере и фосфоре, которые поступают в клетку путём диффузии и активного транспорта. Все процессы обмена веществ представляют собой цепь взаимосвязанных во времени и в пространстве саморегулируемых реакций. Каждая из реакций катализируется(ускоряется) соответствующим ферментом.
Ферменты.
Ферменты (от греч fermentum- закваска), или энзимы - специфические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Их нет у плазмид и некоторых вирусов. У бактерий обнаружены 6 классов ферментов:
1. оксидоредуктазы (катализируют окислительно-восстановительные реакции);
2. трансферазы (катализируют реакции переноса групп атомов и др веществ);
3. гидролазы (катализируют, расщепление различных соединений - гидролиз белков, жиров, углеводов. Белки – до аминокислот и пептонов, жиры –до жирных кислот и глицерина, углеводы – до ди- и моносахаридов);
4. лигазы (катализируют реакции отщепления от субстрата химической группы или, наоборот, присоединение её);
5. изомеразы (катализируют внутримолекулярные превращения);
6. синтетазы (катализируют соединение двух молекул).
Изучение ферментов у бактерий представляет интерес для микробиологической промышленности (их используют в пивоварении, виноделии, для улучшения пористости хлеба). Изучение обмена веществ патогенных бактерий, необходимо для понимания механизмов, с помощью которых они реализуют свою патогенность т.е. для выяснения патогенеза инфекционных заболеваний.
Дыхание бактерий.
По типу дыхания бактерии делятся на:
1. строгие аэробы – размножаются только в присутствии кислорода (О2 ).
2. микроаэрофилы – нуждаются в уменьшенной концентрации кислорода.
3. факультативные анаэробы - способны потреблять глюкозу и размножаться как в аэробных так и в анаэробных условиях.
4. строгие анаэробы – размножаются только при отсутствии кислорода.
К аэробам относят таких микроорганизмов как возбудитель холеры, туберкулёза и дифтерии, а к анаэробам возбудитель столбняка и газовой гангрены.
Рост и размножение бактерий.
Рост бактерий - это увеличение клеток за счёт синтеза пластического материала в процессе питания.
Размножение – это увеличение числа особей в микробной популяции.
Скорость деления бактерий в среднем составляет 20-30 минут.
Размножение бактерий в жидкой питательной среде идёт в 4 фазы:
v исходная – клетки адаптируются к питательной среде, возрастает интенсивность обменных процессов, увеличивается размер клеток. К концу фазы клетки начинают размножаться;
v логарифмического роста – энергичное размножение количество клеток возрастает в геометрической прогрессии. В этой фазе наибольшая биохимическая и биологическая активность;
v стационарная – число вновь появившихся клеток равно числу отмирающих;
v отмирания – жизнеспособность клеток снижается и они погибают.
Причинами гибели клеток могут быть:
o истощение питательной среды;
o накопление в питательной среде продуктов распада.
Вопросы по теме: Введение, история предмет и содержание медицинской микробиологии, иммунологии. Классификация микроорганизмов, имеющих медицинское значение.
1.В чём отличие частной и медицинской микробиологии, согласно предмету изучения?
2.В чём значение тинкториальных свойств микроорганизмов?
3. На чем основано изучение чистой культуры микроорганизмов в микробиологии. Сформулируйте определение чистая культура возбудителя?
4.Какая роль микроорганизмов, обращая внимание на формулировку определения «Микроорганизмы – это»?
5. В чём отличие понятий «Колония» и «Культура»?
Вопросы по теме: Морфология бактерий.
1.Какие основные формы бактерий выделяют их особенности?
2. Значение диплококков в медицине, особенности окраски,формы и расположения?
3. Значение стафилококков и стрептококков в медицине, особенности окраски формы и расположения В чем отличие друг от друга?.
4.Значение спорообразующих палочковидных бактерий в медицине, особенности окраски, формы и расположения?
5. Значение извитых патогенных бактерий в медицине, особенности окраски,формы и расположения?.
Вопросы по теме: Строение бактериальной клетки.
1.В чём значение пептидогликана для клетки?
2.Какие способы и формы защиты выделяют у клетки, изучая её строение? Охарактеризуйте.
3.Какие существуют функции у мембран клетки?
4. В чём значение клеточной стенки и цитоплазмы для клетки?
5.Что и каким образом в строении клетки, является одним из механизмов устойчивости грамотрицательных бактерий к антибиотикам
Вопросы по теме: Физиология и биохимия бактерий.
1. Какие жизненно важные функции изучает физиология бактерий.
2. Каким образом осуществляется пассивная диффузия.
3. Какие белки принимают участие в осуществлении облегчённой диффузии и активного транспорта. В чём суть процессов.
4. Сколько способов питания существует у бактерии, их особенности.
5. Назовите - что является белковыми катализаторами для бактерий. Их функции.
6. В чём отличие в понятии рост и размножение бактерий.
