Физиология и Функции бактерий

1. Физиология и Функции бактерий

ФИЗИОЛОГИЯ И
ФУНКЦИИ БАКТЕРИЙ

2. Принцип биохимического единства жизни

1. Универсальность генетического кода;
2. Единые принципы хранения и передачи генетической информации;
3. ДНК и РНК слагаются четырьмя нуклеотидами;
4. Использование всеми организмами только 22 аминокислот;
5. Хиральность биомолекул: L-аминокислоты и D-сахара;
6. Единые носители энергии — молекулы АТФ;
7. Близость важнейших метаболитических путей и ферментов:
гликолиз,
цикл
трикарбоновых
кислот,
окислительное
фосфорилирование.

3.

Метаболизм — совокупность всех химических превращений в клетках, это
круговорот процессов распада и синтеза веществ и энергии.
Процессы, в результате которых энергия высвобождается — называют
катаболитическими (диссимиляционными),
а процессы синтеза макромолекул — называют анаболическими
(ассимиляционными).
Клетка поглощает полимеры, подвергает их
внутриклеточному (или внеклеточному)
окислению (=гидролизу). В ходе разрушения
химических связей выделяется энергия, которая
затем используется в процессах анаболизма.
Продукты гидролиза через промежуточные
соединения превращаются в «строительные»
блоки, мономеры, из которых в процессах
анаболизма с использованием запасенной
энергии будут синтезироваться необходимые
клетке полимеры.
Большая часть энергии, запасенной в химических
связях молекул пищи, рассеивается в виде
теплоты, поэтому масса питательных веществ,
необходимых любому организму, получающему
всю энергию за счет катаболизма, намного
больше, чем масса молекул, которые могут быть
произведены в ходе анаболизма.

4. Второй закон термодинамики

— фундаментальный закон физики гласит, что во Вселенной или какой-либо
замкнутой системе степень разупорядоченности всегда возрастает. Иными
словами, Вселенная стремится к хаосу.
Живые клетки – это
высокоупорядоченные системы,
которые чтобы жить и расти
должны создавать и
поддерживать порядок внутри
себя. Согласно законам
термодинамики это возможно
при бесперебойном притоке
энергии, в конечном счете,
поступающем от солнца
электромагнитном излучении,
которое идет на образование
органических молекул в
автотрофных организмах.
Гетеротрофные организмы получают свою долю энергии, поедая эти органические
молекулы и окисляя их в ходе ферментативных реакций, которые сопряжены с
образованием АТФ – единого энергетического актива, ликвидного во всех клетках.

5. Второй закон термодинамики

Согласно второму закону термодинамики — реакция протекает самопроизвольно,
если ведет к возрастанию беспорядка. Самопроизвольная реакция – энергетически
выгодная.
И наоборот, рост и размножение клеток (то есть создание упорядоченных, сложных и
богатых энергией веществ из простых молекул) – это энергетически неблагоприятные
процессы.
Чтобы могла произойти энергетически неблагоприятная реакция ее необходимо
«увязать» с энергетически благоприятной реакцией: обеспечить сопряжение
энергетически невыгодных реакций с энергетически выгодными (в ходе которых,
энергия высвобождается и выделяется теплота) способны ферменты и молекулы
переносящие энергию.
Энергетически
благоприятными
являются реакции
гидролиза АТФ.

6. Условия протекания реакций

Свободная энергия вещества Х ниже, чем у вещества Y,
значит G=Y-X > 0 ,
Свободная энергия вещества С больше, чем у продукта D,
значит G=D-C < 0
G — изменение свободной энергии,
мера беспорядка, возникающего в случае
прохождения реакции
G < 0 энергетически благоприятные
реакции: увеличение беспорядка в
системе, выделение энергии, тепла.
Реакция протекает самопроизвольно
G > 0 энергетически неблагоприятные
реакции:
возрастание упорядоченности, поглощение
энергии. Для прохождения реакции,
необходимо сопряжение с энергетически
выгодной реакцией.

7. Молекулы-переносчики энергии: АТФ, НАД+ и НАДФ+

8. Способы образования АТФ

Аденозинтрифосфат (АТФ) — энергетическая валюта живых
клеток
связи богаты энергией, которая
выделяется при их разрыве и
соответственно может запасаться
в продуктах реакции.
Без АТФ невозможны процессы синтеза макромолекул, механического
движения, активного транспорта веществ через мембрану.
Способы образования АТФ
• Субстратное фосфорилирование;
• Электронтранспортное фосфорилирование (в т.ч. окислительное
фосфорилирование);
• Фотофосфорилирование

9. Потребности прокариот в питательных веществах

Мономеры, необходимые для построения основных клеточных компонентов могут или
поступать извне, или синтезироваться внутриклеточно. Чем больше готовых соединений
получает организм извне, тем ниже уровень его биосинтетических способностей.
По потребности в источнике углерода живые организмы делят на:
• автотрофные – для конструктивного метаболизма используют СО2,
• гетеротрофные – используют органические соединения.
Наибольшая степень гетеротрофности присуща облигатным внутриклеточным паразитам
(хламидии, риккетсии). Паразитический образ жизни привел к редукции большинства
метаболитических путей.
Факультативные паразиты способны расти на питательных средах с добавлением факторов
роста: белковых гидролизатов, мясных или кровяных экстрактов, набора витаминов и тд.
Сапротрофные микроорганизмы – используют готовые органические вещества, но
биохимически самостоятельны. Среди них встречаются условно-патогенные бактерии.
По способности синтезировать все необходимые вещества:
• прототрофы – способны синтезировать все соединения;
• ауксотрофы – нуждаются в готовых «факторах роста» извне (витамины,
аминокислоты и т.д.).
Миксотрофы — микроорганизмы, способные переключаться с автотрофного
на гетеротрофный путь обмена веществ и энергии

10. НАД+ и НАДФ+ — переносчики электронов и протонов

Окисление органических веществ происходит путем переноса электронов
от донора к акцептору.
При биологическом окислении субстрата чаще всего происходит
одновременный перенос двух электронов; при этом от субстрата также
отщепляются и два H+.
Такое окисление, формально проходящее с отщеплением водорода,
можно, назвать ДЕГИДРИРОВАНИЕ.
Донор водорода=донор электронов
Акцептор водорода=акцептор электронов
Перенос водорода осуществляется ферментами ДЕГИДРОГЕНАЗАМИ, а в
качестве переносчиков выступают коферменты — НАД и НАДФ
Никотинамиддинуклеотид и никотинамиддинуклеотидфосфат

11.

Гликолиз — универсальный этап
катаболизма сахаров и образования
АТФ для большинства гетеротрофных
организмов.
Общий баланс гликолиза:
Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Pi →
2 пируват + 2НАДH + 2Н+ + 2АТФ + 2Н2O
В клетках аэробов пируват затем
подвергается полному окислению в
процессе цикла трикарбоновых
кислот,
у анаэробов — служит субстратом
для различных типов брожения.

12. Субстратное фосфорилирование

• органические вещества являются донорами
электронов (при этом они окисляются), и
органические же вещества являются акцепторами
электронов (при этом они восстанавливаются).
Соединения, выполняющие эти две функции,
обычно являются разными метаболитами, которые
образуются из одного субстрата (например, из
глюкозы).

13.

Типы брожения

14. Точка Пастера и эффект Пастера

Эффект Пастера — эмпирически обнаруженное Луи
Пастером явление, при котором в анаэробных условиях
дрожжи накапливают меньше биомассы, чем при том же
уровне глюкозы, но при аэрировании;
Точка Пастера — концентрация О2 более 1%, когда
более выгоден аэробный метаболизм.

15.

ЦИКЛ КРЕБСА
он те цикл трикарбоновых
кислот, он же цикл лимонной
кислоты —
замкнутых цикл
превращений, в ходе которого
образуются молекулы
переносчики
высокоэнергетических
электронов: НАДН и ФАДН2,
которые затем поступают в
электронтранспортную цепь.

16. Электронтранспортное фосфорилирование

— процесс образования АТФ, при котором электроны и протоны
(получаемые из окисляемого субстрата — как органического, так и не
органического) переносятся на конечный акцептор по электронтранспортной цепи.
аэробное дыхание (окислительное фосфорилирование) — конечный
акцептор электронов О2;
анаэробное дыхание — конечный акцептор НЕ молекулярный кислород.
Электронтранспортная цепь — последовательность специальных
переносчиков, которые способны передавать друг другу электроны по
цепочке, обратимо окисляясь и восстанавливаясь.
Располагается ЭТЦ цепь в мембранах:
у прокариот в плазматической, у эукариот — во внутренней мембране
митохондрий.

17.

Гликолиз, цикл Кребса и Электрон-транспортное фосфорилирование

18. Основные типы метаболизма

Тип
метаболизма
Брожение
Тип
фосфорилирования
Донор
электронов
Акцептор
электронов
Анаболизм
субстратное
органические
вещества
органические
вещества
органические
вещества
циклическое фотофосфорилирование
хлорофилл
реакционного
центра
окисленный
хлорофилл
реакционного
центра
H2O,
H2S, S, H2
НАДФ+
Фотосинтез
Нециклическое
фотофосфорилирование
ассимиляция
СО2
Хемосинтез
неорганические
укороченное
вещества: NH3,
окислительное в ЭТЦ NO2-, H2S, S, Fe2+,
H2, CO
Дыхание
аэробное
окислительное в ЭТЦ
органические
вещества
О2
органические
вещества
окислительное в ЭТЦ
органические
вещества, H2
NO3-, SO42-, S,
фумарат, HCO3-,
Fe3+
органические
вещества
Дыхание
анаэробное
О2
NO3-, NO2-, SO42-
ассимиляция
СО2

19. Ферменты = Энзимы

Ферме́нты — белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их
комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых
системах.
Катализаторы увеличивают скорость химических реакций благодаря тому, что
повышают долю межмолекулярных столкновений — как бы перетаскивают
субстрат через энергетический барьер. Ферменты — самые эффективны
катализаторы из известных и способны ускорять реакции до 1014 раз и более.
Таким образом, благодаря ферментам, реакции, которые в ином случае
вообще не могли бы пройти, идут с высокой скоростью и при обычной
температуре.

20.

Энергия активации — толчок через энергетический барьер, необходимый
молекуле, чтобы вступить в химическую реакцию, результатом которой будет
более устойчивое состояние.

21. Как работают ферменты

22. Способы регуляции метаболитических путей

Активность ферментов непостоянна во времени. Ферментные системы чутко
реагируют на ситуацию, в которой оказывается клетка, на факторы,
воздействующие на неё как снаружи, так и изнутри. Эволюционный смысл
такой чувствительности ферментов — отреагировать на изменение
окружающей среды, приспособить клетку к новым условиям, дать должный
ответ на гормональные и иные стимулы, а в некоторых ситуациях —
получить шанс выжить.
Ферментативная активность может регулироваться активаторами и
ингибиторами (активаторы — повышают активность ферментов, а
ингибиторы — понижают).
А
Фермент
а
В
Фермент
b
С
Фермент
c
D
Фермент
d
E
Репрессия (=ингибирование конечным продуктом)
Ингибирование по типу обратной связи — продукт поздней стадии
ферментативной цепи обратимо снижает активность фермента более
ранней стадии.

23. Способы регуляции метаболитических путей

• Существуют ингибиторы двух основных типов: необратимые и обратимые.
• Необратимые ингибиторы связывают или разрушают функциональную группу
молекулы фермента (так действуют многие лекарственные вещества).
• Обратимые ингибиторы связываются с ферментом слабыми нековалентными связями и
при определённых условиях легко отделяются. Обратимые ингибиторы: конкурентные,
неконкурентные и бесконкурентные.
• Конкурентный ингибитор конкурирует с субстратом за связывание с активным центром.
По своей трёхмерной структуре конкурентные ингибиторы обычно напоминают
субстрат данного фермента. Благодаря такому сходству они «обманывают» фермент и
связываются с ним.
• В случае неконкурентного ингибирования вещество присоединяется к ферменту не в
активном центре, а совсем в другом месте, однако при этом конформация молекулы
фермента изменяется таким образом, что происходит обратимая инактивация его
каталитического центра.
• Бесконкурентное ингибирование - ингибитор связывается только с фермент-субстратным
комплексом, но не со свободным ферментом.

24. Классификация ферментов на основе реакционной и субстратной специфичности

Типы ферментов
Тип катализируемых реакций
Оксидоредуктазы
окислительно-восстановительные реакции (делятся на оксидазы,
редуктазы, дегидрогеназы, каталазы, пероксидазы)
Трансферазы
перенос функциональной группы с одной молекулы на другую
(например, трансаминазы переносят аминогруппы от
аминокислот к кетокислотам, обеспечивая синтез аминокислот)
Гидролазы
Гидролитическое расщепление (расщепление
высокомолекулярных соединений под действием молекул воды):
нуклеазы (РНК, ДНК), протеазы (белки), АТФазы (АТФ),
фосфатазы (фосфатные группы), эстеразы (эфирн.связи)
Лиазы (синтазы)
негидролитическое добавление или удаление группы к или от
субстрата. Образование C-C, C-N, C-O или C-S связи (например,
декарбоксилазы отщепляют карбоксильные группы)
Изомеразы
перестройка химических связей внутри молекулы (цис- трансизомеразы)
Лигазы (синтетазы)
Синтез новой молекулы из двух, образование новой C-O, C-S, C-N
или C-C связи, сопряжённое с одновременным гидролизом АТФ
Транслоказы
Перенос ионов или молекул через мембраны или их разделение в
мембранах.

25. Гидролиз и гидролазы

Эстеразы – гидролиз
сложноэфирных связей.
Липазы – гидролиз нейтральных
жиров (триацилглицеролов).
Фосфатазы – гидролиз
моноэфиров фосфорной
кислоты.
Гликозидазы – гидролизуют О- и
S-гликозидные связи.
Протеазы – гидролиз белков и
пептидов.
Нуклеазы – гидролиз
нуклеиновых кислот.
Экзогидролазы
Эндогидролазы
NB! Не путать понятия
внеклеточные гидролазы
(экстрацеллюлярные)
и экзогидролазы!

26. По механизму генетического контроля за синтезом ферментов различают

Конститутивные
Индуцибельные (адаптивные)
синтезируются постоянно, в том числе и
при отсутствии субстрата в
окружающей среде, и работают всегда
синтез индуцируется наличием субстрата
для данного фермента. Работают по мере
необходимости: если внести во внешнюю
среду субстрат, то через 2–3 с повышается
активность ферментов, его утилизирующих.
Также быстро и прекращается биосинтез
индуцибельных ферментов при
исчезновении субстрата
ферменты гликолиза
ферменты транспорта и катаболизма
(например, лактозопермеаза, bгалактозидаза, b-лактамазы)
Соотношение между двумя типами ферментов у микроорганизмов
сдвинуто в сторону индуцибельных: поскольку они обеспечивают легкую
приспособляемость и выживаемость бактерий благодаря способности
переключать метаболизм с одного субстрата на другой.

27. Ферменты бактерий, использующиеся в диагностике: оксидоредуктазы

При идентификации бактерий, в основном, используют методы выявления
каталазы и цитохромоксидазы.
• Каталаза разлагает токсичный пероксид водорода на воду и молекулярный
кислород. Этот фермент выявляют по образованию пузырьков кислорода
после смешивания микробной суспензии с 1% раствором перекиси водорода
на стекле или после нанесения раствора перекиси водорода на культуру,
выросшую на поверхности плотной питательной среды

28. Ферменты бактерий, использующиеся в диагностике: оксидоредуктазы

Цитохромоксидаза -- фермент катализирующий перенос электрона с молекулы
цитохрома С на конечный акцептор в дыхательной цепи у аэробов – кислород -- с
образованием воды.
Цитохромоксидазу обнаруживают с помощью специальной индикаторной бумаги,
смоченной 1% спиртовым раствором α-нафтола и 1% водным раствором N-диметил-1,4фенилендиамина дигидрохлорида.
На бумагу наносят каплю суточной культуры бактерий, что приводит к появлению синего
окрашивания. Выпускается в виде тест-полосок, дисков или слайдов.
Штаммы микроорганизмов
Реакция
(результат)
Цвет
Pseudomonas aeruginosa
+
Темно-лиловый,
синий
Staphylococcus aureus
–
Не меняется
Neisseria gonorrhoeae
+
Темно-лиловый,
синий
Escherichia coli
–
Не меняется

29. Ферменты бактерий, использующиеся в диагностике: гидролазы

При идентификации бактерий в первую очередь изучают ферменты,
расщепляющие углеводы и белки.
Способность бактерий расщеплять углеводы, называется
сахаролитической активностью, а способность расщеплять белки –
протеолитической активностью.
Эти признаки выявляются по конечным продуктам расщепления
субстратов после посева изучаемой культуры на специальные питательные
среды.
При ферментации сахаров выявляют образование кислоты (молочной,
уксусной, муравьиной) или кислоты и газа (углекислого газа, водорода), а
при распаде белков – образование щелочей, сероводорода, индола,
аммиака.
Urease+

30. Гликозидазы

можно оценить по спектру утилизации различных углеводов -- «пестрый
ряд» Гисса:
- в качестве источника углерода используют пентозы (арабинозу,
ксилозу, рамнозу), гексозы (глюкозу, маннозу, галактозу), дисахариды
(мальтозу, лактозу, сахарозу, трегалозу, целлобиозу, мелибиозу),
трисахариды (раффинозу, мелицитозу), полисахариды (инулин,
декстрин, растворимый крахмал, гликоген), высокоатомные спирты
(глицерин, эритрит, адонит, арабит, маннит, дульцит, сорбит, инозит),
глюкозиды (салицин, эскулин, кониферин, арбутин);
- при гидролизе углеводов образуются кислоты -- рН-идикатор в составе
среды позволяет визуально регистрировать изменение кислотности;
- возможно выделение газообразных продуктов (в пробирки с жидкой
средой помещают поплавки).
Спектр утилизации углеводов отличается (между родами, между видами,
даже между штаммами), поэтому данный подход применяется для
дифференцирования бактерий в медицинской и санитарной
микробиологии.

31. Микрообъемная биохимическая идентификация бактерий

• автоматические бактериологические анализаторы,
• коммерческие тест-системы двух типов: субстрат реакции находится в
питательной среде или на шаблоне-носителе

32. Автоматические бактериологические анализаторы

Анализатор для идентификации и определения чувствительности к
антибиотикам микроорганизмов (бактерий и грибов) Vitek 2
К прибору выпускаются различные типы пластиковых
картриджей с ячейками, в которые внесены соответствующие
субстраты и антибиотики в разных концентрациях, для
идентификации клинически значимых микроорганизмов:
• дрожжей и дрожжеподобных грибов,
• представителей семейства Bacilliaceae,
• грамположительных кокков,
• грамотрицательных палочек и др.
Прибор автоматически заполняет карты из
пробирок суспензией исследуемого организма в
специальной камере, считывает шрихкоды и
регистрирует карты в памяти, запаивает их, после
чего оператор переносит их в термостатируемый
отсек, где происходит инкубация и автоматическое
считывание результатов. Затем карты
сбрасываются в ящик для отходов.
Задача оператора приготовить исходную
суспензию, вставить пробирки и карты в прибор и
нажать нужные кнопки. Все результаты будет
обработаны в специальной программе.

33. Ферменты агрессии бактерий

• некоторые патогенные бактерии продуцируют особые
ферменты-токсины (гиалуронидазу, коллагеназу,
нейраминидазу, лецитиназу, плазмокоагулазу,
фибринолизин, ДНК-азу, РНК-азу, гемолизины),
субстратами для них являются клетки и ткани
макроорганизма;
• эти ферменты рассматриваются как факторы
патогенности;
• их активность обусловливает наличие неспецифических
клинических симптомов при бактериальных инфекциях
(головная боль, головокружение, слабость,
утомляемость).

34. Гемозилин

Гемолизин вызывает гемолиз эритроцитов. Присутствие
гемолизина можно установить на кровяном агаре по образованию
зоны просветления (зоны гемолиза) вокруг колоний.
(A) Staphylococcus aureus ATCC 25923 (B) Enterococcus durans KLDS6.0930

35. Летициназа

Лецитиназа расщепляет лецитины на фосфохолины и нерастворимые в
воде диглицериды.
Продуцируется Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, Pseudomonas
aeruginosa и Listeria monocytogenes.
На желточном агаре действие этого фермента проявляется в виде
опалесцирующей зоны (радужного венчика) вокруг колоний

36. ДНКаза

ДНКаза катализирует гидролитическое расщепление полинуклеотидной цепи
ДНК с образованием отдельных нуклеотидов и олигонуклеотидов.
Для выявления ДНК-азы используют агар, содержащий водный раствор ДНК
и раствор кальция хлорида. После выращивания культуры на чашки наносят
раствор соляной кислоты. Положительная реакция проявляется прозрачной
зоной деполимеризованной ДНК вокруг колоний на мутном фоне,
образованном в результате взаимодействия ДНК с соляной кислотой.
Выявление ДНКазы стафилококков: а – положительная реакция, б –
отрицательная реакция

37. Плазмокоагулаза и фибринолизин

Плазмокоагулаза – протеаза, вызывающая свертывание плазмы in vitro и in vivo.
Бактерии покрываются фибриновым чехлом, защищающим их от фагоцитоза.
Большие концентрации коагулазы, циркулирующие в организме больного, приводят к
понижению свертываемости крови, нарушению гемодинамики, прогрессирующему
кислородному голоданию тканей.
Фибринолизины (стрептокиназа и
стафилококкокиназа) растворяют сгусток фибрина,
ограничивающий местный очаг воспаления, что
позволяет бактериям быстро распространяться в
органы и ткани.
Плазмокоагулаза вызывает коагуляцию плазмы
крови (образование сгустка). Фибринолизин
лизирует фибриновые сгустки.
Присутствие плазмокоагулазы и фибринолизина
определяется с помощью одного теста. В пробирку
с плазмой вносят исследуемую культуру. При
наличии плазмокоагулазы через 3-4 часа при
комнатной температуре образуется сгусток.
При дальнейшем культивировании при
температуре 36ОС в случае синтеза фибринолизина
сгусток разжижается.
Коагуляция плазмы крови (верхняя
пробирка) и разжижение сгустка
(нижняя пробирка).

38. Хромогенные среды

-- дифференциальные среды нового поколения, принцип действия которых основан на
выявлении высокоспецифичных ферментов у искомых микроорганизмов. К таким
ферментам относятся, например β-D-глюкуронидаза Escherichia coli или α-Dглюкозидаза энтерококков.
Для обнаружения уникального фермента и идентификации микроорганизма в состав
среды вводят хромогенный субстрат -- вещество, при расщеплении которого этим
ферментом образуются окрашенные продукты. В результате микробные колонии
окрашиваются в определенный цвет.
Штаммы Salmonella serovar enteritidis лиловые колонии, синие - Escherichia coli и
Citrobacter freundii, а неокрашенные Morganella morganii (посев кала, инкубация
20 ч при 37°C)

39. Ферментативная активность бактерий – основа инженерной энзимологии

Инженернная энзимология - научно-техническое направление
биотехнологии - система методов получения, очистки, стабилизации и
применения ферментов. Основной задачей инженерной энзимологии
является конструирование биоорганических катализаторов с
заданными свойствами на основе ферментов или ферментных
комплексов и разработка на их базе различных эффективных и
экологически чистых биотехнологических процессов.
Высокая субстратная специфичность ферментативного катализа и
уникальная способность ускорять реакции в десятки и сотни раз в
условиях нормального давления и физиологических температур
позволяют получать высокие выходы продуктов и создавать
практически безотходные биотехнологические процессы, не
загрязняющие окружающую среду.
Эффективные биотехнологические процессы на основе
ферментативного катализа используются все шире в различных сферах
человеческой деятельности: пищевой промышленности, энергетике,
медицине, биоэлектрокатализе и микроэлектронике.

40. Применение ферментов микробного происхождения в медицине: энзимодиагностика и энзимотерапия

• Ряд ферментов применяют в так называемой заместительной
терапии для восполнения имеющегося ферментативного
дефицита (например, пищеварительных ферментов).
• Препараты протеиназ используют для удаления некротических
тканей в ходе лечения гнойных ран и ожогов.
• Бактериальную аспарагиназу, расщепляющую аспарагин,
необходимый лейкозным клеткам, применяют при ряде
злокачественных заболеваний.
• Препараты протеиназ (террилин и стрептокиназа) обладают
тромболитическим действием и применяются для борьбы с
тромбозами.
• Гиалуронизада – для рассасывания рубцов.
• Холестеринэстераза гидролизует холестерин, локализованный
на внутренних стенках кровеносных сосудов.

41. Рост микроорганизмов — генетически контролируемое увеличение объема и массы микробной клетки, связанное с синтезом новых

веществ. Рост в
применении к популяции — увеличение биомассы популяции
лаг-фаза (от англ. lag — отставание), в среднем
длится 1–2 ч. Начало лаг-фазы связано с
адаптацией клеток к среде обитания.
В этом периоде увеличивается размер
клеток, повышается содержание РНК
в 8–12 раз. Деления клеток при этом
почти не происходит.
Полноценная среда, физиологически
активная посевная культура, которая
подготовлена к синхронному
делению, способствуют короткой лагфазе (или ее отсутствию) и переходу к
следующей фазе. Синхронизации
можно достичь с помощью:
• пониженной температуры,
• ограничения питательных веществ,
• фильтрации, обеспечивающей
пропускание клеток
определенного размера.
Синхронизация длится 2–4 генерации,
а далее наступает асинхронный рост.

42. Рост микроорганизмов — генетически контролируемое увеличение объема и массы микробной клетки, связанное с синтезом новых

веществ. Рост в
применении к популяции — увеличение биомассы популяции
Фаза логарифмического (экспоненциального)
роста начинается, когда скорость роста клеток
всей популяции достигает постоянной
величины, средняя продолжительность ее 5–6
часов.
Скорость деления клеток
максимальная, но клетки имеют
наименьший размер.
Популяция бактериальной культуры
состоит из делящихся клеток и
достаточно стандартна по своим
свойствам (содержание белка,
нуклеиновых кислот, наиболее
выраженные видовые признаки),
поэтому эта фаза удобна для
определения многих параметров
популяции (плотность бактерий,
скорости роста и потребления
субстрата, содержание
биополимеров клетки).
В этот период отмечено снижение
резистентности к агрессивным
веществам.

43. Неограниченный рост в закрытой от доступа дополнительных питательных веществ периодической культуре невозможен. Если в

питательной среде
создают условия для поддержания микробной популяции в
экспоненциальной фазе — это хемостатные (непрерывные) культуры.
фаза отмирания характеризуется массовой
гибелью бактерий
В бактериальной популяции
отмечается образование
инволюционных форм, автолиз под
действием собственных ферментов.
У бактерий меняются
морфологические и
биохимические свойства. Гибель
может наступить через несколько
дней, недель, месяцев. Например,
энтеробактерии отмирают
медленно в отличие от некоторых
видов бактерий рода Bacillus, гибель
которых происходит быстро.
Этой фазы можно избежать, если использовать метод проточного
культивирования: из питательной среды постоянно удаляются продукты
метаболизма и восполняются питательные вещества

44.

Динамика роста периодических (статических культур),
т.е. культур в ограниченном жизненном пространстве. Рост бактерий в
периодической культуре происходит до тех пор, пока содержание какогонибудь из необходимых им компонентов питательной среды не достигнет
минимума, после чего рост прекращается.
стационарная фаза, или фаза максимальной
концентрации - число жизнеспособных
клеток достигает максимума и не
увеличивается, так как скорость размножения
бактерий равна скорости их отмирания.
Продолжительность этой фазы может быть от
нескольких часов (E.coli) до нескольких дней в
зависимости от вида микроорганизма.
По сравнению с логарифмической
фазой роста культур, клетки в
стационарной фазе меньше по
размеру, содержат меньше РНК,
более устойчивы к различного рода
воздействиям. В этот период в
клетках или в среде
культивирования нередко
накапливаются продукты
вторичного метаболизма.
Апоптоз - при исчерпании
питательного субстрата голодающая
популяция бактерий разделяется на
две субпопуляции, одна из которых
погибает и подвергается автолизу,
клетки же другой популяции,
используя продукты автолиза как
субстрат, продолжают
размножаться.

45. Размножение бактерий

Размножение микроорганизмов — увеличение их концентрации в единице объема
среды, направленное на сохранение вида.
Для микроорганизмов характерно:
– разнообразие способов размножения;
– переключение с одного способа размножения на другой;
– возможность одновременного использования нескольких способов;
– высокая скорость размножения.
1. Бинарное поперечное деление. При этом у большинства Грам+ бактерий деление происходит
путем синтеза поперечной перегородки, идущей от периферии к центру. Клетки большинства
Грам– бактерий делятся путем перетяжки клетки (клетка истончается посередине).
2. Почкование наблюдается у представителей родов Francisella и Mycoplasma и дрожжеподобных
грибов.
3. Фрагментация нитевидных форм характерна для рода Actinomyces и Mycoplasma.
4. Образование экзоспор характерно для мицелиальных актинобактерий, в частности,
Streptomycetes, дрожжеподобных и плесневых грибов.
5. Особый цикл развития наблюдается у Chlamydia. К делению в клетках макроорганизма способны
лишь вегетативные формы хламидий (ретикулярные или инициальные тельца).
6. Множественное деление описано для одной группы одноклеточных цианобактерий. В основе
множественного деления лежит принцип равновеликого бинарного деления. Отличие заключается
в том, что в этом случае после бинарного деления не происходит роста образовавшихся дочерних
клеток, а они снова подвергаются делению.

46. Вегетативное размножение бактерий

47. Деление кокков

Расхождение образовавшихся дочерних клеток происходит в результате
лизиса среднего слоя клеточной стенки. Если после многократного деления в
одной плоскости клетки не расходятся, образуются цепочки клеток
(Streptococcus) или парные клетки. После бинарного деления и
расхождения клеток в нескольких плоскостях образуются клеточные
скопления разной формы: гроздья (Staphylococcus), пакеты (Sarcina).

48. Чувство кворума ( Quorum sensing effect)

-- социальное поведение бактерий. Когда количество клеток бактерий достигает
определенной плотности, они с помощью сигнальных молекул (аутоиндукторов) могут
координировать свои действия: например, образовывать биопленки, совместно вырабатывать
токсины или ферменты, например, деактивирующие антибиотики.
Перспективный путь борьбы с ними -- ферментативная деградация сигнальных молекул
для предотвращения образование биоплёнок и выработки факторов вирулентности.
Микроорганизм
Сигнальные
молекулы
Регулируемые функции
Оппортунисты (условнопатогенные
микроорганизмы)
Pseudomonas aeruginosa
Бутаноил-ГЛ +
оксододеканоилГЛ
Синтез ферментов: эластазы, протеазы,
фосфолипазы; экзотоксинов A и S, рамнолипидные
биосурфактанты.
Образование биопленок, которые защищают м-мы
от фагоцитов и системы комплимента организма
хозяина, снижают эффективность антибиотиков.
Enterococcus faecalis
олигопептид
Конъюгация и перенос плазмид, которые кодируют
синтез гемолизинов, образование бактериоцина,
устойчивость к тетрациклину.