Физиология бактерий. Метаболизм, питание, рост и размножение бактерий

1. …

ЛЕКЦИЯ:
ФИЗИОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ.
МЕТАБОЛИЗМ, ПИТАНИЕ, РОСТ И
РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ

2.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
План лекции:
Химический состав бактериальной клетки.
Пищевые потребности микроорганизмов.
Типы питания по усвоению азота и углерода.
Классификация микроорганизмов по отношению к кислороду.
Ферменты бактерий.
Пигменты бактерий.
Рост и размножение бактерий.
Питательные среды. Классификация питательных сред.
Бактериологический метод исследования.

3. Физиология микроорганизмов

• Физиология микроорганизмов изучает
биохимические и энергетические
процессы, которые происходят в
бактериальной клетке и обеспечивают
воссоздания ее структурного
материала и энергетические
потребности

4.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ
азот (8— 15% сухого остатка),
углерод (45—55% сухого остатка),
кислород (30% сухого остатка),
водород (6—8% сухого остатка).
• Вода (75—85%)
Вода - структурный элемент цитоплазмы. Свободная вода
является растворителем для кристаллических веществ,
источником водородных ионов и участником химических
реакций.
• Минеральные вещества бактерий

5.

• Белок. на его долю приходится 50—80% сухого вещества
бактериальной клетки Он распределен в цитоплазме,
нуклеоиде, цитоплазматической мембране и других
клеточных структурах. К белкам принадлежат ферменты,
многие токсины.
• Нуклеопротеиды — соединение белка с нуклеиновыми
кислотами ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты: ДНК
определяет генетические свойства, РНК — биосинтез белка.
• Углеводы — 12—18% сухого вещества. Это основной источник
энергии и углерода. Многие структурные компоненты клетки
состоят из углеводов (оболочка, капсула, слизистый слой).
• Липиды — составляют ~ 10% сухого остатка. — это запасные
вещества, повышающие устойчивость бактерий во внешней
среде. Связываясь с белками и углеводами, липиды
составляют сложный комплекс, определяющий токсические
свойства микроорганизмов.

6. Клеточный метаболизм.

• Совокупность всех биохимических превращений в
клетке называется метаболизмом. Есть два основных
направления:
• Первый обеспечивает синтез сложных клеточных
соединений из более простых. Потому он получил
название биосинтез, конструктивный метаболизм
или анаболизм.
• Второй -энергетический метаболизм или
катаболизм представляет собой поток реакций,
которые сопровождаются накоплением
электрохимической энергии, что потом используется
клеткой.

7. ПИТАНИЕ БАКТЕРИЙ

По типу питания микроорганизмы делятся на:
• автотрофы – синтезируют все
углеродсодержащие вещества из СО2;
• гетеротрофы – в качестве источника углерода
используют органические вещества;
• сапрофиты – питаются органическими
веществами отмерших организмов;
• паразиты – живут за счет органических веществ
живой клетки

8. Mеханизмы проникновения веществ в клетку

• Пассивная диффузия - градиент концентрации
вещества внутри бактериальной клетки и внешне
одинаков. Она происходит пассивно, потому что
не требует затрат энергии.
• Облегченная диффузия осуществляется за счет
особенных белков - пермеаз, которые содержатся
в цитоплазматичний мембране. Этот процесс
также не требует энергетического обеспечения.

9. Облегченная диффузия

10. …

• Большинство питательных веществ,
метаболитов, ионов проникают в клетку с
помощью активного транспорта.
Его также обеспечивают белки-пермеазы, но
они являются высокоспецифическими и
способны переносить только определенные
субстраты. Этот процесс происходит за счет
энергии, которую генерирует клетка, потому
возможен перенос и против градиента
концентрации вещества.

11.

По использованию энергии
Фототрофы - используют для
биосинтетических реакций энергию
солнечного света
Хемотрофы - получают энергию за
счет окисления органических
соединений
На протяжении своей эволюции бактерии
произвели три способа получения энергии:
брожение, дыхание и фотосинтез

12. ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ

• Облигатные (строгие) аэробы развиваются при
наличии в атмосфере 20% кислорода
• Облигатные анаэробы — бактерии, для
которых наличие молекулярного кислорода
является губительным
• Факультативные анаэробы могут размножаться
как в присутствии, так и в отсутствие кислорода
(большинство патогенных и сапрофитных
микробов)

13. ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ

• Микроаэрофилы нуждаются в значительно
меньшем количестве кислорода, его высокая
концентрация хотя и не убивает бактерии, но
задерживает их рост), некоторые микробы
нуждаются в повышенном содержании
углекислого газа (капнофилы)
• Аэротолерантные бактерии способны расти в
присутствии кислорода, но не использовать
его в качестве источника энергии. Энергию
они получают исключительно с помощью
брожения

14. ФЕРМЕНТЫ БАКТЕРИЙ

Ферментный состав микроорганизмов является
постоянным, а различные виды микробов четко
различаются по набору ферментов.
Биохимические свойства бактерий определяются составом
ферментов:
• сахаролитические –расщепление углеводов;
• протеолитические – расщепление белков,
• липолитические – расщепление жиров,
и являются важным диагностическим признаком при
идентификации микроорганизмов

15.

ПИГМЕНТООБРАЗОВАНИЕ
происходит при хорошем доступе кислорода и определенном
составе питательной среды. Этот признак генетически
детерминирован, поэтому его используют в качестве
дифференцирующего критерия.
Бактерии могут образовывать пигменты разного цвета:
• красный — Serratia marcescens
• золотистый — Staphilococcus aureus
• синий —Pseudomonas aeruginosa
Пигменты бактерий
- защищают их от природной
ультрафиолетовой
радиации,
- участвуют в процессах
дыхания, реакциях синтеза,
- обладают антибиотическим
действием.

16.

S. marcescens
P. aeruginosa
ПИГМЕНТООБРАЗОВАНИЕ
у бактерий

17. РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ

• Большинство прокариот размножаются бинарным делением пополам,
реже почкованием и фрагментацией.
• Бактерии, как правило, характеризуются высокой скоростью
размножения. Время деления клетки у различных бактерий колеблется
довольно в широких пределах: от 20 минут у кишечной палочки до 14
часов у микобактерий туберкулеза.

18. РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ

19. …

• Под ростом понимают координированное
воссоздание бактериальных структур и
соответственно увеличение массы
микробной клетки.
• Размножение - это способность микробов к
самовоспроизведению, при этом
увеличивается количество особей в
популяции на единицу объема среды

20. ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
1.
2.
3.
4.
Латентная фаза
Фаза логарифмического роста
Стационарная фаза
Фаза отмирания

21. Начальная или фаза лага

• охватывает промежуток между
инокуляцией бактерий и достижением
наивысшей скорости их деления. В этот
период происходит адаптация бактерий к
условиям существования. В клетке в 8-12
раз растет количество РНК, увеличивается
концентрация ферментов. Длительность
фазы 1-2 часа.

22. Экспоненциальная (логарифмическая) фаза

• характеризуется постоянной максимальной
скоростью деления клеток и роста их
количества в геометрической прогрессии.
Она зависит от возраста микробов и состава
среды. ПР: энтеробактерии делятся каждые
15-30 мин, стрептококки - 30 мин, а
почвенные нитробактерии и возбудители
туберкулеза - 5-18 час.

23. Стационарная фаза

• наступает тогда, когда число клеток перестает
увеличиваться. Наступает равновесие между количеством
живых микробов и тех, что отмирают. Этому способствует
высокая плотность популяции, дефицит питательных
веществ в среде, низкое парциальное давление кислорода,
накопления токсичных продуктов обмена. Однако
количество биомассы в этот период достигает наивысшего
уровня, потому концентрацию клеток помечают как
максимальную (М-) концентрацию, а величину биомассы сроком выход или урожай. Этот признак является
специфическим и характерным для каждого вида бактерий.
Длится фаза 6-7 год.

24. Фаза отмирания

• Длится до 10 часов и сопровождается
резким уменьшением числа живых клеток.
Этому способствуют значительный
дефицит питательных веществ в среде,
нагромождения кислот, аутолиз под
воздействием собственных ферментов.

25. …

• Время, на протяжении которого
происходит деление микроба, называется
временем генерации

26. Классификация микроорганизмов по температурным оптимумам

Температурный
Микроорганизмы
оптимум
максимум
минимум
Термофилы
50-60 С
75 С
45 С
Мезофилы
30-37 С
43-45 С
15-20 С
Психрофилы
10-15 С
25-30 С
0-5 С

27.

КОЛОНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ –
популяция микробных клеток одного вида, сформировавшаяся в
результате деления одной микробной клетки в условиях
культивирования на плотной питательной среде при оптимальной
температуре

28. Колонии микроорганизмов

29. ФОРМЫ КОЛОНИЙ

30. ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ субстраты, состоящие из компонентов, обеспечивающих необходимые условия для культивирования микроорганизмов

31. КЛАССИФИКАЦИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД

натуральные и синтетические.
жидкие, плотные и полужидкие.
простые и сложные.
основные и специальные.
по назначению:
избирательные среды
среды накопления
консервирующие среды
дифференциально-диагностические
среды
транспортные среды

32.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ СРЕДЫ
используют для определения видовой принадлежности
исследуемого микроба, основываясь на особенностях его обмена
веществ.
ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ.
В таких средах созданы благоприятные условия для развития одного
вида микроорганизма, размножение всех остальных видов
микробов угнетается.

33. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПИТАТЕЛЬНЫМ СРЕДАМ

Питательные среды должны:
Содержать необходимые для питания микроба
питательные вещества.
Иметь реакцию рН, оптимальную для выращиваемого
вида микроба.
Иметь достаточную влажность, так как микробы
питаются по законам диффузии и осмоса.
Обладать изотоничностью.
Быть стерильными, обеспечивая тем самым
возможность выращивания чистых культур микробов.