Физиология и биохимия микроорганизмов

Физиологическая и биохимическая особенность микроорганизмов важна для изучения механизмов патогенного действия, культивирования, дифференцировки и идентификации отдельных микроорганизмов, а также для разработки отдельных биотехнологий вакцин, антибиотиков, биологически активных веществ.

В состав бактерий входят белки, жиры, НК, углеводы, липиды, минеральные вещества.

Вода - составляет 80% массы клетки. Высушивание клетки приостанавливает процессы метаболизма и размножения, но не убивают ее.

Белки - 40-80% сухой массы бактерий. Они участвуют в процессах метаболизма, обладают ферментативной активностью. Белки обладают антигенными и иммуногенными свойствами, вирулентностью и видовой принадлежностью.

НК (нуклеиновые кислоты) - 10-30% сухой массы. ДНК - определяет наследственность. РНК - информационная, матричная, транспортная, рибосомальная. Участвуют в биосинтезе белка.

Углеводы - моно- и дисахариды составляют 12-18% сухой массы. Полисахариды часто входят в состав капсул. Крахмал и гликоген являются запасными питательными веществами.

Липиды - входят в состав цитоплазматической мембраны и ее производных. В цитоплазме откладываются про запас. Липиды представлены фосфолипидами, жирными кислотами и глицерином.

Минеральные вещества - 2-14% сухой массы. Фосфор, калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы - цинк, медь, кобальт, барий, марганец. Они участвуют в регуляции осмотического давления, окислительно-восстановительных реакциях, активируют ферменты и входят в состав витаминов.

Питание бактерий

Пищевые потребности - любое вещество, попав в организм, служит источником энергии для роста организма.

Метаболизм бактерий - обмен веществ, включает в себя два процесса: ассимиляцию и диссимиляцию. Катаболизм - энергетический обмен. Анаболизм - пластический обмен или ассимиляция.

По способу питания бактерии можно разделить на 6 групп:

1. Аутотрофы - бактерии, используют для построения своих клеток углекислый газ.

2. Гетеротрофы - питаются готовыми органическими соединениями.

3. Сапрофиты - гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов.

4. Паразиты - бактерии, существующие за счет органических веществ живых клеток и тканей, вызывающие заболевания у человека или животных.

5. Фототрофы - фотосинтезирующие бактерии.

6. Хемотрофы - бактерии, синтезирующие химическую энергию.

Ростовые факторы - аминокислоты, пурины, пиримидины, витамины (вещества, необходимые для роста микробов на питательных средах). Некоторые микроорганизмы самостоятельно синтезируют необходимые им ростовые факторы, другие получают их готовыми из окружающей среды.

Гипотрофия - обеспечивают свою жизнедеятельность за счет клеточных структур (внутриклеточные паразиты).

Аутсотрофия - для своего роста микроорганизмы требуют дополнительных компонентов, которые называют факторами роста. Они ассимилируют факторы роста в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина.

Зетротрофы - наиболее важные объекты для медицинской микробиологии.

Дыхание бактерий

По отношению к молекулярному кислороду бактерии делят на облигатные, т.е. обязательные аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы.

· Облигатные (строгие) могут расти только при наличии кислорода.

· Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды) растут на среде бес кислорода, который для них токсичен.

· Факультативные анаэробы могут расти как при наличии кислорода, так и без него, поскольку они способны переключаться с дыхания на брожение (большинство патогенных и сапрофитных микроорганизмов).

Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода.

Рост и размножение

Рост- формирование структурно-функциональных компонентов клетки и увеличение самой бактериальной клетки.

Размножение- самовоспроизведение, приводящее к увеличению количества бактериальных клеток в популяции. Бактерии размножаются бинарным делением пополам, реже почкованием. При размножении микробной клетки наиболее важные процессы происходят в нуклеотиде, содержащем молекулу ДНК.

В жидкой питательной среде, размножаясь, бактерии потребляют питательные элементы и выбрасывают продукты метаболизма. Это приводит к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование называют периодическим, а культуру - периодической. При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный рост культуры. Здесь наблюдается последовательная смена отдельных фаз в развитии популяций, отражающая общую закономерность роста и размножения бактериальных клеток.

Фазы роста

1. Исходная стационарная фаза начинается после введения бактерий в питательную среду.

2. Лаг-фаза, или фаза задержки роста, характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой.

3. Лог-фаза (логарифмическая) отличается максимальной скоростью размножения и увеличения их количества.

4. Фаза отрицательного ускорения характеризуется меньшей активностью бактериальных клеток.

5. Стационарная фаза характеризует равновесие между количеством погибших, вновь образующихся и находящихся в состоянии покоя.

6. Фаза гибели бактерий.

Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий (синий, кроваво-красный, желтый).