Вопрос 4.Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки
1. Споры
2. Жгутики
3. Ворсинки
4. Капсула
1. Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды.
Располагаются внутри клетки терминально, субтерминально или центрально.
Спорообразуюише палочки называются бациллами. В проиессе спорообразования клетка почти полностью теряет воду, сморщивается, клеточная стенка уплотняется. Появляется новое вещество — дипиколинат кальция, которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолетовых лучей.
В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться годами, но при попадании в благоприятные условия спора впитывает влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается, и спора превращается в вегетативную клетку. Таким образом, споруследует рассматривать не как способ размножения, а только как форму существования бактериальной клетки в неблагоприятных условиях.
Преобразования идут по следующей схеме: 1 клетка — 1 спора — 1 клетка, т. е. увеличения количества бактериальных клеток не происходит.
Спорообразование характерно в основном для грамположитель-ных бактерий.
У грамотрицателъных бактерий эквивалентом спорообразования является переход в так называемое некультивируемое состояние. Втакой форме они также длительно сохраняются в окружающей среде.
При использовании окраски по Граму споры не воспринимают красителей, поэтому на окрашенном фоне они бесцветны. Окрашиваются споры с помощью специальных методов окраски, например по Ожешко или Клейну.
2. Многие бактерии имеют жгутики, количество и расппппжение которых у разных родов неодинаково:
• монотрихии имеют только один жгутик (род Vibrio);
• лофотрихии — пучок жгутиков на одном полюсе клетки (род Pseudomonas);
• у амфитрихов жгутики (один или пучок) расположены на обоих полюсах клетки (род Spirillum);
• у перитрихов — по всей поверхности (род Escherichia, Salmonella). По своему строению жгутикипредставляют собой спирально закрученные нити, состоящие из специфического белка флагелли-на, который по своей структуре относится к сократительным белкам типа миозина.
При окраске по Граму жгутики не видны. Изучать подвижность бактерии можно как с помощью микроскопических методов (фазово-контрастная микроскопия препаратов "висячая" или "раздавленная" капля), так и посевом — уколом в полужидкий агар или специальную среду (среду Пешкова).
3. На поверхности ряда бактерий обнаружены белковые образования — ворсинки(фимбрии, пили).
Фимбрии отходят от поверхности клетки и состоят из белка, называемого пилином.
Различают более 60 видов ворсинок, из которых наиболее изучены следующие:
• F-pili — половые пили;
• common pili — пили, ответственные за адгезию.
4. Капсула бактерий — это утолщенный наружный слой клеточной стенки.
Капсулы могут быть построены из полисахаридов (пневмококк) или белков (возбудитель сибирской язвы).
Большинство бактерий, особенно патогенных, образует капсулу только в организме человека или животных. Однако существует род истинно капсулъных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и при культивировании на искусственных питательных средах.
Некоторые бактерии могут иметь микрокапсулу, выявляемую только при электронной микроскопии (эшерихии), или неявно выраженную способность к капсулообразованию — так называемую "нежную" капсулу (золотистые стафилококки, менингококки).
Основное предназначение капсул — зашита бактерий от фагоцитоза.
При окраске мазков по Граму истинно капсульные бактерии имеют характерное взаиморасположение (на расстоянии друг от друга). При световой микроскопии капсулы четко не видны, в связи с чем наличие капсул у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например по методу Гимзе. Для выявления капсул и бактерий, образующих их в организме, используют микроскопию мазков, приготовленных из патологического материала, или мазков-отпечатков из органов погибших животных.
Вопрос 5. Питание и особенности метаболизма бактерий
1. Химические компоненты бактериальной клетки
2. Питание бактерий
3. Метаболизм бактерий
1. Процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров (органоидов), называется питанием.
Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются органогены — кислород, водород, углерод, азот, фосфор. По химическому составу и характеру биополимеров (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды) прокариотические клетки не отличаются от эукариотических.
2. Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т. е. являются голофитными.
Поступление питательных веществ в микробную клетку может происходить за счет:
• осмоса и диффузии по градиенту концентрации без затрат энергии;
• пассивного транспорта, который также осуществляется по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков, но без затрат клеткой энергии, и отличается от диффузии большей скоростью;
• активного транспорта, который идет против градиента концентрации с затратой энергии и возможным частичным расщеплением субстрата, осуществляется белками-переносчиками или ферментами — пермеазами.
По источникам углерода, необходимого для построения биополимеров, бактерии делятся на следующие группы:
• автотрофы — микроорганизмы, которые используют как единственный источник углерода углекислый газ и не нуждаются в сложных органических соединениях;
• гетеротрофы — микроорганизмы, которые используют в качестве источника углерода разнообразные органические углеро-досодержащие соединения (углеводы, углеводороды, аминокислоты, органические кислоты) как биологического, так и небиологического происхождения.
В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся:
• на фототрофные, способные использовать солнечную энергию,
• хемотрофные, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.
В зависимости от природы доноров электронов:
• фототрофные литотрофы;
• хемотрофные литотрофы — использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения;
• фото- и хемоорганотрофы — использующие только органические соединения. К последним принадлежит значительное большинство бактерий, в том числе патогенные для человека виды. По источникам азота:
• азотфиксирующие микроорганизмы — способны усваивать молекулярный азот атмосферы;
• микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот:
• солей аммония — аммонифицирующие;
• нитратов — нитратредуцирующие;
• нитритов — нитритредуцирующие.
Однако большинство патогенных для человека микроорганизмов способны ассимилировать только азот органических соединений.
Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из указанных компонентов, называются прототрофами.
Микроорганизмы, неспособные синтезировать какое-либо из необходимых соединений и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофами по этому соединению. Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.
3. Метаболизм (обмен веществ) бактерий представляет собой совокупность 2 взаимосвязанных противоположных процессов: катаболизма и анаболизма.
Катаболизм (диссимиляция) — распад веществ в процессе ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом энергии в молекулах АТФ.
Анаболизм (ассимиляция) — синтез веществ с затратой энергии. Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:
• его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что возможно обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к единице массы, чем у многоклеточных;
• процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;
• субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк — от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до органических соединений, включая антропогенные вещества — загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения);
• бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов — это также способствует высокой интенсивности метаболических процессов и широте субстратного спектра.
Ферменты бактерий по локализации делятся на 2 группы:
• экзоферменты — ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (протеазы, полисахариды, олигосахаридазы);
• эндоферменты — ферменты бактерий, действующие на субстраты внутри клетки (расщепляющие аминокислоты, моносахара, синтетазы).
Синтез ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т. е. для одних — репрессируется, а для других — индуцируется субстратом. Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствующего субстрата в среде (бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными.
Другая группа ферментов, синтез которых не зависит от наличия субстрата в среде, называется конститутивными (ферменты гликолиза). Их синтез имеет место всегда, и они всегда содержатся в микробных клетках в определенных концентрациях. Изучают метаболизм бактерий с помощью физико-химических и биохимических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на специальных питательных средах, содержащих то или иное соединение в качестве субстрата для трансформации.
Такой подход позволяет судить об обмене веществ путем более , детального изучения процессов различных видов обмена (белков, углеводов) у микроорганизмов.
Вопрос 6.Особенности белкового и углеводного обмена у бактерий
1. Белковый обмен
2. Углеводный обмен
3. Типы биологического окисления у бактерий
1. Белковый обмен у бактерий:
-процесс синтеза собственных аминокислот и белков путем ассимиляции необходимых компонентов из внешней среды;
- внеклеточное расщепление белков под воздействием различных ферментов.
Если расщепление белков происходит в анаэробных условиях, то процесс называется гниением.
Если в аэробных условиях — тлением.
При наличии у бактерий протеаз белки расщепляются ими до промежуточных продуктов распада — пептонов. При наличии пептидаз пептоны расщепляются ими до аминокислот и продуктов их распада (аммиака, сероводорода, индола). Протеолитические (способность расщеплять белки) и пептоли-тические (способность расщеплять пептоны) свойства выражены далеко не у всех бактерий, поэтому их изучение в совокупности с другими ферментативными свойствами помогает идентифицировать бактерии.
2. Углеводный обмен у бактерий также носит двоякий характер — это процесс синтеза и распада углеводов.
Расщепление углеводов бактериями (сахаролитические свойства) в аэробных условиях с образованием углекислого газа и воды называется горением, а расщепление ими углеводов в анаэробных условиях — брожением.
В зависимости от характера конечных продуктов разложения углеводов в анаэробных условиях различают брожение:
• спиртовое;
• молочнокислое;
• пропионовокислое;
• муравьинокислое;
• маслянокислое;
• уксуснокислое.
Молекулярный кислород в процессах брожения не участвует. Большинство бактерий, осуществляющих брожение, — облигатные анаэробы. Однако некоторые из них — факультативные анаэробы — способны осуществлять процесс брожения в присутствии кислорода, но без его участия. Более того, кислород подавляет процесс брожения, и оно сменяется горением (дыханием — конечный акцептор водорода — кислород). Этот эффект был назван эффектом Пастера и является одним из классических примеров смены метаболизма у бактерий в зависимости от условий среды.
3. Синтез биополимеров бактериальной клетки требует энергии. Она образуется в ходе биологического окисления и запасается в виде молекул макроэргов — АТФ и АДФ.
Органеллами дыхания у большинства бактерий являются производные цитоплазматической мембраны — мезосомы, на которых локализуются специальные дыхательные ферменты типа цитохромоксидаз. Тип биологического окисленияявляется одним из ключевых признаков, позволяющих дифференцировать различные микроорганизмы. По этому признаку выделяют 3 группы бактерий:
• 1-я группа — облигатные аэробы, которые способны получать энергию только путем дыхания и нуждаются в молекулярном кислороде как конечном акцепторе электронов. Для них как тип окислительно-восстановительных процессов характерно окисление, при котором конечным акцептором электронов является кислород;
• 2-я группа - облигатные анаэробы — бактерии, способные расти только в среде, лишенной кислорода. Для них как тип окислительно-восстановительных процессов характерна ферментация, при которой происходит перенос электронов от субстрата-донора к субстрату-акцептору;
• 3-я группа - факультативные анаэробы — бактерии, способные расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода и использовать в качестве терминальных акцепторов электронов как молекулярный кислород, так и органические соединения. Среди них могут быть:
• факультативно-анаэробные бактерии, способные переключаться с окисления на ферментацию (энтеробактерии);
• аэротолерантные факультативно-анаэробные бактерии, которые могут расти в присутствии атмосферного кислорода, но не используют его, а получают энергию исключительно с помощью брожения (молочнокислые бактерии).
Вопрос 7.Рост и размножение бактерий
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 5508;