Что такое дыхание бактерий

Дыхание бактерий

Дыхание (биологическое окисление, катаболизм, диссимиляция) – совокупность биохимических процессов, сопровождающихся образованием энергии, необходимой для жизнеобеспечения клетки. При аэробном типе дыхания бактерии используют энергию в результате окисления веществ кислородом воздуха и способны развиваться только при наличии кислорода. При анаэробном типе дыхания микроорганизмы могут развиваться при отсутствии кислорода, получая энергию в результате ферментативного расщепления органических веществ. Существуют также факультативные анаэробы, растущие как при наличии, так и при отсутствии кислорода. Определяют тип дыхания микроорганизмов посевом культуры бактерий уколом в высокий столбик агара. При этом аэробы вырастают в верхней части среды, факультативные анаэробы – по всей длине укола, анаэробы – в нижней части посева.

У прокариотов возможны три пути получения энергии, которые различаются по выходу энергии (табл. 4):

1. Фотосинтез (фотосинтетическое фосфорилирование), в котором принимают участие энергия фотонов, хлорофилл или его аналоги – пигменты. Фотосинтез описан у очень небольшой группы микробов (цианобактерии или сине-зелёные водоросли), содержащих пигменты, сходные с хлорофиллом.

2. Дыхание (окислительное фосфорилирование) – окислительно-восстановительный процесс переноса взаимодействия субстрата со свободным кислородом и ферментами дыхательной цепи, цепь реакций биологического окисления. Большинство бактерий, называемых скотобактериями, получают энергию путем химических реакций.

Суть окисления заключается в присоединении кислорода или в отнятии водорода от субстрата, в результате чего происходит расщепление вещества и разрушение химических связей. Энергия этих связей выделяется в окружающую среду и почти на 70% улавливается клеткой в виде биологической энергии, в виде образования высокоэнергетических соединений, главными из которых у прокариот является АТФ (аденозинтрифосфат), УДФ (уридиндифосфат), ферментные комплексы НАДФ (никотинадениндиноклеотидфосфат) и ФАДФ (флавинаденин-динуклеотидфосфат), пирофосфат и волютин (орто- и метафосфаты).

По типу дыхания бактерии делятся на:

· облигатные аэробы (например, нейссерии, синегнойная палочка)растут только при наличии кислорода;

· облигатные анаэробы могут расти только без кислорода (пептострептококки, вейллонеллы, бактероиды фузобактерии, анаэробоспириллы);

· факультативные аэробы и анаэробы могут существовать как в присутствии кислорода, так и без него;

· микроаэрофилы (стрептококки, актиномицеты и некоторые бациллы полости рта)представляют собой небольшую группу факультативно-анаэробных бактерий, устойчивых к действию кислорода в небольших концентрациях (до 5-10%);

· капнофилы(возбудители бруцеллеза, стрептококки полости рта)нуждаются в избыточном количестве углекислого газа (до 20%).

Факультативные анаэробы содержат один или два компонента цитохрома, в то время как строгие анаэробы, как правило, не имеют цитохрома С, поэтому у них конечным акцептором электронов водорода являются неорганические вещества (нитраты, сульфаты, карбонаты). В аэробных условиях электрон водорода от флавопротеина может непосредственно передаваться кислороду с образованием перекиси водорода, гидроксиланиона, супероксиданиона.

При брожении происходит расщепление сложных органических веществ до более просто устроенных с выделением небольшого количества энергии. При поступлении глюкозы в клетку, происходит гликолиз и образуется ПВК. Дальнейшие ее превращения зависят от набора ферментов анаэробных бактерий. В зависимости от того какие конечные продукты образуются, выделяют разные типы брожения:

· Молочнокислое брожение вызывается лактобактериями, бифидобактериями, стрептококками, образуя из ПВК молочную кислоту (гомоферментативное брожение) или молочную, янтарную, уксусную кислоты, ацетон (гетероферментативное брожение). Эти бактерии применяются в производстве молочно-кислых продуктов: ряженки, простокваши, кефира, йогуртов и творога.

· Маслянокислое брожение. Возбудителями этого вида брожения являются анаэробные бактерии рода клостридии, а также бактероиды, фузобактерии и другие микроорганизмы, вызывающие у человека опасные анаэробные инфекции. Основным продуктом брожения является масляная,изомасляная, уксусная, валериановая кислоты.

· Спиртовое брожение. Вызывают дрожжи. В результате спиртового
брожения образуется этиловый спирт, что издавна используется в пивоварении и виноделии.

При субстратном фосфорилировании из глюкозы или других источников углерода выделяется незначительное количество энергии, так как образующиеся при этом продукты брожения (молочная кислота, спирты и др.) сохраняют в себе значительные количества энергии. Поэтому в анаэробных условиях бактериальная культура для получения необходимой энергии во много раз больше разлагает пищевого материала, чем в присутствии кислорода. Теплообразование при развитии бактериальной флоры в органическом материале (навоз, торф, мусор) может привести к его самовозгоранию.

Изучение ферментов бактерий имеет большое практическое значение для разработки методов диагностики (идентификации) возбудителей инфекционных заболеваний по набору ферментов, а также для создания современных биотехнологий получения продуктов питания в том числе молочнокислых продуктов, сыра, хлеба, вина, пива и т.д.

Источник

ГК «Униконс»

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

«АльтерСтарт»

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

ВНИМАНИЕ: Уважаемые клиенты и дистрибьюторы!

Дыхание бактерий

Поступающие в микробную клетку питательные вещества трансформируются затем в те или иные составные вещества цитоплазмы, ядра, оболочки клетки и т. д. Для этих сложных синтетических процессов необходимо определенное количество энергии, которую микробная клетка должна получать для поддержания своей жизнедеятельности так же непрерывно, как и питательные вещества.

Энергия необходима не только для синтетических процессов, но и для других многочисленных проявлений жизнедеятельности бактерий — размножения микробов, движения, образования спор и капсул и т. д.

Всю необходимую энергию микробные клетки получают за счет экзотермических реакций, осуществляемых путем окислительно-восстановительных преобразований различных химических соединений, обладающих большими запасами потенциальной энергии.

Процессы, обеспечивающие энергетические потребности микроорганизмов, объединяются под названием дыхательных. Особенно доступны окислению в процессе дыхания углеводы, освобождающие большое количество энергии. Используются также и другие органические вещества — жиры, белки, кислоты и пр.

Л. Пастер впервые установил необычайную способность некоторых микроорганизмов развиваться без использования кислорода воздуха, в то время как все высшие организмы — растения и животные — могут жить в атмосфере, содержащей кислород.

По этому признаку Л. Пастер разделил микроорганизмы по типам дыхания на две группы — аэробы и анаэробы.

В процессе аэробного дыхания растений и животных органическое вещество окисляется до конечных продуктов — CO₂ и H₂О. При этом освобождается весь запас энергии данного вещества:

У микроорганизмов такое дыхание встречается редко. Чаще органические вещества разрушаются не до конца. Образующиеся при этом все еще довольно сложные продукты могут использоваться человеком в хозяйственных целях (уксусная кислота, сорбоза, диоксиацетон и др.).

Однако при неглубоком окислении выделяется меньше энергии. Например, энергетический баланс при использовании уксусно-кислыми бактериями этилового спирта будет выражен уравнением:

Примерами типичных аэробов являются также чудесная палочка (продигиозум), сенная палочка, бактерии туберкулеза и др. Не только уксусно-кислые, но и некоторые другие аэробные микробы могут быть использованы для получения полезных веществ. Для этого необходимо прекратить процессы окисления, вызываемые этими микроорганизмами, на каком-либо этапе с тем, чтобы не произошло полного окисления и остались продукты с запасом скрытой энергии.

Анаэробы — это микроорганизмы, способные к дыханию без использования свободного кислорода. Анаэробный процесс дыхания у микроорганизмов происходит за счет отнятия у субстрата водорода. Отношение анаэробных микроорганизмов к кислороду различно. Одни из них совсем не переносят кислорода и носят название облигатных, или строгих, анаэробов. К их числу принадлежат, например, возбудители масляно-кислого брожения, столбнячная палочка, возбудители ботулизма: Другие микробы могут развиваться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их называют факультативными, или условными, анаэробами; это молочно-кислые бактерии, кишечная палочка, протей, дрожжи и др.

В зависимости от условий существования факультативные анаэробы могут изменять анаэробный тип дыхания на аэробный. Так, дрожжи при ограниченном притоке кислорода разлагают сахар на спирт и углекислоту; при обильной аэрации у них преобладает аэробное дыхание с полным окислением Сахаров до углекислого газа и воды.

Разрушение энергетического материала в анаэробных процессах всегда идет не до конечных продуктов, образуя целый ряд нужных человеку веществ — этиловый и бутиловый спирты, масляную и молочную кислоты и др.

Типичные анаэробные дыхательные процессы принято называть брожениями. Примером получения энергии анаэробным путем может служить спиртовое брожение, осуществляемое многими дрожжами и некоторыми другими микроорганизмами по схеме:

Из приведенного уравнения видно, что часть субстрата, превратившаяся в углекислый газ, представляет собой глубоко окисленное по сравнению с гексозой соединение (отношение числа атомов углерода к кислороду в составе углекислого газа равно 1:2 против исходного 1:1). Зато другая часть, превратившаяся в этиловый спирт, восстановилась (отношение числа углеродных атомов к кислороду 2:1),

Окислительно-восстановительный процесс затронул исходный продукт сбраживания без участия кислорода.

Такой тип превращений субстрата характерен и для всех типичных брожений — молочно-кислого, масляно-кислого и др.

К числу анаэробов принадлежат представители различных групп микроорганизмов; среди них встречаются и болезнетворные, например возбудители газовой гангрены, палочка ботулизма и пр. Болезнетворными анаэробами богата загрязненная почва, поэтому попадание земли в раны может быть очень опасным.

В энергетическом отношении аэробное дыхание во много раз выгоднее анаэробного. Так, при аэробном процессе окисления глюкозы до углекислого газа и воды освобождается примерно в 25 раз больше энергии, чем при анаэробном процессе (например, спиртовом брожении). Это объясняется тем, что конечные продукты, получающиеся в результате анаэробного окисления, всегда представляют собой сложные органические соединения, имеющие большой запас энергии,— спирты, кислоты и др.

Продукты жизнедеятельности одних микроорганизмов часто могут быть энергетическим материалом для других. Так, дрожжи образуют из сахара этиловый спирт, который уксусно-кислые бактерии окисляют в уксусную кислоту.

В большинстве случаев из всего количества энергии, выделившейся из субстрата в ходе дыхательных процессов, на нужды самих микроорганизмов используется примерно лишь четвертая часть. Значительная доля энергии (75-90%) в виде тепла выделяется в окружающее пространство.

Выделение тепла при дыхании микроорганизмов можно наблюдать при выращивании культур в сосудах, защищенных от потери тепла, где температура питательной среды постепенно повышается. Выделением тепла при дыхании микроорганизмов обусловливаются процессы самосогревания влажного сена, навоза, торфа, зерновых масс, муки.

Существует довольно много светящихся бактерий, у которых окислительные процессы в клетке сопровождаются отдачей световой энергии. Свечение морской воды, прелого дерева, пищевых продуктов (мяса, рыбы) обусловливается присутствием светящихся бактерий, или фотобактерий. Их свечение объясняется интенсивным окислением кислородом особых фотогенных веществ. Установлено, что светиться могут и убитые бактерии.

По современным представлениям, значение дыхания в обмене веществ не ограничивается ролью только энергетического процесса. Установлено, что часть более или менее простых веществ, образующихся в ходе дыхания, вновь вовлекается в процесс синтеза необходимых для организма сложных соединений, т. е. используется в пластических целях.

Заканчивая рассмотрение обмена веществ микроорганизмов, следует обратить внимание на то, что неизбежно выделяемые ими в окружающую среду продукты жизнедеятельности, накапливаясь, оказывают губительное влияние на сами микроорганизмы, их выделяющие. При возрастании концентрации продуктов обмена в среде процессы жизнедеятельности замедляются и практически могут прекратиться совсем. Так, жизнедеятельность дрожжей значительно замедляется при накоплении в сбраживаемом субстрате 10—14 % спирта; не более 3-4 % уксусной кислоты могут переносить уксусно-кислые бактерии. Объяснить это явление можно тем, что продукты обмена затормаживают течение тех самых биохимических реакций, которые необходимы для поддержания нормальной жизнедеятельности клеток и итогом которых является образование этих веществ. Иллюстрацией может служить затруднение дыхания у всех, в том числе и у человека, в результате накопления углекислого газа, выделяющегося при дыхании. Некоторые продукты обмена, обладающие широким спектром действия, т. е. оказывающие влияние не только на продуцирующие их организмы, но и на другие, находят применение в хозяйственной практике. Так, молочная и уксусная кислоты, углекислый таз, этиловый спирт и другие применяют для защиты пищевых продуктов от микробиологической порчи.

Источник

Дыхание микроорганизмов

Дыхание микроорганизмов представляет собой био­логическое окисление различных органических соединений и не­которых минеральных веществ. В итоге окислительно-восстано­вительных процессов и брожения образуется тепловая энергия, часть которой используется микробной клеткой, а остальное ко­личество выделяется в окружающую среду. В настоящее время окисление определяют как процесс отнятия водорода (дегидриро­вание), а восстановление — его присоединения. Эти термины применяют к реакциям, связанным с переносом протонов и элек­тронов или только электронов. При окислении вещества происхо­дит потеря электронов, а при восстановлении — их присоединение. Считают, что перенос водорода и перенос электронов — эквивалентные процессы.

Энергия, освобождаемая в процессе окислительно-восстановительных реакций, накапливается в макроэргических соединениях АДФ и АТФ (аденозиндифосфат и аденозинтрифосфат). Эти соединенияимеют макроэргические связи, обладающие большим запасом биологически доступной энергии. Они локализованы в сложно устроенных структурах микробных клеток — мезосомах, или митохондриях.

По типу дыхания микроорганизмы делят на аэробов, анаэробов и факультативных анаэробов.

Аэробное дыхание микроорганизмов — это процесс, при котором последним акцептором водорода (протонов и электронов) является молекулярный кислород. В результате окисления главным образом сложных органических соединений образуется энергия, которая выделяется в среду или накапливается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Различают полное и неполное окисление.

Полное окисление. Основной источник энергии у микроорганизмов — углеводы. В результате расщепления глюкозы в аэробных условиях процесс окисления идет до образования диоксида углерода и воды с выделением большого количества свободной энергии:

Неполное окисление. Не все аэробы доводят реакции окисления до конца. При избытке углеводов в среде образуются продукты неполного окисления, в которых заключена энергия. Конечными продуктами неполного аэробного окисления сахара могут быть органические кислоты: лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная и другие, которые образуются плесневыми грибами. Так же осу­ществляется аэробное дыхание уксуснокислыми бактериями, в которых при окислении этилового спирта образуется не диоксид углерода и вода, а уксусная кислота и вода:

этиловый спирт уксус. к-та

Окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями мо­жет идти и дальше — до появления диоксида углерода и воды, при этом освобождается большое количество энергии:

Анаэробное дыхание осуществляется без участия молекулярного кислорода. Различают собственно анаэробное дыхание (нитратное, сульфатное) и брожение. При анаэробном дыхании акцепто­ром водорода являются окисленные неорганические соединения, которые легко отдают кислород и превращаются в более восста­новленные формы. Нитратное дыхание — восстановление нитратов до молекуляр­ного азота. Сульфатное дыхание — восстановление сульфатов до сероводо­рода.

Брожение — расщепление органических углеродсодержащих соединений в анаэробных условиях. Оно характеризуется тем, что последнимакцептором водорода служит молекула органического вещества с ненасыщенными связями. Вещество при этом разлагаетсятолько до промежуточных продуктов, представляющих собой сложныеорганические соединения (спирты, органические кислоты). Заключенная в них энергия не используется микробами, а образовавшаяся в небольших количествах энергия выделяется в ок­ружающую среду.

Типичными примерами анаэробного дыхания являются:

— спиртовое брожение (дыхание дрожжей в анаэробных условиях):

— молочнокислое брожение (дыхание молочнокислых бактерий):

— маслянокислое брожение (дыхание маслянокислых бактерий):

Как видно из приведенных уравнений, при анаэробном дыхании освобождается значительно меньше энергии, чем при аэробном. Поэтому при анаэробном дыхании для того, чтобы обеспечить потребность в необходимом количестве энергии, микроорганизмам необходимо потреблять больше сахаров, чем при аэробном.

Большая часть энергии, образующейся при дыхании, освобождается в окружающую среду. Это вызывает нагревание продуктов, в которых развиваются микроорганизмы. Именно так нагревается вино, в котором происходит спиртовое брожение; нагревается влажное зерно, торф, сено.

Источник

Бактерии. Питание, дыхание, размножение, рост и морфология.

» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>

Бактерии. Питание, дыхание и морфология бактерий.

Бактерии. Положение в системе живого мира

Микроорганизмы.
Многочисленные микроорганизмы строго систематизированы в определенном порядке по их сходству, различиям и взаимоотношениям между собой. Этим занимается специальная наука, называемая систематикой микроорганизмов.

Таксономия – раздел систематики, изучающий как классифицируются микроорганизмы.
Таксон – группа организмов, объединенная по определенным однородным свойствам в рамках той или иной таксоном-кой категории.

Самой крупной таксономической категорией является царство, более мелкими – подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид. Образование названий микроорганизмов регламентируется международным кодексом номенклатуры. Микроорганизмы систематизируются по различным свойствам. В основу положены их морфологические, физиологические, биохимические, молекулярно – биологические свойства. Одной из основных таксономических категорий является вид (species).

Вид – совокупность особей, объединенных по близким свойствам, но отличающиеся от других представителей рода.

Штамм – микроорганизмы чистой культуры, выделенные из определенного источника и отличающиеся от других представителей вида. Штамм – более узкое понятие, чем вид или подвид. Близким к штамму является понятие клона.

Клон – представляет совокупность потомков, выращенных из единой микробной клетки. Для обозначения некоторых совокупностей микроорганизмов, отличающихся по тем или иным свойствам, употребляется суффикс var (разновидность) вместо ранее употребляемого type.

Поэтому микроорганизмы в зависимости от характера различий обозначают:

Бактерии. Физиология

Физиология бактерий изучает процессы питания, дыхания, роста и размножения. Обмен веществ бактериальной клетки с окружающей средой и превращения одних веществ в другие внутри микробной клетки называют метаболизмом.

Все реакции метаболизма делятся на 2 класса:

Физиология бактерий включает процесс анаболизма, когда из простых молекул синтезируются структурные элементы бактериальной клетки, этот процесс идет с использованием энергии. В результате реакций катаболизма происходит расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сложнейшая цепь биохимиескмх реакций анаболизма и катаболизма, вкотором участвуют белки, жиры, углеводы, витамины обслуживает одну главную реакцию – реакцию удвоения ДНК, в результате чего из 1 клетки образуется 2.

При благоприятных условиях процесс удвоения ДНК в бактериальной клетке идет непрерывно. Реакции метаболизма относятся к биохимическим реакциям, т.е. с помощью биологических катализаторов – специальных белковых молекул-ферментов. Биохимические реакции характеризуются: высокой скоростью, специфичесностью: каждый фермент способен реагировать только с обним определенным веществом (субстрат) и превращать его во вполне определенное вещство (продукт или продукты).

1 фермент + 1 субстрат = 1 продукт

ДНК бактерий содержит около 1тыс. генов. Почти все они кодируют набор ферментов, характерных для определенного вида бактерий. Таким образом набор ферментов, закодированных в ДНК бактерий, является постоянным, используется для идентификации, т.е. определения вида бактерий.

В качестве примеров ферментов агрессии можно привести гиалуронидазу – расщепляет гиалуроновую кислоту соелинительной ткани, коллагеназу – расщепляет коллагеновые волокна, лецитиназу, РНК-азу, ДНК-азу, лейкоцидины, гемолизины.

Ферменты бактерий подразделяются не конститутивные и индуцибельные. Конститутивные ферменты постоянно присутствуют в клетке в определенных количествах. Индуцибельные начинают синтезироваться только при наличии потребности в них, т.е. при наличии потребности в них т.е. при наличии в среде субстрата с которым он реагирует. Пример бета-галактозидаза – синтезируется только, когда в среде присутствует сахар лактоза.

Бактерии. Питание бактерий.

Питание бактерий осуществляется за счет поступления питательных субстратов внутрь через всю поверхность клетки, кроме того бактериальная клетка имеет высокую скорость процессов метаболизма и адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Бактерии. Типы питание бактерий.
Широкому распространению бактерий способствует разнообразие типов питания. В зависимости от источников углерода они делятся на

Аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве, серобактерии, обитающие в воде с сероводородом, железобактерии и прочие.

Сапрофиты – свободноживущие микроорганизмы, в качестве питательных веществ используют органические соединения погибших организмов или продукты их жизнедеятельности. Средой обитания бактерий-паразитов является живой организм. Бактерии паразиты являются патогенными, т.е. болезнетворными.

Бактерии-симбионты обитают в кишечнике человека и животных и выполняют жизненно-важные функции для организма хозяина.

Бактерии. Факторы роста.
Микроорганизмам для роста на питательных средах необходимы определённые дополнительные компоненты, которые получили название факторов роста.

Факторы роста — необходимые для микроорганизмов соединения, которые они сами синтезировать не могут, поэтому их необходимо добавлять в питательные среды. Среди факторов роста различают: аминокислоты, необходимые для построения белков, пурины и пиримидины, которые требуются для образования НК, витамины, входящие в состав некоторых ферментов.

Для обозначения отношения микроорганизмов к фактором роста используют термины ауксотрофы и прототрофы.

Ауксотрофы нуждаются в одном или нескольких факторах роста, прототрофы способны сами синтезировать необходимые для роста соединения.

Они способны синтезировать компоненты из глюкозы и солей аммония.

Бактерии. Химический состав.

Вода – 70%, Сухое вещество – 30%. Белки – 52, полисахариды – 16. Липиды – 9,4, РНК – 16, ДНК – 3.2, неорганические соединения – 0,4.

Потребность бактерий в химических элементах:

Макроэлементы (органогены). 60% в сумме. С50, N14, Н8, О20, микроэлементы – К, Ca, Mg, Na, S, P, Cl, и ультрамикроэлементы: B, Wa, Fe, Co, Cu, Zn.

Источники получения питательных веществ.

Бактерии, способные расти на простых питательных средах, все необходимые элементы получающие на средах, содержащих 1 органическое вещество, 1 углевод (глюкозу), а остальные вещества в виде неорганических соединений, называются прототрофами.

Бактерии, нуждающиеся в дополнительных органических веществах, называются ауксотрофами.

Для культивирования ауксотрофоов необходима добавка в питательную среду специальных факторов роста: аминокислот, витаминов, пуринов, пиримидинов, липидов, гексозы, пептидов.

Многие патогенные микроорганизмы являются ауксотрофами, т.е. для их культивирования необходима добавка в питательную среду факторов роста.

Бактерии. Механизмы питания.
Поступления различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде. pHсреды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран и др.

Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600Д. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана.

Питание бактерий и проникновение питательных веществ в клетку осуществляется такими механизмами:

Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку — простая диффузия.

Бактерии. Дыхание бактерий

Дыхание бактерий (биологическое окисление) основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности.

Дыхание бактерий включает процессы окисления и восстановления:

Дыхание бактерий подразделяется на виды:

Анаэробиоз (от греч. аег – воздух + bios – жизнь) – жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы.

Облигатные аэробы могут расти только при наличии кислорода. Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут только на среде без кислорода, который для них токсичен. При наличии кислорода бактерии образуют перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксид-анион кислорода, токсичные для облигатных анаробных бактерий, поскольку они не образуют соответствующие инактивирующие ферменты.

Аэробные бактерии инактивируют перекись водорода и супероксид-анион соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой). Факультативные анаэробы могут расти как при наличии, так и при отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присутствии молекулярного кислорода на брожение в его отсутствие. Факультативные анаэробы способны осуществлять анаэробное дыхание, называемое нитратным: нитрат, являющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака.

Среди облигатных анаэробов различают аэротолерантные бактерии, которые сохраняются при наличии молекулярного кислорода, но не используют его.

Для выращивания анаэробов в бактериологических лабораториях применяют анаэростаты – специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода. Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами.

Дыхание бактерий относится к реакциям катаболизма. В результате дыхания происходит расщепление сложных молекул до простых с выделением энергии, которая запасается в молекулах АТФ (КПД около 40%).

Процесс дыхания – это реакция окисления углеводов, которая может происходить в бескислородных условиях – анаэробный тип дыхания или гликолиз, и в присутствии кислорода – аэробный тип дыхания или окислительное фосфорилирование.

По типу дыхания бактерии делятся на аэробные и анаэробные. Существуеют бактерии облигатные ааэробы – растут только в присутствии кислорода (например микобактерии туберкулеза). Облигатные анаэробы растут только в бескислородных условиях (например возбудитель ботулизма). Факультативные анаэробы могут расти как в кислородной, так и бескислородной среде (кишечная палочка).

Микроаэрофилы – им требуется для своего роста низкая концентрация кислорода (гемофильная палочка).

Брожение не является в полном смысле дыханием – это субстратное фосфорилирование углеводов или гликолиз с образованием пирувата и последующим превращением его в конечные продукты брожения – органические кислоты и спирты. В результате гликолиза из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ.

Аэробный тип дыхания или окислительное фосфорилирование. Глюкоза- окислительное фисфирилирование- 38АТФ + 6СО2 + 6Н2О

Анаэробный тип дыхания. Схема та же, что при аэробном, но акцептором электронов служат нитриты, либо нитраты, либо фосфаты.

Факультативные анаэробы при отсутствии кислорода получают АТФ с помощью брожения.
Молекулы образовавшегося АТФ участвуют в синтезе органических соединений, отдавая свою энергию и првращаясь в АДФ. А + В + АТФсинтез АВ + АДФ + Ф

Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие молекулярного кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов).

Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является вредным, задерживающим рост фактором (кл остри дни столбняка, анаэробной инфекции, ботулизма и др.).

Бактерии. Размножение и рост.

Размножение бактерий– самовоспроизведние бактерий.

Рост бактерий – формирование структкрно-функциональных компонентов клетки и увеличение самой бактериальной клетки

Грам+ бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки

Грам- путем перетяжки, в рез-те образования гантелевидных фигур, из кот. Образуются 2 одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению ДНК бактериального ядра-нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в 3 этапа:

Размножение бактерий в жидкой питательной среде происходит в несколько фаз:

Лаг-фаза: период между посевом бактерии и началом размножения, составляет 4-5 часов. Бактерии увеличиваются в размерах и готовятся к делению, нарастает количество нуклеиновых кислот, белка.

Фаза логарифмического роста: период интенсивного деления бактерий, составляет 5-6 часов.

Фаза стационарного роста: количество жизнеспособных клеток максимально.

Фаза гибели: завершает процесс роста бактерий, происходит их отмирание в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий, составляет от 10 часов до несколько недель.

Размножение и рост бактерий зависят от многих факторов:

Размножения бактерий на плотной питательной среде.
Бактерии образуют изолированные колонии округлой формы, различной консистенции, цвета. Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питательную среду и окрашивают ее. Пигменты не растворимые в воде, растворяются в органических соединениях.

Бактерии. Морфология бактерий

Морфология бактерий (греч. bakterion — палочка) — микроорганизмы с прокариотным типом строения. Преимущественно этоодноклеточные организмы, однако существует немало форм, состоящих из многих клеток.

Бактерии. Виды бактерий по форме клеток:

Бактерии. Виды бактерий по расположению клеток:

Бактерии. Методы изучения морфологии бактерий.

Методы. В цитологической практике нередко возникает необходимость в окраске и исследовании бактерий. Это чаще всего касается различного рода экссудатов, мазков из различных органов и тканей. Мазки готовят различно.

Методы работы с различными видами материалов:

Можно готовить мазки-отпечатки, для чего чистое предметное стекло прикладывают непосредственно к серозному покрову, слизистой оболочке или к свежей поверхности разреза какого-либо органа (ткани). При наличии жидкого содержимого (экссудат, моча и пр.) рекомендуется центрифугировать и из осадка готовить мазки. Полученные по одному из вышеуказанных способов мазки тщательно высушивают и затем фиксируют сухим жаром.

Фиксация достигается посредством несильного нагревания (примерно до 70°С) предметного стекла, которое для этого трижды проводят над пламенем спиртовки мазком вверх. Можно фиксировать мазки и в 96°спирте (10—15 минут). Фиксированные мазки сохраняются в течение какого угодно времени.

Окрашенные мазки исследуют в масле, с иммерсионным объективом; при желании заключают в бальзам, в таком случае на окрашенный и хорошо высушенный мазок кладут каплю бальзама и покрывают покровным стеклом. В настоящее время классическую бактериоскопию с окрашиванием микробов различными красителями дополняют получившие широкое распространение иммуноцитохимические методы с применением меченых антител.

Во многих случаях (особенно если применяют моноклональные антитела против поверхностных антигенов возбудителя) они позволяют провести высокоспецифичный экспресс-анализ. Нередко наиболее доступными для исследования с целью идентификации возбудителя являются обработанные в центрифуге экссудаты, выделения, а также – кровь, пунктаты паренхиматозных органов, мазки и отпечатки тканей.

Бактериоскопический (микроскопический) метод — совокупность способов обнаружения и изучения свойств бактерий в патологическом материале или в пробах из внешней среды с помощью микроскопии. Применяют для установления диагноза инфекционного заболевания или при идентификации выделенной чистой культуры.

Ценность бактериоскопического метода состоит в простоте, доступности методик и быстроте получения результатов (30—60 минут и менее). Однако чувствительность ограничена; информация, полученная с помощью бактериоскопического метода обычно может быть использована как ориентировочная.

Ценность бактериоскопического метода резко возрастает при исследовании простейших, грибов и обработке препарата люминесцирую-щими сыворотками. Позволяет определить количество лейкоцитов и эпителия, микрофлору в месте забора материала, а также выявить возбудителей: гонореи, трихомонадоза, гарднереллеза, кандидоза.

Для обнаружения возбудителей используют следующие методы:

1. Методы выявления кислых гликозаминогликанов (ГАГ) с помощью ШИК-реакции. Наилучшие результаты получают при выявлении простейших, в частности пневмоцист и токсоплазм, микоплазм, хламидий, некоторых грибов (особенно рода Candida) и капсулообразующих бактерий.

2. Методы с использованием основного фуксина, азура, тионина и метиленового синего (окраски по Пфейферу, Леффлеру, Николя и др.), которые в небольших концентрациях позволяют выявить разную, в основном бактериальную флору- Наиболее эффективны способы окраски по Цилю-Нильсену для выявления спирто- и кислотоустойчивых бактерий, в частности семейства Mycobacteriaceae (микобактерий туберкулеза, лепры и др.) и некоторых простейших (криптоспоридий). Используемые при этом основной фуксин и метиленовый синий позволяют выявить, помимо бактериальной флоры, фуксинофильные внутриклеточные включения, характерные для некоторых вирусных, особенно респираторных, инфекций. Азур и эозин эффективны для выявления различной бактериальной микрофлоры, особенно грамположительной, и некоторых простейших, в частности плазмодия малярии.

4. Методы, основанные на импрегнации нитратом серебра кусочков тканей, срезов или мазков, направлены на выявление разной, в основном бактериальной, флоры, поиски которой облегчаются в связи с тем, что импрегнированные серебром микроорганизмы немного увеличиваются в размерах.

Бактерии. Устойчивость к антибиотикам

Устойчивость (приобретенная) – формируется у бактерий при лечении антибиотиками микроорганизма. Антибиотикоустойчивые бактерии появляются вне зависимости от применения данного антибиотика; возможно существование антибиотикорезистентных особей к тем препаратам, которые еще не созданы.

Генетические аспекты приобретенной устойчивости: возникновение устойчивости может быть связана с изменениями в самой бактериальной хромосоме, возникающими в результате мутаций-хромосомная устойчивость. Обычно в результате мутации у бактерий возникает резистентность к одному антибиотику.

Внехромосомная устойчивость связана с наличием R-плазмид-фактора множественной лекарственной устойчивости. R-плазмида несет сразу несколько генов, ответственных за устойчивость к нескольким антибиотикам. Бактериальная клетка может иметь несколько разных R-плазмид. Они могут передаваться от бактерии к бактерии с помощью конъюгации или трансдукции.

Устойчивость приобретенная. Биохимические механизмы:
1. Может изменяться проницаемость клеточных мембран для антибиотиков.
2. Происходят изменения мишени (структура, выполняющая важную для жизнедеятельности бактерий функцию).

Так, устойчивость к стрептомицину возникает вследствие изменения рибосомального белка, к которому обычно присоединяется стрептомицин. В том и другом случае формирование резиснентности связано с передачей маркеров, находящихся в бактериальной хромосоме.

Основной биохимический механизм, при котором возникает устойчивость к антибиотикам – появление ферментов, превращающих активную форму антибиотика в неактивную. Самая важная роль в процессе образования устойчивости принадлежит пептидазам-ферменты, вызывающие гидролиз антибиотиков (например, β-лактамаза разрушает β-лактамное кольцо).

Циркулирующие в среде возбудители инфекций постепенно формируют так называемые госпитальные штаммы, т. е. штаммы наиболее эффективно адаптированные к местным особенностям той или иной среды.

Главной особенностью госпитальных штаммов является повышенная вирулентность (во всех случаях это первая и главная особенность госпитального штамма), а также специфическая адаптация к используемым лечебным препаратам (антибиотики, антисептики и т. п.).

Источник