Тема занятия: «Метаболизм и типы питания бактерий. Питательные среды. Принципы культивирования микроорганизмов и выделения чистых культур»
План занятия
1.Рассмотрение процессов метаболизма, типов питания и механизмов транспорта питательных веществ в бактериальную клетку.
2.Характеристика бактериологических питательных сред.
3.Изучение принципов культивирования бактерий.
4.Выделение и идентификация чистых культур микроорганизмов.
Методические указания к выполнению практического занятия.
1. Типы метаболизма, питания и механизмов транспорта питательных веществ в бактериальную клетку.
В состав клетки прокариотов входят два типа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), белки, липиды, углеводы, минеральные вещества и вода (Табл.10)
Таблица 10 Химический состав бактериальной клетки
Компонент |
% |
|
Функции |
|
|
содержан |
|
|
|
|
ия |
|
|
|
Вода: свободная |
75 – 85% |
Является |
растворителем |
для |
связанная - |
|
многих |
веществ; |
играет |
ионносвязанная, |
|
механическую роль в обеспечении |
||
коллоидносвзанная |
|
тургора. |
|
|
1
Сухой остаток массы |
15 – 25% |
Участвуют в регуляции |
бактерий |
|
осмотического давления, рН среды, |
1.Неорганические |
|
окислительно-восстановительного |
вещества: фосфор, |
|
потенциала; активируют ферменты |
натрий, калий, |
|
и входят в состав ферментов, |
магний, железо, медь |
|
витаминов и структурных |
и др. |
|
компонентов микробной клетки. |
2.Органически |
|
|
вещества: |
|
|
а) нуклеиновые кислоты |
4-10% |
Молекула ДНК в виде хромосомы |
Г+Ц |
|
обусловливает наследственность, |
Гр- |
до 30% |
РНК участвует в биосинтезе белка. |
Гр+ |
до 80% |
|
б) белки: белок А, |
50-75% |
Определяют видоспецифичность, |
аминокислоты, |
|
антигенные, ферментативные и |
нуклеопротеиды, |
|
токсигенные свойства, выполняют |
глюкопротеиды, |
|
структурную и регуляторную |
липопротеиды, |
|
функции. |
хромопротеины. |
|
|
|
12-28% |
Являются источниками энергии и |
в) углеводы: |
|
углерода, определяют |
полисахариды, |
|
типоспецифичность и антигенные |
включающие N- |
|
свойства, входят в состав |
ацетилглюкозамин и N- |
|
эндотоксинов. |
ацетилгалактозамин |
0,2-41% |
|
|
|
Определяют устойчивость во |
г) липиды: жирные |
|
внешней среде, выполняют |
кислоты, нейтральные |
|
энергетическую функцию, входят в |
жиры, фосфолипиды, |
|
состав эндотоксинов и мембран. |
гликолипиды, воска, |
|
|
липиды, содержащие |
|
|
изопреновые единицы. |
|
|
Метаболизм - совокупность ферментативных реакций и химических превращений, происходящих в микробной клетке и направленных на получение энергии и превращение простых химических соединений питательных веществ в более крупные молекулы, которые входят в состав компонентов бактерий.
2
Метаболизм
катаболизм |
анаболизм (пластический, или |
(энергетический метаболизм) |
конструктивный метаболизм) |
Для осуществления процессов метаболизма микроорганизмы поглощают питательные вещества из внешней среды.
По способу проникновения питательных веществ в бактериальную клетку микроорганизмы подразделяют на:
голозои – бактерии, способные утилизировать плотные частицы пищи с помощью функции «внешнего питания». Они имеют мощный ферментативный аппарат, работающий на поверхности клетки, гидролизирующий субстрат до простых водорастворимых молекул;
голофиты – бактерии, утилизирующие питательные вещества только в виде относительно простых молекул в водных растворах.
Проникновение различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, их концентрации, проницаемости мембран и др.
Условно можно выделить следующие виды транспорта питательных веществ через ЦПМ (табл.11):
пассивный перенос (простая и облегченная диффузия);
активный транспорт;
транспорт с транслокацией химических групп.
Таблица 11
3
Пути поступления питательных веществ через ЦПМ в бактериальную клетку
№ |
Вид транспорта |
Механизм |
|
|
Примеры |
||||
1. |
Пассивный перенос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Простая диффузия |
перенос вещества идет по |
поступление |
||||||
|
|
|
градиенту |
концентраций, |
перекиси |
|
|||
|
|
|
без затрат энергии, носит |
водорода |
|
||||
|
|
|
неспецифический |
|
|
|
|
||
|
|
|
характер, |
зависит |
|
от |
|
|
|
|
|
|
размеров |
молекул |
и |
их |
|
|
|
|
|
|
липофильности |
|
|
|
|
|
|
|
Облегченная |
перенос вещества идет по |
поступление |
||||||
|
диффузия |
|
градиенту |
концентраций, |
глицерина |
в |
|||
|
|
|
без затрат энергии, но с |
клетки |
|
||||
|
|
|
участием |
специфических |
энтеробактерий |
||||
|
|
|
белков-переносчиков |
- |
|
|
|||
|
|
|
пермеаз |
|
|
|
|
|
|
2. |
Активный транспорт |
энергозависимый |
|
|
поступление |
||||
|
|
|
процесс, |
при |
котором |
углеводов, |
ионов |
||
|
|
|
перенос |
вещества |
идет |
водорода |
|
||
|
|
|
против |
|
градиента |
|
|
||
|
|
|
концентраций, с участием |
|
|
||||
|
|
|
специфических пермеаз |
|
|
||||
3. |
Транспорт |
с |
энергозависимый |
|
|
поступление |
|||
|
транслокацией |
процесс, |
при |
котором |
углеводов |
|
|||
|
химических |
групп, |
переносимое |
вещество |
|
|
|||
|
или |
транспорт, |
претерпевает |
|
|
|
|
|
|
|
обусловленный |
химическую |
|
|
|
|
|
||
|
фосфорилированием |
модификацию |
|
|
|
|
|
||
Типы питания бактерий сложны и многообразны. При их классификации по типу питания учитывают источник углерода, энергии и донора водорода (рис. 1).
4
По источнику углерода
Автотрофы - |
Гетеротрофы - |
используют двуокись углерода, |
используют органические |
карбонаты; не нуждаются в |
соединения (гексозы, много- |
органических соединениях |
атомные спирты, аминокислоты) |
По источнику энергии |
|
Фототрофы - |
Хемотрофы - |
используют солнечный свет |
используют окислительно- |
|
восстановительные реакции |
По источнику электронов (ионов водорода)
Литотрофы - |
Органотрофы - |
донором служат неорганические |
донором являются |
соединения (аммоий, нитриты, |
органические |
сульфиты, сера, железо и др.) |
соединения |
Рис. 1. Классификация микроорганизмов по типу питания
С учетом всех трех источников значимые для медицинской микробиологии виды по типу питания относят к гетерохемоорганотрофам (сокращенно – хемоорганотрофы).
По способу синтеза питательных веществ микроорганизмы подразделяют на:
прототрофы – микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические вещества из глюкозы как единственного источника углерода и солей аммония как единственного источника азота;
5