Наиболее часто определяют ферменты класса гидролаз и оксидоредуктаз, используя специальные методы и среды.
Для определения протеолитической активности микроорганизмы засевают в столбик желатина уколом. Через 3--5 дней посевы просматривают и отмечают характер разжижения желатина. При разложении белка некоторыми бактериями могут выделяться специфические продукты -- индол, сероводород, аммиак. Для их определения служат специальные индикаторные бумажки, которые помещают между горлышком и ватной пробкой в пробирку с МПБ или пептонной водой, засеянными изучаемыми микроорганизмами. Индол (продукт разложения триптофана) окрашивает в розовый цвет полоску бумаги, пропитанной насыщенным раствором щавелевой кислоты. Бумага, пропитанная раствором ацетата свинца, в присутствии сероводорода чернеет. Для определения аммиака используют красную лакмусовую бумажку.
Для многих микроорганизмов таксономическим признаком служит способность разлагать определенные углеводы с образованием кислот и газообразных продуктов. Для выявления этого используют среды Гисса, содержащие различные углеводы (глюкозу, сахарозу, мальтозу, лактозу и др.).набор сред Гисса с ростом микроорганизмов называют «пестрым рядом».
13.Типы окислительно-восстановительных процессов у бактерий
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 окисления является 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).
14.Понятие о метаболизме. Анаболизм и катаболизм. Особенности метаболизма у бактерий. Методы изучения метаболизма бактерий. Способы получения энергии бактериями, Мембранное и субстратное фосфорилирование
МЕТАБОЛИЗМ или обмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. АНАБОЛИЗМ ассимиляция, совокупность химич. процессов в живом организме, направленных на образование и обновление структурных частей клеток и тканей. Катаболизм совокупность химических процессов, составляющих противоположную анаболизму сторону обмена веществ; процессы К. направлены на расщепление сложных соединений
По типу питания живые существа делятся на две группы: голозойные и голофитные. Голозойный тип питания характерен для животных (от высших до простейших). Микробы относятся к голофитному типу питания. Они не имеют органов для принятия пищи, и питательные вещества у них проникают через всю поверхность тела.
Различают несколько механизмов питания микробных клеток. Питательные вещества могут поступать из внешней среды в микробную клетку через клеточную стенку, капсулу, слизистые слои и цитоплазматическую мембрану. Через эти же структуры выделяются и продукты обмена, т. е. ненужные и вредные для микроорганизмов вещества. В основе механизма такого питания лежит осмотическое явление, основанное на разнице концентрации питательных веществ в теле микроба и питательном растворе. Таким образом вода и растворенные в ней питательные вещества поступают в микробную клетку. В результате биосинтеза в ней накапливается пластический материал коллоидной структуры (белки, углеводы и др. вещества), обусловливающий рост и размножение микроорганизма.
Проникновение питательных веществ в клетку может осуществляться с помощью диффузии и стереохимического специфического переноса питательных веществ. Каждый из этих процессов может протекать как активно, так и пассивно. При пассивной диффузии питательные вещества проникают с током жидкости в клетку и только тогда, когда проникаемое вещество способно растворяться в клеточной стенке бактериальной клетки. При активной диффузии наблюдается проникновение питательных веществ в бактериальную клетку нерастворенными в клеточной стенке.При стереохимическом переносе питательных веществ (из внешней среды в клетку) роль переносчика выполняет пермеаза -- белковый компонент. В этот период питательные вещества среды активно транспортируются в клетку, осуществляя конструктивный и энергетический обмены.
Субстратное фосфорилирование
Реакции, в которых энергия, освобождающаяся на определенных окислительных этапах брожения запасается в молекулах АТФ , получили название субстратного фосфорилирования . Их особенностью является катализирование растворимыми ферментами. Образующийся в восстановительной части окислительно-восстановительных преобразований сбраживаемого субстрата восстановитель ( НАД*Н2 , восстановленный ферредоксин ) переносит электроны на подходящий эндогенный акцептор электрона ( пируват , ацетальдегид , ацетон и др.) или освобождается в виде газообразного водорода (Н2).
Согласно распространенным представлениям, наиболее древние формы жизни, источником энергии для которых служили реакции субстратного фосфорилирования, использовали органические соединения внешней среды одновременно по двум каналам: в качестве источника энергии и источника углерода. Постепенное исчерпание таких соединений из окружающей среды поставило организмы перед двумя проблемами: поиском новых источников энергии и новых источников углерода. В первом случае это привело к использованию энергии света, во втором - к использованию углекислоты
15.Особенности дыхательного аппарата бактерий
Дыхание (или биологическое окисление) -- это сложный процесс, который сопровождается выделением энергии, необходимой микроорганизмам для синтеза различных органических соединений. Бактерии, как и высшие животные, для дыхания используют кислород. Однако Л. Пастером было доказано существование таких бактерий, для которых наличие свободного кислорода является губительным, энергия, необходимая для жизнедеятельности, получается ими в процессе брожения.
Все бактерии по типу дыхания подразделяются на об-лигатные аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы.
Облигатные (строгие) аэробы развиваются при наличии в атмосфере 20% кислорода (микобактерии туберкулеза), содержат ферменты, с помощью которых осуществляется перенос водорода от окисляемого субстрата к кислороду воздуха.
Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, и его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост (актиноисцеты, бруцеллы, лептоспиры).
Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов -- возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка).
Облигатные анаэробы -- бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным (клостри-дии столбняка, ботулизма).
Аэробные бактерии в процессе дыхания окисляют различные органические вещества (углеводы, белки, жиры, спирты, органические кислоты и пр.
Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с образованием небольшого количества энергии. Процессы разложения органических веществ в безкислородных условиях, сопровождающиеся выделением энергии, называют брожением. В зависимости от участия определенных механизмов различают следующие виды брожения: спиртовое, осуществляемое дрожжами, молочно-кислое, вызываемое мол очно-кислыми бактериями, масляно-кислое и пр.
олное окисление. Это процесс окисления углеводов до образования двуокиси углерода (CO2) и воды (H2O), сопровождающийся выходом энергии. Передача электронов водорода на кислород осуществляется посредством так называемой дыхательной цепи (система дыхательных ферментов), находящейся в мембране микробной клетки.
Неполное окисление. Обычно неполное окисление происходит тогда, когда наблюдается избыток углеводов. В таком случае процесс окисления идет не до конца, а образуются промежуточные продукты реакции. Например, при неполном окислении сахара могут синтезироваться лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная и др. органические кислоты.
Нитратное дыхание представляет собой восстановление нитратов до молекулярного азота, а сульфатное дыхание - восстановление сульфатов до сероводорода. При обоих процессах происходит выделение свободной энергии.
Брожение. Этим термином принято называть расщепление органических углеродосодержащих веществ в анаэробных условиях.
16.Структурные особенности наследственного вещества бактерий. Плазмиды бактерий: определение, основные свойства, классификация
Гены, необходимые для жизнедеятельности и определяющие видовую специфичность, расположены у бактерий чаще всего в единственной ковалентно замкнутой молекуле ДНК - хромосоме . Область, где локализована хромосома, называется нуклеоид и не окружена мембраной. В связи с этим новосинтезированная мРНК сразу доступна для связывания с рибосомами, а транскрипция и трансляция сопряжены.
Плазмиды -- внехромосомные (дополнительные по отношению к хромосоме) генетические структуры бактерий, способные автономно размножаться и существовать в цитоплазме бактериальной клетки. Некоторые плазмиды могут с определенной частотой включаться (интегрироваться) в бактериальный геном и размножаться (копироваться) затем вместе с ним как его составная часть
В зависимости от способности или неспособности передаваться из одной бактериальной клетки в другую в процессе конъюгации различают конъюгативные (трансмиссивные) и неконъюгативные (нетрансмиссивные) плазмиды. При передаче некоторых конъюгативных R-плазмид в клетки отдельных видов бактерий наблюдается распад (диссоциация) этих плазмид с образованием «чистого» полового фактора и неконъюгативной плазмиды, несущей гены лекарственной устойчивости.
Плазмиды представляют собой молекулы ДНК с молекулярной массой от 1Ч106 до 200Ч106. Эти молекулы, как правило, замкнуты в кольцо и находятся в клетке в сверхспирализованной форме. Неконъюгативные плазмиды, имеют относительно простую генетическую организацию. Конъюгативные плазмиды имеют более крупные размеры и наряду с генетической областью, контролирующей их репликацию, содержат также так называемую tra-область (англ. transfer перенос). Эта область определяет способность клетки, содержащей плазмиды , быть генетическим донором, т.е. вступать в конъюгацию с другой клеткой (реципиентом) и передавать ей свой генетический материал (плазмидную либо хромосомную ДНК). Неконъюгативные плазмиды обычно не содержат tra-области и поэтому не могут самостоятельно передаваться из одной клетки в другую. Однако передача неконъюгативной П. возможна за счет продуктов (белков) tra-генов конъюгативной П. , находящейся вместе с неконъюгативной П. в одной и той же клетке.
F-плазмиды. F-плазмиды контролируют синтез F-пилей, способствующих спариванию бактерий-доноров (F+) c бактериями-реципиентами (F-).
R-плазмиды (от англ. resistance, устойчивость) кодируют устойчивость к лекарственным препаратам.
Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства бактерий и токсинообразование (плазмиды включают tox+-гены).
Плазмиды бактериоциногении кодируют синтез бактериоцинов - белковых продуктов, вызывающих гибель бактерий того же или близких видов.
Существует несколько систем классификации плазмид, базирующихся на:
топологии (линейные или кольцевые),
механизмах репликации (см. выше),
маркерных генов, содержащихся на плазмидах (например: устойчивость к антибиотикам, гены биодеградации ксенобиотиков, системы рестрикции -- модификации, гены синтеза бактериоцинов и т. д. -- или полному отсутствию оных -- криптические плазмиды),
круге хозяев,
копийности,
совместимости,
конъюгативные (способные к переносу в другие клетки)/неконъюгативные.
17.Строение генома бактерий. Понятие о генотипе и фенотипе. Виды наследуемой изменчивости. Механизмы передачи генетического материала у бактерий