Лекция № 2 Морфология и физиология бактерий и методы её изучения
III. Физиология бактерии
Физиология изучает жизненные функции микробов: питание, дыхание, рост и размножение. В основе физиологических функций лежит непрерывный обмен веществ (метаболизм). Особенностью микроорганизмов является интенсивный обмен веществ.
Химический состав бактерий.
Микроорганизмы содержат те же химические вещества, что и клетки всех живых организмов: воду (75–85%), сухое вещество (15–25%), которое состоит из органических и минеральных соединений.
Вода.
Белки (50–80% сухого вещества),
Нуклеиновые кислоты (10–30% сухого вещества).
Углеводы (12–18% сухого вещества).
Липиды (0,2–40% сухого вещества).
Минеральные вещества (2–14% сухого вещества).
Питание бактерий.
Процесс питания микроорганизмов имеет ряд особенностей:
- первое - поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки;
- вторых - микробной клетке свойственна исключительная быстрота обменных реакций;
- третье - микробы способны быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания и менять тип питания.
Типы питания определяются по характеру усвоения углерода и азота. Источником водорода и кислорода служит вода и кислород воздуха.
По усвоению углерода микробов делят на два типа: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы способны синтезировать сложные органические вещества из простых неорганических соединений (фотосинтез). Автотрофами являются почвенные бактерии.
Гетеротрофы для своего роста и развития нуждаются в готовых органических соединениях и могут усваивать углерод из углеводов, спиртов, органических кислот и т.п.
Гетеротрофы подразделяются на сапрофитов и паразитов.
Сапрофиты получают готовые органические соединения от отмерших организмов. Это бактерии гниения.
Паразиты живут и размножаются за счет органических веществ живой клетки растений, животных или человека. К таким микробам относятся вирусы, риккетсии, большинство бактерий.
Резкой границы между типами питания микробов нет. Они могут переходить от гетеротрофного типа питания к автотрофному и наоборот.
Ферменты и их роль в обмене веществ.
Ферменты – это вещества белковой природы, вырабатываемые живой клеткой. Они являются биологическими катализаторами. Микроорганизмы могут синтезировать самые разнообразные ферменты.
Ферменты микробов делят на экзоферменты и эндоферменты.
Экзоферменты, выделяясь во внешнюю среду, расщепляют макромолекулы питательных веществ до более простых соединений, которые могут быть усвоены микробной клеткой.
Эндоферменты участвуют в реакциях обмена веществ, происходящих внутри клетки.
Кроме того, патогенные бактерии вырабатывают также ферменты агрессии, которые служат для преодоления естественных защитных барьеров макроорганизма и являются факторами патогенности.
Ферментный состав любого микроба является достаточно постоянным признаком, а различные виды микробов четко различаются по набору ферментов. Поэтому изучение ферментативного состава имеет значение для идентификации вида микроорганизма.
Дыхание бактерий
Дыхание (биологическое окисление) микроорганизмов представляет собой совокупность биохимических процессов, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микробных клеток.
По типу дыхания все микробы разделяются на:
- облигатные (строгие) аэробы,
- облигатные анаэробы
- факультативные (необязательные) анаэробы.
Облигатные аэробы живут и развиваются при свободном доступе кислорода, т.е. реакции окисления осуществляются у них при участии молекулярного кислорода с высвобождением большого количества энергии (туберкулезная палочка).
Облигатные анаэробы способны жить и размножаться только в отсутствии свободного кислорода воздуха. Наличие свободного кислорода для облигатных анаэробов является губительным (возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма).
Факультативные анаэробы могут жить и размножаться как при наличии молекулярного кислорода, так и при его отсутствии. К этому типу относят большинство патогенных и сапрофитных бактерий.
Рост и размножение бактерий
Под размножением понимают способность микроорганизмов к самовоспроизведению, в результате чего увеличивается число особей в популяции (колонии).
Колония микроорганизмов – это скопление микробов одного вида.
Основной способ размножения у бактерий – поперечное деление. Перед делением у бактериальных клеток происходит удвоение молекул ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК, а цитоплазма делится перегородкой.
Деление кокков может происходить в различных плоскостях, с образованием разнообразных сочетаний клеток: цепочек стрептококков, гроздьев стафилококков, тюков сарцин.
Палочковидные и извитые формы делятся поперечно и только в одной плоскости.
У некоторых бактерий размножение происходит путем образования почки – почкованием. Так размножаются клубеньковые бактерии, возбудитель туберкулеза.
Для некоторых видов микроорганизмов характерен процесс конъюгации – это прообраз полового размножения. Две бактерии подходят друг к другу и соединяются пилями. Через пили бактерии обмениваются частью генетического материала (одна особь – донор, другая – реципиент). С точки зрения эволюции это прогрессивный процесс, так как происходит формирование новых подвидов и даже видов.
У большинства бактерий каждая клетка делится один раз в течение 15-30 минут, но есть медленно делящиеся виды. Так туберкулезная палочка делится один раз в сутки.
Скорость размножения зависит от возраста микробной культуры, от температуры, значения рН и других факторов.