Физиология бактерий (лекция 2)
Бактериология. (лекция 1)
Предмет изучения: бактерии – прокариоты, в основном одноклеточные, нет хлорофилла, размеры в мкм.
Основные морфологические группы:
- палочки;
- кокки;
- извитые бактерии;
- ветвящиеся бактерии.
Ультраструктура бактериальной клетки.
Обязательные структуры бактериальной клетки:
- клеточная стенка;
-цитоплазматическая мембрана (плазмалемма – ограничивает цитоплазму бактерий, с расположенными в ней рибосомами, включениями, ядерным аппаратом).
Некоторые бактерии могут образовывать споры, капсулы, движение обеспечивается жгутиками, есть ворсинки/пили/фибриллы.
Клеточная стенка – упругое образование, которое снаружи покрывает мембрану и выполняет чрезвычайно важные функции: определяет размеры, форму, является регулятором осмотического давления, участвует в процессах метаболизма, деления клетки, на ее поверхности есть рецепторы для прикрепления фагов, колицинов, а также различных химических соединений. Кроме того, она выполняет антигенные функции, у грам- осуществляется продукция эндотоксина.
В 1885 году Грам предложил метод окраски. Поэтому бактерии делятся на грам + и грам -.
Значение окраски:
1. Отношение окраски по Грамму является важным токсономическим признаком.
2. С её помощью коррелируют основные биологические свойства бактерий.
3. Различное отношение бактерий к окраске связано с качественным и количественным различием в строении их клеточных стенок.
|
|
|
Существует 2 типа строения клеточной стенки.
У грам + до 80% пептидогликан – муреин занимает основную массу – многослойный каркас до 10 слоёв (одно из отличий прокариот от эукариот). Сверху есть тонкий слой других веществ – тейхоевые кислоты.
У грам – основу клеточной стенки составляет муреин (20% всей массы) – придаёт ей ригидность. Поверх располагается наружная мембрана – состоит из 6 слоёв, содержащих различные вещества. Среди них- ЛПС (липполисахариды) – состоит из липида А – отвечает за свойство антигена клеточной стенки. Грамм + окраска остается, грамм – бесцветные.
Клеточная стенка – важная структура, но если её разрушить, образуются сферопласты/протопласты. У них частично/полностью отсутствует клеточная стенка.
К клеточной стенке прилегает цитоплазмаматическая мембрана – биомолекулярный листок, окружённый монослоем белка. ЦПМ тоньше, чем клеточная стенка, но если ее разрушить, то клетка погибает.
Функции:
1. участвует в обмене веществ, деления клеток, прикрепляет ДНК бактерий
2. участвует в процессах метаболизма
3. ограничивает цитоплазму, которая на электронной микрофотографии выглядит как гран структура рибосомы
|
|
|
У бактерий много рибосом.
У бактерий рибосомы относятся к рибосомам 70 S-типа, они диссоциируют на 2 субъединицы: 30S, 50S.
Включения- выполняют роль запасного энергетического и пластического материала.
Зерна волютина – обнаружены у возбудителя дифтерии, метохроматичные включения. Они у него располагаются по одному на концах палочки.
У других представителей этого рода их либо вообще нет, либо много и они разбросаны по всей цитоплазме. Определение зерен волютина имеет дифференциально-диагностическое значение.
!Бактериальный нуклеоид. Особенности строения ядерного аппарата – отличие прокариот от эукариот. Ядерный аппарат бактерий лишён ядерной оболочки ,ядрышка, не содержит хромосом, не делится митозом, имеет основных белков-гистонов – нуклеоид.
Необязательные структуры.
1. Жгутики – тонкие белковые структуры, их белок сходен с актомиозином, начинается на внутренней стороне ЦПМ. Количество и расположение жгутиков у разных бактерий различно (монотрих, перитрих, лофотрих, амфитрих). При иммерсионной микроскопии жгутики не видны, они видны при электронной микроскопии. Но для определения вида бактерий нужно определить их подвижность. Определение подвижности бактерий:
|
|
|
- методом фазово-контрастной микроскопии – помогает определить бактерии в живом состоянии;
-методом раздавленной капли;
- посевом на среду Пешкова.
2. Ворсинки – тонкие белковые образования, наиболее изучены: комон-пили (много по всей поверхности, служат для прикрепления бактерий к рецептору соответствующей клетки организма); секс-пили (половые пили – принимают участие в передаче генетической информации от клетки донора к клетке реципиента).
3. Капсула, микрокапсула, внеклеточная слизь.
Капсула – наружный дополнительный слой, который располагается на поверхности клеточной стенки бактерий. Капсулы большинство бактерий образует попадая в макроорганизм. Они служат для защиты бактерий от действия защитных сил макроорганизма, факторов иммунной защиты. Заболевания протекают тяжелее.
Микрокапсула – поверхностный защитный слой, видимый при электронной микроскопии.
Внеклеточная слизь – связана с клеточной стенкой.
Есть группа бактерий (род Klebsiella) – образуют капсулу не только в организме человека, но и в искусственных средах – они являются истиннокапсульными бактериями.
|
|
|
4. Споры – клетка в состоянии анабиоза. Одна клетка образует одну спору. У бактерий спора служит для сохранения вида. Бактерии споры образуют в неблагоприятных условиях внешней среды. Споры защищают бактерий от действия повышенных температур (выдерживают темп. = 120 градусам). Спора предохраняет бактерии от действия пониженных температур. В процессе спорообразования клетка теряет значительную часть воды. Оболочка споры пропитывается смолистыми веществами. В цитоплазме клетки образуется дипиколинат кальция – соединение с перекрещивающимися связями – соединяется с биополимерами клетки – таким образом предохраняет бактерию от действия высоких температур, УФ-лучей.
Бактерии, образующие споры – бациллы – относятся к 2 семмействам: Bacillaceae – патогенные представители – возбудители сибирской язвы; Clostridiaceae – возбудители столбняка, ботулизма, 5 возбудителей газовой гангрены.
5. Некультивируемые формы бактерий. Многие грам– бактерии попадая в окружающую среду переходят в метаболически неактивное состояние, следовательно при посеве они не растут. Их можно обнаружить с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР).
Значение: попадая в макроорганизм, под его собственными силами они восстанавливают свой метаболизм, сохраняют свои патогенные воздействия и вызывают заболевание.
Физиология бактерий (лекция 2)
Для протекания всех процессов Б нужна энергия. Получают ее они в ходе ОВР, к-е протекают в дых. аппарате. Он имеет особенности:
· у Б нет МХ,их функции выполняет ЦПМ.
· Есть дых. цепь, но т.к. аппарат дыхания не отграничен от ЦПМ, тонкая регуляция затруднена
· у Б отмечаются колебания в колич . и качеств. составе ферментов дых. цепи
Типы ОВ процессов
| Донор | Акцептор | |
| кислород | орг.соединение | |
| Орг. или неорг. соединение | дыхание | |
| Орг.соединение | брожение | |
По типу получения энергии все Б делятся на:
1. Аэробные
2. Факультативно анаэробные
3. Облигатно анаэробные
4. Микроаэрофилы
Цитохромы отщепляют электроны от H₂ . Это сопровождается выделением энергии, и идет процесс окислительного фосфорилирования.
Аэробы требуют обязательного наличия в среде свободного О₂. Из патогенных Б только немногие являются аэробами (возб. туберкулеза,холерный вибрион). Подавляющее большинство патогенных Б – факульт. анаэробы. Они могут получать энергию как путем дыхания,так и путем брожения в зависимости от наличия или отсутствия в среде своб. О₂. Такой тип получения энергии,т.е. способность менять его в зависимости от внешних условий, характерен только для Б.
У фак.анаэробных отсутствует фермент цитохромоксидаза и они могут переносить Н₂ на связанный кислород, к-й находится в составе окисных соединений (нитратов,сульфатов). В практич. лаборатории в процессе бак. исследования у выращенных Б определяют наличие цитохромоксидазы,для отличия аэробных и фак. анаэробных Б.
У облиг. анаэробов нет ни цитохромоксидазы,ни цитохромов и они переносят Н₂ непосредственно на субстрат – брожение. Процесс энергетически менее выгодный,обр-ся всего 2 макроэргических фосфорных связи,но это дает возможность Б получать энергию без доступа кислорода.Эти Б могут передавать Н₂ на кислород с образованием перекиси водорода,но у них нет ф. каталазы, следовательно перекись оказывает на них токсическое действие.
Микроаэрофилы требуют низкого содержании кислорода (компелобактеры).
Тип получения энергии имеет важное диф-диаг. значение и явл-ся важной характеристикой для определения вида Б. Аэробы и фак. анаэробы выращиваются в обычных условиях, а облиг. анаэробы в таких условиях не растут. Для их культивирования необходимо снизить ОВ потенциал (Eh). Этот показатель характеризует способность отдавать и принимать электроны. Eh обычных пит.сред составляет 0,1-0,2 В,а для культивирования анаэробов снижают до -0,1, - 0,2. Это снижение можно проводить несколькими путями
Методы культивирования анаэробов:
1.Удаление из среды кислорода (мех, хим, биол путем
2.Добавление в среду восстановителей. На нем основана среда Китта-Тароцци.
Облиг. анаэробы, во-первых, явл-ся самыми древними организмами на планете, их очень много, они сост-ют основную массу НМ организма человека.
Делятся на неспорообразующие и спорообразующие (род Clostridium,вкл-ют более 100 видов, из к-х патогенными явл-ся возб0ль столбняка, 5 возб. газовой гангрены и ботулизм.
Все процессы, к-е протекают в Б клетке нужны, для того чтобы делиться и размножаться.
Б клетка делится, т.к. возрастает потребность в пит. в-вах,требуется больше места для прикреп. пит в-в.
Рост и размножение
Способы размножения:
1.Бинарное деление (ветвящиеся)
2.Почкование
3.Ресинтез
Бинарное разм-е происходит в ряд последовательных фазю ДНК Б прикрепляется одноц из двух нитей к ЦПМ-репликатор. Когда Б готова к делению, в клетке появляется ф ермент-инициатор,благодаря к-му идет раскручивание второй спирали, 2 нить прикрепляется к ЦПМ-прорепликатор. Затем на каждом полюсе идет комплементарное достраивание,ЦПМ начинает расти, обр-ет септальные мезосомы,к-е формируют клеточную перегородку. Из одной получ-ся 2 дочерние клетки. Т.о. у Б процессу деления предшествует деление нуклеиновых к-т.
Для культ-я Б исп-ся пит. среды:
· Жидкие
· Полужидкие
· Плотные
На жидких и плотных средах популяция Б проходит ряд последовательных фаз:
1.Lag-фаза (покоя) т=3-4 ч. Б приспосабливаются к пит. среде,растут и готовятся к размножению
2.log-фаза(логарифмического роста) т=18-24
3.Максимальная (стационарная) – Б не только размножаются ,но и умирают, но кол-во Б максимально.Время генерации-время между 2 делениями-явл-ся постояннымю (для киш.палочки 20 мин)
4.Фаза отмирания-истощение пит.вещ-в в среде, накопление токс. Продуктов. Существует метод проточного культивирования. Эта ф =этому методу
При выращивании Б на плотных пит. средах форм-ся колонии. Колония- потомство 1 бакт клетки на плотной пит .среде. В наст. Время происходит смена биол.парадигмы относительно колоний и форм-ся представление о колониях как о целостном многоклеточном орг-ме, к-й регулирует свое поведение.
Современные представления о колониях бактерий.
Доказано, что колония состоит из нескольких слоев. Эти слои горизонтальны и каналами делятся на сектора. Внутри колонии есть каналы, по к-ым поступают пит. вещества и метаболиты, есть воздухоносные полости, есть каналы для доставки кислорода в клетки. Установлено, что Б в составе колонии выполняют различные физиологические функции (физиол. специализация).Они способны к клеточной дифференциации. В составе колонии выделяют активно размножающиеся клетки, покоящиеся и находящиеся в стадии отмирания. Установлено, что Б в колонии общаются между собой, при этом кол-во сигналов примерно такое же, как в разговорной речи человека. В колониях обнаружен апоптоз и бактериальный альтруизм. Апоптоз-в интересах выживания всей популяции. В М-фазу одни клетки погибают, а их метаболиты используются другими членами популяции, т.е. Б-альтруисты позволяют своим сородичам-каннибалам съесть себя.
1984-в популяции было обнаружено «Qurum sensing»-способ бактерий общаться и координировать свое поведение. Это явление возникают только при достижении популяции определенной пороговой численности, как реакция на эти изменения.
Мех-мы Qs:
· Непосредственный контакт между кл-ми с помощью пилей и ворсинок
· Химический мех-м: одни кл-ки выделяют во внешнюю среду особые сигнальные молекулы-аутоиндукторы. Они связываются сенсорными рецеп-ми на поверхности др. кл-ки и проникают внутрь нее. А в кл-ке они связываются с рецепторами белков.репрессора и блокируют его,включается механизм дерепрессии и в клетку поступает сигнал о синтезе того или иного вещ-ва.
· Доказано, что Б продуцируют вещества, аналогичные гормонам и цитокинам- важные ф-ры межклеточного обмена.
· Ионные каналы внутри колоний обеспечивают условия для электр связи в бактер. Сообществах, проводят электр.сигналы большой дальности
· Физические факторы дистанционной коммуникации-генерация кл-ми физических полей (УЗволны,ЭМ волны)
Генетика бактерий (лекция 3)
Структурные особенности ядерного аппарата бактерий:
1. Не имеет ядерной мембраны, ядрышек, носит название нуклеоид
2. ДНК кольцевая, а не линейная, одной нитью прикреплена к ЦПМ. Длина раскрученной ДНК бактерий намного меньше длины ДНК эукариот.
3. Бактериальная клетка содержит одну хромосому ( исключение холерный вибрион ).
Биохимические особенности:
1. Имеет тот же состав, что и ДНК эукариот, но в составе могут находиться минорные основания, которые защищают ДНК от собственных эндонуклеаз.
2. Не содержит белков гистонов, их функции выполняют полиамины.
Бактериальный геном представлен двумя типами структур:
А) Структуры, способные к автоматической репликации (хромосома, плазмиды)
Б) Структуры, не способные к автоматической репликации (подвижные или мобильные генетические элементы, IS, Tr)
В хромосоме содержится вся генетическая информация о клетке, включает до 3 тысяч генов. В плазмидах закодирована дополнительная генетическая информация, сообщающая клетке определенные селективные преимущества. Плазмиды могут быть в двух состояниях: интегрированы в хромосому или свободном, и тогда они реплицируются автономно. В структуре плазмид имеются гены, которые кодируют тот или иной признак: гены, которые отвечают за собственную репликацию плазмид; tra-гены, которые обеспечивают трансмиссивность
В одной бактериальной клетке могут находиться несколько различных плазмид. По кодируемому признаку выделяют следующие виды плазмид :
1. f(sex)-плазмида (половая). Кодирует образование f-пили, которые обеспечивают во время контакта клеток передачу генетического материала
2. r-плазмида. Кодирует устойчивость бактерий к одному или нескольким антибиотикам
3. col-плазмида. Кодирует синтез бактериоцинов . Бактериоцины способны подавлять рост близкородственных бактерий. Причем для самой клетки их синтез летален.
4. ent-плазмида. Кодирует синтез эндотоксина
5. hly-плазмида. Кодирует синтез гемолизина.
Дата добавления: 2019-08-31; просмотров: 232; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!