Лекция №3.
Тема: Физиология микроорганизмов.
План:
1. Понятие о физиологии микроорганизмов
2. Особенности жизнедеятельности бактерий:
А) Химический состав
Б) Питание
В) Дыхание
Г) Рост и размножение
3. Особенности физиологии вирусов
Понятие о физиологии микроорганизмов
Микроорганизмам, как и всем живым существам, присущи процессы питания, дыхания, роста и размножения. Однако эти процессы у микробов характеризуются своеобразием и рядом особенностей.
Микробы занимают особое место среди других живых существ: они способны использовать в качестве питательных веществ как неорганические, так и разнообразные органические соединения; могут существовать и размножаться в аэробных и анаэробных условиях; длительно сохраняются во внешней среде с помощью спор; обладают исключительной приспособляемостью к меняющимся факторам окружающей среды.
В основе всех физиологических функций лежит непрерывный обмен веществ, или метаболизм.
Обмен веществ состоит из двух противоположных, но при этом взаимосвязанных процессов:
1) Ассимиляция (анаболизм) – совокупность процессов синтеза в живом организме
2) Диссимиляция (катаболизм) – процесс распада сложного органического вещества на более простые обычно с выделением энергии в виде тепла и молекул АТФ
Особенности жизнедеятельности бактерий
А) Химический состав бактерий.
Бактерии состоят из тех же химических элементов, что и клетки всех живых организмов: органогены - азот, кислород, водород, углерод, которые входят в состав белков, липидов, углеводов; минеральные элементы - большая их часть связана с органическими веществами, остальные соединения в виде солей.
Вода – 75 – 85% - является растворителем, участвует в химических реакциях.
Сухой остаток – 15-25%:
1) Белки – протеины (простые) и протеиды (сложные). Находятся в цитоплазме, нуклеоиде, они входят в состав структуры клеточной стенки, являясь строительным материалом. Видовая специфичность микроорганизмов зависит от соотношения белков. Ферменты и токсины бактерий являются белками.
2) Углеводы – моно-, ди-, полисахариды, используются как источник энергии, запасных веществ, углерода. Из них состоит клеточная стенка, капсула.
3) Липиды – нейтральные жиры, жирные кислоты, фосфолипиды, входят в состав цитоплазматической мембраны, клеточной стенки, являются источником энергии, запасных веществ.
4) Нуклеиновые кислоты – ДНК (наследственный аппарат клетки), РНК (синтез белка).
5) Минеральные вещества – макроэлементы (фосфор, натрий, калий, марганец, сера, железо) и микроэлементы (медь, цинк, кобальт).
Б) Питание бактерий.
Особенности:
- поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки;
- микробная клетка обладает исключительной быстротой метаболических реакций;
- микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания.
По усвоению углерода и азота различают:
· Автотрофы (аутотрофы и литотрофы) - синтезируют органические вещества из простых неорганических (почвенные бактерии).
· Гетеротрофы (органотрофы) - используют готовые органические соединения:
1. Сапрофиты - получают готовые органические соединения от отмерших организмов.
2. Паразиты - используют органические вещества живых клеток растений,
животных, человека.
Факторы роста микроорганизмов – вещества, которые нужны микробным клеткам в небольших количествах и должны поступать в микробную клетку из окружающей среды. К ним относят различные витамины, некоторые аминокислоты (необходимые для синтеза белка), пуриновые и пиримидиновые основания (идущие на построение нуклеиновых кислот) и др.
Транспорт питательных веществ:
- пассивная диффузия
- облегченная диффузия
- активный транспорт
- перенос радикалов
Ферменты - это вещества белковой природы, которые являются биологическими катализаторами и играют важную роль в обмене веществ микроорганизмов.
- они обладают специфичностью, т.е. фермент катализирует определенную химическую реакцию.
- действуют только при определенной температуре (37 – 500С) и рН среды (7,2 – 7,4).
Различают:
Экзоферменты – выделяются клеткой наружу, расщепляют питательные субстраты до более простых.
Эндоферменты – участвуют в реакциях, происходящих внутри клетки.
Ферменты агрессии - служат для преодоления естественных защитных барьеров макроорганизма и являются факторами патогенности.
В) Дыхание бактерий
Дыхание (или биологическое окисление) - совокупность биохимических процессов, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микробных клеток.
По источникам энергии среди микроорганизмов различают:
- фототрофы, использующие для биосинтетических реакций энергию солнечного света (пурпурные серобактерии)
- хемотрофы, которые получают энергию за счет окисления неорганических веществ (нитрифицирующие бактерии и др.) и органических соединений (большинство бактерий, в том числе и патогенные для человека виды).
По типу дыхания различают:
1. облигатные аэробы – кислород для них обязателен
2. облигатные анаэробы – для них кислород губителен
3. факультативные анаэробы – растут как при доступе кислорода, так и при его отсутствии
Г) Рост и размножение бактерий
Рост – увеличение размеров отдельной особи и упорядоченное воспроизведение всех клеточных структур.
Размножение – способность микроорганизмов к самовоспроизведению. Размножаются бактерии поперечным делением. В начале удваивается ДНК, затем в цитоплазме появляется перегородка, идентичные дочерние клетки отходят друг от друга. Так как у микроорганизмов быстрый обмен веществ, скорость деления высокая, одно деление происходит в интервале пятнадцать – тридцать минут.