Metabolismus (metabolismus) bakterií je agregát dva vzájemně propojené protichůdné procesy katabolismu a anabolismu.
Katabolismus (disimilace) - rozpad látek v procesu enzymatických reakcí a akumulaci energie uvolněné během toho v molekulách ATP.
Anabolismus (asimilace) - syntéza látek se spotřebou energie.
Vlastnosti metabolismu u bakterií jsou takové:
Jeho intenzita je dostatečná vysoká úroveň, což je pravděpodobně způsobeno mnohem větším poměrem povrchu k jednotkové hmotnosti než u mnohobuněčných organismů;
Procesy disimilace převažují nad procesy asimilace;
substrátové spektrum látky spotřebovávané bakteriemi jsou velmi široké - od oxidu uhličitého, dusíku, dusitanů, dusičnanů až po organické sloučeniny včetně antropogenních látek - polutantů životního prostředí (tím jsou zajištěny jeho samočistící procesy);
Bakterie mají velmi širokou škálu různých enzymů- přispívá také k vysoké intenzitě metabolických procesů a šíři substrátového spektra.
Bakteriální enzymy podle lokalizace se dělí na 2 skupiny:
exozymy- bakteriální enzymy uvolňované do vnějšího prostředí a působící na substrát mimo buňku (například proteázy, polysacharidy, oligosacharidy);
endozymy- bakteriální enzymy působící na substráty uvnitř buňky (například enzymy štěpící aminokyseliny, monosacharidy, syntetázy).
Syntéza enzymů geneticky podmíněné, ale nařízení jejich syntéza je prostřednictvím přímé a zpětné vazby, to znamená, že u některých je potlačena a u jiných je indukována substrátem. Enzymy, jejichž syntéza závisí na dostupnosti vhodného substrátu v prostředí (například beta-galaktosidáza, beta-laktamáza) jsou tzv indukovatelný .
Další skupina enzymů jejichž syntéza nezávisí na přítomnosti substrátu v prostředí tzv konstitutivní (například enzymy glykolýzy). K jejich syntéze dochází vždy a vždy jsou v určitých koncentracích obsaženy v mikrobiálních buňkách.
Studujte metabolismus bakterií pomocí fyzikálně-chemické a biochemické metody výzkum v procesu kultivace bakterií za určitých podmínek na speciálních živných půdách obsahujících jednu nebo druhou sloučeninu jako substrát pro transformaci. Tento přístup umožňuje posoudit metabolismus podrobnějším studiem procesů různých typů metabolismu (bílkoviny, sacharidy) v mikroorganismech.
Metabolismus bílkovin u bakterií - to na jedné straně, - proces syntézy vlastních aminokyselin a bílkovin asimilací nezbytných složek z vnějšího prostředí a na druhé straně, - extracelulární rozpad proteinů pod vlivem různých enzymů. Pokud dojde k rozpadu bílkovin za anaerobních podmínek, pak se tento proces nazývá hniloba a jestli to půjde v aerobních podmínkách - doutnající.
V přítomnosti proteáz v bakteriích se jimi štěpí bílkoviny na meziprodukty rozpadu - peptony a v přítomnosti peptidáz v bakteriích se jimi štěpí peptony na aminokyseliny a produkty jejich rozpadu (amoniak, sirovodík, indol). Proteolytický(schopnost štěpit bílkoviny) a peptolytický(schopnost rozkládat peptony) vlastnosti nejsou vyjádřeny u všech bakterií, proto jejich studium ve spojení s dalšími enzymatickými vlastnostmi pomáhá identifikovat bakterie.
Metabolismus sacharidů u bakterií je také dvojí - je proces syntézy a štěpení sacharidů... Rozklad sacharidů bakteriemi (sacharolytické vlastnosti) za aerobních podmínek s tvorbou oxidu uhličitého a vody je tzv hořící , a rozdělit jimi sacharidy za anaerobních podmínek - kvašení.
Podle charakteru konečných produktů rozkladu sacharidů v anaerobních podmínkách se fermentace rozlišuje:
Alkohol,
Kyselina mléčná,
kyselina propionová,
Kyselina mravenčí,
kyselina máselná,
Octová kyselina.
Molekulární kyslík se neúčastní fermentačních procesů. Většina kvasných bakterií je obligátní anaeroby... Některé z nich jsou však - fakultativní anaeroby, jsou schopny provádět fermentační proces v přítomnosti kyslíku, ale bez jeho účasti. Navíc tento kyslík inhibuje proces fermentace. A je nahrazen spalováním (dýcháním - konečným akceptorem vodíku - kyslíku). Tento efekt byl pojmenován Pasteurův efekt a je jedním z klasické příklady změny metabolismu u bakterií v závislosti na podmínkách prostředí.
Syntéza biopolymerů bakteriální buňka potřebuje energii. Vzniká během biologická oxidace a je skladem ve formě molekuly makroergů- ATP a ADP.
Respirační organely u většiny bakterií jsou deriváty cytoplazmatické membrány - mesozomy , na kterých jsou lokalizovány speciální respirační enzymy jako např cytochrom oxidáza. Typ biooxidace je jedním z klíčových znaků pro odlišení různých mikroorganismů. Na tomto základě existují tři skupiny bakterií:
První skupina - povinné aeroby , který jsou schopny přijímat energii pouze dýcháním a potřebují molekulární kyslík jako konečný akceptor elektronů. Pro ně je jako typ redoxních procesů charakteristická oxidace, při které je konečným akceptorem elektronů kyslík.
Druhá skupina - obligátní anaeroby - bakterie, schopný růst pouze v prostředí bez kyslíku... Pro ně je jako typ redoxních procesů charakteristická fermentace, při které dochází k přenosu elektronů z donorového substrátu na substrát akceptorový.
Třetí skupina - fakultativní anaeroby - bakterie, schopný růst v přítomnosti i nepřítomnosti kyslíku a používají jak molekulární kyslík, tak organické sloučeniny jako terminální akceptory elektronů.
Mezi nimi mohou být fakultativní anaerobní bakterie schopné přejít z oxidace na fermentaci (enterobakterie) a aerotolerantní fakultativní anaerobní bakterie, které mohou růst v přítomnosti vzdušného kyslíku, ale nevyužívají ho, ale energii přijímají výhradně fermentací (například bakterie mléčného kvašení).
Pro mikrobiologickou diagnostiku, studium mikroorganismů a in biotechnologické účely mikroorganismy jsou kultivovány na umělých Xživná média.
Pod bakteriální růst rozumět zvýšení hmoty buněk beze změny jejich počtu v populaci jako výsledek koordinované reprodukce všech buněčných složek a struktur.
Zvýšení počtu buněk v populaci mikroorganismy jsou označeny tímto pojmem "Reprodukce" ... Je charakterizována dobou generování (časový interval, během kterého se počet buněk zdvojnásobí) a takovým pojmem, jako je koncentrace bakterií (počet buněk v 1 ml).
Na rozdíl od cyklu mitotického dělení u eukaryot probíhá reprodukce většiny prokaryot (bakterií) cestou binární dělení, a aktinomycety – pučením... Kromě toho existují všechna prokaryota haploidní stavu, protože molekula DNA je v buňce prezentována v jednotném čísle.
Při studiu procesu rozmnožování bakterií je třeba mít na paměti, že bakterie vždy existují ve formě více či méně početných populace a vývoj bakteriální populace v kapalném živném médiu ve vsádkové kultuře lze považovat za uzavřený systém. V tomto procesu se rozlišují 4 fáze.:
1. - počáteční, popř lag fáze , neboli fáze opožděné reprodukce, je charakterizována nástupem intenzivní růst buněk, ale míra jejich dělení zůstává nízká;
2. - logaritmické, popř log fáze , nebo exponenciální fáze, je charakterizována konstantou maximální rychlost buněčného dělení a významné zvýšení počtu buněk v populaci;
3. - stacionární fáze , nastává, když se počet buněk v populaci přestane zvyšovat. Je to kvůli tomu, co přichází rovnováha mezi počtem nově vzniklých a odumírajících buněk... Počet živých bakteriálních buněk v populaci na jednotku objemu živného média ve stacionární fázi se označuje jako M-koncentrace ... Tento indikátor je charakteristický pro každý typ bakterií;
4. - fáze vadnutí (logaritmická smrt), která se vyznačuje převahou v populaci počtu mrtvých buněk a progresivní snížení počtu životaschopných buněk v populaci.
K zastavení růstu počtu (reprodukce) populace mikroorganismů dochází v souvislosti s vyčerpání živného média a/nebo akumulaci v něm metabolické produkty mikrobiálních buněk. Odstraněním metabolických produktů a/nebo náhradou živného média, regulací přechodu mikrobiální populace ze stacionární fáze do fáze odumírání, je tedy možné vytvořit otevřený biologický systém usilující o odstranění dynamické rovnováhy při určitém úroveň populačního vývoje. Tento proces růstu mikroorganismů se nazývá průtoková kultivace(kontinuální kultura). Růst v kontinuální kultuře umožňuje získat velké masy bakterií při průtokové kultivaci ve speciálních zařízeních (chemostaty a turbidistaty) a využívá se při výrobě vakcín, ale i v biotechnologiích k získávání různých biologicky aktivních látek produkovaných mikroorganismy.
Pro studium metabolických procesů v celém cyklu buněčného dělení je možné také použít synchronní kultury. Synchronní kultury - kultury bakterií, jejichž všichni členové populace jsou ve stejné fázi cyklu. Toho je dosahováno speciálními kultivačními metodami, avšak po několika současných děleních se synchronizovaná buněčná suspenze postupně přepne zpět na asynchronní dělení, takže počet buněk následně narůstá nikoli krok za krokem, ale plynule.
Při kultivaci na pevných živných půdách se tvoří bakterie kolonie ... Jedná se o nahromadění bakterií stejného druhu viditelné pouhým okem, které jsou nejčastěji potomkem jedné buňky. Kolonie bakterií různých druhů se liší:
Hodnota
Průhlednost,
Výška,
Povaha povrchu
Konzistence.
Povaha kolonií je jednou z taxonomické znaky bakterií.
Nejdůležitější vlastností živých organismů jsou variabilita a dědičnost... Základem dědičného aparátu bakterií, stejně jako všech ostatních organismů, je DNA (u RNA virů - RNA ).
Spolu s tím má dědičný aparát bakterií a možnosti jeho studia řadu zvláštností. Za prvé, bakterie - haploidní organismy tj. oni mají jeden chromozom... V tomto ohledu s dědičností vlastností neexistuje žádný jev dominance... Bakterie mají vysokou rychlost rozmnožování, a proto se během krátké doby (den) vystřídá několik desítek generací bakterií. To umožňuje studovat obrovské populace a je docela snadné detekovat i vzácné mutace ve frekvenci.
Dědičný aparát jsou zastoupeny bakterie chromozóm... Bakterie mají jen jednu. Pokud existují buňky se dvěma nebo čtyřmi chromozomy, pak jsou stejné. Bakteriální chromozom - to molekula DNA... Délka této molekuly dosahuje 1,0 mm a aby se „vešla“ do bakteriální buňky, není lineární jako u eukaryot, ale supercoiled do smyček a svinutých do kroužku. Tento prstenec je připojen v jednom bodě k cytoplazmatické membráně.
Na bakteriálním chromozomu jsou oddělené geny... Například Escherichia coli jich má více než 2 tisíce. ale genotyp (genom) bakterie reprezentují nejen chromozomální geny. Funkčními jednotkami bakteriálního genomu jsou kromě chromozomálních genů IS sekvence, transpozony a plazmidy.
IS sekvence - krátké fragmenty DNA. Nenesou strukturní (kódující konkrétní protein) geny, ale obsahovat pouze geny odpovědné za transpozici(schopnost IS-sekvencí pohybovat se po chromozomu a integrovat se do jeho různých částí). IS sekvence jsou u různých bakterií stejné.
Transpozony ... Jsou to molekuly DNA – větší než sekvence IS. Kromě genů odpovědných za transpozici, oni obsahují strukturní gen kódování té či oné funkce. Transpozony se snadno pohybují po chromozomu. Jejich situace ovlivňuje výraz jak jejich vlastní strukturní geny, tak sousední chromozomální geny. Transpozony mohou také existovat mimo chromozom, autonomně, ale nejsou schopny autonomní replikace.
Plazmidy - to kruhové superspirální molekuly DNA... Jejich molekulová hmotnost se široce mění a může být stokrát větší než u transposonů. Plazmidy obsahují strukturní geny které dodávají bakteriální buňce různé, velmi pro ni důležité vlastnosti:
R-plazmidy - léková rezistence,
Col-plasmidy - k syntéze kolicinů,
F-plazmidy - k přenosu genetické informace,
Hly plasmid - k syntéze hemolyzinu,
Tox plazmid - syntetizuje toxin,
Plazmidy biodegradace - zničit jeden nebo jiný substrát a další.
Plazmidy mohou být integrované do chromozomu(na rozdíl od IS sekvencí a transposonů, do přesně vymezených oblastí), a může existovat offline... V tomto případě mají schopnost autonomní replikace, a proto může být v buňce 2, 4, 8 kopií takového plazmidu.
Mnoho plazmidů obsahuje geny propustnost a jsou schopny se přenášet z jedné buňky do druhé během konjugace (výměny genetické informace). Takové plazmidy se nazývají přenosné.
Přítomnost F-plazmidu ( faktor plodnosti, faktor pohlaví ) dává bakteriím funkci dárce a takové buňky jsou schopny předávat svou genetickou informaci jiným, F-buňky... Takto, přítomnost F-plazmidu je genetickým vyjádřením pohlaví u bakterií... S F-plasmidem je spojena nejen funkce dárce, ale také některé další fenotypové znaky. Jedná se především o přítomnost F-pil ( genitální řasinky), pomocí kterého je navázán kontakt mezi dárcovskými a recipientními buňkami. Prostřednictvím jejich kanálu se během rekombinace přenáší donorová DNA. Na genitálních řasinkách jsou umístěny receptory pro mužské fi-fágy. F buňky postrádají tyto receptory a jsou na takové fágy necitlivé.
Přítomnost F-cilia a citlivost na fi-fágy lze tedy považovat za fenotypovou expresi (projev) pohlaví u bakterií.
Bakterie rozlišují dva typy variability - fenotypová a genotypová.
Fenotypová variabilita – modifikace- neovlivňuje genotyp... Modifikace postihují většinu jedinců v populaci. Ony nedědil a časem vyblednou, to znamená, že se vrátí k původnímu fenotypu po větším (dlouhodobé modifikace) nebo menším počtu (krátkodobé modifikace) počtu generací.
Genotypová variabilita ovlivňuje genotyp... Je to založeno na mutace a rekombinace.
Mutace bakterie se zásadně neliší od mutací eukaryotických buněk. Zvláštnosti mutací u bakterií jsou relativní snadnost identifikace, protože je možné pracovat s velkými populacemi bakterií ... Podle původu mohou být mutace:
spontánní,
indukovaný.
Podle délky:
Bod,
Chromozomální mutace.
Podle zaměření:
Reverzní mutace.
Rekombinace v bakteriích se liší od rekombinací u eukaryot:
Za prvé, bakterie více mechanismů rekombinace (výměna genetického materiálu).
Za druhé, během rekombinací v bakteriích nevzniká zygota, jako u eukaryot, ale merozygot (nese kompletně genetickou informaci příjemce a část genetické informace dárce ve formě přírůstku).
Za třetí, během rekombinací v bakteriální rekombinantní buňce mění se nejen kvalita, ale i množství genetické informace.
Proměna zavedení hotového preparátu DNA do bakteriální buňky příjemce(speciálně připravené nebo přímo izolované z dárcovské buňky). Nejčastěji k přenosu genetické informace dochází, když je příjemce kultivován na živném médiu obsahujícím DNA dárce.
Pro vnímání dárcovské DNA během transformace musí být buňka příjemce v určitém fyziologickém stavu ( kompetence), kterého se dosahuje speciálními metodami zpracování bakteriální populace. Při transformaci se přenášejí jednotlivé (častěji jedno) znamení. Transformace je nejobjektivnějším důkazem vztahu DNA nebo jejích fragmentů s jedním nebo druhým fenotypovým znakem, protože do buňky příjemce je zaveden čistý preparát DNA.
Transdukce Je výměna genetické informace v bakteriích přenos od dárce k příjemci s mírným(převádění)bakteriofágy.
Transdukce fágů může nést jeden nebo více genů (vlastností). Probíhá transdukce:
Specifický (přenáší se vždy stejný gen),
Nespecifické (přenášejí se různé geny).
Je to spojeno s lokalizace transdukující fágy v genomu dárce. V prvním případě se nacházejí vždy na jednom místě chromozomu, ve druhém není jejich lokalizace konstantní.
Časování Jde o výměnu genetické informace v bakteriích jejím přenosem z dárce na příjemce na jejich přímý kontakt.
Po edukaci mezi dárcem a příjemcem konjugační můstek přes něj vstupuje jeden řetězec dárcovské DNA do buňky příjemce. Čím delší je kontakt, tím více dárcovské DNA může být přeneseno na příjemce. Na základě přerušení konjugace v pravidelných intervalech lze určit pořadí genů na chromozomu bakterií - vybudovat chromozomové mapy bakterie (k vyzbrojování bakterií). F+ buňky mají donorovou funkci.
Normální mikroflóra provází svého majitele po celý život. Jeho zásadní význam pro udržení vitální aktivity organismu dokládají pozorování gnoobiontní zvířata(zbavené vlastní mikroflóry), jejichž život je výrazně odlišný od života běžných jedinců a někdy je to prostě nemožné. V tomto ohledu je doktrína normální lidské mikroflóry a jejích poruch velmi důležitou částí lékařské mikrobiologie.
Nyní je to pevně stanoveno organismusčlověk a mikroorganismy, které ho obývají jediný ekosystém... Z moderních pozic normální mikroflóru by měl být viděn jako sada mnoha mikrobiocenózy , vyznačující se určitým druhovým složením a obývajícím určitý biotyp v těle. V jakékoli mikrobiocenóza je nutné rozlišovat mezi neustále se vyskytujícími typy mikroorganismů - charakteristický (původní, autochtonní flóra), další a náhodné - tranzit (alochtonní Flóra). Počet charakteristických druhů je poměrně malý, ale početně jsou vždy nejhojnější. Druhové složení přechodných mikroorganismů je různorodé, ale je jich málo.
Povrchy kůže a sliznic lidského těla jsou hojně osídleny bakteriemi. Navíc počet bakterií obývajících kožní tkáně (kůže, sliznice) je mnohonásobně větší než počet vlastních buněk hostitele. Kvantitativní výkyvy bakterií v biocenóze mohou u některých bakterií dosahovat několika řádů a přesto zapadají do přijatých standardů. Vytvořená mikrobiocenóza existuje jako celek jako společenství sjednocených potravinové řetězce a související mikroekologie druh.
Všechny mikrobiální biocenózy nalezené v těle zdravých lidí tvoří normální lidskou mikroflóru. V současné době je normální mikroflóra považována za samostatný mimotělní orgán. Má charakteristickou anatomickou stavbu ( biofilmu) a má určité funkce. Bylo zjištěno, že normální mikroflóra má dosti vysokou druhovou a individuální specifičnost a stabilitu.
Konstruktivní metabolismus je zaměřen na syntézu čtyř hlavních typů biopolymerů: proteinů, nukleových kyselin, polysacharidů a lipidů.
Níže je zobecněný schematický diagram biosyntézy komplexních organických sloučenin, kde jsou zdůrazněny následující hlavní fáze: tvorba organických prekurzorů z nejjednodušších anorganických látek (I), ze kterých se na další syntetizují „stavební bloky“ (II). etapa. Následně stavební kameny, navazující se na sebe kovalentními vazbami, tvoří biopolymery (III): Aplikace (obr. č. 3)
Prezentované schéma biosyntetických procesů neodráží celou složitost přeměny nízkomolekulárních prekurzorů na stavební bloky s velkou molekulovou hmotností. Ve skutečnosti syntéza probíhá jako série po sobě jdoucích reakcí s tvorbou různých meziproduktů metabolismu. Kromě toho jsou úrovně rozvoje biosyntetických schopností mikroorganismů velmi rozdílné. U některých mikrobů zahrnuje konstruktivní metabolismus všechna stádia znázorněná na diagramu, u jiných je omezen na druhou a třetí nebo pouze třetí fázi. Proto se mikroorganismy navzájem výrazně liší ve svých nutričních potřebách. Elementární složení potravy je však pro všechny živé organismy stejné a musí zahrnovat všechny složky tvořící buněčnou látku: uhlík, dusík, vodík, kyslík atd.
V závislosti na zdrojích uhlíku používaných při konstruktivní výměně se mikroorganismy dělí do dvou skupin: autotrofní a heterotrofní.
Autotrofy (z řeckého "autos" - sám, "trof" - potrava) využívají jako jediný zdroj uhlíku oxid uhličitý a z této jednoduché anorganické prekurzorové sloučeniny syntetizují všechny potřebné biopolymery. Autotrofy mají nejvyšší biosyntetickou schopnost.
Heterotrofy (z řeckého „heteros“ - jiné) potřebují zdroje organického uhlíku. Jejich nutriční potřeby jsou velmi rozmanité. Některé z nich se živí odpadními produkty jiných organismů nebo využívají odumřelé rostlinné a živočišné tkáně. Takové mikroorganismy se nazývají saprofyty (z řeckého "sapros" - shnilý a "fyton" - rostlina). Množství organických sloučenin, které využívají jako zdroje uhlíku, je extrémně velké - jsou to sacharidy, alkoholy, organické kyseliny, aminokyseliny atd. Téměř jakoukoli přírodní sloučeninu může ten či onen typ mikroorganismu využít jako zdroj výživy nebo energie.
Pro syntézu buněčných proteinů potřebují mikroorganismy dusík. Ve vztahu ke zdrojům dusíkaté výživy mezi mikroorganismy lze rozlišit autoaminotrofy a heteroaminotrofy. Ti první dokážou využít anorganický dusík (amonný, dusičnanový, molekulární) nebo nejjednodušší formy organického (močovina) a z těchto sloučenin vybudovat ve svém těle nejrůznější bílkoviny. V tomto případě se všechny formy dusíku nejprve převedou na amonnou formu. Tato nejvíce redukovaná forma dusíku se snadno přemění na aminoskupinu. Heteroaminotrofy potřebují organické formy dusíku – bílkoviny a aminokyseliny. Některé z nich vyžadují kompletní sadu aminokyselin, jiné vytvářejí potřebné proteinové sloučeniny z jedné nebo dvou aminokyselin jejich přeměnou.
Mnoho mikroorganismů heterotrofních vzhledem k uhlíku jsou autoaminotrofy. Patří mezi ně bakterie podílející se na čištění odpadních vod.
Potřebu kyslíku a vodíku pro konstruktivní metabolismus uspokojují mikroorganismy na úkor vody a organických živin. Zdrojem prvků popela (P, S, K, Mg, Fe) jsou odpovídající minerální soli. Potřeba těchto prvků je malá, ale přítomnost v prostředí je povinná. Pro normální fungování mikrobů jsou navíc nezbytné mikroprvky - Zn, Co, Cu, Ni atd. Část z nich je součástí přirozené výživy mikrobů, část je jimi asimilována z minerálních solí.
Způsoby získávání potravy, tedy způsoby výživy mikroorganismů, jsou velmi rozmanité. Existují tři hlavní způsoby krmení: holofytické, saprozoické a holozoické.
Holofytní výživa (z řeckého "holo" - jako celek "fit" - rostlina) se vyskytuje podle typu fotosyntézy rostlin. Taková výživa je vlastní pouze autotrofům. Z mikroorganismů je tato metoda charakteristická pro řasy, barevné formy bičíků a některé bakterie.
Heterotrofní mikroorganismy se buď živí pevnými částicemi potravy nebo absorbují rozpuštěnou organickou hmotu.
Holozoická výživa předurčuje vývoj speciálních organel v mikroorganismech pro trávení potravy a v některých - pro její zachycení. Například nezbarvené řasinky a řasinky mají ústní otvor, kterému je potrava přizpůsobena bičíky, respektive řasinkami. Nejlépe organizované řasinky tvoří proud vody ve formě trychtýře směřovaného úzkým koncem do úst periorální řasinkou. Částice potravy se usazují na dně nálevky a nálevníci je spolknou. Takovým nálevníkům se říká sedimentátory. Améby se živí fagocytózou.
Mikroorganismy s holozoickým způsobem výživy pro konstruktivní metabolismus využívají především cytoplazmu jiných organismů - bakterií, řas apod. a mají speciální organely pro trávení. Trávicí proces u prvoků probíhá v trávicích vakuolách.
Trávení spočívá v hydrolytickém štěpení složitých organických látek na jednodušší sloučeniny. V tomto případě se sacharidy hydrolyzují na jednoduché cukry, bílkoviny na aminokyseliny a při hydrolýze lipidů vzniká glycerol a vyšší mastné kyseliny. Produkty trávení jsou absorbovány do cytoplazmy a procházejí další transformací.
Bakterie, mikroskopické houby, kvasinky nemají speciální organely k zachycení potravy a ta se do buňky dostává celým povrchem. Tento způsob stravování se nazývá saprozoický.
Aby mohly vstoupit do buňky, musí být živiny v rozpuštěném stavu a musí mít vhodnou molekulovou velikost. Pro mnoho vysokomolekulárních sloučenin je cytoplazmatická membrána nepropustná a některé z nich ani nemohou proniknout buněčnou membránou. To však neznamená, že vysokomolekulární sloučeniny nejsou mikroorganismy využívány jako živiny. Mikroorganismy syntetizují extracelulární trávicí enzymy, které hydrolyzují komplexní sloučeniny. Proces trávení, ke kterému dochází u prvoků ve vakuolách, u bakterií se tedy provádí mimo buňku (příloha obr. 4).
Velikost molekul není jediným faktorem, který rozhoduje o pronikání živin do buňky.
Cytoplazmatická membrána je schopna některé sloučeniny procházet a jiné zadržovat.
Je známo několik mechanismů přenosu látek buněčnou membránou: jednoduchá difúze, facilitovaná difúze a aktivní přenos (přílohy obr. 5).
Jednoduchá difúze je pronikání molekul látky do buňky bez pomoci jakýchkoli nosičů.
V nasycení buňky živinami jednoduchá difúze příliš nevadí. Molekuly vody však vstupují do buňky právě tímto způsobem. Důležitou roli v tomto procesu hraje osmóza - difúze molekul rozpouštědla přes semipermeabilní membránu ve směru koncentrovanějšího roztoku.
Roli semipermeabilní membrány v buňce hraje cytoplazmatická membrána. V buněčné míze je rozpuštěno velké množství molekul různých látek, proto mají buňky mikroorganismů poměrně vysoký osmotický tlak. Jeho hodnota u mnoha mikrobů dosahuje 0,5-0,8 MPa. V prostředí je osmotický tlak obvykle nižší. To způsobí, že voda proudí do buňky a vytváří v ní určité napětí zvané turgor.
S usnadněnou difúzí vstupují rozpuštěné látky do buňky za účasti speciálních nosných enzymů nazývaných permeázy. Zdá se, že zachycují molekuly rozpuštěných látek a přenášejí je na vnitřní povrch membrány.
Jednoduchá a usnadněná difúze jsou varianty pasivního transportu látek. V tomto případě je hnací silou přenosu látek do buňky koncentrační gradient na obou stranách membrány. Většina látek však vstupuje do buňky proti koncentračnímu gradientu. V tomto případě se na takový přenos vynakládá energie a přenos se nazývá aktivní. Aktivní přenos probíhá za účasti specifických proteinů, je spřažen s energetickým metabolismem buňky a umožňuje akumulaci živin v buňce v koncentraci mnohonásobně větší, než je jejich koncentrace ve vnějším prostředí. Aktivní přenos je hlavním mechanismem pro vstup živin do buněk se saprozoickou výživou.
Zvažte první skupinu genů. Ethanol se oxiduje ve dvou krocích a v těchto dvou krocích působí dva klíčové enzymy. Za prvé, působením enzymu alkoholdehydrogenázy se ethanol přemění na acetaldehyd ...
Genetika a biochemie alkoholismu
Katabolismus ethylalkoholu se vyskytuje hlavně v játrech. Zde se oxiduje 75 % až 98 % etanolu zavedeného do těla. Oxidace alkoholu je složitý biochemický proces...
Hydrofilní hormony, jejich struktura a biologické funkce
Biosyntéza. Na rozdíl od steroidů jsou peptidové a proteinové hormony primárními produkty biosyntézy. Odpovídající informace jsou čteny z DNA (DNA) ve fázi transkripce ...
Studium sezónního biorytmu bacilárně-kokové transformace bakterie Helicobacter pylori
Bakterie Helicobacter pylori se velmi úspěšně adaptovala na život v extrémních podmínkách lidského žaludku. Je gramnegativní, což již implikuje silnou neprostupnou buněčnou stěnu. Je schopna žít v mikroaerofilních podmínkách...
Morfologie a metabolismus kvasinek
Regulace primárních metabolických procesů
Živá buňka je vysoce organizovaný systém. Obsahuje různé struktury a také enzymy, které je dokážou zničit. Obsahuje také velké makromolekuly...
Úloha peptidů ve fungování nervového systému
Jak bylo uvedeno výše, jsou známy tři proteinové molekuly, které ve své struktuře zahrnují enkefalinové sekvence: proopiomelanokortin, preproenkefalin A (proenkefalin), preproenkefalin B (prodinorfin). Sekvence...
Více než 2/3 aminodusíku aminokyselin tvoří glutamát a jeho deriváty; tyto aminokyseliny jsou kvantitativně dominantní v mozku všech studovaných živočišných druhů. Podobný obraz je pozorován v míše ...
Volné aminokyseliny nervového systému
Aromatické aminokyseliny - tryptofan, fenylalanin a tyrosin - jsou důležité jako prekurzory 5-hydroxytrilaminu a katecholaminů, které hrají mimořádně důležitou roli v neuronálních procesech...
Struktura a transport androgenů
V cílových orgánech jsou samostatné, specifické cytoreceptory pohlavních hormonů. Tyto hormonální receptory jsou samozřejmě tkáňovou složkou každé endokrinní funkce - včetně té gonadální...
Fyziologie a biochemie rostlinných složek
Cyklus Hatch and Slack byl také nalezen u sukulentních rostlin. Pokud je však v rostlinách C4 dosaženo spolupráce díky prostorovému oddělení dvou cyklů (začlenění CO2 do organických kyselin v mezofylu, redukce pláště) ...
Vše uvedeno v tabulce. 1 fotosyntetické mikroorganismy jsou uzpůsobeny pro využití světla ve viditelné (vlnová délka 400-700 nm) a blízké infračervené části spektra (700-1100 nm) ...
Energetický metabolismus mikroorganismů
Ze tří cest tvorby ATP je fosforylace substrátu nejjednodušší. Tento typ energetického metabolismu je typický pro mnoho bakterií a kvasinek, které provádějí různé druhy fermentace...
Energetický metabolismus mikroorganismů
Většina heterotrofních organismů přijímá energii v procesu dýchání – biologické oxidaci složitých organických substrátů, které jsou donory vodíku. Vodík z oxidované látky vstupuje do dýchacího řetězce enzymů ...
Energetický metabolismus mikroorganismů
Oxidace redukovaných minerálních sloučenin dusíku, síry, železa slouží jako zdroj energie pro chemolitotrofní mikroorganismy ...
Navzdory tomu, že organický život jako celek je velmi složitý a mnohostranný fenomén, lze jednotlivé mechanismy, které podporují jeho existenci, rozložit na zcela jednoduché součásti, které jsou srozumitelné i pro nováčky, kteří se nejprve zajímají o mikrobiologickou problematiku. K takovým podmíněně složitým, ale ve skutečnosti velmi jednoduchým mechanismům patří bakteriální metabolismus.
V mikrobiologii je obecným obrazem metabolismu v jakémkoli organismu cyklus reakcí, z nichž některé poskytují tělu energii, zatímco jiné neustále tělu doplňují hmotu (dodávají stavební materiál).
V tomto ohledu se metabolismus bakteriální buňky neliší od obecných biologických principů. Bakterie byly navíc zakladateli dosud fungujícího mechanismu pro zajištění vitální činnosti živé buňky.
V závislosti na metabolických produktech existují dva typy:
Přítomnost přísné gradace neznamená, že někde v organismu bakteriální buňky je energie odděleně syntetizována, ale organická hmota je samostatně budována se spotřebou již akumulované energie. Ne.
Naprostá většina metabolických procesů probíhá v prokaryotické buňce současně a představuje uzavřený cyklus. V procesu katabolismu se tedy tvoří produkty, které jsou okamžitě zachycovány buněčnými strukturami, a spouští se reakce biosyntézy určitých enzymů, které zase regulují procesy syntézy energie.
Ve vztahu k substrátu je metabolismus u bakterií rozdělen do několika fází:
Tyto kroky jsou důležité pro mikrobiology k identifikaci prokaryot podle enzymů, které produkují v různých fázích metabolismu.
Zvláštností metabolismu bakterií je, že prokaryotické buňky mohou využívat nejen kyslík, ale i další organické a anorganické sloučeniny jako oxidanty (zdroje energie a uhlíku). Z organických látek přítomných na planetě Zemi mají pouze bakterie tak široký přístup k původním zdrojům, aby si udržely svou životně důležitou aktivitu.
Tyto vlastnosti metabolismu v bakteriích jsou způsobeny přítomností dvou typů enzymů (proteinové molekuly, které urychlují reakce v živých buňkách):
Některé enzymy jsou neustále produkovány buněčným organismem (konstitutivní) a existují takové, které jsou produkovány jako reakce na výskyt určitého substrátu (indukovatelné).
Energetický metabolismus u zástupců bakteriální říše může být prováděn dvěma různými biologickými způsoby:
Chemotrofické dýchání (přenos elektronu ze substrátu do intracelulárních látek) u bakterií probíhá třemi způsoby:
Mezi zvláštnosti metabolismu u bakterií patří bohatý výběr přijímačů volných elektronů, které se uvolňují v procesu oxidace substrátu, která je vlastní pouze světu prokaryot.
V závislosti na tom, která látka je konečným akceptorem elektronů, se tedy liší následující typy anaerobního dýchání:
Využití energie ATP k budování buněčného materiálu není nic jiného než biosyntetické reakce k vytvoření:
Reakce probíhají v několika fázích. V důsledku počátečních fází vznikají z rozkladných produktů glukózy (pentózofosfáty, pyruvát, acetyl CoA atd.) molekuly proteinů-monomery, které se v dalších fázích skládají do makromolekul.
Aminokyseliny jsou hlavními stavebními kameny bílkovin. Protein obsahuje 20 aminokyselin a všechny jsou syntetizovány samotnou bakterií. K této syntéze dochází jako výsledek 7 hlavních biosyntetických reakcí:
Aminoskupina aminokyselin získává dusík z dusičnanů, dusitanů, molekulárního dusíku a amoniaku (v závislosti na typu bakterií). Právě na tyto organické sloučeniny se anorganický dusík přeměňuje, než se stane součástí polymerních makromolekul konkrétní aminokyseliny.
Nukleotidy jsou stavebními kameny pro DNA a RNA, stejně jako pro koenzymy (neproteinové molekuly, které jsou centry aktivace proteinů).
Pokud má bakterie přístup ke zbytkům nukleových kyselin nebo jsou nukleotidy přítomny v substrátu, bakteriální buňka spotřebuje hotové nukleotidy a pouze v nepřítomnosti hotového produktu provede bakterie komplexní syntézu nukleové kyseliny. polymer.
Lipidy jsou organické látky skládající se z tuků a látek podobných tukům, syntetizované bakteriemi z intermediárního metabolitu acetyl-CoA. V důsledku složitých reakcí pomocí enzymů dochází k syntéze mastných kyselin, ze kterých bakterie staví buněčné stěny a tvoří elektronické transportní řetězce.
Život lidského těla je velmi složitý a jedinečný fenomén, má však takové mechanismy, které jeho existenci podporují a zároveň je lze rozebrat až na ty nejjednodušší komponenty, které jsou dostupné každému. Zde je nejprve třeba říci o metabolismu bakterií, který je složitý pouze podmíněně, ve skutečnosti je takový proces, jako je metabolismus bakterií, docela jednoduchý. Podrobně se seznámit s metabolickým procesem mikroorganismů pomáhá nauka o mikrobiologii. Studované procesy pomáhají vytvářet nové formy léčby široké škály onemocnění.
Pokud mluvíme o obecném obrazu metabolického bakteriálního procesu, pak mluvíme o určitém reakčním cyklu a u některých reakcí je úkolem poskytnout lidskému tělu energii, a pokud jde o jiné, jsou to způsoby, jak doplnit tělo. s hmotou, to znamená, že jsou ve skutečnosti jakýmsi stavebním materiálem ... Pokud mluvíme o metabolismu bakteriálních buněk, pak je nemožné najít rozdíly od biologických principů obecného typu. Právě bakterie jsou základem provizorního mechanismu životního procesu živých buněk.
Existují 2 typy takového procesu, které závisí na metabolických produktech:
Většina procesů metabolického typu probíhá v buňce prokaryotického typu a tento proces je jednorázového charakteru, vše má podobu cyklu uzavřeného typu. Když probíhá metabolický proces, začnou se tvořit produkty, které jsou doprovázeny strukturami buněčného typu, pak začíná biosyntetická reakce, na které se podílejí určité enzymy, provádějí proces syntézy energetické povahy. Tyto typy metabolismu mikroorganismů nejsou jediné, existují i jiné.
Metabolismus mikroorganismů se týká substrátu, zde mluvíme o několika fázích:
Všechny vlastnosti tohoto procesu jsou způsobeny skutečností, že existují dva typy enzymů (hovoříme o molekulách proteinového typu, které mohou urychlit reakce v buněčné struktuře:
Je třeba poznamenat, že existuje řada enzymů, které jsou způsoby, jak je může buněčná struktura průběžně produkovat (konstitutivní povaha), a existují takové, které produkují formou reakce, když se objeví určitý substrát.
Takový proces u bakterií se provádí určitými metodami biologického typu:
Pokud mluvíme o tom, jak bakterie dýchají chemotrofickým způsobem, pak mohou existovat 3 způsoby:
Je třeba poznamenat, že růst je proces, kdy jedinec zvětšuje svou velikost, a pokud jde o samotný proces reprodukce, tak se populace začíná zvětšovat.
Je pozoruhodné, že bakterie se mohou množit tak, že se jednoduše provádí binární dělení, ale tato metoda není zdaleka jediná, dochází také k pučení. Pokud mají bakterie grampozitivní formu, pak dochází k vytvoření septa ze stěny buněčného typu a membrány cytoplazmatického typu, která může růst dovnitř. Pokud jsou bakterie gramnegativní, pak se začne tvořit konstrikce, po které se buňka rozdělí na pár jedinců.
Pozoruhodná je rychlost procesu reprodukce, která může být různá. Pokud mluvíme o drtivé většině bakterií, pak se dělí každou půlhodinu. A existují tuberkulózní mykobakteria, jejichž proces dělení je pomalejší, stačí říci, že jedno dělení může trvat minimálně 18 hodin. Spirochety se také nedělí rychle, asi 10 hodin, takže je vidět, jak se liší metabolismus mikroorganismů.
Pokud vyséváte bakterie do tekutého živného média, odebíráte určitý objem a pak každou hodinu odebíráte vzorek, pak má růst bakterií tvar zakřivené čáry.
Tyto látky rostou v několika fázích:
Na závěr je třeba poznamenat, že metabolismus všech bakterií a mikrobů může mít určité rozdíly, může zde být celá řada faktorů. Velký význam mají individuální vlastnosti lidského těla. A pokud jde o takový proces, jako je regulace metabolismu, začali to studovat i u prokaryot, a to konkrétně u prokaryot (to jsou operony střevní tyčinky).
K dnešnímu dni existují různé metody studia. Pokud se studují sirné bakterie, pak má studie své vlastní charakteristiky a ke studiu bakteriálních změn lze použít i jiné metody. Zvláštní pozornost si zaslouží železité bakterie, které mají jedinečnou vlastnost oxidace železitého železa.
