Ainevahetus bakterite ainevahetus (metabolism). totaalsus kaks omavahel ühendatud vastandit katabolismi ja anabolismi protsessid.
Katabolism (dissimilatsioon) - ainete lagunemine ensümaatiliste reaktsioonide protsessis ja selle käigus vabaneva energia akumuleerumisel ATP molekulidesse.
Anabolism (assimilatsioon) - ainete süntees energia kuluga.
Bakterite ainevahetust iseloomustab:
Selle intensiivsus on piisav kõrge tase, mis on tõenäoliselt tingitud palju suuremast pinna ja massiühiku suhtest kui paljurakulistel organismidel;
Protsessid dissimilatsioon on protsesside suhtes ülimuslikud assimilatsioon;
substraadi spekter bakterite poolt tarbitavate ainete hulk on väga lai - süsinikdioksiidist, lämmastikust, nitrititest, nitraatidest kuni orgaaniliste ühenditeni, sh inimtekkelised ained - keskkonnasaasteained (tagades sellega selle isepuhastusprotsessid);
Bakterid on väga lai valik erinevaid ensüüme- see aitab kaasa ka ainevahetusprotsesside kõrgele intensiivsusele ja substraadi spektri laiusele.
bakteriaalsed ensüümid lokaliseerimise järgi jagunevad 2 rühma:
eksoensüümid- väliskeskkonda sattunud ja rakuvälisel substraadil toimivad bakteriaalsed ensüümid (näiteks proteaasid, polüsahhariidid, oligosahharidaasid);
endoensüümid- bakterite ensüümid, mis toimivad rakusisestel substraatidel (näiteks ensüümid, mis lagundavad aminohappeid, monosahhariide, süntetaase).
Ensüümide süntees geneetiliselt määratud, kuid määrus nende süntees on otsese ja tagasiside kaudu, st mõne jaoks on see represseeritud, teiste jaoks aga indutseeritud substraadi poolt. Ensüümid, mille süntees sõltub sobiva substraadi olemasolust söötmes (näiteks beeta-galaktosidaas, beeta-laktamaas) nimetatakse indutseeritav .
Teine ensüümide rühm mille süntees ei sõltu substraadi olemasolust keskkonnas nimega konstitutiivne (nt glükolüüsi ensüümid). Nende süntees toimub alati ja need sisalduvad alati teatud kontsentratsioonides mikroobirakkudes.
Bakterite ainevahetuse uurimine füüsikalis-keemilised ja biokeemilised meetodid uuringud bakterite kultiveerimise protsessis teatud tingimustel spetsiaalsel toitekeskkonnal, mis sisaldab transformatsiooni substraadina üht või teist ühendit. Selline lähenemine võimaldab hinnata ainevahetust mikroorganismide erinevat tüüpi ainevahetuse (valgud, süsivesikud) protsesside üksikasjalikuma uurimise kaudu.
Valkude ainevahetus ühelt poolt bakterites, oma aminohapete ja valkude sünteesi protsess assimileerides väliskeskkonnast vajalikud komponendid ja teisest küljest rakuvälise valgu lagunemine erinevate ensüümide mõjul. Kui toimub valkude lagunemine anaeroobsetes tingimustes, siis seda protsessi nimetatakse lagunemine ja kui ta läheb aeroobsetes tingimustes hõõguv.
Kui bakteritel on proteaase, lõhustuvad nad valgud vahepealsteks lagunemissaadusteks - peptoonideks ja kui bakteritel on peptidaasid, siis peptoonid lõhustuvad aminohapeteks ja nende lagunemissaadusteks (ammoniaak, vesiniksulfiid, indool). Proteolüütiline(võime lagundada valke) ja peptolüütiline(peptoonide lagundamise võime) omadused ei avaldu kõigis bakterites, seega aitab nende uurimine koos teiste ensümaatiliste omadustega baktereid tuvastada.
süsivesikute ainevahetus Bakteritel on ka kahetine iseloom – see on süsivesikute sünteesi ja lagunemise protsess. Süsivesikute lagunemine bakterite poolt (sahharolüütilised omadused) aeroobsetes tingimustes süsihappegaasi ja vee moodustumisega nimetatakse põletamine , aga poolitatud neid süsivesikud anaeroobsetes tingimustes - kääritamine.
Sõltuvalt süsivesikute lagunemise lõpp-produktide iseloomust anaeroobsetes tingimustes eristatakse kääritamist:
alkohol,
piimhape,
propioonhape,
sipelghape,
võihape,
Äädikhape.
Molekulaarne hapnik ei osale fermentatsiooniprotsessides. Enamik käärivaid baktereid on kohustuslikud anaeroobid. Mõned neist siiski on fakultatiivsed anaeroobid, suudavad käärimisprotsessi läbi viia hapniku juuresolekul, kuid ilma selle osaluseta. Pealegi pärsib see hapnik käärimisprotsessi. Ja see asendatakse põlemisega (hingamine - vesiniku lõplik aktseptor - hapnik). Seda efekti kutsuti Pasteuri efekt ja on üks klassikalised näited ainevahetuse muutumisest bakterites sõltuvalt keskkonnatingimustest.
Biopolümeeride süntees bakterirakk vajab energiat. See moodustub ajal bioloogiline oksüdatsioon ja säilitatakse vormis makroerg molekulid- ATP ja ADP.
Enamiku bakterite hingamisteede organellid on tsütoplasmaatilise membraani derivaadid - mesosoomid , mis on lokaliseeritud spetsiaalsed hingamisteede ensüümid nagu tsütokroom oksüdaasid. Bioloogilise oksüdatsiooni tüüp on üks peamisi omadusi, mis võimaldab eristada erinevaid mikroorganisme. Selle põhjal seal on kolm bakterirühma:
Esimene rühm - kohustuslikud aeroobid , mis suudavad energiat hankida ainult hingates ja vajavad molekulaarset hapnikku lõpliku elektroni aktseptorina. Redoksprotsesside tüübina iseloomustab neid oksüdatsioon, mille käigus hapnik on lõplik elektronaktseptor.
Teine rühm - kohustuslikud anaeroobid - bakterid suudab kasvada ainult hapnikuvaeses keskkonnas. Nende jaoks on redoksprotsesside tüübina iseloomulik kääritamine, mille käigus elektronid kantakse doonorsubstraadilt aktseptorsubstraadile.
Kolmas rühm - fakultatiivsed anaeroobid - bakterid võimeline kasvama hapniku juuresolekul või puudumisel ja kasutada terminaalsete elektronide aktseptoritena nii molekulaarset hapnikku kui ka orgaanilisi ühendeid.
Nende hulgas võib olla fakultatiivsed anaeroobsed bakterid, mis on võimelised lülituma oksüdatsioonilt fermentatsioonile (enterobakterid), samuti aerotolerantsed fakultatiivsed anaeroobsed bakterid, mis võib kasvada õhuhapniku juuresolekul, kuid ei kasuta seda, vaid saab energiat ainult kääritamise teel (näiteks piimhappebakterid).
Mikrobioloogiliseks diagnostikaks, mikroorganismide uurimiseks ja sisse biotehnoloogilistel eesmärkidel Mikroorganisme kasvatatakse kunstlikul pinnal X toitainekeskkond.
Under bakterite kasvu mõista raku massi suurenemine ilma nende arvu muutmata populatsioonis kõigi rakuliste komponentide ja struktuuride koordineeritud paljunemise tulemusena.
Rakkude arvu suurendamine populatsioonis Mikroorganisme nimetatakse "paljundamine" . Seda iseloomustab generatsiooniaeg (ajavahemik, mille jooksul rakkude arv kahekordistub) ja selline mõiste nagu bakterite kontsentratsioon (rakkude arv 1 ml-s).
Erinevalt mitootilisest jagunemistsüklist eukarüootides toimub enamiku prokarüootide (bakterite) paljunemine binaarne lõhustumise, aga aktinomütseedid – tärkavad. Lisaks eksisteerivad kõik prokarüootid haploidne olekus, kuna DNA molekul on rakus esindatud ainsuses.
Bakterite paljunemisprotsessi uurides tuleb arvestada, et bakterid eksisteerivad alati enam-vähem arvukatena. populatsioonid, ja bakteripopulatsiooni arengut vedelas toitainekeskkonnas partiikultuuris võib pidada suletud süsteemiks. Selles protsessis on 4 faasi:
1. - esitäht või viivitusfaas või paljunemise viivituse faas, iseloomustab seda algus intensiivne rakkude kasv, kuid nende jagunemise määr jääb madalaks;
2. - logaritmiline või logi faas , ehk eksponentsiaalne faas, iseloomustab seda konstant maksimaalne rakkude jagunemise kiirus ja rakkude arvu märkimisväärne suurenemine populatsioonis;
3. - statsionaarne faas , tekib siis, kui rakkude arv populatsioonis enam ei kasva. See on tingitud sellest, mis tuleb tasakaal äsja moodustunud ja surevate rakkude arvu vahel. Elusate bakterirakkude arv populatsioonis statsionaarses faasis toitekeskkonna mahuühiku kohta on tähistatud kui M-kontsentratsioon . See indikaator on igat tüüpi bakterite iseloomulik tunnus;
4. - suremise faas (logaritmiline surm), mida iseloomustab surnud rakkude arvu ülekaal populatsioonis ja progresseeruv elujõuliste rakkude arvu vähenemine populatsioonis.
Mikroorganismide populatsiooni arvukuse (paljunemise) kasvu peatumine toimub seoses toitainete ammendumine ja/või kuhjumine selles ainevahetusproduktid mikroobirakud. Seetõttu on metaboolsete saaduste eemaldamise ja/või toitainekeskkonna asendamise, mikroobipopulatsiooni ülemineku reguleerimise teel statsionaarsest faasist surevasse faasi võimalik luua avatud bioloogiline süsteem, mis püüab teatud tasemel dünaamilist tasakaalu elimineerida. rahvastiku arengust. Seda mikroorganismide kasvatamise protsessi nimetatakse voolukultuur(pidev kultuur). Pideva kultuuri kasvatamine võimaldab saada suuri bakterimasse voolukasvatuse käigus spetsiaalsetes seadmetes (kemostaadid ja turbidistaatid) ning seda kasutatakse vaktsiinide tootmisel, samuti biotehnoloogias erinevate mikroorganismide poolt toodetavate bioloogiliselt aktiivsete ainete saamiseks.
Ainevahetusprotsesside uurimiseks kogu raku jagunemistsükli jooksul on võimalik kasutada ka sünkroonsed kultuurid. Sünkroonsed kultuurid - bakterikultuurid, mille kõik populatsiooni liikmed on tsükli samas faasis. See saavutatakse spetsiaalsete kultiveerimismeetodite abil, kuid pärast mitut samaaegset jagunemist lülitub sünkroniseeritud rakususpensioon järk-järgult tagasi asünkroonsele jagunemisele, nii et rakkude arv ei suurene enam astmeliselt, vaid pidevalt.
Tihedal toitainekeskkonnal kasvatamisel tekivad bakterid kolooniad . See on palja silmaga nähtav sama liigi bakterite kogum, mis on enamasti ühe raku järglane. Erinevate liikide bakterite kolooniad on erinevad:
väärtus,
Läbipaistvus
kõrgus,
Pinna iseloom
Järjepidevus.
Kolooniate olemus on üks bakterite taksonoomilised omadused.
Elusorganismide kõige olulisem omadus on varieeruvus ja pärilikkus. Bakterite, nagu kõigi teiste organismide, päriliku aparaadi alus on DNA (RNA-d sisaldavate viiruste puhul - RNA ).
Koos sellega on bakterite pärilikul aparatuuril ja võimalusel seda uurida mitmeid omadusi. Esiteks bakterid haploidsed organismid, st nemad neil on üks kromosoom. Sellega seoses ei ole tunnuste pärimisel nähtust domineerimine. Bakterite paljunemiskiirus on kõrge ja seetõttu asendub lühikese aja jooksul (päevas) mitukümmend põlvkonda baktereid. See võimaldab uurida tohutuid populatsioone ja üsna lihtsalt tuvastada isegi haruldasi mutatsioone.
pärilik aparaat bakterid on esindatud kromosoom. Bakteritel on ainult üks. Kui on kahe või nelja kromosoomiga rakke, siis on need samad. bakterite kromosoom - see DNA molekul. Selle molekuli pikkus ulatub 1,0 mm-ni ja selleks, et "mahtuda" bakterirakku, ei ole see lineaarne, nagu eukarüootidel, vaid ülikeritud aasades ja volditud rõngaks. See rõngas on ühes kohas kinnitatud tsütoplasmaatilise membraani külge.
Üksikud kromosoomid paiknevad bakterikromosoomis geenid. Näiteks Escherichia coli's on neid üle 2 tuhande. aga genotüüp (genoom) ei esinda mitte ainult kromosomaalsed geenid. Bakteri genoomi funktsionaalsed üksused lisaks kromosomaalsetele geenidele on IS järjestused, transposoonid ja plasmiidid.
IS järjestused - DNA lühikesed fragmendid. Nad ei kanna struktuurseid (konkreetset valku kodeerivaid) geene, vaid sisaldama ainult transponeerimise eest vastutavad geenid(IS-järjestuste võime liikuda mööda kromosoomi ja integreeruda selle erinevatesse osadesse). IS järjestused on erinevates bakterites samad.
transposoonid . Need on DNA molekulid – suuremad kui IS järjestused. Lisaks transponeerimise eest vastutavatele geenidele on nad sisaldavad struktuurgeeni, mis kodeerib üht või teist funktsiooni. Transposoonid liiguvad kergesti mööda kromosoomi. Nende positsioon mõjutab väljendus nii oma struktuurigeene kui ka naaberkromosomaalseid geene. Transposoonid võivad eksisteerida ka väljaspool kromosoomi, autonoomselt, kuid ei ole võimelised autonoomseks replikatsiooniks.
Plasmiidid - see ümmargused superkeerdunud DNA molekulid. Nende molekulmass on väga erinev ja võib olla sadu kordi suurem kui transposoonidel. Plasmiidid sisaldavad struktuurseid geene, varustades bakteriraku erinevate, väga omadused, mis on talle olulised.:
R-plasmiidid - ravimiresistentsus,
Kol-plasmiidid - kolitsiinide sünteesimiseks,
F-plasmiidid - geneetilise teabe edastamiseks,
Hly-plasmiid - hemolüsiini sünteesimiseks,
Tox-plasmiid - toksiini sünteesimiseks,
Biodegradatsiooniplasmiidid – hävitavad üht või teist substraati ja teisi.
Plasmiidid võivad olla integreeritud kromosoomi(erinevalt IS-i järjestustest ja transposoonidest on need manustatud rangelt määratletud aladel) ja võib eksisteerida võrguühenduseta. Sel juhul on neil võime autonoomselt paljuneda ja seetõttu võib sellisest plasmiidist rakus olla 2, 4, 8 koopiat.
Paljud plasmiidid sisaldavad geene ülekantavus ja on võimelised konjugeerimise (geneetilise informatsiooni vahetamise) käigus kanduma ühest rakust teise. Selliseid plasmiide nimetatakse ülekantavateks.
F-plasmiidi olemasolu ( viljakusfaktor, sugufaktor ) annab bakteritele doonori ülesandeid ja sellised rakud on võimelised oma geneetilist informatsiooni teistele edasi kandma, F-rakud. Sellel viisil, F-plasmiidi olemasolu on soo geneetiline ekspressioon bakterites. F-plasmiidiga pole seotud mitte ainult doonorifunktsioon, vaid ka mõned muud fenotüübilised tunnused. See on esiteks F-vaiade olemasolu ( suguelundite ripsmed), mille abil luuakse kontakt doonor- ja retsipientrakkude vahel. Nende kanali kaudu edastatakse rekombinatsiooni käigus doonori DNA. Isaste fi-faagide retseptorid asuvad suguelundite ripsmetel. F-rakkudel selliseid retseptoreid ei ole ja nad ei ole selliste faagide suhtes tundlikud.
Seega võib F-ripsmete olemasolu ja tundlikkust fi-faagide suhtes pidada soo fenotüübiliseks ekspressiooniks (ilminguks) bakterites.
Baktereid eristatakse kahte tüüpi varieeruvust – fenotüübiline ja genotüüpne.
Fenotüübiline varieeruvus – modifikatsioonid- ei mõjuta genotüüpi. Muudatused mõjutavad enamikku elanikkonnast. Nemad on ei ole päritud ja aja jooksul tuhmuvad, st pöörduvad tagasi algse fenotüübi juurde suurema (pikaajalised modifikatsioonid) või vähema (lühiajalised modifikatsioonid) põlvkondade arvu kaudu.
Genotüübi varieeruvus mõjutab genotüüpi. See põhineb mutatsioonid ja rekombinatsioonid.
Mutatsioonid bakterid ei erine põhimõtteliselt eukarüootsete rakkude mutatsioonidest. Mutatsioonid bakterites on tuvastamise suhteline lihtsus, kuna on võimalik töötada suurte bakteripopulatsioonidega . Päritolu järgi võivad mutatsioonid olla:
spontaanne
indutseeritud.
Pikkuse järgi:
punkt,
Kromosomaalsed mutatsioonid.
Suuna järgi:
Selja mutatsioonid.
rekombinatsioonid bakterites erineb rekombinatsioonist eukarüootides:
Esiteks on bakteritel mitu mehhanismi rekombinatsioon (geneetilise materjali vahetus).
Teiseks, rekombinatsiooni käigus bakterites ei moodustu sügoot, nagu eukarüootides, vaid merosügoot (kannab täiendusena täielikku retsipiendi geneetilist informatsiooni ja osa doonori geneetilisest informatsioonist).
Kolmandaks, rekombinatsioonide ajal bakteriaalses rekombinantses rakus ei muutu mitte ainult geneetilise informatsiooni kvaliteet, vaid ka kvantiteet.
Muutumine valmis DNA preparaadi sisestamine retsipientbakterirakku(spetsiaalselt valmistatud või doonorrakust otse eraldatud). Kõige sagedamini toimub geneetilise teabe ülekandmine siis, kui retsipienti kasvatatakse doonori DNA-d sisaldaval toitainekeskkonnal.
Doonori DNA tajumiseks transformatsiooni ajal peab retsipientrakk olema teatud füsioloogilises seisundis ( pädevus), mis saavutatakse bakteripopulatsiooni töötlemise spetsiaalsete meetoditega. Teisenduse käigus edastatakse üksikuid (sagedamini ühe) märke. Transformatsioon on kõige objektiivsem tõend DNA või selle fragmentide seotusest ühe või teise fenotüübilise tunnusega, kuna retsipientrakku sisestatakse puhas DNA preparaat.
transduktsioon on geneetilise informatsiooni vahetus bakterite vahel edasikandumine doonorilt retsipiendile mõõdukaga(muundamine)bakteriofaagid.
Faagide muundamine võib kanda üht või mitut geeni (tunnust). Transduktsioon toimub:
spetsiifiline (alati kantakse üle sama geen),
Mittespetsiifiline (kanduvad edasi erinevad geenid).
See on seotud lokaliseerimine faagide transdutseerimine doonori genoomis. Esimesel juhul paiknevad nad alati kromosoomi ühes kohas, teisel ei ole nende lokaliseerimine konstantne.
Konjugatsioon - see on geneetilise informatsiooni vahetamine bakterites, kandes seda doonorilt retsipiendile juures neid otsene kontakt.
Pärast moodustamist doonori ja retsipiendi vahel konjugatsioonisildüks doonor-DNA ahel siseneb selle kaudu retsipientrakku. Mida pikem on kontakt, seda suurem osa doonori DNA-st saab retsipiendile üle kanda. Konjugatsiooni katkemise põhjal teatud ajavahemike järel on võimalik määrata bakterikromosoomi geenide järjekorda – ehitada kromosoomi kaardid bakterid (to bakterite arter). Doonorifunktsioonil on F + rakud.
Normaalne mikrofloora saadab selle omanikku kogu elu. Selle olulist tähtsust keha elutähtsa aktiivsuse säilitamisel tõendavad vaatlused gnotobionti loomad(ilma oma mikrofloorata), kelle elu erineb oluliselt tavainimeste omast ja mõnikord lihtsalt võimatu. Sellega seoses on inimese normaalse mikrofloora ja selle rikkumiste õpetus meditsiinilise mikrobioloogia väga oluline osa.
Nüüd on see kindlalt kindlaks tehtud organism inimesed ja neis elavad mikroorganismid ühtne ökosüsteem. Kaasaegsetelt positsioonidelt normaalne mikrofloora tuleks käsitleda kui kollektsioon paljudest mikrobiotsenoosid , mida iseloomustab teatud liigiline koostis ja mis hõivavad kehas üht või teist biotüüpi. Igas mikrobiotsenoos on vaja eristada pidevalt esinevaid mikroorganismide tüüpe - iseloomulik (põlisrahvas, autohtoonne taimestik), täiendav ja juhuslik - mööduv (allohtoonne Flora). Iseloomulikke liike on suhteliselt vähe, kuid arvuliselt on nad alati kõige rikkalikumalt esindatud. Mööduvate mikroorganismide liigiline koosseis on mitmekesine, kuid neid ei ole palju.
Inimkeha naha ja limaskestade pinnad on rikkalikult asustatud bakteritega. Samal ajal on sisekudedes (nahk, limaskestad) asustavate bakterite arv kordades suurem kui peremeesorganismi enda rakkude arv. Bakterite kvantitatiivsed kõikumised biotsenoosis võivad mõne bakteri puhul ulatuda mitme suurusjärguni ja sellest hoolimata sobida aktsepteeritud standarditega. Moodustunud mikrobiotsenoos eksisteerib tervikuna kui ühtne kogukond toiduahelad ja sellega seotud mikroökoloogia tüübid.
Tervete inimeste kehas leiduvate mikroobsete biotsenooside kogum moodustab inimese normaalse mikrofloora. Praegu peetakse normaalset mikrofloorat iseseisvaks kehaväliseks elundiks. Sellel on iseloomulik anatoomiline struktuur ( biofilm) ja sellel on teatud funktsioonid. On kindlaks tehtud, et normaalne mikrofloora on piisavalt kõrge liigi- ja isendispetsiifilisuse ning stabiilsusega.
Konstruktiivne ainevahetus on suunatud nelja peamise biopolümeeritüübi sünteesile: valgud, nukleiinhapped, polüsahhariidid ja lipiidid.
Allpool on näidatud komplekssete orgaaniliste ühendite biosünteesi üldistatud tingimuslik skeem, kus eristatakse järgmisi põhietappe: orgaaniliste lähteainete moodustumine kõige lihtsamatest anorgaanilistest ainetest (I), millest sünteesitakse ehitusplokid (II). järgmine etapp. Tulevikus moodustavad ehitusplokid, mis seovad omavahel kovalentsete sidemetega biopolümeere (III): Kasutusalad (joonis nr 3)
Esitatud biosünteesiprotsesside skeem ei kajasta madala molekulmassiga prekursorite suure molekulmassiga ehitusplokkideks muutmise keerukust. Tegelikult toimub süntees järjestikuste reaktsioonide jadana erinevate metaboolsete vaheühendite moodustumisega. Lisaks on mikroorganismide biosünteesivõimete arengutasemed väga erinevad. Mõne mikroobi puhul hõlmab konstruktiivne ainevahetus kõiki diagrammil näidatud etappe, teistes piirdub see teise ja kolmanda või ainult kolmanda etapiga. Seetõttu erinevad mikroorganismid üksteisest järsult oma toitumisvajaduste poolest. Toidu elementaarne koostis on aga kõigil elusorganismidel ühesugune ja peab sisaldama kõiki rakulise aine moodustavaid komponente: süsinik, lämmastik, vesinik, hapnik jne.
Sõltuvalt konstruktiivses ainevahetuses kasutatavatest süsinikuallikatest jagatakse mikroorganismid kahte rühma: autotroofid ja heterotroofid.
Autotroofid (kreeka keelest "autos" - ise, "trofe" - toit) kasutavad süsinikdioksiidi ainsa süsinikuallikana ja sünteesivad kõik vajalikud biopolümeerid sellest lihtsast anorgaanilisest lähteühendist. Autotroofidel on suurim biosünteesivõime.
Heterotroofid (kreeka keelest "heteros" - teine) vajavad orgaanilisi süsinikuallikaid. Nende toitumisvajadused on väga erinevad. Mõned neist toituvad teiste organismide jääkainetest või kasutavad surnud taime- ja loomakudesid. Selliseid mikroorganisme nimetatakse saprofüütideks (kreeka keelest "sapros" - mäda ja "phyton" - taim). Nende poolt süsinikuallikana kasutatavate orgaaniliste ühendite hulk on äärmiselt suur – need on süsivesikud, alkoholid, orgaanilised happed, aminohapped jne. Peaaegu iga looduslikku ühendit võivad üht või teist tüüpi mikroorganismid kasutada toitumis- või energiaallikana. .
Lämmastik on vajalik rakuliste valkude sünteesiks. Seoses mikroorganismide lämmastikuga toitumise allikatega saab eristada autoaminotroofe ja heteroaminotroofe. Esimesed suudavad kasutada anorgaanilist lämmastikku (ammoonium, nitraat, molekulaarne) või orgaanilise (uurea) lihtsamaid vorme ja ehitada nendest ühenditest oma keha erinevaid valke. Sel juhul muudetakse kõik lämmastiku vormid esmalt ammooniumivormiks. See lämmastiku kõige redutseeritud vorm muundub kergesti aminorühmaks. Heteroaminotroofid vajavad lämmastiku orgaanilisi vorme – valke ja aminohappeid. Mõned neist nõuavad täielikku aminohapete komplekti, teised loovad vajalikke valguühendeid ühest või kahest aminohappest neid muundades.
Paljud mikroorganismid, mis on süsiniku suhtes heterotroofsed, on autoaminotroofid. Nende hulka kuuluvad reoveepuhastusega seotud bakterid.
Mikroorganismid rahuldavad hapniku ja vesiniku vajaduse konstruktiivseks vahetuseks vee ja orgaaniliste toitainete arvelt. Tuhaelementide (P, S, K, Mg, Fe) allikateks on vastavad mineraalsoolad. Vajadus nende elementide järele on väike, kuid keskkonnas olemasolu on kohustuslik. Lisaks on mikroobide normaalseks funktsioneerimiseks vajalikud mikroelemendid - Zn, Co, Cu, Ni jne. Osa neist on osa mikroobide loomulikust toitumisest ja osa omastatakse mineraalsooladest.
Toidu hankimise meetodid, st mikroorganismide toitumismeetodid, on väga mitmekesised. Toitumist on kolm peamist tüüpi: holofüütne, saprosoone, holosoikum.
Holofüütide toitumine (kreeka keelest "holo" - terve, "sobib" - taim) viiakse läbi vastavalt taime fotosünteesi tüübile. Selline toitumine on omane ainult autotroofidele. Mikroorganismide hulgas on see meetod omane vetikatele, lipulaevade värvilistele vormidele ja mõnele bakterile.
Heterotroofsed mikroorganismid toituvad kas tahketest toiduosakestest või neelavad lahustunud orgaanilist ainet.
Holosoiline toitumine määrab mikroorganismides spetsiaalsete organellide arengu toidu seedimiseks ja mõnes - selle püüdmiseks. Näiteks värvitutel viburatel ja ripsmetel on suuava, kuhu suunatakse toit vastavalt vibude või ripsmetega. Kõige paremini organiseeritud ripsloomad moodustavad oma perioraalsete ripsmetega veevoolu lehtri kujul, mis suunatakse kitsast otsast suhu. Toiduosakesed ladestuvad lehtri põhja ja ripsloomad neelavad need alla. Selliseid ripsloomi nimetatakse sedimentaatoriteks. Amööbid toituvad fagotsütoosi teel.
Holosoilise toitumisviisiga mikroorganismid konstruktiivseks ainevahetuseks kasutavad peamiselt teiste organismide – bakterite, vetikate jne tsütoplasmat ning neil on seedimiseks spetsiaalsed organellid. Algloomade seedimisprotsess toimub seedevakuoolides.
Seedimine seisneb keeruliste orgaaniliste ainete hüdrolüütilises lagunemises lihtsamateks ühenditeks. Sel juhul hüdrolüüsitakse süsivesikud lihtsuhkruteks, valgud aminohapeteks ning lipiidide hüdrolüüsi käigus moodustuvad glütserool ja kõrgemad rasvhapped. Seedimisproduktid imenduvad tsütoplasmasse ja läbivad edasise transformatsiooni.
Bakteritel, mikroskoopilistel seentel, pärmseenel puuduvad toidu püüdmiseks spetsiaalsed organellid ja see siseneb rakku läbi kogu pinna. Sellist toitumisviisi nimetatakse saprosooiks.
Rakku sisenemiseks peavad toitained olema lahustunud olekus ja sobiva molekulisuurusega. Paljude makromolekulaarsete ühendite puhul on tsütoplasmaatiline membraan läbitungimatu ja mõned neist ei suuda isegi rakumembraanist läbi tungida. See aga ei tähenda, et mikroorganismid ei kasutaks makromolekulaarseid ühendeid toitainetena. Mikroorganismid sünteesivad ekstratsellulaarseid seedeensüüme, mis hüdrolüüsivad kompleksühendeid. Seega toimub algloomadel vakuoolides toimuv seedimisprotsess bakterites väljaspool rakku (lisad, joon. 4).
Molekulide suurus ei ole ainus tegur, mis määrab toitainete tungimise rakku.
Tsütoplasmaatiline membraan suudab mõnda ühendit läbida ja teisi säilitada.
Ainete ülekandmiseks läbi rakumembraani on teada mitmeid mehhanisme: lihtne difusioon, hõlbustatud difusioon ja aktiivne ülekanne (lisad, joonis 5).
Lihtdifusioon on aine molekulide tungimine rakku ilma kandjate abita.
Raku toitainetega küllastamisel on lihtsal difusioonil vähe tähtsust. See on aga viis, kuidas veemolekulid rakku sisenevad. Olulist rolli selles protsessis mängib osmoos – lahusti molekulide difusioon läbi poolläbilaskva membraani kontsentreerituma lahuse suunas.
Poolläbilaskva membraani rolli rakus täidab tsütoplasmaatiline membraan. Rakumahlas on lahustunud tohutul hulgal erinevate ainete molekule, seetõttu on mikroorganismide rakkudel üsna kõrge osmootne rõhk. Selle väärtus paljudes mikroobides ulatub 0,5-0,8 MPa-ni. Keskkonnas on osmootne rõhk tavaliselt madalam. See põhjustab vee sissevoolu rakku ja tekitab selles teatud pinge, mida nimetatakse turgoriks.
Lihtsustunud difusiooniga sisenevad lahustunud ained rakku spetsiaalsete kandeensüümide, mida nimetatakse permeaasideks, osalusel. Need justkui püüavad lahustunud ainete molekulid kinni ja kannavad need membraani sisepinnale.
Lihtne ja hõlbustatud difusioon on ainete passiivse transpordi variandid. Ainete rakku ülekandmise liikumapanev jõud on sel juhul kontsentratsioonigradient membraani mõlemal küljel. Kuid enamik aineid siseneb rakku vastu kontsentratsioonigradienti. Sellisel juhul kulutatakse sellisele ülekandele energiat ja ülekannet nimetatakse aktiivseks. Aktiivne ülekanne toimub spetsiifiliste valkude osalusel, on seotud raku energia metabolismiga ja võimaldab akumuleeruda rakus toitaineid kontsentratsioonis, mis on kordades suurem kui nende kontsentratsioon väliskeskkonnas. Aktiivne ülekanne on peamine mehhanism toitainete sisenemiseks rakkudesse saprosoose toitumisega.
Mõelge esimesele geenide rühmale. Etanool oksüdeeritakse kahes etapis ja nendes kahes etapis töötavad kaks võtmeensüümi. Esiteks muudetakse etanool ensüümi alkoholdehüdrogenaasi toimel atseetaldehüüdiks.
Alkoholismi geneetika ja biokeemia
Etüülalkoholi katabolism toimub peamiselt maksas. Siin oksüdeerub 75–98% kehasse sisenevast etanoolist. Alkoholi oksüdatsioon on keeruline biokeemiline protsess...
Hüdrofiilsed hormoonid, nende struktuur ja bioloogilised funktsioonid
Biosüntees. Erinevalt steroididest on peptiid- ja valguhormoonid biosünteesi peamised tooted. Asjakohast teavet loetakse DNA-st (DNA) transkriptsioonifaasis...
Bakteri Helicobacter pylori bakillaar-kokk-transformatsiooni hooajalise biorütmi uurimine
Bakter Helicobacter pylori on väga edukalt kohanenud eluks inimese mao ekstreemsetes tingimustes. See on gramnegatiivne, mis juba viitab võimsale läbitungimatule rakuseinale. See on võimeline elama mikroaerofiilsetes tingimustes...
Pärmi morfoloogia ja ainevahetus
Esmaste ainevahetusprotsesside reguleerimine
Elusrakk on hästi organiseeritud süsteem. See sisaldab erinevaid struktuure ja ensüüme, mis võivad neid hävitada. See sisaldab ka suuri makromolekule ...
Peptiidide roll närvisüsteemi talitluses
Nagu eespool märgitud, on teada kolm valgumolekuli, mis sisaldavad oma struktuuris enkefaliini järjestusi: proopiomelanokortiin, preproenkefaliin A (proenkefaliin), preproenkefaliin B (prodünorfiin). Jadad...
Üle 2/3 aminohapete aminolämmastikust moodustavad glutamaat ja selle derivaadid; need aminohapped domineerivad kvantitatiivselt kõigi uuritud loomaliikide ajus. Sarnast pilti täheldatakse ka seljaajus ...
Närvisüsteemi vabad aminohapped
Aromaatsed aminohapped - trüptofaan, fenüülalaniin ja türosiin - on olulised 5-hüdroksütriltamiini ja katehhoolamiinide eelkäijatena, millel on neuronaalsetes protsessides äärmiselt oluline roll...
Androgeenide struktuur ja transport
Sihtorganites on eraldiseisvad spetsiifilised suguhormoonide tsütoretseptorid. Need hormooniretseptorid on ilmselgelt kõigi endokriinsete funktsioonide koekomponent, sealhulgas sugunäärmete ...
Taimsete komponentide füsioloogia ja biokeemia
Hatch and Slacki tsükkel esineb ka mahlakades taimedes. Aga kui C4 taimedes saavutatakse koostöö tänu kahe tsükli ruumilisele eraldamisele (CO2 liitumine mesofülli orgaanilisteks hapeteks, voodri redutseerimine)...
Kõik tabelis loetletud. 1 fotosünteesivad mikroorganismid on kohandatud kasutama nähtavat valgust (lainepikkus 400--700 nm) ja spektri lähi-infrapuna osa (700--1100 nm) ...
Mikroorganismide energiavahetus
Kolmest ATP moodustumise rajast on substraadi fosforüülimine kõige lihtsam. Seda tüüpi energia metabolism on omane paljudele bakteritele ja pärmseentele, mis viivad läbi erinevat tüüpi kääritamist...
Mikroorganismide energiavahetus
Enamik heterotroofseid organisme saab energiat hingamise käigus – vesiniku doonoriteks olevate keeruliste orgaaniliste substraatide bioloogilise oksüdatsiooni käigus. Oksüdeeritud aine vesinik siseneb ensüümide hingamisahelasse ...
Mikroorganismide energiavahetus
Lämmastiku, väävli ja raua redutseeritud mineraalühendite oksüdeerimine toimib energiaallikana kemolitotroofsetele mikroorganismidele...
Vaatamata sellele, et orgaaniline elu tervikuna on väga keerukas ja mitmetahuline nähtus, saab selle olemasolu toetavad üksikud mehhanismid lahti võtta täiesti lihtsateks komponentideks, mis on arusaadavad ka mikrobioloogiliste küsimuste vastu esmahuvilistele algajatele. Selliste tinglikult keeruliste, kuid tegelikult väga lihtsate mehhanismide hulka kuulub ka bakterite ainevahetus.
Mikrobioloogias on mistahes organismi ainevahetuse üldpilt reaktsioonide tsükkel, millest osad varustavad keha energiaga, teised aga täiendavad keha pidevalt ainega (varustavad ehitusmaterjali).
Bakteriraku metabolism ei erine selles osas üldistest bioloogilistest põhimõtetest. Veelgi enam, bakterid olid mehhanismi rajajad, mis siiani toimivad, et tagada elusraku elutähtis aktiivsus.
Sõltuvalt ainevahetusproduktidest eristatakse kahte tüüpi seda:
Range gradatsiooni olemasolu ei tähenda, et kuskil bakteriraku kehas sünteesitakse energiat eraldi ja orgaanilist ainet ehitatakse eraldi juba kogunenud energia tarbimisega. Ei.
Valdav enamus metaboolsetest protsessidest toimuvad prokarüootses rakus samaaegselt ja kujutavad endast suletud tsüklit. Nii moodustuvad katabolismi protsessis tooted, mis rakustruktuurid koheselt üles korjavad, ja käivitatakse teatud ensüümide biosünteesireaktsioon, mis omakorda reguleerib energiasünteesi protsesse.
Seoses substraadiga jaguneb bakterite metabolism mitmeks etapiks:
Need sammud on mikrobioloogide jaoks olulised, et tuvastada prokarüoote ensüümide järgi, mida nad ainevahetuse erinevatel etappidel toodavad.
Bakterite ainevahetuse iseärasused seisnevad selles, et prokarüootsed rakud saavad oksüdeerivate ainetena (energia- ja süsinikuallikatena) kasutada mitte ainult hapnikku, vaid ka teisi orgaanilisi ja anorgaanilisi ühendeid. Planeedil Maa leiduvatest orgaanilistest ainetest on vaid bakteritel nii lai juurdepääs algressurssidele, et säilitada oma elutähtsat aktiivsust.
Sellised bakterite metabolismi tunnused tulenevad kahte tüüpi ensüümide olemasolust (valgumolekulid, mis kiirendavad elusrakkude reaktsioone):
Mõnda ensüümi toodab rakuorganism pidevalt (konstitutiivselt) ja on neid, mis tekivad reaktsioonina konkreetse substraadi ilmumisele (indutseeritavad).
Energia metabolismi bakterite kuningriigi esindajatel saab läbi viia kahel erineval bioloogilisel viisil:
Bakterites toimub kemotroofne hingamine (elektronide ülekanne substraadilt rakusisestele ainetele) kolmel viisil:
Bakterite metabolismi iseärasused hõlmavad vaba elektroni aktseptorite valikurikkust, mis on omane ainult prokarüootide maailmale ja mis vabaneb substraadi oksüdatsiooni käigus.
Seega, sõltuvalt sellest, milline aine on lõplik elektroniaktseptor, erinevad järgmised anaeroobse hingamise tüübid:
ATP energia kasutamine rakulise materjali ehitamiseks ei ole midagi muud kui biosünteetilised reaktsioonid, mille eesmärk on luua:
Reaktsioonid kulgevad mitmes etapis. Algstaadiumide tulemusena moodustuvad glükoosi lagunemisproduktidest (pentoosfosfaadid, püruvaat, atsetüül-CoA jne) valgu monomeermolekulid, mis järgmistes etappides monteeritakse makromolekulideks.
Aminohapped on valkude peamised ehitusplokid. Valk koosneb 20 aminohappest ja need kõik sünteesib bakter ise. See süntees toimub 7 peamise biosünteesireaktsiooni tulemusena:
Aminohapete aminorühm saab oma lämmastiku nitraatidest, nitrititest, molekulaarsest lämmastikust ja ammoniaagist (olenevalt bakteritüübist). Just nendeks orgaanilisteks ühenditeks muundatakse anorgaaniline lämmastik enne, kui see muutub teatud aminohappe polümeersete makromolekulide osaks.
Nukleotiidid on DNA ja RNA, aga ka koensüümide (mittevalgumolekulid, mis on valgu aktiveerimiskeskused) ehitusmaterjaliks.
Kui bakteril on juurdepääs nukleiinhappejääkidele või substraadis on nukleotiidid, tarbib bakterirakk valmis nukleotiide ja ainult valmistoote puudumisel teostab bakter nukleiinpolümeeri kompleksset sünteesi.
Lipiidid on orgaanilised ained, mis koosnevad rasvadest ja rasvataolistest ainetest, mida bakterid sünteesivad vahemetaboliidist atsetüül-CoA. Ensüüme kasutades toimuvate keerukate reaktsioonide tulemusena sünteesitakse rasvhappeid, millest bakter ehitab rakuseinad ja moodustab elektronide transpordiahelaid.
Inimkeha elu on väga keeruline ja ainulaadne nähtus, kuid sellel on sellised mehhanismid, mis toetavad selle olemasolu ja samal ajal saab neid lahti võtta kõige lihtsamateks komponentideks, mis on kõigile kättesaadavad. Siin tuleb kõigepealt öelda bakterite ainevahetuse kohta, mis on ainult tinglikult keeruline, tegelikult on selline protsess nagu bakterite ainevahetus üsna lihtne. Mikrobioloogiateadus aitab üksikasjalikult tutvuda mikroorganismide ainevahetuse protsessiga. Uuritavad protsessid aitavad kujundada uusi ravivorme mitmesuguste haiguste jaoks.
Kui me räägime metaboolse bakteriaalse protsessi üldpildist, siis me räägime teatud reaktsioonitsüklist ja mõned reaktsioonid vastutavad inimkeha energiaga varustamise eest ja nagu teised, on need viisid keha täiendamiseks ainega. , see tähendab, et tegelikult on need omamoodi ehitusmaterjal . Kui me räägime bakterirakkude ainevahetusest, siis on võimatu leida erinevusi üldist tüüpi bioloogilistest põhimõtetest. Bakterid on elusrakkude eluprotsessi tugimehhanismi aluseks.
Sellist protsessi, mis sõltuvad ainevahetusproduktidest, on kahte tüüpi:
Enamik metaboolset tüüpi protsesse toimub prokarüootset tüüpi rakus ja selline protsess on ühekordne, see kõik on suletud tüüpi tsükli vormis. Kui ainevahetusprotsess toimub, hakkavad moodustuma produktid, millega kaasnevad raku tüüpi struktuurid, seejärel algab biosünteetiline reaktsioon, milles osalevad teatud ensüümid, nad viivad läbi energiasünteesi protsessi. Seda tüüpi mikroobide ainevahetus ei ole ainsad, on ka teisi.
Mikroorganismide metabolism viitab substraadile, siin räägime mitmest etapist:
Kõik selle protsessi omadused tulenevad asjaolust, et ensüüme on kahte tüüpi (me räägime valgu tüüpi molekulidest, mis võivad kiirendada rakustruktuuri reaktsioone:
Tuleb märkida, et on mitmeid ensüüme, mida raku struktuur võib pidevalt toota (konstitutiivse iseloomuga), ja on ka neid, mis tekivad reaktsioonina teatud substraadi ilmumisele.
Selline protsess bakterites viiakse läbi teatud bioloogilist tüüpi viisidel:
Kui me räägime sellest, kuidas bakterid hingavad kemotroofselt, siis võib olla 3 võimalust:
Tuleb märkida, et kasv on protsess, kui isendi suurus suureneb, ja mis puudutab paljunemisprotsessi ennast, siis see on siis, kui populatsioon hakkab suurenema.
Tähelepanuväärne on see, et bakterid on võimelised paljunema nii, et binaarne lõhustumine toimub lihtsalt, kuid see meetod pole kaugeltki ainus, seal on ka pungumist. Kui bakteritel on grampositiivne vorm, moodustub rakutüüpi seinast vahesein ja tsütoplasmatüüpi membraan, mis on võimeline kasvama sissepoole. Kui bakterid on gramnegatiivsed, hakkab tekkima ahenemine, mille järel rakk jaguneb paariks isendiks.
Tähelepanuväärne on aretusprotsessi kiirus, see võib olla erinev. Kui me räägime valdavast enamusest bakteritest, siis nad jagunevad iga poole tunni tagant. Ja on tuberkuloosi mükobaktereid, mille jagunemisprotsess on aeglasem, piisab, kui öelda, et ühe jagunemise jaoks võib kuluda vähemalt 18 tundi. Ka spiroheedid ei jagune kiiresti, umbes 10 tundi, seega on näha, kuidas mikroorganismide ainevahetus erineb.
Kui külvate bakterid vedelasse toitainekeskkonda, võttes teatud mahu ja seejärel võtate proovi iga tunni tagant, on bakterite kasvul kõverjooneline joon.
Sellised ained kasvavad mitmes faasis:
Kokkuvõtteks olgu öeldud, et kõikide bakterite ja mikroobide ainevahetuses võivad olla teatud erinevused, siin võivad toimuda mitmesugused tegurid. Suur tähtsus on inimkeha individuaalsetel omadustel. Mis puudutab sellist protsessi nagu ainevahetuse reguleerimine, siis seda hakati uurima isegi prokarüootides ja eriti prokarüootides (need on soole coli operonid).
Praeguseks on olemas mitmesuguseid uurimismeetodeid. Kui uurida väävlibaktereid, siis on uuringul oma eripärad ning bakterite muutuste uurimiseks saab kasutada muid meetodeid. Ja erilist tähelepanu väärivad rauabakterid, millel on ainulaadne omadus oksüdeerida raudrauda.
