Metabolizam (metabolizam) bakterija je agregat dva međusobno povezana suprotstavljena procesi katabolizma i anabolizma.
Katabolizam (disimilacija) - raspadanje tvari u procesu enzimskih reakcija i nakupljanju energije koja se pri tome oslobađa u molekulama ATP-a.
Anabolizam (asimilacija) - sinteza supstanci s potrošnjom energije.
Značajke metabolizma u bakterijama su to:
Njegov intenzitet ima dovoljno visoka razina, što je vjerojatno zbog mnogo većeg omjera površine prema jediničnoj masi nego kod višestaničnih organizama;
Procesi disimilacija prevladavaju nad procesima asimilacija;
spektar supstrata tvari koje konzumiraju bakterije vrlo su široke - od ugljičnog dioksida, dušika, nitrita, nitrata do organskih spojeva, uključujući antropogene tvari - onečišćivače okoliša (čime se osiguravaju procesi samopročišćavanja);
Bakterije imaju vrlo širok raspon različitih enzima- također doprinosi visokom intenzitetu metaboličkih procesa i širini spektra supstrata.
Bakterijski enzimi po lokalizaciji dijele se u 2 skupine:
egzozimi- bakterijski enzimi koji se oslobađaju u vanjsko okruženje i djeluju na supstrat izvan stanice (na primjer, proteaze, polisaharidi, oligosaharidaze);
endozimi- bakterijski enzimi koji djeluju na supstrate unutar stanice (na primjer, enzimi koji razgrađuju aminokiseline, monosaharide, sintetaze).
Sinteza enzima genetski uvjetovano, ali propis njihova sinteza je putem izravnih i povratnih informacija, odnosno kod nekih je potisnut, a kod drugih induciran supstratom. Enzimi, čija sinteza ovisi o dostupnosti odgovarajućeg supstrata u okolini (npr. beta-galaktozidaza, beta-laktamaza) nazivaju se inducibilan .
Druga skupina enzima čija sinteza ne ovisi o prisutnosti supstrata u okruženju tzv konstitutivni (na primjer, enzimi glikolize). Njihova se sinteza uvijek odvija, a uvijek su sadržani u mikrobnim stanicama u određenim koncentracijama.
Proučite metabolizam bakterija pomoću fizikalno-kemijske i biokemijske metode istraživanja u procesu uzgoja bakterija pod određenim uvjetima na posebnim hranjivim podlogama koji sadrže jedan ili drugi spoj kao supstrat za transformaciju. Ovaj pristup omogućuje prosuđivanje metabolizma detaljnijim proučavanjem procesa različitih vrsta metabolizma (proteina, ugljikohidrata) u mikroorganizmima.
Metabolizam proteina u bakterijama - ovo, s jedne strane, - proces sinteze vlastitih aminokiselina i proteina asimilacijom potrebnih komponenti iz vanjskog okruženja, a s druge strane, - ekstracelularna razgradnja proteina pod utjecajem raznih enzima. Ako dođe do razgradnje proteina u anaerobnim uvjetima, tada se ovaj proces zove truljenje a ako ide u aerobnim uvjetima - tinjajući.
U prisutnosti proteaza u bakterijama, bjelančevine se njima cijepaju na međuprodukte raspadanja - peptone, a u prisutnosti peptidaza u bakterijama peptone cijepaju na aminokiseline i produkte njihovog raspada (amonijak, sumporovodik, indol). Proteolitički(sposobnost razgradnje proteina) i peptolitički(sposobnost razgradnje peptona) svojstva nisu izražena kod svih bakterija, stoga njihovo proučavanje u sprezi s drugim enzimskim svojstvima pomaže u identifikaciji bakterija.
Metabolizam ugljikohidrata kod bakterija je također dvojak – jest proces sinteze i razgradnje ugljikohidrata... Razgradnja ugljikohidrata od strane bakterija (saharolitička svojstva) u aerobnim uvjetima s stvaranjem ugljičnog dioksida i vode naziva se gorući , a podjela od njih ugljikohidrati u anaerobnim uvjetima - vrenje.
Ovisno o prirodi krajnjih proizvoda razgradnje ugljikohidrata u anaerobnim uvjetima razlikuje se fermentacija:
Alkohol,
Mliječna kiselina,
propionska kiselina,
Mravlja kiselina,
maslačna kiselina,
Octena kiselina.
Molekularni kisik ne sudjeluje u procesima fermentacije. Većina fermentirajućih bakterija je obvezni anaerobi... Međutim, neki od njih su - fakultativni anaerobi, sposobni su provesti proces fermentacije u prisutnosti kisika, ali bez njegovog sudjelovanja. Štoviše, ovaj kisik inhibira proces fermentacije. A zamjenjuje ga izgaranje (disanje – krajnji akceptor vodika – kisika). Ovaj efekt je dobio ime Pasteurov efekt i jedan je od klasični primjeri promjene metabolizma kod bakterija ovisno o uvjetima okoline.
Sinteza biopolimera bakterijska stanica zahtijeva energiju. Nastaje tijekom biološka oksidacija a opskrbljuje se u obliku makroerg molekule- ATP i ADP.
Respiratorne organele u većini bakterija su derivati citoplazmatske membrane - mezozomi , na kojem su lokalizirani posebni respiratorni enzimi kao npr citokrom oksidaza. Biooksidacijski tip jedna je od ključnih značajki za razlikovanje različitih mikroorganizama. Na osnovu toga postoje tri skupine bakterija:
Prva grupa - obvezni aerobi , koji sposobni su primati energiju samo disanjem i trebaju molekularni kisik kao konačni akceptor elektrona. Za njih je kao vrsta redoks procesa karakteristična oksidacija u kojoj je kisik konačni akceptor elektrona.
Druga grupa - obvezni anaerobi - bakterije, mogu rasti samo u okolini lišenoj kisika... Za njih je kao vrsta redoks procesa karakteristična fermentacija u kojoj dolazi do prijenosa elektrona s donorske podloge na akceptorsku podlogu.
Treća grupa - fakultativni anaerobi - bakterije, mogu rasti u prisutnosti i odsutnosti kisika, i koriste i molekularni kisik i organske spojeve kao terminalne akceptore elektrona.
Među njima može biti fakultativne anaerobne bakterije sposobne za prijelaz s oksidacije na fermentaciju (enterobakterije), i aerotolerantne fakultativne anaerobne bakterije, koji može rasti u prisutnosti atmosferskog kisika, ali ga ne koristi, već dobiva energiju isključivo fermentacijom (npr. bakterije mliječne kiseline).
Za mikrobiološku dijagnostiku, proučavanje mikroorganizama i u biotehnološke svrhe mikroorganizmi se uzgajaju na umjetnim NS hranjive podloge.
Pod, ispod rast bakterija razumjeti povećanje mase stanica bez promjene njihovog broja u populaciji kao rezultat koordinirane reprodukcije svih staničnih komponenti i struktura.
Povećanje broja stanica u populaciji mikroorganizmi se označavaju pojmom "Reprodukcija" ... Karakterizira ga vrijeme generiranja (vremenski interval tijekom kojeg se broj stanica udvostručuje) i koncept kao što je koncentracija bakterija (broj stanica u 1 ml).
Za razliku od mitotičkog ciklusa diobe kod eukariota, reprodukcija većine prokariota (bakterija) slijedi put binarna fisija, a aktinomicete – pupanjem... Štoviše, svi prokarioti postoje u haploidni stanje, budući da je molekula DNA predstavljena u stanici u jednini.
Pri proučavanju procesa razmnožavanja bakterija treba imati na umu da bakterije uvijek postoje u obliku manje ili više brojnih populacije, a razvoj bakterijske populacije u tekućem hranjivom mediju u šaržnoj kulturi može se smatrati zatvorenim sustavom. U ovom procesu razlikuju se 4 faze.:
1. - početni, ili faza kašnjenja , odnosno fazu odgođene reprodukcije, karakterizira je početak intenzivan rast stanica, ali stopa njihove podjele ostaje niska;
2. - logaritamski, ili log faza , ili eksponencijalna faza, karakterizira je konstanta maksimalna brzina diobe stanica i značajno povećanje broja stanica u populaciji;
3. - stacionarna faza , javlja se kada se broj stanica u populaciji prestane povećavati. To je zbog onoga što dolazi ravnoteža između broja novonastalih i umirućih stanica... Broj živih bakterijskih stanica u populaciji po jedinici volumena hranjivog medija u stacionarnoj fazi označava se kao M-koncentracija ... Ovaj pokazatelj je karakterističan za svaku vrstu bakterija;
4. - faza venuća (logaritamska smrt), koju karakterizira prevlast u populaciji broja mrtvih stanica i progresivna smanjenje broja živih stanica u populaciji.
Do prestanka rasta broja (razmnožavanja) populacije mikroorganizama dolazi u vezi iscrpljivanje hranjivog medija i/ili nakupljanje u njemu metaboličkih proizvoda mikrobne stanice. Stoga je uklanjanjem metaboličkih produkata i/ili zamjenom hranjivog medija, reguliranjem prijelaza mikrobne populacije iz stacionarne faze u fazu odumiranja, moguće stvoriti otvoreni biološki sustav koji nastoji eliminirati dinamičku ravnotežu pri određenoj stupanj razvoja stanovništva. Taj proces rasta mikroorganizama tzv protočni uzgoj(kontinuirana kultura). Rast u kontinuiranoj kulturi omogućuje dobivanje velikih masa bakterija tijekom protočnog uzgoja u posebnim uređajima (kemostati i turbidistati) te se koristi u proizvodnji cjepiva, kao i u biotehnologiji za dobivanje različitih biološki aktivnih tvari koje proizvode mikroorganizmi.
Za proučavanje metaboličkih procesa tijekom ciklusa stanične diobe, također je moguće koristiti sinkrone kulture. Sinkrone kulture - kulture bakterija čiji su svi članovi populacije u istoj fazi ciklusa. To se postiže posebnim metodama uzgoja, međutim, nakon nekoliko istodobnih dioba, sinkronizirana stanična suspenzija postupno prelazi na asinkronu diobu, tako da se broj stanica naknadno povećava ne korak po korak, već kontinuirano.
Kada se uzgaja na čvrstim hranjivim podlogama, nastaju bakterije kolonije ... To je nakupina bakterija iste vrste vidljiva golim okom, a koja je najčešće potomak jedne stanice. Kolonije bakterija različitih vrsta se razlikuju:
Vrijednost
transparentnost,
Visina,
Priroda površine
Dosljednost.
Priroda kolonija je jedna od taksonomske osobine bakterija.
Najvažnije obilježje živih organizama su varijabilnost i nasljednost... Osnova nasljednog aparata bakterija, kao i svih drugih organizama, je DNK (u RNA virusima - RNA ).
Uz to, nasljedni aparat bakterija i mogućnosti njegovog proučavanja imaju niz posebnosti. Prije svega, bakterije - haploidni organizmi tj. oni imaju jedan kromosom... S tim u vezi, kod nasljeđivanja osobina, nema fenomena dominacija... Bakterije imaju visoku stopu razmnožavanja, pa se stoga nekoliko desetaka generacija bakterija zamijeni u kratkom vremenskom razdoblju (dan). To omogućuje proučavanje velikih populacija i vrlo je lako otkriti čak i rijetke mutacije u učestalosti.
Nasljedni aparat zastupljene su bakterije kromosom... Bakterije imaju samo jednu. Ako postoje stanice s dva ili četiri kromosoma, onda su iste. Bakterijski kromosom - ovo je molekula DNK... Duljina ove molekule doseže 1,0 mm i, da bi se "uklopila" u bakterijsku stanicu, nije linearna, kao u eukariota, već superzamotan u petlje i smotane u prsten. Ovaj prsten je u jednoj točki pričvršćen za citoplazmatsku membranu.
Na bakterijskom kromosomu postoje odvojeni gena... Escherichia coli, na primjer, ima ih više od 2 tisuće. ali genotip (genom) bakterije predstavljaju ne samo kromosomski geni. Funkcionalne jedinice bakterijskog genoma, osim kromosomskih gena, su IS sekvence, transpozoni i plazmidi.
IS sekvence - kratki fragmenti DNK. Oni ne nose strukturne (kodiraju za određeni protein) gene, ali sadržavati samo geni odgovorni za transpoziciju(sposobnost IS-sekvencija da se kreću duž kromosoma i integriraju u njegove različite dijelove). IS sekvence su iste u različitim bakterijama.
Transpozoni ... To su molekule DNK – veće od IS sekvenci. Osim gena odgovornih za transpoziciju, oni sadrže strukturni gen kodiranje ove ili one značajke. Transpozoni se lako kreću duž kromosoma. Njihova situacija utječe izraz kako vlastitih strukturnih gena tako i susjednih kromosomskih gena. Transpozoni također mogu postojati izvan kromosoma, autonomno, ali nisu sposobni za autonomnu replikaciju.
plazmidi - ovo je kružne superzamotane molekule DNA... Njihova molekularna težina uvelike varira i može biti stotine puta veća od one transpozona. plazmidi sadrže strukturne gene koje bakterijsku stanicu obdaruju različitim, vrlo važna svojstva za nju:
R-plazmidi - otpornost na lijekove,
Kol-plazmidi - za sintetizaciju kolicina,
F-plazmidi - za prijenos genetskih informacija,
Hly plazmid - za sintetizaciju hemolizina,
Tox plazmid - za sintetiziranje toksina,
Plazmidi biorazgradnje - uništiti jedan ili drugi supstrat i druge.
Plazmidi mogu biti integriran u kromosom(za razliku od IS sekvenci i transpozona, na strogo određena područja), a može biti izvan mreže... U tom slučaju imaju sposobnost autonomne replikacije i zato u stanici može biti 2, 4, 8 kopija takvog plazmida.
Mnogi plazmidi sadrže gene prenosivost i mogu se prenositi s jedne stanice na drugu tijekom konjugacije (razmjene genetskih informacija). Takvi plazmidi nazivaju se prenosivi.
Prisutnost F-plazmida ( faktor plodnosti, faktor spola ) daje bakterijama funkciju donora, a takve stanice mogu prenijeti svoje genetske informacije na druge, F-stanice... Tako, prisutnost F-plazmida je genetski izraz spola u bakterijama... Uz F-plazmid nije povezana samo funkcija donora, već i neka druga fenotipska svojstva. To je, prije svega, prisutnost F-pila ( genitalne cilije), uz pomoć kojih se uspostavlja kontakt između stanica donora i primatelja. Kroz njihov kanal donor DNK se prenosi tijekom rekombinacije. Na genitalnim cilijama nalaze se receptori za muške fi-fage. F stanicama nedostaju ti receptori i neosjetljive su na takve fage.
Stoga se prisutnost F-cilija i osjetljivost na fi-fage može smatrati fenotipskom ekspresijom (manifestacijom) spola u bakterijama.
Razlikuju se bakterije dvije vrste varijabilnosti - fenotipska i genotipska.
Fenotipska varijabilnost – modifikacije- ne utječe na genotip... Promjene utječu na većinu pojedinaca u populaciji. Oni nije naslijeđena i oni s vremenom blijede, odnosno vraćaju se izvornom fenotipu nakon više (dugotrajne modifikacije) ili manje (kratkoročne modifikacije) broja generacija.
Genotipska varijabilnost utječe na genotip... Temelji se na mutacije i rekombinacije.
Mutacije bakterije se bitno ne razlikuju od mutacija eukariotskih stanica. Osobitosti mutacija u bakterijama su relativna lakoća identifikacije, budući da je moguće raditi s velikim populacijama bakterija ... Po podrijetlu, mutacije mogu biti:
spontano,
inducirano.
Po dužini:
Mjesto,
Kromosomske mutacije.
Po fokusu:
Reverzne mutacije.
Rekombinacije u bakterijama razlikuju od rekombinacija u eukariota:
Prvo, bakterije imaju više mehanizama rekombinacije (razmjena genetskog materijala).
Drugo, tijekom rekombinacija u bakterijama ne nastaje zigot, kao u eukariota, već merozigota (nosi u potpunosti genetske informacije primatelja i dio genetske informacije darivatelja u obliku dodatka).
Treće, tijekom rekombinacija u bakterijskoj rekombinantnoj stanici ne mijenja se samo kvaliteta nego i količina genetskih informacija.
Transformacija uvođenje gotovog DNK preparata u stanicu bakterije primatelja(posebno pripremljene ili izravno izolirane iz stanice donora). Najčešće se prijenos genetskih informacija događa kada se primatelj uzgaja na hranjivom mediju koji sadrži DNK donora.
Za percepciju donora DNK tijekom transformacije stanica primatelj mora biti u određenom fiziološkom stanju ( kompetencije), što se postiže posebnim metodama obrade bakterijske populacije. Tijekom transformacije prenose se pojedinačni (češće jedan) znakovi. Transformacija je najobjektivniji dokaz povezanosti DNK ili njezinih fragmenata s jednom ili drugom fenotipskom osobinom, budući da se čisti DNK pripravak unosi u stanicu primatelja.
Transdukcija Je li razmjena genetskih informacija u bakterijama putem prijenos nju od donatora do primatelja s umjerenim(transduciranje)bakteriofaga.
Transduciranje faga može nositi jedan ili više gena (osobina). Transdukcija se događa:
Specifičan (uvijek se prenosi isti gen),
Nespecifični (prenose se različiti geni).
To je povezano sa lokalizacija transduciranje faga u genomu donora. U prvom slučaju, uvijek se nalaze na jednom mjestu na kromosomu, u drugom, njihova lokalizacija nije konstantna.
Konjugacija Je li razmjena genetskih informacija u bakterijama prijenosom od donora do primatelja na njihov izravan kontakt.
Nakon edukacije između darivatelja i primatelja konjugacijski most jedan lanac DNK donora kroz njega ulazi u stanicu primatelja. Što je kontakt duži, to se više DNK donora može prenijeti na primatelja. Na temelju prekida konjugacije u pravilnim vremenskim razmacima moguće je odrediti redoslijed gena na kromosomu bakterija – graditi kromosomske karte bakterije (do naoružavajući bakterije). F + stanice imaju funkciju donora.
Normalna mikroflora prati svog vlasnika tijekom cijelog života. O njegovoj bitnoj važnosti u održavanju vitalne aktivnosti organizma svjedoče opažanja gnotobiontske životinje(lišeni vlastite mikroflore), čiji se život bitno razlikuje od života normalnih pojedinaca, a ponekad je jednostavno nemoguć. U tom smislu, doktrina o normalnoj ljudskoj mikroflori i njezinim poremećajima vrlo je važan dio medicinske mikrobiologije.
Sada je to čvrsto utvrđeno organizam osoba i mikroorganizmi koji ga nastanjuju jesu jedinstveni ekosustav... Sa modernih pozicija normalna mikroflora treba gledati kao skup mnogih mikrobiocenozama , karakteriziran određenim sastavom vrste i koji zauzima određeni biotip u tijelu. U bilo kojem mikrobiocenoza potrebno je razlikovati vrste mikroorganizama koje se stalno pojavljuju - karakterističan (autohtoni, autohtoni flore), dodatne i nasumične - tranzit (alohtono Flora). Broj karakterističnih vrsta je relativno mali, ali su brojčano uvijek najbrojniji. Sastav vrsta prolaznih mikroorganizama je raznolik, ali ih je malo.
Površine kože i sluznice ljudskog tijela obilno su naseljene bakterijama. Štoviše, broj bakterija koje nastanjuju pokrivna tkiva (koža, sluznice) višestruko je veći od broja vlastitih stanica domaćina. Kvantitativne fluktuacije bakterija u biocenozi za neke bakterije mogu doseći nekoliko redova veličine, a ipak se uklapaju u prihvaćene standarde. Formirana mikrobiocenoza postoji kao cjelina kao zajednica ujedinjenih hranidbeni lanci i povezane mikroekologija vrsta.
Sveukupnost mikrobnih biocenoza koje se nalaze u tijelu zdravih ljudi čini normalnu ljudsku mikrofloru. Trenutno se normalna mikroflora smatra neovisnim izvantjelesnim organom. Ima karakterističnu anatomsku strukturu ( biofilm) i ima određene funkcije. Utvrđeno je da normalna mikroflora ima prilično visoku vrstu i individualnu specifičnost i stabilnost.
Konstruktivni metabolizam je usmjeren na sintezu četiri glavne vrste biopolimera: proteina, nukleinskih kiselina, polisaharida i lipida.
Ispod je generalizirani shematski dijagram biosinteze složenih organskih spojeva, gdje su istaknute sljedeće glavne faze: nastajanje organskih prekursora iz najjednostavnijih anorganskih tvari (I), iz kojih se u sljedećoj sintetiziraju "građevinski blokovi" (II). pozornica. Nakon toga, građevni blokovi, koji se međusobno vežu kovalentnim vezama, tvore biopolimere (III): Primjena (Sl. br. 3)
Prikazana shema biosintetskih procesa ne odražava cjelokupnu složenost transformacije prekursora niske molekularne težine u građevne blokove velike molekularne težine. Zapravo, sinteza se odvija kao niz uzastopnih reakcija s stvaranjem različitih međuprodukta metabolizma. Osim toga, razine razvoja biosintetskih sposobnosti mikroorganizama su vrlo različite. Kod nekih mikroba konstruktivni metabolizam uključuje sve faze prikazane na dijagramu, kod drugih je ograničen na drugu i treću ili samo treću fazu. Zato se mikroorganizmi međusobno oštro razlikuju po svojim prehrambenim potrebama. Međutim, elementarni sastav hrane jednak je za sve žive organizme i mora uključivati sve komponente koje čine staničnu tvar: ugljik, dušik, vodik, kisik itd.
Ovisno o izvorima ugljika koji se koriste u konstruktivnoj razmjeni, mikroorganizmi se dijele u dvije skupine: autotrofi i heterotrofi.
Autotrofi (od grčkog "autos" - sam, "trofe" - hrana) koriste ugljični dioksid kao jedini izvor ugljika i iz ovog jednostavnog anorganskog prekursorskog spoja sintetiziraju sve potrebne biopolimere. Autotrofi imaju najveću biosintetsku sposobnost.
Heterotrofi (od grčkog "heteros" - drugi) trebaju organske izvore ugljika. Njihove prehrambene potrebe su izuzetno raznolike. Neki od njih se hrane otpadnim proizvodima drugih organizama ili koriste mrtva biljna i životinjska tkiva. Takvi mikroorganizmi nazivaju se saprofiti (od grčkog "sapros" - truli i "phyton" - biljka). Broj organskih spojeva koje koriste kao izvore ugljika iznimno je velik - to su ugljikohidrati, alkoholi, organske kiseline, aminokiseline itd. Gotovo svaki prirodni spoj može koristiti jedna ili druga vrsta mikroorganizama kao izvor prehrane ili energije.
Za sintezu staničnih proteina, mikroorganizmi trebaju dušik. U odnosu na izvore ishrane dušikom među mikroorganizmima mogu se razlikovati autoaminotrofi i heteroaminotrofi. Prvi su u stanju koristiti anorganski dušik (amonij, nitrat, molekularni) ili najjednostavnije oblike organskog (urea) i od tih spojeva grade razne proteine u svom tijelu. U tom se slučaju svi oblici dušika prvo pretvaraju u amonijev oblik. Ovaj najreduciraniji oblik dušika lako se transformira u amino skupinu. Heteroaminotrofi trebaju organske oblike dušika – bjelančevine i aminokiseline. Neki od njih zahtijevaju kompletan skup aminokiselina, drugi stvaraju potrebne proteinske spojeve iz jedne ili dvije aminokiseline pretvarajući ih.
Mnogi mikroorganizmi heterotrofni u odnosu na ugljik su autoaminotrofi. To uključuje bakterije uključene u pročišćavanje otpadnih voda.
Potrebu za kisikom i vodikom za konstruktivni metabolizam mikroorganizmi podmiruju na račun vode i organskih hranjivih tvari. Izvori elemenata pepela (P, S, K, Mg, Fe) su odgovarajuće mineralne soli. Potreba za tim elementima je mala, ali prisutnost u okruženju je obavezna. Osim toga, za normalno funkcioniranje mikroba potrebni su mikroelementi - Zn, Co, Cu, Ni itd. Dio njih je dio prirodne prehrane mikroba, dio ih asimiliraju iz mineralnih soli.
Načini dobivanja hrane, odnosno načini hranjenja mikroorganizama vrlo su raznoliki. Postoje tri glavna načina hranjenja: holofitski, saprozojski i holozojski.
Holofitska prehrana (od grčkog "holo" - kao cjelina, "fit" - biljka) javlja se prema vrsti fotosinteze biljaka. Takva je prehrana svojstvena samo autotrofima. Među mikroorganizmima ova metoda je karakteristična za alge, obojene oblike flagelata i neke bakterije.
Heterotrofni mikroorganizmi ili se hrane čvrstim česticama hrane ili apsorbiraju otopljenu organsku tvar.
Holozojska prehrana predodređuje razvoj posebnih organela u mikroorganizmima za probavu hrane, a u nekima - za njeno hvatanje. Na primjer, neobojene trepavice i trepavice imaju otvor za usta, na koji se hrana prilagođava flagelama, odnosno cilijama. Najvise organizirane trepetljike tvore mlaz vode u obliku lijevka usmjerenog uskim krajem u usta perioralnim cilijama. Čestice hrane se talože na dnu lijevka i trepavice ih gutaju. Takvi cilijati nazivaju se sedimentatori. Amebe se hrane fagocitozom.
Mikroorganizmi s holozoičnim načinom hranjenja za konstruktivni metabolizam uglavnom koriste citoplazmu drugih organizama – bakterija, algi i dr. te imaju posebne organele za probavu. Probavni proces kod protozoa odvija se u probavnim vakuolama.
Probava se sastoji u hidrolitičkoj razgradnji složenih organskih tvari u jednostavnije spojeve. U tom slučaju ugljikohidrati se hidroliziraju u jednostavne šećere, bjelančevine u aminokiseline, a tijekom hidrolize lipida nastaje glicerol i više masne kiseline. Probavni proizvodi se apsorbiraju u citoplazmu i podvrgavaju se daljnjoj transformaciji.
Bakterije, mikroskopske gljive, kvasac nemaju posebne organele za hvatanje hrane, a ona ulazi u stanicu cijelom površinom. Ovakav način prehrane naziva se saprozoik.
Da bi ušle u stanicu, hranjive tvari moraju biti u otopljenom stanju i imati odgovarajuću molekularnu veličinu. Za mnoge visokomolekularne spojeve citoplazmatska membrana je nepropusna, a neki od njih ne mogu ni prodrijeti kroz staničnu membranu. Međutim, to ne znači da mikroorganizmi ne koriste spojeve visoke molekularne težine kao hranjive tvari. Mikroorganizmi sintetiziraju ekstracelularne probavne enzime koji hidroliziraju složene spojeve. Dakle, proces probave, koji se događa kod protozoa u vakuolama, u bakterijama se odvija izvan stanice (Dodatak sl. 4).
Veličina molekula nije jedini čimbenik koji određuje prodiranje hranjivih tvari u stanicu.
Citoplazmatska membrana je sposobna propuštati neke spojeve i zadržavati druge.
Poznato je nekoliko mehanizama prijenosa tvari kroz staničnu membranu: jednostavna difuzija, olakšana difuzija i aktivni prijenos (Dodaci sl. 5).
Jednostavna difuzija je prodiranje molekula tvari u stanicu bez pomoći ikakvih nosača.
U zasićenosti stanice hranjivim tvarima, jednostavna difuzija nema veliku važnost. Međutim, upravo na taj način molekule vode ulaze u stanicu. Važnu ulogu u tom procesu ima osmoza – difuzija molekula otapala kroz polupropusnu membranu u smjeru koncentriranije otopine.
Ulogu polupropusne membrane u stanici ima citoplazmatska membrana. Ogroman broj molekula raznih tvari otopljen je u staničnom soku, stoga stanice mikroorganizama imaju prilično visok osmotski tlak. Njegova vrijednost u mnogim mikrobima doseže 0,5-0,8 MPa. U okolišu je osmotski tlak obično niži. To uzrokuje da voda teče u stanicu i stvara određenu napetost u njoj koja se naziva turgor.
Uz olakšanu difuziju, otopljene tvari ulaze u stanicu uz sudjelovanje posebnih enzima prijenosnika zvanih permeaze. Čini se da hvataju molekule otopljenih tvari i prenose ih na unutarnju površinu membrane.
Jednostavna i olakšana difuzija varijante su pasivnog transporta tvari. U ovom slučaju, pokretačka snaga prijenosa tvari u stanicu je koncentracijski gradijent s obje strane membrane. Međutim, većina tvari ulazi u stanicu protiv gradijenta koncentracije. U tom se slučaju na takav prijenos troši energija, a prijenos se naziva aktivnim. Aktivni prijenos odvija se uz sudjelovanje specifičnih proteina, povezan je s energetskim metabolizmom stanice i omogućuje akumulaciju hranjivih tvari u stanici u koncentraciji višestruko većoj od njihove koncentracije u vanjskom okruženju. Aktivni prijenos je glavni mehanizam za ulazak hranjivih tvari u stanice saprozoičnom prehranom.
Razmotrimo prvu skupinu gena. Etanol se oksidira u dva koraka, a u ta dva koraka djeluju dva ključna enzima. Prvo, pod djelovanjem enzima alkohol dehidrogenaze, etanol se pretvara u acetaldehid ...
Genetika i biokemija alkoholizma
Katabolizam etilnog alkohola događa se uglavnom u jetri. Ovdje se oksidira od 75% do 98% etanola unesenog u tijelo. Oksidacija alkohola je složen biokemijski proces...
Hidrofilni hormoni, njihova struktura i biološke funkcije
Biosinteza. Za razliku od steroida, peptidni i proteinski hormoni su primarni proizvodi biosinteze. Odgovarajuće informacije se čitaju iz DNK (DNK) u fazi transkripcije ...
Proučavanje sezonskog bioritma bacilarno-kokne transformacije bakterije Helicobacter pylori
Bakterija Helicobacter pylori vrlo se uspješno prilagodila životu u ekstremnim uvjetima ljudskog želuca. Gram negativan je, što već podrazumijeva snažnu neprobojnu staničnu stijenku. Ona može živjeti u mikroaerofilnim uvjetima...
Morfologija i metabolizam kvasca
Regulacija primarnih metaboličkih procesa
Živa stanica je visoko organiziran sustav. Sadrži različite strukture, kao i enzime koji ih mogu uništiti. Sadrži i velike makromolekule...
Uloga peptida u funkcioniranju živčanog sustava
Kao što je gore navedeno, poznate su tri proteinske molekule koje uključuju enkefalinske sekvence u svojoj strukturi: proopiomelanokortin, preproenkefalin A (proenkefalin), preproenkefalin B (prodinorfin). Sekvence...
Više od 2/3 amino dušika aminokiselina čine glutamat i njegovi derivati; ove aminokiseline su kvantitativno dominantne u mozgu svih proučavanih životinjskih vrsta. Slična se slika opaža u leđnoj moždini ...
Slobodne aminokiseline živčanog sustava
Aromatične aminokiseline - triptofan, fenilalanin i tirozin - važne su kao prekursori 5-hidroksitrilamina i kateholamina, koji imaju izuzetno važnu ulogu u neuronskim procesima...
Struktura i transport androgena
U ciljnim organima postoje zasebni, specifični citoreceptori spolnih hormona. Ovi hormonski receptori su, očito, sastavni dio tkiva svake endokrine funkcije - uključujući i onu gonadu...
Fiziologija i biokemija biljnih komponenti
Ciklus Hatch and Slack također je pronađen u sukulentnim biljkama. Ali ako se u C4 biljkama suradnja ostvaruje zbog prostornog razdvajanja dvaju ciklusa (uključivanje CO2 u organske kiseline u mezofilu, redukcija u ovojnici)...
Sve navedeno u tablici. 1 fotosintetski mikroorganizmi prilagođeni su korištenju svjetlosti u vidljivom (valna duljina 400-700 nm) i bliskom infracrvenom dijelu spektra (700-1100 nm) ...
Energetski metabolizam mikroorganizama
Od tri puta za stvaranje ATP-a, fosforilacija supstrata je najjednostavniji. Ova vrsta energetskog metabolizma tipična je za mnoge bakterije i kvasce koji provode različite vrste fermentacije...
Energetski metabolizam mikroorganizama
Većina heterotrofnih organizama dobiva energiju u procesu disanja – biološke oksidacije složenih organskih supstrata koji su donori vodika. Vodik iz oksidirane tvari ulazi u respiratorni lanac enzima ...
Energetski metabolizam mikroorganizama
Oksidacija reduciranih mineralnih spojeva dušika, sumpora, željeza služi kao izvor energije za kemolitotrofne mikroorganizme...
Unatoč činjenici da je organski život u cjelini vrlo složen i višeznačan fenomen, pojedinačni mehanizmi koji podupiru njegovo postojanje mogu se rastaviti na potpuno jednostavne komponente koje su dostupne za razumijevanje čak i novorođenčadima koji su prvi zainteresirani za mikrobiološka pitanja. Bakterijski metabolizam pripada takvim uvjetno složenim, ali zapravo vrlo jednostavnim mehanizmima.
U mikrobiologiji, opća slika metabolizma u bilo kojem organizmu je ciklus reakcija, od kojih neke tijelu daju energiju, dok druge stalno nadopunjuju tijelo materijom (opskrbljuju građevinski materijal).
U tom pogledu, metabolizam bakterijske stanice ne razlikuje se od općih bioloških principa. Štoviše, bakterije su bile osnivači još uvijek funkcionalnog mehanizma za osiguranje vitalne aktivnosti žive stanice.
Ovisno o metaboličkim produktima, postoje dvije vrste:
Prisutnost stroge gradacije ne znači da se negdje u organizmu bakterijske stanice odvojeno sintetizira energija, već se organska tvar posebno gradi uz potrošnju već akumulirane energije. Ne.
Velika većina metaboličkih procesa odvija se u prokariotskoj stanici istovremeno i predstavlja zatvoreni ciklus. Dakle, u procesu katabolizma nastaju proizvodi koje odmah pokupe stanične strukture i pokreće se reakcija biosinteze određenih enzima, koji zauzvrat reguliraju procese sinteze energije.
U odnosu na supstrat, metabolizam u bakterijama dijeli se na nekoliko faza:
Ovi su koraci važni za mikrobiologe kako bi identificirali prokariote po enzimima koje proizvode u različitim fazama metabolizma.
Osobitosti metabolizma bakterija su da prokariotske stanice mogu koristiti ne samo kisik, već i druge organske i anorganske spojeve kao oksidanse (izvore energije i ugljika). Od organskih tvari prisutnih na planeti Zemlji, samo bakterije imaju tako širok pristup početnim resursima za održavanje svoje vitalne aktivnosti.
Takve značajke metabolizma u bakterijama posljedica su prisutnosti dvije vrste enzima (proteinskih molekula koje ubrzavaju reakcije u živim stanicama):
Neke enzime stanični organizam stalno proizvodi (konstitutivni), a postoje i oni koji nastaju kao reakcija na pojavu određenog supstrata (inducibilni).
Energetski metabolizam kod predstavnika bakterijskog carstva može se provoditi na dva različita biološka načina:
Kemotrofno disanje (prijenos elektrona sa supstrata na unutarstanične tvari) kod bakterija se događa na tri načina:
Osobitosti metabolizma u bakterijama uključuju bogatstvo izbora primatelja slobodnih elektrona, koji se oslobađaju u procesu oksidacije supstrata, što je svojstveno samo svijetu prokariota.
Dakle, ovisno o tome koja je tvar konačni akceptor elektrona, razlikuju se sljedeće vrste anaerobnog disanja:
Korištenje ATP energije za izgradnju staničnog materijala nije ništa drugo do biosintetske reakcije za stvaranje:
Reakcije se odvijaju u nekoliko faza. Kao rezultat početnih faza, iz produkata razgradnje glukoze (pentoza fosfati, piruvat, acetil CoA itd.) nastaju proteinske molekule-monomeri, koji se u sljedećim fazama sklapaju u makromolekule.
Aminokiseline su glavni gradivni blokovi proteina. Protein sadrži 20 aminokiselina, a sve ih sintetizira sama bakterija. Ova se sinteza događa kao rezultat 7 glavnih biosintetskih reakcija:
Amino skupina aminokiselina dobiva svoj dušik iz nitrata, nitrita, molekularnog dušika i amonijaka (ovisno o vrsti bakterije). U te se organske spojeve pretvara anorganski dušik prije nego što postane dio polimernih makromolekula određene aminokiseline.
Nukleotidi su građevni blokovi za DNK i RNA, kao i za koenzime (neproteinske molekule koje su centri za aktivaciju proteina).
Ako bakterija ima pristup ostacima nukleinskih kiselina ili su nukleotidi prisutni u supstratu, bakterijska stanica će potrošiti gotove nukleotide, a tek u nedostatku gotovog produkta bakterija provodi složenu sintezu nukleinske kiseline. polimer.
Lipidi su organske tvari koje se sastoje od masti i supstanci sličnih mastima, koje sintetiziraju bakterije iz intermedijarnog metabolita acetil-CoA. Kao rezultat složenih reakcija pomoću enzima, sintetiziraju se masne kiseline od kojih bakterija gradi stanične stijenke i tvori elektroničke transportne lance.
Život ljudskog tijela je vrlo složen i jedinstven fenomen, međutim, ono ima takve mehanizme koji podržavaju njegovo postojanje, a istovremeno se mogu rastaviti na najjednostavnije komponente koje su svima dostupne. Ovdje je prije svega potrebno reći o metabolizmu bakterija, koji je složen samo uvjetno, zapravo je takav proces kao što je metabolizam bakterija prilično jednostavan. Da biste se detaljno upoznali s metaboličkim procesom mikroorganizama, pomaže znanost mikrobiologija. Procesi koji se proučavaju pomažu u stvaranju novih oblika liječenja za širok raspon bolesti.
Ako govorimo o općoj slici metaboličkog bakterijskog procesa, onda govorimo o određenom reakcijskom ciklusu, a kod nekih reakcija je zadatak osigurati ljudsko tijelo energijom, a što se tiče drugih, to su načini za nadopunu tijela. s materijom, odnosno oni su, zapravo, neka vrsta građevinskog materijala ... Ako govorimo o metabolizmu bakterijskih stanica, tada je nemoguće pronaći razlike od bioloških principa općeg tipa. Bakterije su temelj privremenog mehanizma životnog procesa živih stanica.
Postoje 2 vrste takvog procesa, koji ovise o metaboličkim proizvodima:
Većina procesa metaboličkog tipa odvija se u stanici prokariotskog tipa, a ovaj proces je jednokratne prirode, sve to ima oblik ciklusa zatvorenog tipa. Kada se odvija metabolički proces, počinju se stvarati proizvodi, koji su popraćeni strukturama staničnog tipa, zatim počinje biosintetska reakcija u kojoj sudjeluju određeni enzimi, oni provode proces sinteze energetske prirode. Ove vrste metabolizma mikroorganizama nisu jedine, postoje i druge.
Metabolizam mikroorganizama odnosi se na supstrat, ovdje govorimo o nekoliko faza:
Sve značajke ovog procesa posljedica su činjenice da postoje dvije vrste enzima (govorimo o molekulama proteinskog tipa koje mogu ubrzati reakcije u staničnoj strukturi:
Valja napomenuti da postoji niz enzima koji se kontinuirano proizvode od strane stanične strukture (konstitutivna priroda), a postoje i oni koji proizvode u obliku reakcije kada se pojavi određeni supstrat.
Takav se proces u bakterijama provodi određenim metodama biološkog tipa:
Ako govorimo o tome kako bakterije dišu na kemotrofni način, onda mogu postojati 3 načina:
Treba napomenuti da je rast proces kada se jedinka povećava u veličini, a što se tiče samog procesa reprodukcije, tada se populacija počinje povećavati.
Važno je napomenuti da se bakterije mogu razmnožavati na takav način da se binarna podjela jednostavno provodi, ali ova metoda je daleko od jedine, postoji i pupanje. Ako bakterija ima gram-pozitivan oblik, tada dolazi do stvaranja septuma iz stijenke staničnog tipa i membrane citoplazmatskog tipa koja može rasti prema unutra. Ako su bakterije gram-negativne, tada se počinje stvarati suženje, nakon čega se stanica dijeli na par jedinki.
Brzina procesa reprodukcije je vrijedna pažnje, može biti različita. Ako govorimo o ogromnoj većini bakterija, onda se dijele svakih pola sata. A ima tuberkuloznih mikobakterija čija je dioba sporija, dovoljno je reći da jedna dioba može trajati najmanje 18 sati. Spirohete se također ne dijele brzo, oko 10 sati, pa možete vidjeti kako se metabolizam mikroorganizama razlikuje.
Ako posijete bakterije u tekući hranjivi medij, uzimajući određeni volumen, a zatim svaki sat uzimate uzorak, tada bakterijski rast ima oblik zakrivljene linije.
Takve tvari rastu u nekoliko faza:
Zaključno, treba napomenuti da metabolizam svih bakterija i mikroba može imati određene razlike, mogu postojati različiti čimbenici. Individualne karakteristike ljudskog tijela su od velike važnosti. A što se tiče takvog procesa kao što je regulacija metabolizma, počeli su ga proučavati čak i kod prokariota, a posebno kod prokariota (to su operoni crijevnog štapića).
Do danas postoje različite metode proučavanja. Ako se proučavaju bakterije sumpora, onda studija ima svoje karakteristike, a za proučavanje bakterijskih promjena mogu se koristiti i druge metode. Posebnu pozornost zaslužuju željezne bakterije, koje imaju jedinstvenu značajku oksidacije željeza.
