Категория
Биология
Тип
реферат
Страницы
18 стр.
Дата
01.03.2013
Формат файла
.doc — Microsoft Word
Архив
160640.zip — 19.34 kb
  • ximicheskaja-struktura-bioximicheskie-svojstva-i-fermenty-bakterij_160640_1.doc — 72.5 Kb
  • Readme_docus.me.txt — 125 Bytes
Оцените работу
Хорошо  или  Плохо


Текст работы

Реферат:

Химическая
структура, биохимические свойства и ферменты бактерий


1.
Химическая структура, биохимические свойства и ферменты бактерий

Клетка -
универсальная единица живой материи. По химическому составу существенных
отличий прокариотических и эукариотических клеток нет.

Химические
элементы, входящие в состав живой материи, можно разделить на три основные
группы.

1. Биогенные химические
элементы (С, О, N, H).
На их долю приходится 95% сухого остатка, в т.ч. 50%- C,
20%- O, 15%- N,
10%- H).

2.
Макроэлементы-
P, S,Cl,
K, Mg,
Ca, Na.
На них приходится около 5 %.

3.
Микроэлементы-
Fe, Cu,
I, Co,
Mo и др. На них приходятся доли
процента, однако они имеют важное значение в обменных процессах.

Химические
элементы входят в состав различных веществ - воды, белков, липидов, нейтральных
жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Синтез соединений контролируется генами.
Многие вещества бактериальная клетка может получать извне - из окружающей среды
или организма хозяина.

Вода
составляет от 70 до 90 % биомассы. Содержание воды больше у капсульных
бактерий, меньше всего - в спорах.

Белки
встречаются во всех структурных элементах клетки. Белки могут быть более
простые (протеины) и сложные (протеиды), в чистом виде или в комплексе с
липидами, сахарами. Выделяют структурные (структурообразующие) и функциональные
(регуляторные) белки, к последним относятся ферменты.

В состав белков
входят как обычные для эукариотов аминокислоты, так и оригинальные - диаминопимелиновая,
D -аланин, D -глютанин,
входящие в состав пептидогликанов и капсул некоторых бактерий. Только в спорах
находится дипиколиновая кислота, с которой связана высокая
резистентность спор. Жгутики построены из белка флагеллина, обладающего
сократительной способностью и выраженными антигенными свойствами. Пили
(ворсинки) содержат особый белок -
пилин.

Пептидную
природы имеют капсулы представителей рода Bacillus,
возбудителя чумы, поверхностные антигены ряда бактерий, в том числе
стафилококков и стрептококков. Белок А - специфический белок S.aureus
- фактор, обусловлавливающий ряд свойств этого возбудителя. Белок М -
специфический белок гемолитических стрептококков серогруппы А, позволяющий
дифференцировать серовары (около 100), что имеет эпидемиологическое значение.

Ряд белков
содержит наружная мембрана грамотрицательных бактерий, из которых 3 - 4 мажорных
(основных) и более 10- второстепенных, выполняющих различные функции. Среди
мажорных белков - порины, образующие диффузные поры, через которые в
клетку могут проникать мелкие гидрофильные молекулы.

Белки входят в
состав пептидогликана- биополимера, составляющего основу бактериальной
клеточной стенки. Он состоит из остова (чередующиеся молекулы двух
аминосахаров) и двух наборов пептидных цепочек - боковых и поперечных. Наличие
двух типов связей- гликозидных (между аминосахарами) и пептидных, которые
соединяют субъединицы пептидогликанов, придают этому гетерополимеру структуру молекулярной
сети
. Пептидогликан- наиболее устойчивое соединение, которое образует
ригидную мешковидную макромолекулу, определяющую постоянную форму бактерий и
ряд их свойств
.

1. Пептидогликан
содержит родо- и видоспецифические антигенные детерминанты.

2. Он запускает классический
и альтернативный пути активации системы комплемента.

3. Пептидогликан
тормозит фагоцитарную активность и миграцию макрофагов.

4. Он способен
инициировать развитие гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ).

5. Пептидогликан
обладает противоопухолевым действием.

6. Он оказывает
пирогенное действие, т.е. вызывает лихорадку.

Из соединений
белков с небелковыми компонентами наибольшее значение имеют липопротеиды,
гликопротеиды и нуклеопротеиды
.

Удивительное
таинство жизни - синтез белка осуществляется в рибосомах . Существует два
основных типа рибосом - 70S
(S- константа седиментации, единица
Сведберга) и 80S. Рибосомы
первого типа встречаются только у прокариотов. Антибиотики не действуют на
синтез белка в рибосомах типа 80S,
распространенных у эукариотов.

Липиды (главным
образом форфолипиды) содержатся в цитоплазматической мембране (липидный
бислой), в также в наружной мембране грамотрицательных бактерий. Есть
микроорганизмы, содержащие большое количество липидов (до 40% сухого остатка)-
микобактерии. В состав липидов входят различные жирные кислоты , весьма
специфичные для разных групп микроорганизмов. Их определение имеет в ряде
случаев диагностическое значение, например у анаэробов, микобактерий.

У микобактерий
туберкулеза в составе липидов имеется ряд кислотоустойчивых жирных кислот - фтионовая,
миколовая
и др. Высокое содержание липидов и их состав определяют многие
свойства микобактерий туберкулеза:

-устойчивость к
кислотам, щелочам и спиртам;

-трудная
окрашиваемость красителями (используют специальные методы окраски, чаще- по
Цилю- Нильсену);

-устойчивость
возбудителя к солнечной радиации и дезосредствам;

- патогенность.

Тейхоевые
кислоты
встречаются в клеточных стенках грамположительных
бактерий. Представляют собой водорастворимые линейные полимеры, содержащие
остатки глицерина или рибола, связанные фосфодиэфирными связыми. С тейхоевыми
кислотами связаны главные поверхностные антигены ряда грамположительных
бактерий.

Углеводы
встречаются чаще в виде полисахаридов , кторые могут быть экзо- и эндоклеточными.
Среди экзоклеточных полисахаридов выделяют каркасные (входят в состав капсул) и
истинно экзополисахариды (выходят во внешнюю среду). Среди бактериальных
полисахаридов многие находят медицинское применение. Декстраны -
полисахариды с большой молекулярной массой, по виду напоминают слизь. 6%
раствор- кровезаменитель полиглюкин. Декстрановый гель сефадекс
используется в колоночной хроматографии как молекулярное сито. Эндоклеточные
полисахариды - запасные питательные вещества клетки (крахмал, гликоген и др.).

Липополисахарид
(ЛПС)
- один из основных компонентов клеточной стенки
грамотрицательных бактерий, это соединение липида с полисахаридом. ЛПС состоит
из комплекса: 1.Липид А.

2. Одинаковое
для всех грамотрицательных бактерий полисахаридное ядро.

3. Терминальная
сахаридная цепочка ( О - специфическая боковая цепь).

Синонимы ЛПС -
эндотоксин, О - антиген.

ЛПС выполняет
две основные функции - определяет антигенную специфичность и является одним из
основных факторов патогенности. Это - эндотоксин, токсические свойства которого
проявляются преимущественно при разрушении бактериальных клеток. Его
токсичность определяется липидом А. ЛПС запускает синтез более 20 биологически
активных веществ, определяющих патогенез эндотоксикоза, обладает пирогенным действием.

Нуклеиновые
кислоты - ДНК и РНК. Рибонуклеиновые кислоты (РНК) находятся главным
образом в рибосомах (р-РНК- 80- 85%), т(транспортные)- РНК- 10%, м(матричные)-
РНК- 1- 2%, главным образом в одноцепочечной форме. ДНК (дезоксирибонуклеиновая
кислота) может находиться в ядерном аппарате (хромосомная ДНК) или в цитоплазме
в специализированных образованиях – плазмидах - плазмидная (внехромосомная)
ДНК. Микроорганизмы отличаются по структуре нуклеиновых кислот, содержанию азотистых
оснований
. Генетический код состоит всего из четырех букв (оснований) - А
(аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин). Наиболее часто для
характеристики микроорганизмов используют как таксономический признак
процентное соотношение Г/Ц, которое существенно отличается у различных групп
микроорганизмов.

Микроорганизмы
синтезируют различные ферменты - специфические белковые катализаторы. У
бактерий обнаружены ферменты 6 основных классов.

1. Оксидоредуктазы
- катализируют окислительно- восстановительные реакции.

2. Трансферазы -
осуществляют реакции переноса групп атомов.

3. Гидролазы -
осущесвляют гидролитическое расщепление различных соединений.

4. Лиазы -
катализируют реакции отщепления от субстрата химической группы
негидролитическим путем с образованием двойной связи или присоединения
химической группы к двойным связям.

5. Лигазы или
синтетазы - обеспечивают соединение двух молекул, сопряженное с расщеплением
пирофосфатной связи в молекуле АТФ или аналогичного трифосфата.

6. Изомеразы - определяют
пространственное расположение групп элементов.

В соответствии с
механизмами генетического контроля у бактерий выделяют три группы ферментов:

- конститутивные,
синтез которых происходит постоянно;

-
индуцибельные
, синтез которых индуцируется наличием
субстрата;

-
репрессибельные
, синтез которых подавляется избытком
продукта реакции.

Ферменты
бактерий делят на экзо- и эндоферменты . Экзоферменты выделяются во
внешнюю среду, осуществляют процессы расщепления высокомолекулярных
органических соединений. Способность к образованию экзоферментов во многом
определяет инвазивность бактерий- способность проникать через слизистые,
соединительнотканные и другие тканевые барьеры.

Примеры: гиалуронидаза
расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества,
что повышает проницаемость тканей (клостридии, стрептококки, стафилококки и
многие другие микроорганизмы); нейраминидаза облегчает преодоление слоя
слизи, проникновение внутрь клеток и распространение в межклеточном
пространстве (холерный вибрион, дифтерийная палочка, вирус гриппа и многие
другие). К этой же группе относятся энзимы, разлагающие антибиотики.

В бактериологии
для дифференциации микроорганизмов по биохимическим свойствам основное значение
часто имеют конечные продукты и результаты действия ферментов. В соответствии с
этим существует микробиологическая (рабочая) классификация ферментов.

1.Сахаролитические.

2.Протеолитические.

3.Аутолитические.

4.Окислительно
-
восстановительные.

5.Ферменты
патогенности (вирулентности).

Ферментный
состав клетки определяется геномом и является достаточно постоянным признаком.
Знание биохимических свойств микроорганизмов позволяет идентифицировать их по
набору ферментов. Основные продукты ферментирования углеводов и белков-
кислота, газ, индол, сероводород, хотя реальный спектр для различных микроорганизмов
намного более обширный.

Основные
ферменты вирулентности - гиалуронидаза, плазмокоагулаза, лецитиназа,
нейраминидаза, ДНК-аза. Определение ферментов патогенности имеет значение при
идентификации ряда микроорганизмов и выявления их роли в патологии.

Ряд ферментов
микроорганизмов широко используется в медицине и биологии для получения
различных веществ (аутолитические, протеолитические), в генной инженерии
(рестриктазы, лигазы).


2.
Физиология и принципы культивирования микроорганизмов

 

2.1
Метаболизм микроорганизмов

Для роста и
размножения микроорганизмы нуждаются в веществах, используемых для построения
структурных компонентов клетки и получения энергии. Метаболизм (т.е. обмен
веществ и энергии) имеет две составляющих - анаболизм и катаболизм. Анаболизм -
синтез компонентов клетки ( конструктивный обмен ). Катаболизм -
энергетический обмен, связан с окислительно- восстановительными реакциями,
расщеплением глюкозы и других органических соединений, синтезом АТФ.
Питательные вещества могут поступать в клетку в растворимом виде (это
характерно для прокариот)- осмотрофы, или в виде отдельных частиц - фаготрофы.

Основным
регулятором поступления веществ в бактериальную клетку является
цитоплазматическая мембрана. Существует четыре основных механизма поступления
веществ: - пассивная диффузия - по градиенту концентрации,
энергонезатратная, не имеющая субстратной специфичности;

- облегченная
диффузия
- по градиенту концентрации, субстратспецифичная,
энергонезатратная, осуществляется при участии специализированных белков пермеаз;

- активный
транспорт-
против градиента концентрации, субстратспецифичен (специальные
связывающие белки в комплексе с пермеазами), энергозатратный (за счет АТФ),
вещества поступают в клетку в химически неизмененном виде;

- транслокация
(перенос групп)-
против градиента концентрации, с помощью
фосфотрансферазной системы, энергозатратна, вещества (преимущественно сахара)
поступают в клетку в форфорилированном виде.

Основные
химические элементы - органогены
, необходимые для
синтеза органичеких соединений- углерод, азот, водород, кислород.

В зависимости от
источника потребляемого углерода микробы подразделяют на аутотрофы
(используют CO2) и гетеротрофы
(используют готовые органические соединения). В зависимости от источника
энергии
микроорганизмы делят на фототрофы (энергию получают за счет
фотосинтеза - например, цианобактерии) и хемотрофы (энергия добывается
за счет химических, окислительно- восстановительных реакций). Если при этом
донорами электронов являются неорганические соединения, то это литотрофы,
если органические- органотрофы. Если бактериальная клетка в состоянии
синтезировать все необходимые для жизнедеятельности вещества, то это прототрофы.
Если бактерии нуждаются в дополнительных веществах (факторах роста), то это ауксотрофы.
Основными факторами роста для труднокультивируемых бактерий являются пуриновые
и пиримидиновые основания, витамины, некоторые (обычно незаменимые)
аминокислоты, кровяные факторы (гемин) и др.

 

2.2
Дыхание микроорганизмов

Путем дыхания
микроорганизмы добывают энергию. Дыхание - биологический процесс переноса
электронов через дыхательную цепь от доноров к акцепторам с образованием АТФ. В
зависимости от того, что является конечным акцептором электронов, выделяют аэробное
и анаэробное дыхание.
При аэробном дыхании конечным акцептором электронов
является молекулярный кислород (О 2), при анаэробном- связанный
кислород ( -NO 3
, =SO 4,
=SO 3).

Примеры.

 О 2

Аэробное дыхание
донор водорода       H 2O

Анаэробное
дыхание

нитратное
окисление                                                  NO 3

(факультативные
анаэробы) донор водорода                    N 2


сульфатное
окисление                                                SO 4

(облигатные
анаэробы) донор водорода                  H 2S

 

По
типу дыхания
выделяют четыре группы микроорганизмов.

1. Облигатные
(строгие) аэробы. Им необходим молекулярный (атмосферный) кислород для
дыхания.

2. Микроаэрофилы
нуждаются в уменьшенной концентрации (низком парциальном давлении) свободного
кислорода. Для создания этих условий в газовую смесь для культивирования обычно
добавляют CO 2,
например до 10- процентной концентрации.

3. Факультативные
анаэробы
могут потреблять глюкозу и размножаться в аэробных и анаэробных
условиях. Среди них имеются микроорганизмы, толерантные к относительно высоким
(близких к атмосферным) концентрациям молекулярного кислорода - т.е.
аэротолерантные, а также микроорганизмы которые способны в определенных
условиях переключаться с анаэробного на аэробное дыхание.

4. Строгие
анаэробы
размножаются только в анаэробных условиях т.е. при очень низких
концентрациях молекулярного кислорода, который в больших концентрациях для них
губителен. Биохимически анаэробное дыхание протекает по типу бродильных
процессов, молекулярный кислород при этом не используется.

Аэробное дыхание
энергетически более эффективно (синтезируется большее количество АТФ).

В процессе
аэробного дыхания образуются токсические продукты окисления (H 2O 2-
перекись водорода, -О 2 - свободные кислородные радикалы), от которых
защищают специфические ферменты, прежде всего каталаза, пероксидаза, пероксиддисмутаза.
У анаэробов эти ферменты отсутствуют, также как и система регуляции окислительно-
восстановительного потенциала (
rH 2 ).

Основные
методы создания анаэробных условий для культивирования микроорганизмов.

1. Физический- откачивание
воздуха, введение специальной газовой безкислородной смеси (чаще- N 2-
85%, CO 2-
10%, H 2-
5%).

2. Химический -
применяют химические поглотители кислорода.

3. Биологический
- совместное культивирование строгих аэробов и анаэробов (аэробы поглощают
кислород и создают условия для размножения анаэробов).

4. Смешанный -
используют несколько разных подходов.

Необходимо
отметить, что создание оптимальных условий для строгих анаэробов - очень
сложная задача. Очень непросто обеспечить постоянное поддержание безкислородных
условий культивирования, необходимы специальные среды без содержания
растворенного кислорода, поддержание необходимого
окислительно-восстановительного потенциала питательных сред, взятие и доставка,
посев материала в анаэробных условиях.

Существует ряд
приемов, обеспечивающих более подходящие условия для анаэробов- предварительное
кипячение питательных сред, посев в глубокий столбик агара, заливка сред
вазелиновым маслом для сокращения доступа кислорода, использование герметически
закрывающихся флаконов и пробирок, шприцев и лабораторной посуды с инертным
газом, использование плотно закрывающихся эксикаторов с горящей свечой.
Используются специальные приборы для создания анаэробных условий
-
анаэростаты. Однако в настоящее время наиболее простым и эффективным
оборудованием для создания анаэробных и микроаэрофильных условий является
система “Газпак” со специальными газорегенерирующими пакетами, действующими по
принципу вытеснения атмосферного воздуха газовыми смесями в герметически
закрытых емкостях.

Основные
принципы культивирования микроорганизмов на питательных средах.

1.Использование
всех необходимых для соответствующих микробов питательных компонентов.

2.Оптимальные
температура, рН, rH 2,
концентрация ионов, степень насыщения кислородом, газовый состав и давление.

Микроорганизмы
культивируют на питательных средах при оптимальной температуре в термостатах,
обеспечивающих условия инкубации.

По
температурному
оптимуму роста выделяют три
основные группы микроорганизмов.

1.Психрофилы-
растут при температурах ниже +20 градусов Цельсия.

2.Мезофилы-
растут в диапозоне температур от 20 до 45 градусов (часто оптимум- при 37
градусах С).

3.Термофилы-
растут при температурах выше плюс 45 градусов.

 

2.3
Краткая характеристика питательных сред

 

По
консистенции
выделяют жидкие, плотные (1,5-3% агара)
и полужидкие (0,3- 0,7 % агара) среды.

Агар
-
полисахарид
сложного состава из морских водорослей, основной отвердитель для плотных
(твердых) сред. В качестве универсального источника углерода и азота применяют пептоны-
продукты ферментации белков пепсином, различные гидролизаты- мясной,
рыбный, казеиновый, дрожжевой и др.

По
назначению
среды разделяют на ряд групп:

- универсальные
(простые), пригодные для различных нетребовательных микроорганизмов (мясо -
пептонный бульон - МПБ, мясо - пептонный агар- МПА);

- специальные -
среды для микроорганизмов, не растущих на универсальных средах (среда Мак- Коя
на туляремию, среда Левенштейна- Иенсена для возбудителя туберкулеза);

-
дифференциально - диагностические - для дифференциации микроорганизмов по
ферментативной активности и культуральным свойствам ( среды Эндо, Плоскирева, Левина,
Гисса);

- селективные
(элективные) - для выделения определенных видов микроорганизмов и подавления
роста сопутствующих - пептонная вода, селенитовая среда, среда Мюллера.

По
происхождению
среды делят на естественные,
полусинтетические и синтетические.

 

2.4
Рост и размножение микроорганизмов

Бактериальные
клетки размножаются в результате деления. Основные стадии размножения микробов
в жидкой среде в стационарных условиях:

- лаг- фаза
(начальная стадия адаптации с медленным темпом прирости биомассы бактерий);

-
экспоненциальная (геометрического роста) фаза с резким ростом численности
популяции микроорганизмов (2 в степеии n);

- стационарная
фаза (фаза равновесия размножения и гибели микробных клеток);

- стадия гибели
- уменьшение численности популяции в связи с уменьшением и отсутствием условий
для размножения микроорганизмов (дефицит питательных веществ, изменение рH,
rH 2,
концентрации ионов и других условий культивирования).

Данная динамика
характерна для периодических культур с постепенным истощением запаса
питательных веществ и накоплением метаболитов.

Если в
питательной среде создают условия для поддержания микробной популяции в
экспоненциальной фазе - это хемостатные (непрерывные) культуры.

Характер
роста
бактерий на плотных и жидких питательных средах:
сплошной рост, образование колоний, осадок, пленка, помутнение.

Чистая
культура
- популяция одного вида микроорганизмов.

Основные
принципы получения чистых культур: механическое разобщение, рассев, серийные
разведения, использование элективных сред, особых условий культивирования (с
учетом устойчивости некоторых микробов к определенным температурам, кислотам,
щелочам, парциальному давлению кислорода, рН и мн.др).




Ваше мнение



CAPTCHA