Викладач	Стоянова Л.П.
Предмет	Мікробіологія
Група	2 – А л/с
Дата	Згідно розкладу 14 .09.2022
Тема Лекція	Тема:: Морфологія і фізіологія мікроорганізмів.

СХЕМА ДИСТАНЦІЙНОГО НАВЧАННЯ

 

 

 

. Морфологія і фізіологія мікроорганізмів.

 

 

І. Актуальність: Мікробіологія – наука про дуже дрібні, невидимі неозброєним оком живі істоти (мікроорганізми). Розмір мікробів вимірюють в мікрометрах.

Медична біологія – це наука, що вивчає хвороботворні (патогенні) мікроорганізми, досліджує процеси, що виникають у макроорганізмі після проникнення в нього патогенних мікроорганізмів. Розробляє методи діагностики, створює препарати для специфічної профілактики. Щоб досягти успіхів у вирішенні проблем боротьби з інфекціями, потрібно добре знати морфологію, біологічні властивості збудників, їх екологію та взаємодію з організмом людини. Значення мікробіології для медпрацівників важливо. Вони повинні вміти проводити профілактичне обстеження людей, збирати патологічний матеріал у пацієнта, доставляти до лабораторії і вміти оцінювати результати досліджень. Знання мікробіології є базовими для вивчення клінічних дисциплін, інфектології, епідеміології та інш. предметів, щоб стати висококваліфікованим спеціалістом.

 

ІІ. Навчальні цілі: Ознайомитись з етапами розвитку мікробіології, з внеском вчених-мікробіологів у розвиток мікробіології.

Знати: завдання медичної мікробіології в боротьбі з інфекційними хворобами і освідомити необхідність вивчення мікробіології як базової науки для вивчення клінічних дисциплін.

Вміти: проводити профілактичне обстеження людей, збирати патологічний матеріал у пацієнта, доставляти до лабораторії і вміти оцінювати результати досліджень.

 

ІІІ. Виховні цілі: освідомити, що досягнення мікробіології дозволили в усьому світі ліквідувати натуральну віспу, чуму, поліомієліт та інш. Тому основна задача медпрацівників – це профілактика інфекційних хвороб внутрішньолікарняної інфекції і хвороб, спричиненими умовно-патогенними мікроорганізмами.

 

Обладнання: портрети видатних мікробіологів, інструкції з охорони праці і техніки безпеки при роботі в бактеріологічній лабораторії, знак „Біологічна небезпека”, презентація.

 

Міжпредметні зв’язки: біологія, хімія, анатомія, фізіологія, латинська мова, генетика, фармакологія.

 

План:

1. Мікробіологія як наука. Медична мікробіологія.
2. Етапи розвитку мікробіології.
3. Внесок вчених-мікробіологів у розвиток мікробіології: Антоній Ван Левенгук, Д.С. Самойлович, Дженнер, Луї Пастер, Роберт Кох, І.І. Мечніков, Д.Й. Івановський.
4. Досягнення вітчизняних мікробіологів: М.Ф. Гамалія, О.М. Безредка, Д.К. Заболотний, В.С. Деркач.

 

Питання для самоконтролю:

1. Основна задача при вивченні мікробіології.
2. Внесок українських вчених.

 

 

 

Морфологія і фізіологія мікроорганізмів.

. «Загальна характеристика мікроорганізмів, їх морфологія, класифікація та фізіологія».

КЛАСИФІКАЦІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ

Мікроорганізми, як і всі живі істоти, мають визначені ознаки, за допомогою яких них ідентифікують, тобто розпізнають, або диференціюють (відрізняють) і розділяють чітко розрізнюванні групи.

Систика (від греч. Systematicos — упорядкований, стосовний до системи) — це наука про принципи класифікації об’єктів органічного світу, заснованих на спільності походження і генетичних зв’язків різних груп живих істот.

Основними розділамисистики є класифікація і номенклатура.

Під класифікацією розуміють закономірність розподілу мікроорганізмів по систичних групах, що називають категоріями, рівнями, рангами і таксонами, а класифікацію тому називають ще таксономією.

Номенклатура обумовлює принципи визначення назви для встановлених таксонів. Основним таксоном, тобто основною класифікаційною одиницею в системі живих організмів, є вид.

Вид — це сукупність особеймікроорганізмів, подібних по біологічних властивостях, що мають єдині походження і генотип, що володіють спадково закріпленою здатністю викликати в середовищі природного обитания визначені специфічні процеси (зміни).

Види, що володіють багатьма загальними ознаками, поєднують у таксони більш високого рівня, називані родами, що, у свою чергу, групуються в таксони ще більш високого порядку — сімейства і т. д. Таке розташування супідрядних таксонів у висхідний ряд складає ієрархічну систему класифікації, або таксономическую ієрархію. Підставою цієї системи є окремі особи, а її вершиною — один усеосяжний таксон — царство.

У бактеріології використовують наступні основні рівні таксономической ієрархії: царство (Regnum), відділ (Divisio), клас (Klassis), порядок (Ordo), сімейство (Familia), рід (Genus), вид (Species).

Крім перерахованих маються проміжні таксони — підцарство, підвідділ, підклас, підпорядок, підродина, підрід, підвид.

Назви бактерій (включаючи актиноміцети) регламентуються Міжнародним кодексом номенклатури бактерій.

Назви мікроорганізмів пишуть буквами латинського алфавіту і підкоряють правилам латинської граматики, тобто вони є латинськими, аболатинізованими, якщо навіть запозичені з інших мов.

Назви таксонів, у яких ранг вище виду, складаються тільки з одного слова і тому відносяться до одинарних, або унітарним. Деякі таксони мають стандартні закінчення. Наприклад, назви порядків бактерій повинні закінчуватися на ales (Bacteriales), сімейства — aceae (Enterobacteriaceae) пологів — us, um (Bacillus, Streptococcus, Clostridium, Bacterium).

Для позначення виду мікроорганізмів застосовують бінарну (биноминальную), або подвійну, номенклатуру, тобто назви видів складаються з двох слів і тому відносяться до подвійних, або бінарним. Перше слово позначає назвароду, до якого цей вид належить, друге — вид, наприклад Lactobac-terium acidophilum (молочнокисла паличка кислотолюбивая), Streptococcus thermophieus (стрептокок теплолюбний). Родове слово пишуть із прописної букви, видове — з рядкової. Після того як повна назва виду бути згадано в тексті, перше слово (родова назва) можна скоротити при наступному згадуванні.

Якщо при вивченні бактерій виявляють відхилення від типових видових властивостей, то такі культури розглядають як підвиди. Назва підвиду складається з повної назви виду, до якого він відноситься, і наступного за ним слова, що позначає сам підвид, перед яким скорочено вказують проміжний таксон subspecies (підвид). Наприклад, Вас. cereus subsp. mycoides — паличка цереус, підвид грибоподібна. Назви підвидів складаються з трьох слів (крім слова subspecies — підвид) і називаються тому  тринарными.

Крім підвиду розрізняють також инфраподвидовые підрозділу (варіанти) мікроорганізмів, що не розташовуються в порядку класифікаційних рангів. Вони засновані на розходженні особей якими-небудь незначними спадкоємними властивостями: антигенними — серовар (серотип), морфологічними — морфовар, хімічними — хемовар, фізіологічними — био-вар, патогенністю — патовар, відношенням до бактеріофагів — фаговар.

У мікробіології широко застосовують терміни «штам» і «клон». Штам — більш вузьке поняття, чим вид. Штамами називають різні культури того самого видумікроорганізму, виділені з конкретного джерела. Якщо мікроорганізм виділений з води, його називають водним штамом, із ґрунту — ґрунтовим і т. п.

Вони можуть розрізнятися окремими незначними ознаками, наприклад інтенсивністю кислотообразования, стійкістю до лікарських і дезинфікуючих препаратів, здатністюсинтезувати ароматичні речовини й антибіотики й ін.

Клон означає расплодку мікроорганізмів, або, як прийнято в мікробіології, культуру (популяцію), що є потомством однієї клітки. Популяція мікробів, що складає з особей одного виду, називається чистою культурою, а, що складається з особей різних видів — змішаної.

МОРФОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ

Морфологічні властивості (від греч. morphus — форма) мікроорганізмів вивчають під мікроскопом у пофарбованих і незабарвлених препаратах. При цьому звертають увагу на форму, взаємне розташування, розмір і буду мікробіальних клітин, виявляють наявність і характер спор, капсул, джгутиків, а також вивчають тинкторіальні властивості, тобто здатність фарбуватися аніліновими фарбами.

Форми бактерій. По формі бактерії прийнято поділяти на кулясті  (коки), паличкоподібні та звивисті (рис.5.).

Рис. 5. Основні форми бактерій

А — сарцини; б— стрептококи; в —стрептобактерії ; г —бацили та клостридії;

Д — вібріони; е — спірили; ж — спірохети

По розміщенню клітин відносно один одного та характеру поділу при розмноженні кулеподібні бактерії поділяють на мікрококи, диплококи, стрептококи, стафілококи, тетракоки та сарцини.

 Мікрококи – поодиноко розміщені, ізольовано один від одного клітини округлої форми, діляться в рівних площинах. До цієї групи відносять коки, які викликають гниття білкових речовин.

Диплококи —  клітини розміщені попарно, внаслідок поділу в одній площині та збереження зв’язку між двома дочірніми клітинами. 

Стрептококи —  клітини розміщені у вигляді ланцюжків різної довжини, внаслідок поділу в одній площині та збереження зв’язку між дочірніми клітинами. Ця група мікроорганізмів спричиняє молочнокисле бродіння, а патогенні (хвороботворні) штами викликають мастит (захворювання молочної залози) в корів.

Стафілококи – хаотично розміщені клітини у вигляді грона винограду. Ці мікроорганізми викликають гнильні процеси, а також мастит у корів.

Тетракоки — клітини розміщені по чотири, внаслідок поділу у двох взаємно перпендикулярних площинах. 

Сарцини – клітини розміщені у пакетах кубоподібної форми по 8 – 16 клітин, внаслідок їх поділу у трьох взаємно перпендикулярних площинах.

Паличкоподібні  бактерії  мають осьову симетрію та циліндричну форму із заокругленими чи гострими краями. Їх поділяють на палички, які не мають спор або бактерії та палички, які мають спори — це бацили та клостридії  (рис. 5, г).

Бацили — це паличкоподібні мікроорганізми, які мають спори з діаметром, який не перевищує ширини мікробної клітини.

Клостридії — це паличкоподібні мікроорганізми, які мають спори з діаметром, що перевищує ширину мікробної клітини.

Крім того, в залежності від взаємного розташування клітин паличкоподібні бактерії поділяють на поодинокі та безсистемні скупчення, диплобактерії та диплобацли (попарно розміщені бактерії та бацили), стрептобактерії та стрептобацили (розміщення бактерій та бацил у вигляді довгих та коротких ланцюжків).

Звивисті форми мікроорганізмів поділяють на:

 вібріони – мають  форму коми або неповного завитка;

Спірили – мають від одного до п’яти завитків;

Спірохети – мають велику кількість мілких завитків (рис.5, д, е, ж).

Кокоформи в більшості випадків фарбуються Грампозитивно (фіолетовий чи синій колір). Звивсті форми – Грамнегативно (червонй колір).

Серед палчковидних форм зустрічаються як Грам+ так і Грам — мікроорганізми

Фізіологія мікроорганізмів

 Глибокий аналіз фізіологічних процесів, які протікають в клітинах мікроорганізмів, показав, що по структурі і біохімічним реакціям мікроби є складними організмами, що здійснюють постійний обмін речовин з навколишнім середовищем.

 Фізіологія мікроорганізмів включає такі питання, як живлення, дихання, зростання і розмноження, а також дає уявлення про взаємозв’язок структури і функції клітин і закономірності їх життєдіяльності.

 В процесі життєдіяльності мікроорганізми використовують живильні субстрати для синтезу складових частин свого тіла, ферментів, токсинів, пігментів, чинників зростання, відкладення резервного матеріалу і отримання енергії, за рахунок якої вона існує.

 Знання фізіології створює наукову основу для вирішення, наприклад, питань промислового культивування мікроорганізмів при виготовленні вакцин, отриманні біологічно активних препаратів (ферментів, антибіотиків і ін.) і т. д.

Метаболізм мікроорганізмів

 Під метаболізмом мікроорганізмів (англ. metabolis — обмін речовин) розуміють сукупність різноманітних ферментативних реакцій, що відбуваються в мікробній клітці і направлених на отримання енергії, перетворення простих хімічних сполук в складніші, тобто метаболізм зрештою забезпечує відтворення всього клітинного матеріалу.

 Метаболізм — це два протилежних і в той же час єдиних процесу обміну: енергетичний і конструктивний. При енергетичному метаболізмі, або катаболізмі, відбувається розщеплювання великих молекул до простіших з’єднань, що супроводжується виділенням вільної енергії і перетворенням її у форму, доступну для засвоєння мікробною кліткою.

 Конструктивний метаболізм, або анаболізм, забезпечує синтез молекулярних компонентів, з яких будується тіло клітки. Ці процеси пов’язані із споживанням енергії, що виділяється в процесі енергетичного метаболізму. Взаємозв’язок катаболізму і анаболізму простежується ще і в тому, що на певних етапах обмінних процесів утворюються однакові проміжні продукти.

 Процеси  метаболізму  мікроорганізмів  активізуються  ферментами клітини.

Ферменти мікроорганізмів

 Ферменти, що виділяються мікроорганізмами, мають складну будову. Одні складаються тільки з білка, інші з білка і небілкового компоненту. Ферменти характеризуються високою активністю і високою специфічністю. Вони знайшли широке застосування в промисловості, сільському господарстві, медицині.

 Активність ферментів і швидкість ферментативних реакцій залежить від різних чинників: температури середовища, водневого показника (рН), наявності в середовищі хімічних речовин і ін. Будь-який чинник, що несприятливо впливає на фермент, пригнічує і життєдіяльність мікроорганізму.

 Кожен мікроорганізм має набір ферментів, обумовлений його фізіологічними властивостями. Набір ферментів будь-якого мікроорганізму визначається нею геномом (сукупність генів) і вважається достатньо постійною ознакою, тому виявлення тих або інших ферментів має важливе значення при ідентифікації і диференціації різних мікроорганізмів.

 Ферменти, клітки, що є постійними компонентами, називаються констуітивними,  а  що виробляються в клітинах  тільки  за умов зміни середовища  адаптивними.

 Розрізняють екзоферменти і ендоферменти. Ферменти, які виділяються мікробною клітиною в зовнішнє середовище і каталізують розкладання складних речовин субстрату (полісахаридів, білків і ін.), називаються екзоферментами, а ферменти, які локалізуються в самій клітині і беруть участь у внутріклітинних процесах обміну речовин, — ендоферментами.

 Назва ферменту складається з кореня слова, що позначає речовину, на яку діє фермент, і закінчення «аза». Наприклад, фермент, розкладаючий мальтозу, називається мальтаза; крохмаль (амілум) — амілаза і т. п.

 Деякі ферменти називають по тих хімічних процесах, які вони каталізують. Наприклад, ферменти, що каталізують відщеплення водню від субстрату, називаються дегідрогенази, а ферменти, що каталізують розщеплювання складних речовин шляхом гідролізу — гідролази.

 Відповідно до нової класифікації ферменти ділять на шість класів: гідролази, оксиредуктази, трансферазі, ліази, ізомерази, лігази.

I’ідролази. Ці ферменти  каталізують реакції розщеплювання складних органічних  речовин (полісахаридів, білків, жирів), але по типу  реакції гідролізу з приєднанням молекули води. Вони грають важливу роль в живленні мікроорганізмів. Залежно від хімічної природи речовин, на які діють гідролази, їх ділять на підгрупи: протеази, карбогідраза, естерази.

IIротеази. Вони містяться в клітинах всіх мікроорганізмів і каталізують гідроліз білків і продуктів їх гідролітичного розпаду.

Карбогідраза. Вони каталізують гідроліз вуглеводів. Найбільш поширена наступна карбогідраза: сахараза — розщеплює сахарозу; лактаза — розщеплює лактозу, амілаза — каталізує гідроліз крохмалю.

Єстераза. Вони каталізують гідроліз складних ефірів і грають велику роль в обміні речовин мікроорганізмів.

Оксиредуктази — окислювально-відновні ферменти. Ці ферменти каталізують окислювально-відновні реакції процесів дихання і бродіння. До окислювально-відновних ферментів відносяться дегідрогеназа, оксидаза, каталаза, пероксидази.

Дегідрогеназа. Фермент каталізує реакції відщеплення водню від органічних сполук. Речовини, що віддають водень, називаються донаторами водню, а що приєднують водень — акцепторами водню. Розрізняють два типу дегидрогеназ: анаеробні і аеробні. При анаеробному диханні акцепторами водню можуть бути різні з’єднання, здатні відновлюватися і окислюватися, а при аеробному диханні — тільки кисень повітря. Ці ферменти специфічні по відношенню до речовини, окислення (дегідрогенірованню), що піддається, і до акцептора водню, тому їх і розділяють на анаеробні і аеробні.

Оксидаза. Це аеробна дегідрогеназа, яка передає водень від субстрата безпосередньо кисню повітря. Важливе значення в процесі аеробного дихання має цитохромна ферментна сис. Цитохроми можуть окислюватися і відновлюватися, що пов’язано із зміною валентності заліза, яке міститься в простетичній групі. Цитохроми містяться в клітинах всіх аеробних і більшості факультативно-анаеробних мікроорганізмів, но відсутні у облігатних анаеробів.

Каталаза. Цей фермент грає важливу роль в аеробному диханні мікробної клітки, хоча сам безпосередньо не бере участі в окислювальних реакціях. В процесі дихання можуть накопичуватися отруйні для клітки речовини, наприклад Н2 O2, а каталаза сприяє розкладанню перекису водню на воду і кисень.

Пероксидази. Це залізовмісні ферменти, що каталізують окислення органічних сполук киснем, що міститься в Н2О2.

Трансферазі — ферменти переносу. Ці ферменти каталізують реакції переносу груп атомів від одного з’єднання до іншого. Вони грають важливу роль в самих різних процесах обміну. Велике значення в обміні речовин мають фосфоферази і амінофераза.

Фосфоферази(фосфокінази). Ферменти каталізують перенесення залишків фосфорної кислоти з однієї речовини на іншу. Унаслідок реакцій перенесення фосфатних груп відбувається передача енергії від однієї системи до іншої. Ця реакція протікає за участю аденозинтрифосфата (АТФ) і аденозиндифосфата (АДФ).

Амінофераза (трансамінази). Вони мають велике значення в процесі обміну речовин, а також беруть участь в утворенні нових амінокислот в клітках мікроорганізмів. Амінофераза строго специфічна, кожна з них каталізує реакцію перенесення аміногрупи тільки певної амінокислоти.

Ліази — ферменти розщеплювання. Ліази каталізують реакції глибокого розщеплювання речовин, унаслідок чого відбувається розрив хімічного зв’язку як між атомами вуглецю, так і атомами вуглецю і кисню. До цих ферментів відносяться альдолази і декарбоксилази.

Альдолази. Фермент каталізує реакції оборотного розщеплювання гексозодифосфата на дві фосфотріози. Ця реакція характерна для початкової стадії перетворення вуглеводів в процесі дихання і бродіння.

Декарбоксилази. Ферменти каталізують реакції декарбоксилірування органічних кислот, а також амінокислот.

Ізомерази — ферменти ізомеризації. Доведено, що ізомерази є у більшості видів бактерій. Вони грають особливу роль в процесах розщеплювання вуглеводів на першій стадії аеробного і анаеробною дихання. До ізомераз відносяться фосфогексоізомераза, що каталізує ізомерне перетворення глюкози у фруктозу; галактоальденаза, що каталізує перетворення галактози (у формі фосфату) в глюкозу. Є також ізомерази пентоз, триоз і ін.

Лігази (синтетази). Ці ферменти каталізуют реакції карбоксилірування органічних кислот, утворення деяких амідів (аспарагина, глютаміна). Лігази каталізують також реакції з’єднання двох молекул, які утворюються паралельно з розщеплюванням АТФ. Енергія, яка вивільняється при цьому, використовується клітиною в реакціях синтезу.

Живлення мікроорганізмів

Проникнення речовин в мікробну клітину. Живильні речовини з розчинів (субстратів) проникають в клітини мікроорганізмів через всю поверхню напівпроникної клітинної стінки і цитоплазматичну мембрану. Цитоплазматична мембрана (ЦПМ) є основним компонентом клітини, через яку здійснюється транспорт живильних речовин і вихід з клітини продуктів обміну.

В даний час відомо два типа проникнення речовин через цитоплазматичну мембрану: дифузія і стереохімічний специфічний перенос. Головною рушійною силою осмотичних струмів є різниця концентрацій розчинених речовин в живильному середовищі і цитоплазмі клітин. При цьому вода рухається у бік вищої концентрації речовин, а розчинені в ній речовини — у бік їх меншої концентрації. Розрізняють пасивну і активну форми дифузії. Пасивна дифузія — це проникнення речовин через мембрану без додаткових витрат енергії клітиною мікроорганізму. Крупні молекули деяких речовин не можуть проникати в клітину без витрат енергії (активна форма дифузії). Джерелом необхідної для цього енергії звичайно служить АТФ, основна частина якого утворюється в мезосомах і цитоплазматичній мембрані в процесі дихання мікроорганізму.

Розчинні речовини проникають через пори мембрани з різною швидкістю. Велике значення мають розміри молекули речовини. Поверхнево-активні речовини проникають через пори мембрани легше, ніж поверхнево-неактивні. Проникність клітинних мембран залежить також від рН середовища. ‘Гак, під впливом рН середовища може змінюватися величина і навіть знак заряду оболонки, що різко порушує її іонну проникність.

Проникність мембрани, тобто надходження в клітину живильних речовин, залежить від концентрації речовин, розчинених в середовищі, і її осмотичного тиску. При ізотонічній концентрації розчину колоїди цитоплазми унаслідок постійної притоку води в клітину знаходяться в набряклому стані, цитоплазма щільно прилягає до клітинної стінки. При цьому створюється певний стан цитоплазми, званий тургором клітки. Підвищення осмотичного тиску середовища, коли концентрація розчину стає значно вище фізіологічною, приводить до обезводнення цитоплазми мікробної клітини. Вона збирається в грудочки і відходить від клітинної стінки. Живлення клітки різко порушується. Таке явище називається плазмолізом клітини. Можна відмітити, що кулясті бактерії стійкіші до підвищення осмотичного тиску, чим паличкоподібні, а цвілеві гриби більш стійкі, ніж бактерії.

При значному понижені осмотичного тиску середовища (концентрація речовин нижча за фізіологічну) бактерійна клітина розбухає унаслідок великого надходження води в цитоплазму і набуває кулястої форми, причому стінка її може лопнути. Таке явище називається плазмоптизом. Життєдіяльність клітини при цьому порушується.

Типи живлення. Залежно від способу засвоєння вуглецю і азоту мікроорганізми діляться на автотрофи і гетеротрофи. Організми, здатні використовувати як основне джерело вуглецю діоксид вуглецю (С02), називаються автотрофами, а ті, які можуть утилізувати органічний вуглець, — гетеротрофами. Існують і проміжні типи – прототрофи.

Залежно від субстратів, де мешкають гетеротрофи, їх підрозділяють на метатрофи, або сапрофіти, що використовують вуглець з мертвої органічної матерії, і паратрофіти, або паразити, споживаючі вуглець з живої матерії (організм господаря або культура тканини, одержана in vitro). Проте ділення гетеротрофних мікроорганізмів на сапрофітов і паразитів не є абсолютним, оскільки не завжди можна строго розмежувати їх. Так, окремі види патогенних для людини і тваринних бактерій можуть існувати в зовнішньому середовищі як сапрофіти, і, навпаки, деякі сапрофіти за певних умов можуть викликати у людей і тварин різні патологічні зміни.

Для здійснення процесу живлення мікроорганізмам необхідна енергія. Залежно від джерела енергії всі організми діляться на два типи: що фотосинтезують, здатні використовувати енергію світла (фототрофи), і організми, споживаючі енергію, що вивільняється в результаті хімічних реакцій (хемотрофи).

Отже, всі організми по типу живлення можна розділити на чотири типи: фотоавтотрофи, фотогетеротрофи, хемоавтотрофи, хемогетеротрофи.

Фотоавтотрофи використовують світло як джерело енергії і С02 як основне джерело вуглецю (фотосинтезуючі бактерії, водорості і вищі рослини). Фотогетеротрофи використовують світло як джерело енергії і органічні речовини як основне джерело вуглецю (деякі пурпурні і зелені бактерії).

Для хемоавтотрофів джерелом енергії служать хімічні речовини, а як основне джерело вуглецю — С02 (наприклад, нітрифікуючі бактерії, які одержують енергію в результаті окислення таких відновлених неорганічних речовин, як NН3, NО2 , Н2 ,відновлених форм сірки – Н2 S, S2О3, S). Хемогетеротрофи (прості гриби, більшість бактерій, а також всі багатоклітинні тварини і прості організми) як джерело енергії використовують хімічні речовини, а як джерело вуглецю — органічні речовини.

У останній класифікації («Короткий визначник бактерій Берги», 1980) прийнято наступне ділення бактерій по типу живлення:

I  Фототрофи

II  Хемотрофи

Хемолітотрофи

Хемоорганотрофи.

Потреба мікроорганізмів в азоті і сірці. Азот і сірка входять до складу органічних речовин клітки головним чином у відновленій формі, тобто у вигляді аміногруп і сульфгідрильних груп. Багато фотосинтезуючих організмів засвоюють ці два елементи в окисленому стані — у формі нітратів і сульфатів (неорганічних солей). Багато нефотосинтезуючих бактерій і гриби також можуть задовольняти свої потреби в азоті і сірці за рахунок нітратів і нітритів.

Потреба мікроорганізмів в мінеральних речовинах. Майже всім мікроорганізмам для життєдіяльності необхідні в малих кількостях калій, кальцій, магній, залізо, марганець, кобальт, мідь, цинк, молібден. За відсутності одного з перерахованих мікроелементів порушується нормальний розвиток мікробної клітини. Мікроелементи входять до складу активних центрів деяких ферментів.

Потреба мікроорганізмів в ростових чинниках. Разом з вуглеводами, неорганічними речовинами, пептонами і іншими елементами бактерії потребують спеціальних речовин — ростових чинниках. Вони грають роль каталізаторів біохімічних процесів, що протікають в клітині. По своїй хімічній структурі і по ролі в обміні речовин вони діляться на три класи: амінокислоти, які необхідні для побудови білків; пурини і пірімідіни, потрібні для побудови нуклеїнових кислот; вітаміни, що входять до складу простетичних груп або активних центрів ферментів. Потреба клітини в ростових чинниках дуже незначна.

Дихання мікроорганізмів

Дихання мікроорганізмів — це дуже складний процес, що є довгим ланцюгом послідовних окислювально-відновних реакцій за участю багатьох ферментів, які каталізують реакції перенесення електронів від системи з найбільшим негативним потенціалом до системи з найбільшим позитивним потенціалом.

Для здійснення обміну речовин в клітинах необхідний кисень, який вони одержують з різних джерел. Кисень входить до складу води і органічних сполук клітки. Таким чином, він міститься у всіх клітках, а будучи також компонентом води, завжди поступає ззовні у великих кількостях.

Обмін речовин в мікробній клітині постійно зв’язаний з енергетичним обміном. Як енергію мікроорганізми можуть використовувати кисень, що одержуються в результаті розщеплювання органічних сполук субстрату. Енергетичний метаболізм відбувається унаслідок дихання і бродіння.

Дихання — це всі окислювально-відновні процеси, що протікають в клітині з виділенням енергії. При цьому в якості донаторів електронів можуть служити як органічні, так і неорганічні сполуки, а акцепторів електронів — тільки неорганічні з’єднання. Якщо кінцевим акцептором електронів є молекулярний кисень, то такий тип дихання називають аеробним. Якщо кінцевий акцептор водню утворюється за рахунок самого субстрату, то таке дихання називають анаеробним, або бродінням. Таким чином, бродіння — це енергетичні процеси, при яких органічні сполуки є одночасно як донаторами, так і акцепторами електронів.

До анаеробних процесів відносяться спиртне, молочнокисле, маслянокисле і інші види бродіння, в результаті яких утворюються специфічні кінцеві продукти (етиловий спирт, молочна, масляна кислоти і ін.).

У процесах аеробного дихання і бродіння вивільняється енергія, яка використовується клітиною для синтезу речовин.

По відношенню до кисню мікроорганізми прийнято ділити на облігатні і мікроаерофіли. Облігатні аероби (лат. obligates — обов’язковий) розвиваються за наявності в атмосфері 20 % кисню (мікобактерії туберкульозу, бруцелли, мікрококи і др.). Облігатні анаероби (клостридії) в присутності молекулярного кисню не розвиваються. Для своєї життєдіяльності вони одержують кисень з окислених органічних сполук субстрату.

 В процесі дихання аеробних і анаеробних бактерій розщеплюються різні органічні речовини (вуглеводи, білки, жири, кислоти і ін.). При повному окисленні глюкози вивільняється певна кількість енергії.

 Між аеробним і анаеробним типами дихання не можна провести чіткої межі.

Мікроаерофіли (бруцелли, лептоспіри) можуть розвиватися за наявності в середовищі молекулярного кисню в кількості не більше 1 %.

 Розрізняють також і факультативні анаероби, які можуть розвиватися як у присутності молекулярного кисню, так і без нього. До типових представників факультативних анаеробів відноситься кишкова паличка (Escherichia coli), яка у вуглеводному середовищі спочатку розвивається як анаероб, зброджуючи вуглеводи, потім починає споживати 02 як аероб, окисляючи продукти бродіння (молочну кислоту) до води і діоксиду вуглецю.

 Дихання бактерій протікає по типу прямого і непрямого окислення, або дегідрогенірування, за участю ферментів типу оксидаз і дегідрази. Пряме окислення властиво більшості сапрофітів. Воно йде під дією оксидази шляхом окислення атмосферним киснем неорганічного субстрату, молекулярного водню, окислу вуглецю і сірки по рівнянню: 

  Н2 + ½ О2 =Н2О + енергія.

 При аеробному дегідрогеніруванні перенесення електронів здійснюють цитохроми А, В, С. Акцептором водню служить кисень. Кінцевими продуктами є вода і перекис водню. Перекис водню токсичний для бактерій, він вмить розкладається пероксидазою і каталазою. Облігатні анаероби каталазу не містять, чим частково можна пояснити токсичність для них кисню.

Анаеробне дегідрогенірування здійснюється без участі молекулярного кисню. Акцепторами водню в даному випадку є інші неорганічні з’єднання: вуглець, азот, сірка. Вони з’єднуються з воднем і відновлюються до NН3, СН4, H2S.

Непряме окислення супроводжується одночасним перенесенням двох електронів, причому від субстрату відщеплюються два протона (Н + ).

 Таким чином, поживні речовини розходуються клітиною в двох напрямах: для синтезу речовин тіла і для забезпечення організму енергією. Процеси живлення і дихання тісно зв’язані і здійснюються клітиною одночасно. Вони забезпечують всі життєві функції клітини. Продукти метаболізму, що утворюються при цьому, виділяються в зовнішнє середовище.

 Разом з розглянутими вище продуктами метаболізму деякі види бактерії в процесі життєдіяльності можуть виділяти ароматоутворюючі  речовини і пігменти. Крім того, існує досить багато видів бактерій, що світяться.

 Ароматоутворюючі бактерії здатні виділяти летючі речовини: уксусноаміновий, уксусноетиловий ефіри, діоксид вуглецю, а також ацетоїн, який, окислюючись, переходить в диацетил, надаючи при цьому продукту аромат і приємний смак. Ароматоутворюючі мікроорганізми знайшли широке застосування в молочній промисловості при виготовленні кисломолочних продуктів, а також в інших галузях народного господарства.

 Деякі види бактерій і грибів, що мешкають в ґрунті, воді і повітрі, виробляють пігменти. Пігменти можуть утворювати як паличкоподібні мікроорганізми [чудова паличка (В. prodigionun) — червоний пігмент, синьогнійна паличка (Ps. руосуаnеа) — синьо-зелений і ін.), так і кокові (мікрококи — рожевий; стафілококи — золотистий, білий, жовтий). Дріжджі, цвілеві гриби і актиноміцети виділяють чорний, червоний і бурий пігменти.

 Найінтенсивніше пігмент утворюється при температурі 20-25 0С і хорошої аерації.

 Пігменти підрозділяють на розчинні у воді, зокрема синьо-зелений пігмент, що виділяється синьогнійною паличкою; розчинні в спирті і нерозчинні у воді, наприклад жовтий пігмент стафілококів і червоний пігмент, що утворюється чудовою паличкою; не розчинні ні у воді, ні в спирті пігменти, що утворюються цвілевими грибами, актиноміцетами.

 Пігменти володіють антибіотичною активністю, беруть участь в реакціях синтезу. Є припущення, що вони виконують в процесах дихання функцію акцептора водню. При попаданні мікробної клітини в нові умови ферментативна активність її міняється.

 Існують мікроорганізми, що володіють здатністю свічення. Ці бактерії були названі фотобактеріями. Розвиваючись на м’ясі, рибі або потрапляючи в тіло морських тварин, фотобактерії викликають їх свічення. Серед них зустрічаються коки, палички, вібріони і деякі види грибів. Бактерії, що світяться, відносяться до сапрофітів, по типу дихання — аероби. Оптимальна температура розвитку 15-18 0С. Деякі види добре розвиваються при 30- 37 0С. Сила свічення залежить від притоку кисню повітря. На думку В. Л. Омелянського, свічення бактерій — це форма вивільнення енергії при окислювальних процесах.

 

 

Література

                Основна

                Люта В.А., Кононов О.В. Мікробіологія: підручник. – К.: Медицина, 2008. – 21-56 с.

                Люта В.А., Кононов О.В. Практикум з мікробіології. – К.: Медицина, 2008.

                Ситник І.О., Климко С.І., Творко М.С. Мікробіологія, вірусологія, імунологія: підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 1998.

                Додаткова

                Воробьев А.А. и др. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. – М.: Медицинское информационное агенство, 2008.

                Воробьев А.А., Быкова А.С. Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. – М.: Медицинское информационное агенство, 2003.

                Пяткін К.Д., Кривошеїн Ю.С. Мікробіологія з вірусологією та імунологією. – К.: Вища школа, 1992.

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія. – ч. 1. – Л.: Євро світ, 1998.

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія. – ч. 2. – Л.: Ахілл, 2001

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія, ч. 3. – Л.: Сплайн, 2008.

 

                Основна

                Люта В.А., Кононов О.В. Мікробіологія: підручник. – К.: Медицина, 2008. – 6-20 с.

                Люта В.А., Кононов О.В. Практикум з мікробіології. – К.: Медицина, 2008.

                Ситник І.О., Климко С.І., Творко М.С. Мікробіологія, вірусологія, імунологія: підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 1998.

                Додаткова

                Воробьев А.А. и др. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. – М.: Медицинское информационное агенство, 2008.

                Воробьев А.А., Быкова А.С. Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. – М.: Медицинское информационное агенство, 2003.

                Пяткін К.Д., Кривошеїн Ю.С. Мікробіологія з вірусологією та імунологією. – К.: Вища школа, 1992.

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія. – ч. 1. – Л.: Євро світ, 1998.

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія. – ч. 2. – Л.: Ахілл, 2001

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія, ч. 3. – Л.: Сплайн, 2008.