Физиология бактерий. Классификация бактерий по отношению к факторам внешней среды

Лекция 03.03.04.

Физиология бактерий.

Классификация

По источникам энергии:

-  хемосинтетики (источник энергии – химические связи);

-  фотосинтетики (источник энергии – свет);

По источникам электронов:

-  литотрофы (источник электронов – неорганические вещества);

-  хемотрофы (органические);

По источникам углерода:

-  автотрофы (берут углерод из углекислого газа);

-  гетеротрофы (берут углерод из органических веществ);

По зависимости от специфических веществ окружающей среды:

-  прототрофы (независимы);

-  ауксотрофы (зависимы) – обычно облигатные паразиты.

Процессы в микробной клетке

Все процессы разделяются на конститутивные и индуцибельные.

ДНК.

1. Синтез ДНК – как у эукариот.
2. Тракскрипция:

-  у  бактерий нет интронов и экзонов.

3. Трансляция – как у эукариот.

Рост:

-  схож с ростом эукариот;

-  отличия: нет ядра, нет веретена деления, рост нуклеоида опережает деление клетки;

-  у Гр+ деление за счёт ПМ и КС, растаскивание материнской и дочерней хромосом – за счёт ПМ;

-  у Гр- деление сопряжено с образованием перетяжки, в зоне которой происходит синтез мембраны и построение КС;

-  после деления поверхностные белки соотносят дочерние клетки друг с другом (например, возбудители проказы выглядят как пачки по 5-6 сигар).

Скорость деления

-  самая большая  - 1 раз/7 минут (газовая гангрена, столбняк);

-  1 раз/20 минут (кишечная палочка в идеальных условиях);

-  1 раз/12 часов (кишечная палочка в реальных условиях).

Жизнь бактерий лимитирована 50 делениями.

Гибель

1. Гибель типа некроза: проницаемость мембран возрастает, разваливается хромосома.
2. Апоптоз (индуцибельный процесс): дезинтеграция хромосомы нуклеазами на определённые куски, повышение проницаемости ПМ, выброс фрагментов ДНК в окружающую среду.

При некрозе другие клетки могут использовать остатки погибшей бактерии для энергетического обмена. При апоптозе они могут воспользоваться образующимися кусками ДНК.

Особенности энергетических процессов бактерий

-  нет митохондрий;

-  все ферменты расположены в ЦП или на внутренней поверхности ПМ;

-  основные источники энергии – АТФ, ГТФ, УТФ, Ац-КоЭнзимы, транспорт молекул через мембрану по ходу электрохимического градиента.

Пути расхода энергии:

1. Транспорт и движение (на это расходуется энергия градиентов).
2. Синтез АТФ.
3. АТФ и ГТФ идут на транспорт.

Классификация бактерий по отношению к факторам внешней среды.

По отношению к температуре:

1. Термофилы (оптимальная температура – 42°-250°С). У них белки очень плотно закручены в плотные глобулы.
2. Мезофилы (оптимальная температура – 32°-38°С) – большинство патогенных микробов.
3. Психрофилы (оптимальная температура – от отрицательной до 20°-25°С) – возбудители чумы.

По отношению к кислороду:

1.  Облигатные аэробы (эволюционно молодые) – акцептором водорода является кислород; имеют мембранное фосфорилирование; 21% их живёт в воздухе.

2. Факультативные аэробы – при необходимости могут обойтись без кислорода.
3. Микроаэрофилы – кислород нужен, но его должно быть немного (2-4%).
4. Аэротолерантные бактерии – выносят концентрацию кислорода меньше 1%, но сами его не потребляют (газовая гангрена).
5. Облигатные анаэробы – им не нужен кислород; у них – субстратное фосфорилирование.
6. Факультативные анаэробы.

Транспорт веществ

По направлению:

1. В клетку.
2. Из клетки.

По энергообеспеченности:

1.  Энергозависимый.

2. Энергонезависимый.

Транспорт в клетку:

-  пассивная диффузия – по градиенту концентраций;

-  облегчённая диффузия – энергии не требуется, но есть белки-посредники (транслоказы);

-  активная диффузия (высокоспецифичные пермеазы);

-  фосфотрансферазный путь – энергетически зависим, сопряжён с фосфорилированием молекул, которые переносятся.

Транспорт из клетки:

У Гр+:

-  фосфотрансферазный путь;

-  образование мембранных везикул.

У Гр-:

-  sec (secretion) – путь выделения опасных веществ;

-  ограниченный протеолиз;

-  из микроба в клетку эукариот, минуя внешнюю среду;

-  транспорт токсинов и ферментов;

-  перенос ионов между бактериями (коньюгация).

Котрансляционная секреция – сопряжение процессов синтеза и секреции. Белки имеют лидирующую последовательность, которая используется для формирования трансмембранного канала.

Молекулярные помпы – связывают и выкачивают наружу определённые вещества (например, антибиотики).

Уровни регуляции процессов

1. Состав ДНК - непостоянен. На него влияют следующие процессы: амплификация (образование копий и изменение выраженности генов), делеция (выпадение генов), перенос генов в пределах хромосомы, поворот генов.
2. Синтез иРНК – может включаться/выключаться антисенс-РНК. s-факторы запускают транскрипцию.
3. Синтез белка – может быть заблокирован антисенс-РНК.
4. Структура белка – регулируется шаперонами в ППП и ЦП.
5. Транспорт.
6. Морфогенез – построение самой клетки. Синтез происходит внутри ЦП из малых молекул-предшественниц ® крупные молекулы ® транспорт крупных молекул ® строительство клеточных структур.