Tema: Fiziologia bacteriilor. Fiziologia microorganismelor pe scurt

Nutriția bacteriilor

Pentru a efectua procese metabolice, nutrienții pătrund în celula bacteriană din exterior prin membrana citoplasmatică, în timp ce peretele celular nu servește ca un obstacol în calea trecerii ionilor și a moleculelor mici. Proteinele membranare - permeazele sau translocazele - au proprietati enzimatice si ajuta la transportul substantelor in celula. Există trei mecanisme de transport, dintre care două asigură doar transferul, dar nu și acumularea de substanțe în celulă.

Acestea sunt difuzie simplă sau pasivă și difuzie facilitată. Difuzia simplă nu este specifică doar dimensiunea moleculelor. Prin difuzie simplă, substanțele străine acestuia pătrund în celulă - otrăvuri, inhibitori, medicamentele. Cu difuzie facilitată, acele molecule pătrund în celulă a căror concentrație în citoplasmă este mai mică decât în ​​celulă. mediu inconjurator.

Acest proces se realizează datorită unei permeaze specifice substratului. Nu există consum de energie în acest caz. Al treilea mecanism de nutriție celulară este transportul activ. De asemenea, apare cu participarea proteinelor substratului enzimatic, dar aceasta consumă energie, iar substanțele care pătrund în celulă se acumulează în ea. Moleculele care intră în celulă prin transport activ prin membrană suferă transformări chimice, cum ar fi fosforilarea.

Eliberarea produselor metabolice dintr-o celulă bacteriană în mediu are loc și prin difuzie necontrolată sau cu participarea sistemelor de transport - în cazurile în care, ca urmare a proceselor de fermentație, a oxidării incomplete sau a tulburărilor metabolice, substanțele se acumulează în celulă în cantități care depășesc norma fiziologică.

Pentru creșterea și reproducerea bacteriilor și, prin urmare, pentru nutriția lor, sunt necesari diverși compuși chimici dizolvați în apă. Pe baza contribuției lor cantitative la construcția celulelor, se disting macro și microelemente. Macroelementele includ 10 elemente ale tabelului periodic: carbon, hidrogen, oxigen, azot, sulf, potasiu, calciu, fosfor, magneziu, fier. Microelementele sunt necesare bacteriilor în cantități foarte mici, urme: sunt reprezentate de mangan, molibden, zinc, cupru, cobalt, nichel, clor, brom și alte metale și nemetale. Cele mai multe dintre ele sunt conținute ca impurități în macronutrienți sau pot pătrunde în mediile nutritive din sticlărie, apă sau aer. Unele bacterii se pot descurca fără microelemente.

Pe baza necesarului de carbon, bacteriile sunt împărțite în două grupe mari: autotrofe (sau litotrofe) și heterotrofe (sau organotrofe).

Bacteriile autotrofe sunt capabile să obțină energie prin oxidarea compușilor anorganici. Ei tind să folosească CO2 ca sursă principală, conținând carbon în forma sa cea mai oxidată. Prin urmare, la cultivarea autotrofelor, este necesar să se furnizeze celulelor dioxid de carbon, deoarece concentrația de CO2 în aer nu depășește 0,03% și intrarea acestuia în mediu datorită difuziei nu este suficientă pentru creșterea microorganismelor. În mediile nutritive pentru cultivarea autotrofelor se adaugă carbonat de calciu (CaCO3) sau bicarbonat de sodiu (NaHCO3). Uneori, aerul îmbogățit cu 1-5% CO2 este suflat prin mediul nutritiv.

Bacteriile heterotrofe obțin carbon din compușii organici. În funcție de caracteristicile individuale ale microorganismelor, sursa de carbon poate fi diferiți compuși organici - alcooli, carbohidrați, compuși aromatici, acizi organici.

Creșterea microorganismelor necesită și azot, care face parte din compuși organici sau săruri în diferite grade de reducere. Acestea pot fi săruri de amoniu, nitrați sau aminoacizi individuali. Pentru a satisface nevoile de azot ale bacteriilor, se folosesc și produse de descompunere incompletă a proteinelor animale - hidrolizate, peptone și amestecuri complexe de proteine ​​- ser animal nativ, lichid ascitic etc.

Pe lângă carbon, azot și altele elemente chimice, multe bacterii necesită factori de creștere, care includ vitamine, baze de acid nucleic și alte substanțe biologic active. Pe baza acestui criteriu, microorganismele pot fi împărțite în două grupe: auxotrofe, care necesită prezența unuia sau mai multor factori de creștere în mediu, și prototrofe, care nu necesită factori de creștere.

Pe lângă materialul biosintetic, habitatul bacteriilor trebuie să conțină și material energetic. Pe baza metodei de obținere a energiei, bacteriile sunt de obicei împărțite în două grupe: chimiotrofe și fototrofe. Chemotrofele folosesc energia de oxidare a diverșilor compuși. În funcție de substratul care este oxidat, organismele chimiotrofe sunt împărțite în chemolitotrofe și chemoorganotrofe. Fototrofii folosesc energia luminii pentru a-și satisface nevoile energetice.

Medii de cultură

Mediile nutritive sunt de obicei împărțite în mai multe grupuri: medii care diferă ca compoziție și origine, stare fizică (sau consistență) și scop funcțional (sau scop).

Pe baza originii lor, mediile pot fi clasificate ca naturale (naturale) sau artificiale (sintetice). Mediile naturale includ cele care conțin produse de origine vegetală sau animală. Acestea conțin toate componentele necesare creșterii și dezvoltării bacteriilor, dar au o variabilă compoziție chimică, adică sunt instabili.

Prin urmare, astfel de medii nutritive nu sunt potrivite pentru studiul metabolismului bacteriilor, ci sunt utilizate în principal pentru acumularea de biomasă, menținerea culturilor bacteriene într-o stare viabilă și în scopuri de diagnostic, de exemplu, pentru izolarea culturilor bacteriene pure. Mediile naturale includ lapte, sânge și ser de sânge, decocturi și extracte din substraturi naturale, peptonă și apă de carne, bulion de peptonă de carne și agar, extracte de drojdie, mediu de cartofi și ouă.

Mediile sintetice (artificiale) au o compoziție chimică specifică și un conținut cantitativ precis de nutrienți. Sunt folosite pentru a studia metabolismul bacteriilor și a studia fiziologia și biochimia microorganismelor. Un exemplu de mediu sintetic este mediul Coser și Simmons, folosit pentru a studia capacitatea bacteriilor de a utiliza citrații. Aceste medii conțin, împreună cu alte săruri, citrat de sodiu și un indicator.

În practica microbiologiei, de regulă, se folosesc medii nutritive combinate, care combină componente naturale cu săruri anorganice. Exemple de astfel de medii sunt agar Zeissler, care conține MPA, sânge și zahăr, mediul Hiss care conține peptonă, agar, unul dintre zaharuri și un indicator, mediu Rappoport, constând din bulion de bilă, glucoză și un indicator.

Pe baza compoziției lor, mediile pot fi, de asemenea, împărțite în simple și complexe. Cele simple includ carne și apă peptonă, bulion de carne-peptonă și agar. Adăugarea unuia sau mai multor ingrediente - carbohidrați, sânge, ser și alte componente - la astfel de medii le face complexe.

În funcție de starea lor fizică, mediile nutritive pot fi lichide, semi-lichide, dense sau solide, libere sau uscate. Mediile lichide sunt de obicei reprezentate de soluții apoase de substanțe necesare vieții. Sunt folosite pentru a acumula biomasă, a îmbogăți culturile bacteriene și a studia metabolismul. Mediile nutritive semi-lichide și solide sunt preparate din medii lichide prin adăugarea de agar sau gelatină. Concentrația de agar pentru mediile semi-lichide este de 0,5-0,7%, iar pentru mediile solide - 1,5-2%.

Geloza polizaharidă se obține de la anumite specii alge, se usucă și se păstrează sub formă de farfurii sau pulbere. Bacteriile nu folosesc agar ca substrat și, prin urmare, compoziția mediului nutritiv solid depinde de compoziția mediului lichid la care se adaugă agarul. Agarul se topește la aproximativ 100 C și se solidifică la 40 C. Mediul de agar este turnat în eprubete sau vase Petri în stare topită și apoi răcit. Gelatina este uneori folosită pentru compactarea mediilor, adăugând-o la mediile lichide într-o concentrație de 10-20%.

Utilizarea gelatinei este limitată de faptul că este lichefiată de enzimele proteolitice ale bacteriilor și este utilizată în principal în mediile de cultură în scopuri de diagnostic. În plus, pentru compactarea mediilor se folosesc silicagel și caragenanul obținut din algele roșii. Plăcile de gel impregnate cu un mediu nutritiv sunt folosite pentru cultivarea bacteriilor autotrofe.

Mediile nutritive uscate sunt amestecuri de componente ale mediilor nutritive cu o anumită compoziție. Înainte de utilizare, acestea sunt dizolvate în apă conform instrucțiunilor indicate pe etichetă, valoarea pH-ului necesară este setată și sterilizată. Utilizarea mediilor de cultură uscate facilitează prepararea mediilor complexe în laboratoare.

În funcție de scopul propus, mediile nutritive sunt împărțite în mai multe grupuri:
1) medii de bază sau universale simple, de exemplu, MPA, MPB; multe tipuri de microorganisme nepretențioase pot crește pe ele;
2) medii speciale sau complexe, sunt folosite pentru cultivarea acelor bacterii care nu pot crește pe medii simple de bază; De exemplu, carbohidrații sunt adăugați în medii speciale.

Printre mediile complexe, mediile selective (sau elective) pot fi distinse. Sunt concepute pentru izolarea și cultivarea unui anumit tip de bacterii dintr-un material care conține o cantitate mare de tipuri diferite microorganisme. Compoziția complexă a unor astfel de medii conține substanțe care inhibă creșterea microflorei străine, dar nu afectează activitatea vitală a speciilor dorite de bacterii. Astfel de substanțe pot fi coloranți anilină, bilă, clorură de sodiu în concentrații de peste 1%.

Un tip de electiv este mediul nutritiv selectiv. Acestea conțin nu numai substanțe care inhibă creșterea anumitor grupuri de microorganisme, ci și stimulente pentru creșterea anumitor tipuri de bacterii.

Mediile nutritive se sterilizează în autoclave în diferite condiţii, care depind de compoziţia mediului sau, dacă mediile nutritive conţin componente termolabile, prin filtrare sterilizantă.

L.V. Timoscenko, M.V. Chubik

Planul cursului Compoziția chimică a bacteriilor Compoziția chimică a bacteriilor Metabolismul celular Metabolismul celular Metabolismul constructiv Metabolismul constructiv Tipuri de nutriție bacteriană Tipuri de nutriție bacteriană Mecanisme de penetrare a substanțelor Mecanisme de penetrare a substanțelor Enzime ale microorganismelor Enzime ale microorganismelor Tipuri de respirație ale bacteriilor Tipuri de respirație a bacteriilor Creșterea și reproducerea bacteriilor Creșterea și reproducerea bacteriilor Medii nutritive Medii nutritive

Compoziția chimică a bacteriilor. Ca toate ființele vii, o celulă bacteriană este formată din patru elemente principale - azot, carbon, hidrogen, oxigen. Carbonul reprezintă % din substanța uscată a celulei, % oxigen, % azot și % hidrogen. Acești organogeni servesc ca material din care sunt construite toate componentele constitutive ale celulei: acizi nucleici, proteine, lipide, carbohidrați, numeroase sisteme enzimatice și altele asemenea.

Studii fizico-chimice subtile au făcut posibil să se stabilească că într-o celulă există peste 2,4 milioane de molecule proteice diverse de 1850 de tipuri Proteine ​​55% 2,4 milioane mol ARN 20,5% 250 mii moli. ADN 3,1% 2 molecule Lipide 9,1% 22 milioane de molecule Lipopolizaharide 3,4% 1,5 milioane de molecule Peptidoglican 2,5% 1 moleculă

Metabolismul celular. Totalitatea tuturor transformărilor biochimice dintr-o celulă se numește metabolism. Are loc în două direcții principale. Primul asigură sinteza compușilor celulari complecși din cei mai simpli. De aceea se numește biosinteză, metabolism constructiv sau anabolism. Cu toate acestea, marea majoritate a reacțiilor de fuziune și descompunere necesită alimentare cu energie. Prin urmare, metabolismul energetic sau catabolismul este un flux de reacții care sunt însoțite de acumularea de energie electrochimică, care este apoi utilizată de celulă.

Metabolismul constructiv și energetic sunt un set de transformări strâns interconectate, adesea căile lor coincid și aceleași substanțe sunt folosite pentru nevoi diferite. În acest caz, astfel de substraturi sunt numite amfibolite, iar căile sunt numite amfibolice.

Metabolismul constructiv al procariotelor. Pentru ca o celulă să existe, trebuie să existe un schimb constant de substanțe cu mediul. Materialul plastic trebuie să intre în celulă din exterior, din care sintetizează toate moleculele de care are nevoie. În metabolismul constructiv, rolul principal revine compușilor de carbon, din care sunt construite toate organismele vii. În funcție de ce asimilează bacteriile de carbon, acestea se împart în două grupe: autotrofe și heterotrofe.

Autotrofii (autos - self, trophe - food) sunt capabili să sintetizeze toți compușii organici de care au nevoie, CO2 ca unica sursă de carbon. Heterotrofele (heteros - altele) sunt microorganisme a căror sursă de carbon sunt compușii organici. Ei sunt capabili să consume orice compuși de carbon simpli și complexi - zaharuri, aminoacizi, alcooli polihidroxici, parafină etc.

Tulpinile sălbatice de bacterii sunt capabile să sintetizeze toate substanțele de care au nevoie dintr-un număr limitat de compuși organici, de exemplu, săruri de glucoză și amoniu. Se numesc prototrofe. Unele microorganisme (variante de prototrofe) și-au pierdut capacitatea de a sintetiza unii dintre factorii de creștere de care au nevoie și, prin urmare, nu pot crește pe medii nutritive minime. Se numesc organisme auxotrofe.

Bacteriile fototrofe sunt capabile să folosească energia luminii solare. Ele sunt altfel numite bacterii fotosintetice. Niciuna dintre ele nu este patogenă pentru oameni. Alte procariote care obțin energie prin reacții redox în substraturi se numesc chemotrofe.

Pentru a efectua diverse reacții, celula are nevoie de electroni. Substanțele care donează electroni în timpul transformărilor biochimice sunt numite donatori. Moleculele care primesc electroni se numesc acceptori. Microorganismele pentru care sursa de electroni sunt compuși anorganici precum H2, H2S NH3+, Fe +2 dar altele sunt numite litotrofe (litos - piatră). Alte bacterii pentru care acționează donatorii de electroni materie organică, se numesc organotrofe.

În funcție de metoda de obținere a energiei, de donor de electroni și de sursa de carbon pentru asimilare, se pot distinge 8 tipuri principale de organisme procariote: fotolitoautotrofe și fotolitoheterotrofe, fotoorganoautotrofe și fotoorganoheterotrofe, chemolitoautotrofe și chemolitoheteroorganoautotrope și chemiotrope și fotolitoheterotrofe. Microorganismele care pot provoca boli la oameni aparțin chimioorganoheterotrofelor

Intrarea substanțelor în celulă. În ciuda realizărilor științei microbiologice în studiul proceselor metabolice într-o celulă bacteriană, mecanismele intime de transport al nutrienților în celulă și excreția metaboliților în exterior nu au fost elucidate. S-a stabilit că microbii au un tip de nutriție holofitică, adică sunt capabili să absoarbă nutrienții numai în formă dizolvată.

Cu toate acestea, unele substraturi nu se dizolvă în apă (proteine, polizaharide) sau formează soluții coloidale care nu pătrund în celulă. În acest caz, exoenzimele celulare care sunt eliberate în mediu provoacă hidroliza acestor substanțe, descompunându-le în molecule mai simple și mai mici și transformându-le într-o stare solubilă.

Mecanisme de penetrare a substanțelor Difuziunea pasivă - gradientul de concentrație al unei substanțe în interiorul celulei bacteriene este același în exterior. Are loc pasiv deoarece nu necesită energie. Difuzia facilitată se realizează datorită proteinelor speciale - permeaze, care sunt conținute în membrana citoplasmatică. De asemenea, acest proces nu necesită alimentare cu energie.

Majoritatea nutrienților, metaboliților și ionilor intră în celulă folosind transportul activ. Este furnizată și de proteinele permeazei, dar acestea sunt foarte specifice și sunt capabile să transporte doar anumite substraturi. Acest proces are loc datorită energiei generate de celulă, prin urmare este posibil să o transferăm față de gradientul de concentrație al substanței.

Importanța enzimelor - Semnificație biologică generală. - Participarea bacteriilor la ciclul substanțelor din natură, formarea zăcămintelor minerale (petrol, cărbune, zăcăminte de sulf). - Microorganismele sunt excelente lucrători pentru sănătatea mediului. Sunt capabili să biodegradeze aproape orice substanță care poluează mediul. - Sunt utilizate pe scară largă în diverse ramuri ale industriilor chimice, alimentare, farmaceutice, parfumurilor, agricultură, medicament.

Proteazele sunt folosite pentru a îndepărta părul de pe pielea animalelor și pentru a îndepărta stratul de gelatină din peliculă. Enzimele care asigură fermentarea sunt folosite pentru a produce butanol, acetonă, necesare pentru studii cromatografice, alcool etilic și acid butiric. Produsele lactate fermentate - chefir, iaurt, iaurt, kumiss - sunt, de asemenea, produse ale activității bacteriilor de fermentație.

Microorganismele sunt folosite în vinificație, producția de bere, în producția de ulei de top, însilozarea furajelor și decaparea legumelor. Din drojdie se obțin aditivii proteici pentru hrana animalelor. Folosește parafină - ulei uzat - ca mediu nutritiv. - Cu ajutorul microorganismelor și al sistemelor lor enzimatice, industria medicală produce hormonii hidrocortizon, prednisolon și diverși alcaloizi.

Propionibacteriile și actinomicetele sintetizează vitaminele (B12). Fibrinolizina, streptodornaza și streptokinaza sunt obținute din streptococi, care distrug cheaguri de sânge din vasele de sânge. Deoarece capacitatea de a forma enzime cu o anumită specificitate este inerentă tuturor microorganismelor, aceasta este utilizată pe scară largă în practica de laborator pentru a identifica bacteriile.

Metabolismul energetic al procariotelor. În ceea ce privește volumul, reacțiile care asigură celulei energie internă depășesc semnificativ procesele de biosinteză. Microorganismele nu pot folosi toate formele de energie care există în natură. Ei sunt capabili să folosească doar energia luminii solare (bacteriile fotosintetice) și energia chimică (microbii chimiotrofici). Energii nucleare, mecanice și termice inaccesibile acestora.

Fenomenul de acumulare de energie este considerat ca transferul ionilor de hidrogen prin transportul separat de protoni și electroni: protonii sunt eliberați în mediu, iar electronii sunt transferați către moleculele acceptoare corespunzătoare. De-a lungul evoluției lor, bacteriile au dezvoltat trei moduri de producere a energiei: fermentație, respirație și fotosinteză.

Baza proceselor fotosintetice la reprezentanții lumii microbiene este absorbția energiei solare de către diverși pigmenți: flavoproteine, chinonă, citocromi și proteine ​​care conțin fier non-hem. Ele asigură transferul de electroni și, în consecință, eliberarea de energie.

Folosind E. coli ca exemplu, s-a determinat câtă energie este necesară pentru a sintetiza 1 g de substanță celulară. Necesită 37 mmol de ATP, din care 20 mmol sunt folosiți pentru sinteza proteinelor, 7 mmol pentru sinteza ADN și ARN, 2 mmol pentru polimerizarea zaharurilor. Restul merge pentru a susține viața - osmoză, mișcarea celulelor și altele asemenea.

Respirația bacteriilor. Aceasta este una dintre modalitățile de oxidare biologică, care are loc odată cu formarea moleculelor de ATP, adică însoțită de o acumulare de energie. În timpul acestui proces, unele substanțe (compuși organici și anorganici) servesc ca donatori de electroni și sunt oxidați, în timp ce compușii anorganici acționează ca acceptori de electroni și sunt reînnoiți. La unele microorganisme, acceptorul final de electroni este oxigenul, în altele - sulfați anorganici, nitrați și carbonați.

Aerobi obligatorii (agenți cauzatori ai tuberculozei, ciumei, holerei) Aerobii obligatorii (agenților cauzatori ai tuberculozei, ciumei, holerei) Anaerobii obligatorii (agenții cauzatori ai tetanosului, botulismului, infecției anaerobe cu gaze, bacteriide, fusobacterii) Anaerobii obligatorii (agenților cauzatori ai tetanosului, botulism, infecție anaerobă gazoasă, s, fusobacterii) Anaerobi facultativi (stafilococi, Escherichia, Salmonella, Shigel și alții) Anaerobi facultativi (stafilococi, Escherichia, Salmonella, Shigel și alții) Microaerofile (acid lactic, bacterii fixatoare de azot) (microaerofile) , bacterii fixatoare de azot) Capneic (agentul cauzator al brucelozei bovine tipul său) Capneic (agentul cauzator al brucelozei bovine) Diviziunea bacteriilor după tipul de respirație

Creșterea este înțeleasă ca reconstrucția coordonată a structurilor bacteriene și, în consecință, o creștere a masei celulei microbiene. Reproducerea este capacitatea microbilor de a se reproduce, în timp ce numărul de indivizi din populație crește pe unitatea de volum a mediului.

Bacteriile se înmulțesc în progresie geometrică. Dacă presupunem că atunci când conditii optime Bacteria se dublează la fiecare 30 de minute, apoi într-o oră vor fi 4, în două ore - 16, în 15 - milioane. În 35 de ani, volumul acestora va fi de până la 1000 mc, iar greutatea lor va fi de peste 400 de tone.

Curba care descrie dependența logaritmului numărului de celule vii de timpul de cultivare se numește curbă de creștere Există patru faze principale de creștere a unei culturi în lot: faza inițială (sau de întârziere), cea exponențială (sau logaritmică). ), faza staționară și cea de moarte

Faza inițială sau de întârziere acoperă intervalul dintre inocularea bacteriilor și atingerea celei mai mari rate de diviziune bacteriană. În această perioadă, bacteriile se adaptează la condițiile de viață. Cantitatea de ARN din celulă crește de 8-12 ori, iar concentrația de enzime crește. Durata fazei este de 1-2 ani.

Faza exponențială (logaritmică) este caracterizată de o constantă viteza maxima diviziunea celulară și creșterea numărului lor exponențial. Depinde de vârsta microbilor și de compoziția mediului. Da, enterobacteriaceele se împart în fiecare minut, streptococii - 30 de minute, iar nitrobacteriile din sol și agenții patogeni de tuberculoză în fiecare oră. Timpul în care microbul se împarte se numește timp de generație. Durata fazei: oră

Faza staționară apare atunci când numărul de celule încetează să crească. Există un echilibru între numărul de microbi vii și cei care mor. Acest lucru este facilitat de densitatea mare a populației, deficiența de nutrienți în mediu, presiunea parțială scăzută a oxigenului și acumularea de produse metabolice toxice. Cu toate acestea, cantitatea de biomasă în această perioadă atinge cel mai inalt nivel prin urmare, concentrația de celule este marcată ca concentrație maximă (M-), iar cantitatea de biomasă este marcată ca randament sau recoltă. Acest semn este specific și caracteristic fiecărui tip de bacterie. Faza durează 6-7 ani.

În multe cazuri, este necesar să se mențină celulele în faza de creștere exponențială și de concentrare M, deoarece în această perioadă sunt cele mai active din punct de vedere fiziologic și funcțional: sintetizează multe proteine, produc un număr mare de diverse enzime. , toxine, antibiotice și alte substanțe biologic active. Acest lucru se realizează prin eliminarea constantă a populațiilor bacteriene care cresc, actualizarea mediului nutritiv și aerare suplimentară (pentru bacteriile aerobe). Pe aceste principii funcționează chemostatele și turbidostatele - dispozitive care permit cultivarea continuă în condiții industriale și de laborator.

Microorganisme Microorganisme T e m p e r a t u r e Optim Maximum Minim Termofile C 75 C 45 C Mezofile C C C Psicrofile C C 0 -5 C Diviziunea microorganismelor dincolo de temperatura optimă

Cerințe pentru mediile nutritive 1. Asigurarea nevoilor de azot, carbon și hidrogen pentru a-și construi propriile proteine. Apa furnizează hidrogen și oxigen celulelor. Sursa de azot o constituie numeroase substanțe, în principal de origine animală (carne de vită, pește, făină de carne și oase, cazeina), precum și hidrolizate proteice, peptide, peptone. 2. Factori de creștere (vitamine, enzime). Sursa lor universală o reprezintă extractele din proteine ​​de origine animală și vegetală, hidrolizate de proteine. Pentru microbii cu nevoi nutriționale mai complexe, mediile includ substraturi native - sânge, ser, lichid ascitic, gălbenuș de ou, bucăți de ficat, rinichi, țesut cerebral etc.

3. Mediile trebuie să fie echilibrate în compoziția microelementelor și să conțină ioni de fier, cupru, mangan, zinc, calciu, sodiu, potasiu și să conțină fosfați anorganici. 4. Este acceptabil să se utilizeze substanțe care elimină acțiunea inhibitorilor de creștere și a formării de toxine a microbilor (anumiți aminoacizi, Tween, cărbune activ etc.). 5. Stabilizarea pH-ului optim al mediului, capacitatea sa mare de tamponare. 6. Mediile trebuie să aibă o anumită vâscozitate și grosime 7. Izotonicitate, transparență și trebuie să fie sterile

Simplu Complex Lichid: PV, MPB Lichid: PV, MPB Special: zahăr MPA, MPB, zer. MPA, sânge. MPA, ascita. MPA Dens: MPZh, MPA Dens: MPZH, MPA îmbogățire, acumulare: selenit MPB de la Müller, Kauffman, Kitt-Tarozzi Opțional: Ru, 1% alcalin PV Opțional: Ru, 1% alcalin PV Diagnostic diferențial: 1.pentru determinarea zaharoliticului proprietăți (testele lui Gisa, Endo, Levin, Ploskirev (cuvintele Gis, Endo, Levin, Ploskirev 2. pentru determinarea proprietăților proteolitice (zer coagulat, MPF, bucăți de mușchi) 3. pentru determinarea proprietăților peptolitice (MPB, PV ) 4. pentru a determina proprietăți hemolitice (sânge. MPA 5. pentru a determina proprietăți reducătoare (medii cu coloranți diferiți) Clasificarea mediilor nutritive Mediile se împart în naturale și artificiale.Ca naturale se utilizează zer coagulat, lapte, ouă, țesut muscular. Mediile artificiale sunt create prin combinarea diverselor substraturi care asigură anumite nevoi ale microorganismelor.

În funcție de nevoile bacteriologilor, mediile nutritive existente sunt împărțite în patru grupuri principale. Primul grup este mediul universal (simple). Acestea includ medii simple: bulion de peptonă de carne (MPB) și agar peptonă de carne (MPA). Datorită compoziției lor și prezenței nutrienților, sunt potrivite pentru cultivarea multor tipuri de bacterii.

Al treilea grup este mediile elective. Ele sunt utilizate pentru izolarea și acumularea țintită a bacteriilor din material care conține mulți microbi străini. Atunci când creează astfel de medii, ele țin cont de caracteristicile biologice ale bacteriilor de un anumit tip, care le deosebesc de altele. Selectiv pentru vibrioni holeric este apa peptonica alcalina 1%, mediu Roux si Leffler pentru agentii patogeni difterici, mediu Ploskirev pentru bacilii de dizenterie, mediu Muller pentru bacteriile tifoid-paratifoide. Se observă o creștere frumoasă a stafilococilor pe medii care conțin până la 10% clorură de sodiu. Micrococii și corinebacterii cresc pe agar care conține furazolidonă.

Al patrulea grup este mediile de diagnostic diferențial. Acesta este un grup mare de medii care fac posibilă determinarea anumitor proprietăți biochimice ale microorganismelor și diferențierea lor primară. Ele sunt împărțite în medii pentru determinarea proprietăților proteolitice, peptolitice, sucrolitice, hemolitice, lipolitice, reducătoare și altele asemenea.

1 - studiul macro și microscopic al materialului studiat și plasat pe medii nutritive solide pentru obținerea de colonii individuale; 1 - studiul macro și microscopic al materialului studiat și plasat pe medii nutritive solide pentru obținerea de colonii individuale; 2 - examinarea macro și microscopică a coloniilor și subculturii pe agar înclinat; 2 - examinarea macro și microscopică a coloniilor și subculturii pe agar înclinat; 3 - verificarea purității culturii izolate și identificarea acesteia; 3 - verificarea purității culturii izolate și identificarea acesteia; 4 - concluzie despre cultura selectată. 4 - concluzie despre cultura selectată. Etapele izolării culturilor pure de microorganisme aerobe:

Creșterea bacteriană este o creștere a dimensiunii celulelor bacteriene fără creșterea numărului de indivizi din populație.

Reproducerea bacteriilor este un proces care asigură o creștere a numărului de indivizi dintr-o populație. Bacteriile se caracterizează printr-o rată ridicată de reproducere.

Creșterea precede întotdeauna reproducerea. Bacteriile se reproduc prin fisiune binară transversală, în care dintr-o celulă mamă se formează două celule fiice identice.

Procesul de diviziune celulară bacteriană începe cu replicarea ADN-ului cromozomial. În punctul de atașare a cromozomului de membrana citoplasmatică (punctul replicator), acționează o proteină inițiatoare, care determină ruperea inelului cromozomului și apoi are loc despiralizarea firelor sale. Firele se desfășoară, iar al doilea fir se atașează la membrana citoplasmatică în punctul pro-replicator, care este diametral opus punctului replicator. Datorită ADN-polimerazelor, o copie exactă a fiecărei catene este completată de-a lungul matricei. Dublarea materialului genetic este un semnal pentru dublarea numărului de organite. În mezosomii septali, se construiește un sept care împarte celula în jumătate.

ADN-ul dublu catenar este elicoidal, răsucit într-un inel în punctul de atașare la membrana citoplasmatică. Acesta este un semnal pentru ca celulele să se disperseze de-a lungul septului. Se formează două fiice.

Pe mediile nutritive solide, bacteriile formează grupuri de celule - colonii, care variază în mărime, formă, suprafață, culoare etc. Pe mediile lichide, creșterea bacteriană se caracterizează prin formarea unui film pe suprafața mediului nutritiv, turbiditate uniformă sau sediment.

Reproducerea bacteriilor este determinată de timpul de generare. Aceasta este perioada în care are loc diviziunea celulară. Durata de generare depinde de tipul bacteriei, vârstă, compoziția mediului nutritiv, temperatură etc.

Fazele reproducerii celulelor bacteriene pe un mediu nutritiv lichid:

1) faza staționară inițială; cantitatea de bacterii care a intrat în mediul nutritiv și care rămâne în acesta;

2) faza de lag (faza de repaus); durata – 3–4 ore, bacteriile se adaptează la mediul nutritiv, începe creșterea activă a celulelor, dar încă nu există reproducere activă; în acest moment cantitatea de proteine ​​și ARN crește;

3) faza reproducerii logaritmice; procesele de reproducere celulară în populație sunt în desfășurare activ, reproducerea prevalează asupra morții;

4) faza staționară maximă; bacteriile ating concentrația maximă, adică numărul maxim de indivizi viabili din populație; numărul de bacterii moarte este egal cu numărul de bacterii formate; nu există o creștere suplimentară a numărului de indivizi;

5) faza de moarte accelerată; procesele morții prevalează asupra procesului de reproducere, deoarece substraturile nutritive din mediu sunt epuizate. Produsele toxice și produsele metabolice se acumulează. Această fază poate fi evitată dacă utilizați metoda de cultivare în flux: produsele metabolice sunt în mod constant îndepărtate din mediul nutritiv și nutrienții sunt completați.

Nutriția se referă la procesele de intrare și ieșire a nutrienților în și din celule. Nutriția asigură în primul rând reproducerea și metabolismul celular.

Dintre nutrienții esențiali, se disting organogenii - acestea sunt opt ​​elemente chimice, a căror concentrație într-o celulă bacteriană depășește 10-4 moli. Acestea includ carbon, oxigen, hidrogen, azot, fosfor, potasiu, magneziu, calciu.

Pe lângă organogeni, sunt necesare microelemente. Ele asigură activitate enzimatică. Acestea sunt zinc, mangan, molibden, cobalt, cupru, nichel, wolfram, sodiu, clor.

Bacteriile au o varietate de surse de nutrienți.

În funcție de sursa de carbon, bacteriile sunt împărțite în:

1) autotrofe (utilizați substanțe anorganice - CO2);

2) heterotrofe;

3) metatrofe (utilizați substanțe organice de natură neînsuflețită);

4) paratrofii (folosesc substante organice de natura vie).

Procesele de nutriție trebuie să asigure nevoile energetice ale celulei bacteriene.

Pe baza surselor de energie, microorganismele sunt împărțite în:

1) fototrofe (capabile să folosească energia solară);

2) chimiotrofe (obțin energie prin reacții redox);

3) chimiolitotrofe (utilizați compuși anorganici);

4) chemoorganotrofe (utilizați substanțe organice).

Factorii de creștere a bacteriilor sunt vitaminele, aminoacizii, bazele purinice și pirimidinice, a căror prezență accelerează creșterea.

Printre bacterii se numără:

1) prototrofe (capabili să sintetizeze ei înșiși substanțele necesare din substanțe slab organizate);

2) auxotrofe (sunt mutanți ai prototrofelor care și-au pierdut genele; sunt responsabili de sinteza anumitor substanțe - vitamine, aminoacizi, de aceea au nevoie de aceste substanțe în formă terminată).

Microorganismele asimilează nutrienții sub formă de molecule mici, astfel încât proteinele, polizaharidele și alți biopolimeri pot servi ca surse de nutriție numai după ce sunt descompuse de exoenzime în compuși mai simpli.

Metaboliții și ionii pătrund în celula microbiană în diferite moduri.

Căi de intrare a metaboliților și ionilor în celula microbiană.

1. Transport pasiv (fără costuri energetice):

1) difuzie simplă;

2) difuzie facilitată (de-a lungul unui gradient de concentrație, cu ajutorul proteinelor purtătoare).

2. Transport activ (cu consum de energie, împotriva gradientului de concentrație; în acest caz, substratul interacționează cu proteina purtătoare de pe suprafața membranei citoplasmatice).

Există versiuni modificate ale transportului activ - transferul grupelor chimice. Enzimele fosforilate acționează ca proteine ​​purtătoare, astfel încât substratul este transportat într-o formă fosforilată. Acest transfer al unei grupări chimice se numește translocare.

Caracteristicile metabolismului bacteriilor:

1) varietatea de substraturi utilizate;

2) intensitatea proceselor metabolice;

4) predominarea proceselor de dezintegrare asupra proceselor de sinteză;

5) prezența exo- și endoenzime ale metabolismului.

În procesul de metabolism, există două tipuri de schimb:

1) plastic (structural):

a) anabolism (cu consum de energie);

b) catabolism (cu eliberare de energie);

2) metabolismul energetic (apare în mezosomii respiratori):

a) respiratie;

b) fermentare.

În funcție de acceptorul de protoni și electroni, bacteriile sunt împărțite în aerobi, anaerobi facultativi și anaerobi obligați. Pentru aerobi, oxigenul este acceptorul. Anaerobii facultativi folosesc respirația în condiții de oxigen, iar fermentația în condiții fără oxigen. Pentru anaerobii obligați, doar fermentația este caracteristică în condiții de oxigen, moartea microorganismului are loc din cauza formării de peroxizi, iar celula este otrăvită.

Într-o celulă microbiană, enzimele sunt catalizatori biologici. După structură se disting:

1) enzime simple (proteine);

2) complex; constau din proteine ​​(centrul activ) și părți non-proteice; necesare pentru activarea enzimei.

Există, de asemenea:

1) enzime constitutive (sintetizate constant indiferent de prezența unui substrat);

2) enzime inductibile (sintetizate numai în prezenţa unui substrat).

Setul de enzime dintr-o celulă este strict individual pentru specie. Capacitatea unui microorganism de a utiliza substraturi prin setul său de enzime determină proprietățile sale biochimice.

După locul de acțiune se disting:

1) exoenzime (acționează în afara celulei; participă la descompunerea moleculelor mari care nu pot pătrunde în interiorul celulei bacteriene; caracteristice bacteriilor gram-pozitive);

2) endoenzime (acționează în celula însăși, asigurând sinteza și descompunerea diferitelor substanțe).

În funcție de catalizat reacții chimice toate enzimele sunt împărțite în șase clase:

1) oxidoreductaze (catalizează reacțiile redox între două substraturi);

2) transferaze (realizează transferul intermolecular al grupărilor chimice);

3) hidrolaze (realizează scindarea hidrolitică a legăturilor intramoleculare);

4) liazele (atașează grupuri chimice la două legături și efectuează, de asemenea, reacții inverse);

5) izomeraze (realizează procese de izomerizare, asigură conversia internă cu formarea diferiților izomeri);

6) ligaze sau sintetaze (ele conectează două molecule, ducând la scindarea legăturilor pirofosfat din molecula de ATP).

Principalele tipuri de schimb plastic sunt:

1) proteine;

2) carbohidrați;

3) lipide;

4) nucleice.

Metabolismul proteic este caracterizat prin catabolism și anabolism. În procesul de catabolism, bacteriile descompun proteinele sub acțiunea proteazelor pentru a forma peptide. Sub acțiunea peptidazelor, din peptide se formează aminoacizi.

Defalcarea proteinelor în condiții aerobe se numește mocnit, iar în condiții anaerobe se numește putrefacție.

Ca urmare a defalcării aminoacizilor, celula primește ioni de amoniu necesari pentru formarea propriilor aminoacizi. Celulele bacteriene sunt capabile să sintetizeze toți cei 20 de aminoacizi. Cele mai importante sunt alanina, glutamina, asparagina. Ei sunt implicați în procesele de transaminare și transaminare. În metabolismul proteinelor, procesele de sinteză prevalează asupra defalcării și are loc consumul de energie.

În metabolismul carbohidraților în bacterii, catabolismul prevalează asupra anabolismului. Carbohidrații complecși din mediul extern pot fi descompusi doar de bacteriile care secretă enzime - polizaharidaze. Polizaharidele sunt descompuse în dizaharide, care, sub acțiunea oligozaharidazelor, se descompun în monozaharide și doar glucoza poate intra în celulă. O parte din ea merge la sinteza propriilor polizaharide în celulă, cealaltă parte suferă o defalcare ulterioară, care poate merge pe două căi: de-a lungul căii de descompunere anaerobă a carbohidraților - fermentație (glicoliză) și în condiții aerobe - de-a lungul căii. de ardere.

În funcție de produsele finale, se disting următoarele tipuri de fermentație:

1) alcool (tipic pentru ciuperci);

2) acid propionionic (caracteristic clostridiilor, bacteriilor propionice);

3) acid lactic (caracteristic streptococilor);

4) acid butiric (caracteristic sarcinelor);

5) butildenglicol (tipic pentru bacili).

Alături de defalcarea anaerobă principală (glicoliză), pot exista căi auxiliare pentru descompunerea carbohidraților (pentoză fosfat, cetodeoxifosfogluconat etc.). Ele diferă în produse și reacții cheie.

Metabolismul lipidic se realizează cu ajutorul enzimelor - lipoproteinaze, leticinaze, lipaze, fosfolipaze.

Lipazele catalizează descompunerea acizilor grași neutri, adică sunt responsabile pentru scindarea acestor acizi din glicerol. Când acizii grași sunt descompusi, celula stochează energie. Produsul final de descompunere este acetil-CoA.

Biosinteza lipidelor este realizată de proteine ​​de transfer de acetil. În acest caz, reziduul de acetil este transferat la glicerofosfat cu formarea de acizi fosfatidici, iar aceștia intră deja în reacții chimice pentru a forma esteri cu alcooli. Aceste transformări stau la baza sintezei fosfolipidelor.

Bacteriile sunt capabile să sintetizeze atât acizi grași saturați, cât și nesaturați, dar sinteza acestora din urmă este mai tipică pentru aerobi, deoarece necesită oxigen.

Schimbul nucleic al bacteriilor este asociat cu schimbul genetic. Sinteza acizilor nucleici este importantă pentru procesul de diviziune celulară. Sinteza se realizează folosind enzime: enzimă de restricție, ADN polimerază, ligază, ARN polimerază ADN-dependentă.

Enzimele de restricție taie secțiuni de ADN, îndepărtând inserțiile nedorite, iar ligazele asigură legarea încrucișată a fragmentelor de acid nucleic. ADN-polimerazele sunt responsabile pentru replicarea ADN-ului fiică din ADN-ul mamă. ARN polimerazele dependente de ADN sunt responsabile pentru transcripție și construiesc ARN pe un șablon de ADN.

Fiziologia studiază funcțiile vitale ale microorganismelor: nutriție, respirație, creștere și reproducere. Funcțiile fiziologice se bazează pe metabolismul continuu (metabolism).

Esența metabolismului constă din două procese opuse și în același timp interconectate: asimilarea (anabolism) și disimilarea (catabolism).

În timpul procesului de asimilare, nutrienții sunt absorbiți și utilizați pentru sinteza structurilor celulare. În timpul proceselor de disimilare, nutrienții sunt descompuși și oxidați, eliberând energia necesară vieții celulei microbiene. Ca urmare a defalcării nutrienților, compușii organici complecși sunt descompuși în compuși mai simpli, cu molecul scăzut. Unele dintre ele sunt îndepărtate din celulă, în timp ce altele sunt din nou folosite de celulă pentru reacții de biosinteză și sunt incluse în procesele de asimilare. Toate procesele de sinteză și defalcare a nutrienților sunt efectuate cu participarea enzimelor.

O caracteristică a microorganismelor este metabolismul intensiv. Într-o zi, în condiții favorabile, o celulă microbiană poate procesa o cantitate de nutrienți care este de 30-40 de ori masa ei.

Compoziția chimică a bacteriilor

Pentru a înțelege procesele metabolice, este necesară cunoașterea compoziției chimice a microorganismelor. Microorganismele conțin aceleași substanțe chimice ca și celulele tuturor organismelor vii.

Cele mai importante elemente sunt organele (carbon, hidrogen, oxigen, azot), care sunt folosite pentru a construi substanțe organice complexe: proteine, carbohidrați și lipide. Microorganismele conțin și cenușă sau elemente minerale. Cele mai multe dintre ele sunt legate chimic de substanțe organice, restul sunt prezente în celulă sub formă de săruri.

Cantitativ, cea mai semnificativă componentă a celulei este apa, care reprezintă 75-85%; ponderea substanței uscate, care constă din compuși organici (proteine, acizi nucleici, carbohidrați, lipide) și minerale, reprezintă 15-25%.

Apă. Importanța apei în viața unei celule este mare. Toate substanțele intră în celulă cu apă, iar produsele metabolice sunt îndepărtate odată cu aceasta. Apa dintr-o celulă microbiană este în stare liberă ca compus independent, dar cea mai mare parte este asociată cu diferite componente chimice ale celulei (proteine, carbohidrați, lipide) și face parte din structurile celulare.

Apa liberă participă la reacțiile chimice care au loc în celulă, este un solvent pentru diferiți compuși chimici și servește, de asemenea, ca mediu dispersat pentru coloizi. Conținutul de apă liberă dintr-o celulă poate varia în funcție de condițiile de mediu, de starea fiziologică a celulei și de vârsta acesteia. Astfel, formele de spori ale bacteriilor au semnificativ mai puțină apă decât celulele vegetative. Cea mai mare cantitate de apă se observă în bacteriile capsulare.

Veverițe(50-80% substanță uscată) determină cele mai importante proprietăți biologice ale microorganismelor. Acestea sunt proteine ​​simple - proteine ​​și cele complexe - proteine. Nucleoproteinele - o combinație de proteine ​​și acizi nucleici (ADN și ARN) - sunt de mare importanță în viața unei celule. Pe lângă nucleoproteine, celula microbiană conține cantități mici de lipoproteine, glicoproteine ​​și cromoproteine.

Proteinele sunt distribuite în citoplasmă, nucleoid, fac parte din structura peretelui celular. Proteinele includ enzime și multe toxine (otrăvuri ale microorganismelor).

Specificitatea de specie a microorganismelor depinde de compoziția cantitativă și calitativă a substanțelor proteice.

Acizi nucleiciîntr-o celulă microbiană îndeplinesc aceleași funcții ca și în celulele de origine animală. ADN-ul este conținut în nucleu (nucleoid) și determină proprietățile genetice ale microorganismelor. ARN-ul participă la biosinteza proteinelor celulare și se găsește în nucleu și citoplasmă. Cantitatea totală de acizi nucleici variază de la 10 la 30% din substanța uscată a unei celule microbiene și depinde de tipul și vârsta acesteia.

Carbohidrați(12-18% substanță uscată) sunt folosite de celula microbiană ca sursă de energie și carbon. Multe componente structurale ale celulei (membrana celulară, capsulă și altele) constau din ele. Carbohidrații fac, de asemenea, parte din acidul teicoic, care este caracteristic bacteriilor gram-pozitive.

Celulele microbiene conțin carbohidrați simpli (mono- și dizaharide) și cu greutate moleculară mare (polizaharide). Un număr de bacterii pot avea incluziuni a căror compoziție chimică seamănă cu glicogenul și amidonul, ele joacă rolul de nutrienți de rezervă în celulă. Compoziția carbohidraților variază între diferitele tipuri de microorganisme și depinde de vârsta și condițiile de dezvoltare ale acestora.

Lipidele(0,2-40% substanță uscată) sunt componente necesare ale membranei citoplasmatice și ale peretelui celular, sunt implicate în metabolismul energetic. În unele celule microbiene, lipidele acționează ca substanțe de depozitare.

Lipidele constau în principal din grăsimi neutre, acizi grași și fosfolipide. Numărul lor total depinde de vârsta și tipul de microorganism. De exemplu, în Mycobacterium tuberculosis cantitatea de lipide ajunge la 40%, ceea ce face ca aceste bacterii să fie rezistente la factorii de mediu.

În celulele microorganismelor, lipidele pot fi asociate cu carbohidrați și proteine, formând un complex complex care determină proprietățile toxice ale microorganismelor.

Minerale- fosfor, sodiu, potasiu, magneziu, sulf, fier, clor și altele - reprezintă în medie 2-14% din substanța uscată.

Fosforul face parte din acizii nucleici, fosfolipide, multe enzime, precum și ATP (acid adenozin trifosforic), care este un acumulator de energie în celulă. Sodiul este implicat în menținerea presiunii osmotice în celulă. Fierul se găsește în enzimele respiratorii. Magneziul face parte din ribonucleatul de magneziu, care este localizat pe suprafața bacteriilor gram-pozitive.

Pentru dezvoltarea microorganismelor sunt necesare microelemente, conținute în celulă în cantități foarte mici. Acestea includ cobalt, mangan, cupru, crom, zinc, molibden și multe altele. Oligoelemente participă la sinteza anumitor enzime și le activează. Raportul dintre elementele chimice individuale dintr-o celulă microbiană poate fluctua în funcție de tipul de microorganism, compoziția mediului nutritiv, natura schimbului și condițiile de viață din mediul extern.

Nutriția bacteriilor

Toate microorganismele au nevoie de nutrienți pentru a efectua procesele de nutriție, respirație și reproducere.

Microorganismele folosesc diverși compuși organici și anorganici ca nutrienți și surse de energie pentru viața normală, de asemenea, necesită microelemente și factori de creștere.

Procesul de hrănire a microorganismelor are o serie de caracteristici: în primul rând, furnizarea de nutrienți are loc pe întreaga suprafață a celulei; în al doilea rând, celula microbiană are o viteză excepțională a reacțiilor metabolice; în al treilea rând, microorganismele sunt capabile să se adapteze rapid la condițiile de mediu în schimbare. Diversitatea condițiilor de viață pentru microorganisme determină diferite tipuri de nutriție.

Tipuri de putere determinat de natura asimilării carbonului şi azotului. Apa servește ca sursă de alți organogeni - hidrogen și oxigen. De asemenea, microorganismele au nevoie de apă pentru a dizolva nutrienții, deoarece pot pătrunde în celulă doar în formă dizolvată.

Pe baza absorbției carbonului, microorganismele sunt împărțite în două tipuri: autotrofe și heterotrofe.

Autotrofii (din grecescul autos - sine, trophe - hrană) sunt capabili să sintetizeze substanțe organice complexe din compuși anorganici simpli. Ei pot folosi dioxid de carbon și alți compuși anorganici de carbon ca sursă de carbon. Multe bacterii din sol (bacteriile nitrificatoare, bacteriile sulfuroase etc.) sunt autotrofe.

Heterotrofii (din grecescul heteros - altul, trophe - hrană) necesită compuși organici gata pregătiți pentru creșterea și dezvoltarea lor. Ele pot absorbi carbonul din carbohidrați (cel mai adesea glucoză), alcooli polihidrați, acizi organici, aminoacizi și alte substanțe organice.

Saprofitele (din grecescul sapros - putred, phyton - plantă) primesc compuși organici gata preparati din organismele moarte. Ele joacă un rol important în descompunerea materiei organice moarte, precum bacteriile putrezite etc.

Pe baza capacității lor de a asimila azotul, microorganismele sunt, de asemenea, împărțite în două grupe: aminoautotrofe și aminoheterotrofe. Aminoautotrofele pentru sinteza proteinelor celulare folosesc azotul molecular din aer (bacteriile nodulare, Azotobacter) sau îl absorb din sărurile de amoniu. Aminoheterotrofii obțin azot din compuși organici - aminoacizi, proteine ​​complexe. Acestea includ toate microorganismele patogene și majoritatea saprofitelor.

Pe baza surselor de energie, microorganismele sunt împărțite în fototrofe, care folosesc energia luminii solare pentru reacții de biosinteză (bacteriile violete cu sulf) și chimiotrofe, care obțin energie prin oxidarea substanțelor anorganice (bacteriile nitrificante etc.) și compuși organici (majoritatea bacteriilor). , inclusiv cele patogene).

Cu toate acestea, este imposibil să se traseze o graniță clară între tipurile de nutriție microbiană, deoarece există tipuri de microorganisme care pot trece de la un tip de nutriție heterotrof la unul autotrof și invers.

În prezent, a fost introdusă o nouă terminologie pentru a caracteriza tipurile nutriționale: heterotrofele sunt numite organotrofe, iar autotrofele sunt numite litotrofe (din greacă litos - piatră), deoarece astfel de microorganisme sunt capabile să crească într-un mediu pur mineral.

Factori de creștere. Pentru creșterea și reproducerea lor, microorganismele au nevoie de substanțe speciale pe care nu le pot sintetiza singure și trebuie să le primească în formă finită. Aceste substanțe se numesc factori de creștere, iar celulele microbiene au nevoie de ele în cantități mici. Acestea includ diverse vitamine, unii aminoacizi (necesari pentru sinteza proteinelor), baze purinice și pirimidinice (folosite pentru construcția acizilor nucleici), etc. Mulți factori de creștere fac parte din diferite enzime și joacă rolul de catalizatori în procesele biochimice.

Cunoașterea nevoilor microorganismelor pentru nutrienți și factori de creștere este foarte importantă, în special pentru crearea mediilor nutritive utilizate pentru cultivarea acestora.

Transportul nutrienților. Nutrienții pot pătrunde în citoplasma celulelor microbiene numai sub formă de molecule mici și în formă dizolvată.

Substanțele organice complexe (proteine, polizaharide etc.) sunt expuse în prealabil la enzimele secretate de celula microbiană, iar după aceea devin disponibile pentru utilizare. Transportul nutrienților în celulă și eliberarea produselor metabolice din aceasta are loc în principal prin membrana citoplasmatică.

Nutrienții intră în celulă în mai multe moduri:

1. Difuzie pasivă, adică mișcarea substanțelor prin grosimea membranei, în urma căreia concentrația de substanțe și presiunea osmotică pe ambele părți ale membranei sunt egalizate. Nutrienții pot pătrunde în acest fel atunci când concentrația din mediu depășește semnificativ concentrația de substanțe din celulă.

2. Difuzie facilitată - pătrunderea nutrienților în celulă prin transferul lor activ prin molecule purtătoare speciale numite permeaze. Acestea sunt substanțe de natură enzimatică care sunt localizate pe membrana citoplasmatică și au specificitate. Fiecare permează adsorbe nutrientul corespunzător pe partea exterioară a membranei citoplasmatice, intră într-o legătură temporară cu aceasta și difuzează complet prin membrană, eliberând substanța transportată în citoplasmă pe partea interioară. Acest proces are loc fără utilizarea energiei, deoarece mișcarea substanțelor are loc de la concentrații mai mari la mai mici.

3. Transportul activ al nutrienților se realizează și cu ajutorul permeazelor, dar acest proces necesită energie. În acest caz, nutrientul poate intra în celulă dacă concentrația sa în celulă depășește semnificativ concentrația din mediu.

4. În unele cazuri, substanța transportată poate fi supusă modificării chimice, iar această metodă de transfer de substanțe se numește transfer radical sau translocare de grupări chimice. Conform mecanismului de transfer al substanței transportate, acest proces este similar cu transportul activ.

Eliberarea de substanțe din celula microbiană are loc fie sub formă de difuzie pasivă, fie în procesul de difuzie facilitată cu participarea permeazelor.

Enzimele și rolul lor în metabolism

Enzimele sunt substanțe proteice produse de celulele vii. Sunt catalizatori biologici si joaca un rol important in metabolismul microorganismelor.

În ceea ce privește structura lor chimică, proprietățile și mecanismul de acțiune, enzimele microbiene sunt similare cu enzimele formate în celulele și țesuturile animalelor și plantelor. Enzimele unei celule microbiene sunt localizate în principal în citoplasmă, unele sunt conținute în nucleu și membrana celulară. Microorganismele pot sintetiza o mare varietate de enzime aparținând la șase clase cunoscute: oxireductaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze, ligaze.

O proprietate caracteristică a enzimelor este specificitatea lor de acțiune, adică fiecare enzimă reacționează cu un anumit compus chimic sau catalizează una sau mai multe reacții chimice înrudite. De exemplu, enzima lactaza descompune lactoza, maltaza descompune maltoza.

Activitatea enzimei depinde de temperatura mediului, pH-ul și alți factori. Pentru multe microorganisme patogene, valoarea optimă a pH-ului este 7,2-7,4, iar temperatura optimă este în intervalul 37-50 ° C.

Enzimele microorganismelor sunt clasificate în exoenzime și endoenzime. Exoenzimele, eliberate în mediul extern, descompun macromoleculele de nutrienți în compuși mai simpli care pot fi absorbiți de celula microbiană. Astfel, exoenzimele includ hidrolaze care provoacă hidroliza proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Ca urmare a acestor reacții, proteinele sunt descompuse în aminoacizi și peptone, grăsimile în acizi grași și glicerol, carbohidrații (polizaharide) în dizaharide și monozaharide. Defalcarea proteinelor este cauzată de enzimele proteaze, grăsimi - lipază, carbohidrați - carbohidrați. Endoenzimele participă la reacțiile metabolice care au loc în interiorul celulei.

De asemenea, microorganismele disting între enzimele constitutive și inductive. Enzimele constitutive sunt prezente constant în celula microbiană, indiferent de condițiile de viață. Acestea sunt în principal enzime ale metabolismului celular: proteaze, lipaze, carbohidrați etc. Enzimele inductive (adaptative) se sintetizează în celulă doar sub influența substratului adecvat care se găsește în mediul nutritiv, și atunci când microorganismul este forțat să-l asimileze. De exemplu, dacă bacteriile care nu produc în mod normal enzima amilaza, care descompune amidonul, sunt semănate pe un mediu nutritiv în care amidonul este singura sursă de carbon, atunci încep să sintetizeze această enzimă. Astfel, enzimele inductive permit celulei microbiene să se adapteze la condițiile de viață schimbate.

Alături de enzimele metabolice, multe bacterii patogene produc și enzime agresive, care servesc la depășirea barierelor naturale de protecție ale macroorganismului și sunt factori de patogenitate. Astfel de enzime includ hialuronidază, deoxiribonucleaza, lecitovitellaza etc. De exemplu, hialuronidază descompune substanța intercelulară a țesutului conjunctiv (acid hialuronic) și contribuie astfel la răspândirea agentului patogen în macroorganism.

Secreția diferitelor enzime de către microorganisme determină proprietățile biochimice ale acestora. Compoziția enzimatică a oricărui microorganism este o caracteristică destul de constantă, iar diferitele tipuri de microorganisme diferă destul de clar în setul lor de enzime. Prin urmare, studiul compoziției enzimatice este important pentru diferențierea și identificarea diferitelor microorganisme.

Utilizarea practică a enzimelor microbiene. Din cele mai vechi timpuri, oamenii au folosit activitatea enzimatică a drojdiei în fabricarea berii și vinificație. Aplicarea enzimelor în Industria alimentară vă permite să vă intensificați semnificativ proces tehnologic, crește randamentul și îmbunătățește calitatea produselor finite. Enzimele izolate din anumite tipuri de ciuperci microscopice sunt utilizate în procesul de fabricare a aluatului de grâu, ceea ce face posibilă creșterea volumului și porozității pâinii coapte, îmbunătățirea prospețimii, aroma și gustul acesteia. Preparatele enzimatice ale unor microorganisme sunt folosite pentru a accelera procesele de secreție a sucului din fructe și fructe de pădure.

Pentru a obține furaje de înaltă calitate pentru animalele de fermă, la însilozarea ierburilor verzi se folosesc procese de sinteză microbiană; Datorită activității enzimatice a drojdiei care se înmulțește pe deșeurile de ulei (parafine), se obțin concentrate de proteine ​​și vitamine, care sunt un nutrient valoros - se adaugă în furajele animalelor.

Enzimele permit anumitor microorganisme să metabolizeze metanul, iar aceste tipuri de bacterii sunt folosite pentru a combate metanul din mine. Se știe că enzimele bacteriene (în special, Bacillus subtilis) sunt utilizate pe scară largă ca bioaditivi la praful de spălat Oka și la pasta de spălat Bio. Aceste produse îndepărtează petele de proteine, deoarece enzimele descompun proteinele în substanțe solubile în apă care sunt ușor de spălat la spălare.

În industria medicală, vitaminele, hormonii și alcaloizii sunt obținuți folosind enzime din microorganisme.

Respirația bacteriilor

Respirația (sau oxidarea biologică) a microorganismelor este un set de procese biochimice, în urma cărora este eliberată energia necesară vieții celulelor microbiene.

Toate procesele fiziologice, cum ar fi mișcarea, creșterea și reproducerea, formarea de spori și capsule și producerea de toxine, pot fi efectuate cu un flux constant de energie. Microorganismele obțin energie prin oxidarea diferiților compuși chimici: carbohidrați (de obicei glucoză), alcooli, acizi organici, grăsimi etc. Esența oxidării este că substanța care se oxidează cedează electroni, iar substanța care se reduce îi primește.

După tipul de respirație, toate microorganismele sunt împărțite în aerobi obligatorii (strict), anaerobi obligatorii și anaerobi facultativi (opționali).

Aerobii obligați (mycobacterium tuberculosis etc.) trăiesc și se dezvoltă cu acces liber la oxigen, adică reacțiile de oxidare se desfășoară în ei cu participarea oxigenului molecular cu eliberarea unei cantități mari de energie. Un exemplu este oxidarea glucozei în condiții aerobe:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 2882,6 kD (688,5 kcal)

Există și microaerofile care necesită cantități mici de oxigen (unele Leptospira, Brucella).

Anaerobii obligați (clostridium tetanos, botulism etc.) sunt capabili să trăiască și să se reproducă numai în absența oxigenului liber în aer. Respirația la anaerobi are loc prin fermentarea substratului cu formarea cantitate mica energie. Astfel, în timpul descompunerii anaerobe, 1 mol de glucoză eliberează semnificativ mai puțină energie decât în ​​timpul respirației aerobe:

C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 130,6 kD (31,2 kcal)

Prezența oxigenului liber este distructivă pentru anaerobii obligați. Acest lucru se datorează faptului că, în prezența oxigenului, produsul final al oxidării compușilor organici este peroxidul de hidrogen. Și întrucât anaerobii nu au capacitatea de a produce enzima catalaza, care descompune peroxidul de hidrogen, aceasta se acumulează și are un efect toxic asupra bacteriilor.

Anaerobii facultativi se pot reproduce atât în ​​prezența oxigenului molecular, cât și în absența acestuia. Acestea includ majoritatea bacteriilor patogene și saprofite.

Procesele de descompunere a substanțelor organice în condiții lipsite de oxigen, însoțite de eliberarea de energie, se mai numesc și fermentație. În funcție de participarea anumitor microorganisme și a produselor finale de descompunere a carbohidraților, se disting mai multe tipuri de fermentație: alcoolică, efectuată de drojdie; acid lactic, cauzat de bacteriile de acid lactic; acidul butiric, cauzat de bacteriile acidului butiric etc.

Eliberarea de căldură în timpul respirației microorganismelor poate fi observată la cultivarea culturilor în vase protejate de pierderile de căldură - temperatura mediului nutritiv va crește treptat. Procesele de ardere spontană a turbei, gunoiului de grajd, fânului umed și bumbacului sunt asociate cu eliberarea de căldură în exces în timpul respirației anumitor microorganisme.

Mecanismele biochimice ale respirației sunt descrise mai detaliat în manualele de chimie biologică.

Pigmenți de microorganisme

Unele microorganisme (bacterii, ciuperci) în procesul de metabolism formează substanțe colorante - pigmenți. Pigmenții sunt eterogene în compoziția și proprietățile lor chimice. Ele sunt împărțite în solubile în apă (pigment albastru - piocianina, secretată de Pseudomonas aeruginosa); solubil în alcool și insolubil în apă (pigment roșu - prodigiosan, secretat de un baton minunat); insolubil în apă sau alcool (pigmenți negri și maro ai drojdiei și mucegaiurilor).

Pigmenții insolubili în apă (lipocromii) colorează, de obicei, coloniile bacteriene (de exemplu, pigmenții galbeni, aurii, căpriu ai stafilococilor), iar pigmenții solubili colorează mediul nutritiv (Pseudomonas aeruginosa).

Formarea pigmenților în celulele microbiene are loc la lumină, cu acces suficient la oxigen și o anumită compoziție a mediului nutritiv.

Formarea pigmentului în unele cazuri este un semn persistent al microorganismelor, ceea ce îi permite să fie utilizat ca test pentru identificarea anumitor bacterii (de exemplu, stafilococi, Pseudomonas aeruginosa).

Formarea pigmentului în microorganisme are o anumită semnificație fiziologică. Pigmentii protejează celula microbiană de radiațiile ultraviolete naturale, participă la procesele respiratorii, iar unii au efect antibiotic (prodigiosan).

De un interes deosebit este povestea minunatului bacil Serratia marcescens, care formează colonii roșii pe pâine, cartofi și alte alimente bogate în amidon care arată ca picături de sânge proaspăt. Istoricul roman antic Quintus Curtius Rufus, în cartea sa „Istoria lui Alexandru cel Mare”, a descris una dintre victoriile sale în timpul cuceririi Asiei Mici, asociată cu acest microb uimitor. În 332 î.Hr. e. În timpul asediului orașului Tyros, în armata lui Alexandru cel Mare a avut loc un eveniment neplăcut - pete mari roșii, care aminteau de petele de sânge, au apărut în pâine, iar soldatul a fost cuprins de frică. Ei considerau acest lucru un semn rău. Totuși, vicleanul înțelept al curții al lui Alexandru a interpretat acest „semn” astfel: „Petele de sânge sunt într-adevăr un semn al zeilor, dar din moment ce se află în interiorul pâinii coapte, aceasta înseamnă moartea trupelor aflate în interiorul zidurilor asediate ale lui. orasul zeii isi arata favoarea trupelor lui Alexandru si arata ca victoria lui este asigurata”. Interpretarea înțeleptului a ridicat atât de mult spiritul armatei, încât soldații au atacat cu entuziasm zidurile orașului și au capturat-o curând.

Apariția unor astfel de pete roșii pe produse în timpul prejudecăților religioase și obscurantismului din Evul Mediu a fost folosită pe scară largă de către cler pentru a promova „pedeapsa lui Dumnezeu” pentru necredință și a servit drept bază pentru represalii crude împotriva liber-gânditorilor.

Microorganisme strălucitoare și producătoare de aromă

Printre microorganisme (bacterii, ciuperci) sunt cele care au capacitatea de a străluci (luminesce). Luminescența bacteriilor apare ca urmare a unor procese intense de oxidare, însoțite de eliberarea de energie. Strălucirea apei de mare, solzilor de pești, corpurilor micilor crustacee și a lemnului putred se explică prin prezența bacteriilor luminoase sau a fotobacteriilor pe acestea.

Toate bacteriile luminoase sunt aerobe. Majoritatea speciilor lor trăiesc în apa de mare, deoarece se reproduc mai bine la concentrații crescute de sare (microbi halofili). Păianjenii, furnicile și termitele care trăiesc în simbioză cu fotobacteriile pot străluci. Bacteriile strălucitoare emit o lumină verde sau albăstruie care este ușor vizibilă în întuneric. Ciupercile, cum ar fi ciupercile de toamnă, strălucesc și noaptea.

Bacteriile strălucitoare nu provoacă procese de degradare pentru majoritatea speciilor, temperatura optimă pentru viață este de 15-18° C. Ele cresc bine pe substraturi de pește și carne, ceea ce provoacă strălucirea cărnii și a peștelui.

La începutul secolului al XX-lea, s-au încercat folosirea bacteriilor luminoase în scopuri practice, acestea au fost propuse pentru a fi folosite pentru „lămpi de siguranță” în magazinele de pulbere.

Au fost identificate microorganisme capabile să producă substanțe aromatice, de exemplu, acetat de etil și esteri de acetat de amil. Mirosurile anumitor microbi determină proprietățile aromatice ale vinurilor, laptelui, untului, smântânii, brânzeturilor etc. Bacteriile formatoare de arome sunt utilizate pe scară largă la prepararea diverselor produse alimentare.

Unele microorganisme în timpul proceselor lor de viață formează substanțe cu miros neplăcut(indol, skatol, hidrogen sulfurat), care este asociat cu descompunerea substanțelor organice.

Creșterea și reproducerea bacteriilor

Una dintre cele mai importante manifestări ale activității vitale a microorganismelor este creșterea și reproducerea acestora.

Creșterea este definită ca creșterea în mărime a unui individ și reproducerea ordonată a tuturor componentelor și structurilor celulare.

Reproducerea se referă la capacitatea microorganismelor de a se reproduce singure, având ca rezultat o creștere a numărului de indivizi din populație. Principala metodă de reproducere a bacteriilor este diviziunea transversală. Înainte de a se diviza, celulele bacteriene care au atins o anumită vârstă își dublează moleculele de ADN. Fiecare celulă fiică primește o copie a ADN-ului mamei. Procesul de diviziune este considerat complet atunci când citoplasma celulelor fiice este separată de un sept (Fig. 9).

Membrana citoplasmatică și peretele celular participă la formarea septului. Dacă se formează un sept în mijlocul unei celule în diviziune, atunci apar celule fiice de aceeași dimensiune (diviziune izomorfă). Uneori, un sept se formează mai aproape de unul dintre capete, apoi celulele fiice sunt de dimensiuni inegale (diviziune heteromorfă).

Divizarea bacteriilor (coci) poate avea loc în diferite planuri cu formarea de diverse combinații de celule: lanțuri de streptococi, compuși perechi (diplococi), tetrade de coci, baloti (sarcina), ciorchini (stafilococi). Formele în formă de tijă și întortocheate sunt împărțite transversal și numai într-un singur plan.

La unele bacterii, reproducerea are loc prin formarea unui mugure (mycobacterium tuberculosis, bacterii nodulare), care este mai mică ca dimensiune decât celula originală.

Rata de reproducere bacteriană este mare, ceea ce se datorează intensității metabolismului lor. În majoritatea bacteriilor, fiecare celulă se divide în 15-30 de minute. Se estimează că bacteriile trec prin tot atâtea generații în 24 de ore cât trece o persoană în 5.000 de ani. Există tipuri de bacterii care se divid lent, o dată pe zi, de exemplu Mycobacterium tuberculosis.

Pentru fiecare tip de bacterie, rata de reproducere poate fi diferită și depinde de vârsta culturii, mediu nutritiv, temperatură, valoarea pH-ului și mulți alți factori.

Reproducerea bacteriilor într-un mediu nutritiv lichid are o serie de caracteristici și are loc în mai multe faze succesive (Fig. 10).

Faza 1 - staționar inițial (latent): celulele microbiene se adaptează la mediul nutritiv, în timp ce intensitatea proceselor metabolice crește și dimensiunea celulelor crește. Bacteriile încep să se înmulțească abia spre sfârșitul primei faze.

Faza 2 - creștere logaritmică: bacteriile se înmulțesc viguros, determinând creșterea exponențială a numărului de celule. În această fază, bacteriile au cea mai mare activitate biochimică și biologică.

Faza 3 - staționară: concentrația de celule bacteriene în mediu rămâne constantă. Acest lucru se datorează faptului că numărul de bacterii nou apărute este aproape egal cu numărul de celule pe moarte. Durata acestei faze variază între diferite bacterii.

Faza 4 - moartea: sunt din ce în ce mai puține celule bacteriene viabile și mor treptat. Cauzele morții celulare pot fi epuizarea mediului nutritiv, acumularea de produse nocive schimb valutar. În această fază, bacteriile își pot modifica proprietățile morfologice, biochimice și alte proprietăți. Faza morții variază între diferitele tipuri de bacterii. Moartea completă a culturii poate avea loc în câteva zile, săptămâni sau luni.

O creștere a numărului de bacterii înmulțite în mediile nutritive lichide poate fi observată după 18-24 de ore - fie apare turbiditatea mediului, fie formarea unui film sau sediment. În acest caz, natura schimbării mediului depinde atât de tipul și vârsta culturii bacteriene, cât și de compoziția mediului nutritiv în sine.

Când se înmulțesc pe medii nutritive solide, bacteriile formează colonii tipice pentru fiecare specie microbiană pe suprafața mediului și în interiorul acestuia. Fiecare colonie este o populație de microorganisme care s-a dezvoltat dintr-o celulă a unui anumit tip de bacterie. Coloniile de bacterii variază ca mărime, formă, structură, consistență și culoare. Aspect Modelul coloniilor în unele bacterii este atât de caracteristic încât poate servi ca o caracteristică diferențială pentru identificarea microorganismelor. De exemplu, coloniile de agent patogen antrax pot fi comparate cu șuvițe de păr sau coama unui leu (vezi Fig. 47).

Spirochetele și rickettsiae se reproduc și prin diviziune transversală. Procesul de reproducere (reproducere) a virușilor (vezi „Viruși”).

Întrebări de control

1. Care este compoziția chimică a unei celule microbiene?

2. Ce tipuri de nutriție există în microorganisme?

3. Cum se efectuează transportul nutrienților în celula microbiană?

4. Cum diferă microorganismele în funcție de tipul de respirație?

5. Cum se reproduc bacteriile?

Dacă sunteți în căutarea oportunității de a vă sătura de împerecherea cu o prostituată atrăgătoare din zona dvs., atunci vă demnăm să găsiți prostituate pline de tact pe această resursă web.

Curs nr. 7. Fiziologia microorganismelor. Compoziția chimică a microorganismelor. Nutriția celulelor microbiene. Tipuri de nutriție heterotrofe și autotrofe. Schimb constructiv și energetic. Creșterea și reproducerea microorganismelor.

1 Fiziologia microorganismelor.

Studiază procesele de creștere, dezvoltare, nutriție a acestora, metodele de obținere a energiei pentru realizarea acestor procese și interacțiunea lor cu mediul. Cunoașterea proceselor fiziologice ale microorganismelor creează o bază științifică pentru cultivarea (creșterea) și identificarea (recunoașterea) tipurilor de microbi, precum și obținerea de preparate biologice și medicinale (starter, vitamine, enzime, aminoacizi, antibiotice, vaccinuri etc.) .

Conceptul de metabolism. Baza activității de viață a microorganismelor, ca toate ființele vii, este schimbul de substanțe (metabolismul) cu mediul. Termenul de metabolism combină două procese interdependente, dar opuse - anabolism și catabolism.

Anabolismul (nutriția; asimilarea; metabolismul constructiv sau de construcție; metabolismul) se rezumă la asimilare, adică. utilizarea de către microbi a nutrienților primiți din mediul extern pentru biosinteza componentelor propriului corp. Acest lucru se realizează mai des prin reducerea reacțiilor endoterme, al căror flux necesită energie.

Catabolismul (respirația, disimilarea, oxidarea biologică) se caracterizează prin descompunerea (oxidarea) substanțelor organice complexe în produse mai simple cu eliberarea de energie conținută în acestea. Această energie este folosită de microorganisme pentru a sintetiza substanțele unei celule date.

Metabolismul la microorganisme se caracterizează prin consumul intensiv de nutrienți. De exemplu, în condiții favorabile în timpul zilei, o celulă bacteriană absoarbe substanțe de 30-40 de ori mai mult decât masa sa, iar rata de creștere a biomasei microorganismelor este în mod corespunzător ridicată. Cea mai mare parte a alimentelor este consumată de microorganisme în metabolismul energetic, timp în care un număr mare de produse metabolice sunt eliberate în mediu: acizi, alcooli, dioxid de carbon, hidrogen etc. Această caracteristică a microorganismelor este utilizată pe scară largă în practica de prelucrare. materiile prime vegetale, animale și nealimentare și provoacă deteriorarea materiilor prime alimentare.

2 Compoziția chimică a microorganismelor. Compoziția substanțelor organismului microorganismelor diferă puțin de compoziția corpului plantelor și animalelor.

Pentru a determina cerințele nutritive ale microorganismelor, este necesar să se cunoască compoziția chimică a acestora. Compoziția elementară a celulelor microbiene este destul de diversă și este prezentată ca procent din substanța uscată a celulei: carbon-50, oxigen-20, azot-14, hidrogen-8, fosfor-3, sulf, potasiu, sodiu - 1 fiecare, calciu, magneziu, clor 0,5 fiecare, fier 0,2, toate celelalte 0,3. Aceste elemente joacă roluri fiziologice diferite. Astfel, carbonul, oxigenul, azotul și hidrogenul fac parte din toate organismele vii, fără excepție, se numesc organogeni. Aceste elemente formează baza substanțelor organice; hidrogenul și oxigenul fac parte din apă; Oxigenul este necesar pentru respirația microorganismelor aerobe. Fosforul și sulful îndeplinesc, de asemenea, o funcție fiziologică importantă. Fosforul face parte din compușii organici importanți ai celulei - fosfolipide, ATP etc. Sulful este necesar pentru aminoacizii care conțin sulf (cistina, cisteină, homocisteină, metionină), fără de care sinteza proteinelor este imposibilă.

O celulă microbiană este formată din apă și substanțe uscate. Cantitatea de apă pentru majoritatea microbilor variază de la 75 la 85% și se găsește în celulă în stări libere și legate, ceea ce este important în viața microorganismelor, deoarece toate substanțele intră în celulă numai cu apă și produsele metabolice sunt îndepărtate din celula cu ea. Apa liberă servește ca mediu dispersat pentru coloizi și ca solvent pentru diferiți compuși organici și minerali. Apa legată este un element structural al citoplasmei și nu poate fi un solvent. Conținutul de apă dintr-o celulă se modifică în funcție de condițiile de mediu, de starea fiziologică a celulei, de vârsta acesteia etc. Sporii bacteriilor și ciupercilor conțin mult mai puțină apă decât celulele vegetative datorită conținutului scăzut de apă liberă. Pierderea de apă liberă duce la uscarea celulelor și la modificări ale metabolismului. Odată cu pierderea apei legate, structurile celulare sunt perturbate și are loc moartea celulară.

Substanța uscată a celulelor microorganismelor nu depășește 15-25% și constă predominant (până la 85-95%) din compuși organici - proteine, carbohidrați, acizi nucleici, lipide și alți compuși.

Proteinele sunt componentele principale ale celulei. Conținutul lor depinde de tipul de microorganisme, de condițiile de creștere și de vârstă și este în medie de la 40 la 60%. În ceea ce privește compoziția aminoacizilor, proteinele microorganismelor sunt similare cu proteinele altor organisme. Unele proteine ​​(enzime) îndeplinesc funcții catalitice: realizează diverse reacții biochimice care apar constant în celula microbiană).

Multe microorganisme pot acumula cantitati mari de proteine ​​in celulele lor si pot fi considerate producatoare de proteine ​​alimentare si furajere. Rentabilitatea producției industriale a unor astfel de „produse proteice” este determinată de acumularea rapidă a biomasei microbiene și de utilizarea de materii prime ieftine, nerare (deșeuri din diverse industrii) pentru cultivarea lor.

Carbohidrații reprezintă 15-20% din substanța uscată și se găsesc în celulele microbiene în principal sub formă de polizaharide. Carbohidrații sunt incluși în capsule. Membranele celulare și citoplasma și servesc, de asemenea, ca substanțe de rezervă sub formă de incluziuni de granuloză și glicogen.

Acizii nucleici se găsesc în celule sub formă de acid ribonucleic (ARN) și acid dezoxiribonucleic (ADN). ADN-ul este concentrat în principal în nucleul celulelor eucariote și în nucleozii procariote (celule bacteriene). Molecula de ADN codifică toate informațiile ereditare ale celulei și „înregistrează” toate trăsăturile viitorului organism, dezvoltate în procesul de evoluție lungă și caracteristice unei specii date. ARN-ul este concentrat predominant în citoplasmă și ribozomi.

Lipidele alcătuiesc 3-10% din substanța uscată, fac parte din membranele celulare și protejează în mod fiabil celula de influențele mediului și se depun, de asemenea, sub formă de granule de rezervă. Unele lipide sunt asociate cu alte substanțe celulare, formând complexe (esteri ai acizilor și carbohidraților, ceară și fosfolipide). Pigmentii si colorantii determina culoarea microorganismelor. Bacteriile fotosintetice conțin pigmenți speciali, cum ar fi clorofila vegetală - bacterioclorofila. Bacteriile fototrofe și unele drojdii formează pigmenți - carotenoizi, care, ca și bacterioclorofila, participă la asimilarea dioxidului de carbon. Unele ciuperci (miceliale și drojdii) produc carotenoide galben-roz și portocaliu în cantități semnificative, care sunt provitamine ale vitaminei A.

Mineralele constituie 5-15% din substanța uscată a celulei și sunt reprezentate de sulfați, fosfați, carbonați și cloruri. Fosfații pot fi sub formă liberă și pot face parte din diverși compuși (acizi nucleici, ADP, ATP). Compușii minerali joacă un rol important în reglarea presiunii intracelulare și a stării coloidale a citoplasmei. Ele influențează viteza și direcția reacțiilor biochimice, sunt stimulente de creștere și activatori ai enzimelor.

3 Nutriția celulei microbiene. Anabolismul microorganismelor. Nutriția este procesul de asimilare de către o celulă microbiană a nutrienților proveniți din mediu, în urma căruia aceștia sunt transformați în componente ale structurilor biologice ale celulei sau depuse în aceasta sub formă de rezerve. Majoritatea microorganismelor, precum plantele, au holofitic mod de nutriție, sau digestie extracelulară (externă), care are loc în mediu (substrat) sub influența exoenzimelor microorganismelor.

De asemenea este si holozoic metoda de nutriție (digestia intracelulară), care are loc sub influența endoenzimelor. Este inerentă celor mai simple și unor organisme slab organizate și se caracterizează prin ingestia (învăluirea) particulelor dense de alimente, digestia și transformarea acestora în compuși solubili (endocitoză).

Posibilitatea de pătrundere a substanțelor din exterior într-o celulă este determinată de mulți factori: dimensiunea și structura moleculelor lor; capacitatea de a se dizolva în componente ale membranei citoplasmatice; concentrația de substanțe în celulă și în mediu. Proprietățile peretelui celular și ale membranei citoplasmatice, care sunt bariere prin care nutrienții trebuie să pătrundă în celulă, sunt de asemenea importante; Contează sarcina electrică a suprafeței celulei etc.

Substanțele medii nutritive pot pătrunde în celulă în stare dizolvată. Compușii organici complecși insolubili trebuie să sufere descompunerea în alții mai simpli în afara celulei, ceea ce are loc cu ajutorul exoenzimelor microorganismelor.

Peretele celular este permeabil și reține doar macromolecule. Membrana citoplasmatică este semi-permeabilă și servește ca o barieră osmotică, deoarece permeabilitatea sa la diferite substanțe variază. Există mai multe moduri cunoscute prin care nutrienții pătrund în celulă.

Difuzie pasivă respectă legile osmozei. În timpul pătrunderii osmotice a substanțelor printr-o membrană semipermeabilă forta motrice este diferența de presiuni osmotice (concentrații de substanțe) în soluții de pe ambele părți ale membranei, i.e. între mediu și celulă. În același timp, concentrația de săruri dizolvate în interiorul celulei este puțin mai mare (comparativ cu substratul), iar deoarece apa, conform legii osmozei, tinde spre concentrația opusă, ea pătrunde în celulă, purtând cu ea nutrienți. Un astfel de transfer pasiv de substanțe (de-a lungul unui gradient de concentrație) are loc până când concentrațiile sunt egalizate și nu necesită cheltuieli de energie. În acest caz, tensiunea internă a celulei (așa-numita turgență) este una dintre principalele condiții care asigură aprovizionarea normală cu nutrienți. Pentru majoritatea microorganismelor, turgul este cel mai pronunțat la concentrația de sare de 0,85% în mediu. Această concentrație se numește izotonă.

La concentrație hipertonă, adică cand creste la 2-3% apare plasmoliza(deshidratare) - compresie, încrețire a citoplasmei și desprinderea acesteia de peretele celular. Când microorganismele sunt plasate într-o soluție hipotonă (de exemplu, apă distilată), apa curge direct în celulă. În același timp, volumul celulei crește, are loc umflarea și distrugerea membranei celulare. Acest fenomen se numește plasmoptizie.

Difuzare facilitată . Viteza de transport a substanțelor în celulă în condiții de creștere a concentrației de substrat crește până la o anumită limită. Cu difuzie facilitată, pe lângă gradientul de concentrație, purtătorii electrici localizați în membrana funcționează: substratul se combină cu un proton și o proteină purtătoare și difuzează în celulă de-a lungul gradientului electric. Transportoarele sunt specifice substratului. Astfel, celulele de drojdie absorb zaharurile prin difuzie facilitată, iar în anaerobi, unii compuși sunt absorbiți și produsele metabolice sunt eliberate în acest fel.

Transport activ . Furnizarea de nutrienți se realizează pe un gradient de concentrație cu cheltuială de energie din partea celulei și cu participarea proteinelor purtătoare specifice (permeaze) localizate în membrana citoplasmatică. Permeazele sunt similare cu enzimele și au specificitate de substrat - fiecare transportă o substanță specifică. Pe partea exterioară a membranei citoplasmatice, permeaza adsorb substanța, intră într-o relație temporară cu aceasta și difuzează complet prin membrană, eliberând-o în citoplasmă pe partea interioară. Eliberarea substanțelor dizolvate are loc atât cu participarea permeazelor - prin difuzie facilitată, cât și, aparent, prin difuzie pasivă.

4 Schimb constructiv. Alimentele trebuie să conțină substanțe care să satisfacă nevoia microorganismelor pentru elementele chimice și energia necesară sintezei substanțelor și structurilor celulare. În funcție de ce elemente chimice provin din substanțele mediului nutritiv, se numesc surse de carbon, azot, fosfor etc.

Microorganismele obțin oxigen și hidrogen din apă, de asemenea, sunt conținute în mulți compuși organici utilizați.

Cerințele microorganismelor pentru sursele de carbon și azot sunt foarte diverse.

Surse de carbon. În funcție de sursa de carbon utilizată în metabolismul constructiv, microorganismele sunt împărțite în două grupe: autotrofi(auto-hrănire) și heterotrofi(se hrănesc cu alții).

Autotrofii absorb carbonul din dioxidul de carbon din aer și, în funcție de tipul de energie folosit pentru fixarea CO 2 , se numesc foto- și, respectiv, chemosintetic.

Fotosintetice utilizați energia razelor solare. Se aseamănă cu plantele verzi care formează carbohidrați din CO 2 și H 2 O în timpul fotosintezei. Acest grup include bacterii colorate care au pigmenți de tip clorofilă în citoplasma celulelor lor, cum ar fi bacteriile cu sulf violet, algele albastre-verzi etc.

Chemositi utilizați energia reacțiilor chimice de oxidare a substanțelor minerale (anorganice). Acestea includ bacterii nitrificante, bacterii incolore cu sulf, bacterii de fier, bacterii filamentoase, tionice, cu hidrogen etc.

Surse de azot. În funcție de sursa de azot, toate microorganismele pot fi, de asemenea, împărțite în două grupe: aminoautotrofe şi aminoheterotrofe.

Aminoautotrofe absorb azotul din surse anorganice. Sunt reprezentate de două subgrupe: microorganisme fixatoare de azot și nitriți-nitrați. Subgrupul de fixare a azotului este capabil să asimileze azotul molecular din aer (actinomicete, fixatori de azot - viață liberă și simbiotică). Microorganismele nitriți-nitrați oxidează amoniacul în săruri ale acizilor azot și azotic și asimilează aceste forme oxidate de azot.

Aminoheterotrofe folosiți surse organice de azot. Acestea includ dezaminarea, peptona, microorganismele proteolitice și paratrofice. Microorganismele dezaminatoare pot asimila doar aminoacizi (unele bacterii patogene). Bacteriile peptonice consumă numai compuși organici precum peptonele, deoarece nu sunt capabile să descompună moleculele proteice întregi (acid lactic, bacterii cu acid propionic, enterococi, micrococi și E. coli). Microorganismele proteolitice sau putrefactive folosesc ca sursă de azot proteinele naturale, care sunt descompuse în prealabil de exoenzimele lor (bacterii putrefactive, actinomicete, mucegaiuri). Microorganismele parotrofe folosesc substanțe proteice ale unui organism viu (patogene) ca sursă de azot.

Nu este întotdeauna posibil să se stabilească o linie ascuțită între autotrofi și heterotrofe. Unele microorganisme patogene din mediul extern duc un stil de viață saprofit, iar invers, unele saprofite, în funcție de starea microorganismului, pot provoca boli.

Elemente minerale. O celulă microbiană are nevoie de minerale. Nevoia de ele este mică, dar fără unele elemente creșterea și dezvoltarea microorganismelor este imposibilă. Potasiul activează procesele enzimatice și accelerează procesele fiziologice. Magneziul face parte din clorofila din bacteriile cu sulf verde și violet și activează carboxilaza, peptidaza și alte enzime. Fosforul face parte din acizii nucleici și participă activ la procesele de respirație (oxidare). Sulful este una dintre componentele proteinelor și face parte din unii aminoacizi. Fierul este necesar în cantități mici; face parte din enzimele respiratorii și accelerează procesele de oxidare. Microelementele sunt necesare celulelor microbiene în cantități și mai mici, dar deficiența lor duce la perturbarea creșterii și dezvoltării normale. Molibdenul, borul, manganul, cobaltul, cuprul și alte oligoelemente sunt componente ale multor enzime și vitamine. Pentru a obține aceste elemente chimice, în mediile nutritive pentru microorganisme se introduc compuși minerali.

Factori de creștere . Activatorii proceselor biologice sunt vitaminele și compușii asemănători vitaminelor în acțiunea lor. Unele microorganisme trebuie să primească vitamine în formă gata preparată, în timp ce altele sintetizează vitamine în cantități care depășesc semnificativ propriile nevoi. Aceasta este baza pentru calea microbiologică pentru producerea de riboflavină (vitamina B2), carotenoide (provitamina A) și ergosterol (provitamina D).

Cultivarea microbilor în condiții de laborator se realizează pe medii nutritive artificiale. Pentru heterotrofe, mediile ar trebui să conțină extracte din produse de origine animală și vegetală cu adaos de peptonă. Peptona este o sursă universală de azot, care este un produs al defalcării incomplete a proteinelor de către enzima pepsină într-un mediu acid. Spre deosebire de animale, mulți microbi pot folosi o mare varietate de substraturi ca hrană. Ele cresc pe hârtie, lemn, piele, cauciuc etc. Unii dintre ei folosesc hidrocarburi de parafină, ulei și kerosen pentru existența lor; iar altele sunt medii elective (selective, selective) care au o anumită compoziție.

5 Metabolismul energetic. Procesele descrise mai sus proces constructiv– sinteza substanțelor celulare din nutrienții furnizați din exterior, transferul activ al acestor substanțe prin membrana citoplasmatică și multe alte procese vitale - au loc cu cheltuirea energiei. Microorganismele au surse variate de energie.

U fotoautotrofe Sursa de energie este lumina vizibilă. Energia luminoasă este captată de pigmenții fotoactivi ai celulei în timpul fotosintezei, transformată în energie chimică și asigură nevoile de energie ale celulei.

Sursa de energie la chimioautotrofi servește ca energie chimică obținută din oxidarea compușilor anorganici (amoniac, hidrogen sulfurat etc.).

Chemoheterotrofe obţine energie prin oxidarea compuşilor organici. Orice substanță organică naturală și multe cele sintetice pot fi folosite de chimioheterotrofi. Dar unele sunt capabile să oxideze multe substanțe organice, în timp ce altele sunt capabile să oxideze doar o mică selecție dintre ele. Unele microorganisme pot prezenta o specificitate mai mare pentru materialul energetic.

Deoarece toate microorganismele care provoacă alterarea alimentelor și sunt utilizate în prelucrarea materiilor prime alimentare sunt chimioheterotrofe, procesele lor de producere a energiei sunt discutate mai jos. Acestea includ respirația (1) și fermentația (2). Ecuațiile rezumative sunt după cum urmează:

C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+674 kcal,

C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 CH 2 OH + 2CO 2 +27 kcal.

Respirația (oxidarea biologică) este un proces complex de oxidare a diverșilor compuși organici și a unor compuși minerali (nitrați și sulfați). Respirația nitraților - reducerea nitraților la azot molecular - are loc după următoarea schemă. Respirația sulfatului este reducerea sulfaților la hidrogen sulfurat, însoțită de eliberarea aceleiași cantități de energie:

5C 6 H 12 O 6 +24КNO 3 →24КНСО 3 +18Н 2 О+12N 2 +6СО 2 +270 kcal.

C6H12O6+3K2SO4 →3K2CO3+3CO2+3H2O+3H2S+270 kcal.

Ca urmare a proceselor redox și a fermentației, se generează energie termică, din care o parte este utilizată de celula microbiană, iar restul este eliberată în mediu. În prezent, oxidarea este definită ca procesul de îndepărtare a hidrogenului (dehidrogenare), iar reducerea este adăugarea acestuia. Acești termeni se aplică reacțiilor care implică transferul de protoni și electroni, sau numai electroni. Când o substanță este oxidată, electronii se pierd, iar când o substanță este redusă, aceștia sunt câștigați.

Există două tipuri de oxidare biologică: directă și indirectă. În oxidare directă, substanțele organice precum hidrogenul molecular, monoxidul de carbon, metanul, sulful, amoniacul, sărurile acidului azotat, fierul etc. sunt oxidate de oxigenul atmosferic folosind enzimele oxidaze. Prin oxidarea directă a substanțelor anorganice, bacteriile autotrofe din sol obțin energie.

În oxidarea indirectă, hidrogenul este îndepărtat din donor și adăugat în acceptor. Prin urmare, oxidarea indirectă se numește dehidrogenare. Substanțele organice suferă o oxidare indirectă prin dehidrogenare folosind dehidrogenaze. Se face o distincție între dehidrogenarea aerobă și anaerobă. În dehidrogenarea aerobă, microorganismele folosesc oxigenul atmosferic ca acceptor final de hidrogen. Hidrogenul este scindat de la donor folosind enzima dehidrogenaza si nu este transferat imediat la acceptor, ci trece printr-o serie de etape intermediare.

În timpul dehidrogenării aerobe, are loc oxidarea completă și incompletă. În cazul oxidării complete, produsele finale sunt apa și dioxidul de carbon, iar toată energia este eliberată. Cu oxidarea incompletă, doar o parte din energie este eliberată. Produșii finali ai oxidării aerobe incomplete a zahărului pot fi acizi organici: citric, malic, oxalic, succinic etc., care sunt formați de ciuperci de mucegai. Respirația aerobă este efectuată și de bacteriile acidului acetic:

CH3CH2OH+O2 →CH3COOH+H2O+80 kcal

În timpul dehidrogenării anaerobe, microbii nu folosesc oxigenul ca acceptor de hidrogen, ci azotul, sulful, carbonul și alți compuși care se formează în timpul descompunerii substratului (acid piruvic). În acest caz, hidrogenul se combină destul de ușor cu azotul, sulful și carbonul, care sunt reduse la amoniac, hidrogen sulfurat și metan.

Dehidrogenarea carbohidraților se numește fermentație și are loc adesea în condiții anaerobe. Produșii finali ai fermentației sunt acizi organici, alcooli etilici și butilici, acetonă și alte produse. Astfel, oxidarea directă și dehidrogenarea conduc la același rezultat - oxidarea substratului, adică. extracția hidrogenului din substrat și adăugarea acestuia la acceptor (reducere). Transferul de electroni este întotdeauna însoțit de eliberarea de energie, care este imediat utilizată de celulă cu ajutorul compușilor speciali ATP și ADP (adenozin trifosfat și adenozin difosfat). În ele, se acumulează în legături fosfatice organice (macroergice) și este consumată de celulă la nevoie.

În funcție de tipul de respirație, microorganismele sunt împărțite în patru grupe principale: obligate aerobi, obligatoriu și facultativ- anaerobi Și microaerofilele .

Obligatoriu (strict) aerobi Ele cresc cu acces liber la oxigenul atmosferic și au enzime care asigură transferul hidrogenului de la donorul de electroni (substrat) la acceptorul final – oxigenul atmosferic. Se înmulțesc în prezența a până la 21% oxigen în atmosferă, în mediile nutritive, cresc pe straturile superioare (bacteriile cu acid acetic, agentul cauzator al tuberculozei, bacterii putrefactive pigmentate, multe mucegaiuri și alte microorganisme).

Anaerobi obligatorii capabil de reproducere numai într-o atmosferă lipsită de oxigen sau cu un conținut de oxigen de cel mult 5%. În aceste microorganisme, acceptorul final de hidrogen este substratul (substanțe care conțin azot, carbohidrați etc.). Acești microbi cresc în partea de jos a eprubetei sub un strat semnificativ de mediu nutritiv. Acest grup include acidul butiric și bacteriile de acid propionic, clostridiile putrefactive, agentul cauzator al botulismului, bifidobacteriile etc. Pentru unii anaerobi stricti, oxigenul este otravă.

Anaerobi facultativi dezvolta atat cu acces la oxigen cat si in absenta acestuia. Au un set de enzime care asigură tipuri aerobe și anaerobe de oxidare biologică (respirație). Se dezvoltă pe toată grosimea mediului nutritiv. Acesta este un grup mare de microorganisme, care includ bacterii lactice, stafilococi, bacterii Escherichia coli, bacterii putrefactive din genul Proteus.

Microaerofilele necesită mult mai puțin oxigen decât aerobii. Se dezvoltă atunci când concentrația de oxigen din mediu nu este mai mare de 10%, adică. au un tip de respirație aerob predominant (actinomicete, leptospira, agenți patogeni ai brucelozei, unele mucegaiuri).

Clasificarea după tipul de alimente . Când se clasifică după tipul de nutriție, tipul de energie folosit este pe primul loc, în funcție de aceasta, microorganismele sunt împărțite în fototrofe și chimiotrofe. Fiecare dintre aceste grupe, în funcție de substanța care se oxidează, se împarte la rândul său în litotrofe (lito-minerale, piatră) și organotrotrofe:

1. Fototrofe 2. Chemotrofe

1.1. Fotolitotrofe 2.1. Chemolitotrofi

1.2. Fotoorganotrofe 2.2. Chemoorganotrofe.

7 Creșterea și reproducerea microorganismelor.

Procesele metabolice complexe care au loc în celulă sunt reflectate de fenomene precum creșterea și reproducerea microorganismelor. „Creștere” înseamnă o creștere a masei celulare ca urmare a sintezei materialului celular. Rata de creștere a microorganismelor poate fi determinată prin împărțirea masei lor la numărul de indivizi pe unitate de volum la intervale de timp separate. Creșterea unei celule individuale se termină cu reproducere.

Reproducerea microbilor înseamnă capacitatea lor de a se reproduce singuri, adică. creşterea numărului de indivizi ai populaţiei microbiene pe unitatea de volum. Microorganismele se caracterizează prin rate mari de reproducere: pentru bacterii - 20 de minute; pentru drojdie - 30 - 90 de minute; pentru ciuperci filamentoase - 5-6 ore. Cu toate acestea, în realitate, o astfel de reproducere rapidă a microbilor nu are loc, deoarece durata perioadei de reproducere depinde de tipul de microorganism, vârsta, natura mediului, condițiile de cultivare (temperatură, pH, metaboliți acumulați etc.).

Reproducerea microorganismelor într-un volum limitat de mediu nutritiv lichid (într-o eprubetă, balon) are loc într-un anumit model și este prezentată în Fig. Această curbă caracterizează indirect și moartea celulelor, care are loc în paralel cu reproducerea celulară. Curba de propagare distinge patru faze secvențiale principale ale creșterii culturilor:

Faza inițială de întârziere de fază (faza de întârziere a creșterii);

Faza logaritmică - fază de întârziere;

Faza stationara;

Faza de moarte.

Faza de întârziere este o perioadă de creștere întârziată a microorganismelor, în timpul căreia microbii introduși în mediul nutritiv se adaptează la mediul nutritiv și încep să se înmulțească cu o viteză crescândă. Durata fazei de întârziere este de 1-4 ore și depinde de caracteristicile speciei ale microorganismelor, cantitatea de material inoculat, nutrienți etc. În această fază, dimensiunile celulelor sunt de trei până la cinci ori mai mari decât de obicei, au un nivel biochimic mai mare și activitate energetică și se caracterizează prin sensibilitate crescută la diverși factori bactericid.

Faza logaritmică este caracterizată de proliferarea rapidă și constantă a microbilor. Numărul de celule crește exponențial. În această perioadă, proprietățile morfologice sunt tipice acestei specii, întreaga populație este omogenă, celulele sunt rezistente la factori nefavorabili crește. Durata acestei faze este de 5-8 ore. Pentru prezența pe termen lung a microorganismelor în această fază (în așa-numita cultură continuă), noi porțiuni de mediu nutritiv sunt introduse continuu în vas și, în același timp, cantitatea corespunzătoare de suspensie microbiană este îndepărtată din acesta împreună cu substanțele metabolice. produse.

Faza staționară completează perioada de creștere a culturii și durează 4-5 ore. Se caracterizează prin reproducerea echilibrată și moartea microorganismelor. Moartea microorganismelor are loc ca urmare a epuizării mediului nutritiv și a acumulării de produse metabolice. În această etapă, alături de celulele tipice, se găsesc forme degenerative și involutive.

Faza de moarte (îmbătrânirea culturii) este caracterizată prin moarte celulară masivă, adică. moartea într-un ritm constant la intervale regulate. Cauza morții celulare este o modificare a proprietăților fizico-chimice ale mediului și liza celulară sub acțiunea propriilor enzime. Microbii își pot pierde mobilitatea și capacitatea de a percepe culoarea la speciile purtătoare de spori, odată cu moartea celulelor vegetative, se formează spori, se modifică activitatea biochimică etc. Durata fazei poate varia de la 7-10 la 30 de zile.

Modelele descrise de dezvoltare a populației vor fi corecte atunci când sunt cultivate în condiții optime (compoziție mediu, pH, temperatură).

Creșterea microorganismelor într-un mediu nutritiv lichid se poate manifesta prin turbiditate și modificarea culorii mediului, prezența sau absența unui inel de perete și a peliculei de suprafață de diferite tipuri, prezența sau absența sedimentului.

Când se înmulțesc pe medii nutritive solide, microorganismele formează colonii, care sunt grupuri vizibile de indivizi din aceeași specie și se formează ca urmare a reproducerii, de regulă, a unei singure celule. Sunt rotunde, în formă de rozetă, în formă de stea, în formă de copac. Ele pot avea o suprafață netedă, pufoasă, convexă, plană, în formă de cupolă, deprimată. Structura marginii coloniei poate fi netedă (forma S) și aspră (forma R). Coloniile se disting prin diametru: mici - 1-2 mm, medii - 2-4 mm, mari - peste 4 mm. Coloniile diferă și prin consistență, densitate, transparență și culoare.

Tipuri diferite microorganismele formează colonii specifice pe medii nutritive solide și dau creștere caracteristică pe medii lichide. Caracteristicile creșterii microbiene pe mediile nutritive se numesc proprietăți culturale