Химический состав бактерий

Физиология микроорганизмов

Микроорганизмы - это уникальные биологические системы, широко распространенные в природе.

Несмотря на простоту строения, бактериальная клетка живет и размножается, растет, стареет и умирает, как и любая другая клетка живой природы.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмов их клетки непрерывно претерпевают количественные и качественные изменения, определяющие их способность приспосабливаться к окружающей среде.

Физиология микроорганизмов изучает:

1. Жизнедеятельность микробной клетки.

2. Процессы питания.

3. Дыхание.

4. Размножение и рост.

5. Закономерности взаимодействия с окружающей средой.

Физиологию микроорганизмов необходимо знать для:

§ постановки диагноза на инфекционные болезни;

§ понимания патогенеза инфекционного заболевания;

§ выбора тактики лечения и профилактики болезни;

§ изучения механизмов культивирования, дифференцирования и идентификации микроорганизмов;

§ разработки технологий производства биопрепаратов.

Химический состав бактерий

Клетка - универсальная единица живой материи.

По химическому составу существенных отличий прокариотических и эукариотических клеток нет.

ВОДА – 70 - 90%

СУХОЙ ОСТАТОК – 10 - 30%

СУХОЙ ОСТАТОК		БЕЛОК – 50 - 80%
УГЛЕВОДЫ – 12 - 15%
ЛИПИДЫ – 9 - 10 (40)%
РНК – 10 - 16%
ДНК – 3 - 4%
МИН. ВЕЩЕСТВА – 2 - 14 (40)%

Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются кислород, водород, углерод, азот, фосфор. В состав бактерий входит 70-90% воды и 10-30% сухого остатка.

Вода выполняет роль

1. Растворитель - участвует в обменных процессах (дисперсия белков, углеводов, жиров).

2. Механическая - обеспечивает тургор.

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

Химические элементы, входящие в состав бактерий можно разделить на три основные группы – биогенные, макроэлементы, микроэлементы.

Биогенныехимические элементы - 95% сухого остатка

С, О, N, H

Макроэлементы - 4,99%

P, S,Cl, K, Mg, Ca, Na

Микроэлементы - 0,01%

Fe, Cu, I, Co, Mo и др.

На долю биогенных химических элементов приходится 95% сухого остатка, в т.ч. 50% - C, 20% - O, 15% - N, 10% - H.

На микроэлементы приходятся доли процента, однако они имеют важное значение в обменных процессах.

Белки встречаются во всех структурных элементах клетки. Белки могут быть более простые (протеины), состоящие из аминокислот, и сложные (протеиды), состоящие из аминокислот и других веществ (полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды). Такие сложные белки называют нуклеопротеиды, глюкопротеиды, липопротеиды.

Выделяют структурные (структурообразующие) и функциона-льные (регуляторные) белки. К последним относятся ферменты.

Белки участвуют в обмене веществ (ферменты, резервные белки (запасные вещества), входят в состав структурных компонентов клетки (флагеллин, белки клеточной стенки, пилин и др.).

Белкиобуславливают:

§ ферментативную активность;

§ антигенность;

§ иммунногеность;

§ вирулентность;

§ видовую принадлежность;

§ приспособляемовть к факторам внешней среды.

В состав белков микроорганизмов входят как обычные для эукариотов аминокислоты, так и оригинальные - диаминопимелиновая, D-аланин, D-глютанин, входящие в состав пептидогликанов и капсул некоторых бактерий.

Только в спорах находится дипиколиновая кислота, с которой связана высокая резистентность спор.

Жгутики построены из белка флагеллина, обладающего сократительной способностью и выраженными антигенными свойствами.

Пили (ворсинки) содержат особый белок - пилин.

Белки входят в состав пептидогликана - биополимера, составляющего основу бактериальной клеточной стенки.

Свойства пептидогликана:

· содержит родо- и видоспецифические антигенные детерминанты;

· Запускает классический и альтернативный пути активации системы комплемента;

· тормозит фагоцитарную активность и миграцию макрофагов;

· инициирует развитие гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ);

· обладает противоопухолевым действием;

· оказывает пирогенное действие, т.е. вызывает лихорадку.

Углеводы делятся на простые (моно- и дисахариды) и сложные (полисахариды) - глюкопротеиды, липополисахариды.

Углеводы в бактериальной клетке встречаются чаще в виде полисахаридов, которые могут быть экзо- и эндоклеточными.

Среди экзоклеточных полисахаридов выделяют каркасные (входят в состав капсул) и истинно экзополисахариды (выходят из бактериальных клеток во внешнюю среду).

Среди бактериальных полисахаридов многие находят применение в медицине, биотехнологии, молекулярной биологии.

Декстраны - полисахариды с большой молекулярной массой, по виду напоминают слизь.

В 6% концентрации декстран применяется в качестве кровезаменителя (полиглюкин).

Декстрановый гель сефадекс используется в колоночной хроматографии как молекулярное сито.

Эндоклеточные полисахариды - запасные питательные вещества клетки (крахмал, гликоген и др.).

Липополисахарид (ЛПС) - один из основных компонентов клеточной стенки грамотрицательных бактерий, представляет собой соединение липида с полисахаридом.

Синонимы ЛПС - эндотоксин, О - антиген.

ЛПС выполняет две основные функции:

§ определяет антигенную специфичность бактерий;

§ является одним из основных факторов патогенности, т.к. представляет собой эндотоксин, токсические свойства которого проявляются преимущественно при разрушении бактериальных клеток.

ЛПС запускает синтез более 20 биологически активных веществ, определяющих патогенез эндотоксикоза и обладает пирогенным действием.

Липиды(главным образом фосфолипиды) содержатся в цитоплазматической мембране (липидный бислой), в также в наружной мембране грамотрицательных бактерий.

Микобактерии содержат большое количество липидов (до 40% сухого остатка).

В состав липидов входят различные жирные кислоты, весьма специфичные для разных групп микроорганизмов. Их определение имеет в ряде случаев диагностическое значение, например у анаэробов, микобактерий.

У микобактерий туберкулеза липиды определяют многие свойства:

§ устойчивость к кислотам, щелочам и спиртам;

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

§ устойчивость к солнечной радиации и дезсредствам;

§ патогенность.

Тейхоевые кислоты встречаются в клеточных стенках раммположительных бактерий. Представляют собой водорастворимые линейные полимеры, содержащие остатки глицерина или рибола, связанные фосфодиэфирными связями.

С тейхоевыми кислотами связаны главные поверхностные антигены ряда грамположительных бактерий.

Нуклеиновые кислоты– ДНК и РНК.

ДНК бактерий двух видов:

§ в нуклеоиде – хромосомная;

§ в плазмидах – внехромосомная.

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) находятся главным образом в рибосомах (рРНК – 80-85%).

Количество транспортных тРНК составляет – 10%, матричных (информационных) мРНК- 1-2%.