Презентация на тему "Физиология и биохимия микроорганизмов"

Содержание

• 
  Слайд 1

  ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

• 
  Слайд 2

  N1

  Таблица 1. Макроэлементы, их источники и функции в бактериальной клетке.

  • Элемент
  • % от сухого веса
  • Источник
  • Функция
  • Углерод

  50

  • органические соединения или CO2
  • Основной компонент клеточного материала
  • Кислород

  20

  • H2O, органические соединения, CO2, и O2
  • Компонент клеточного материала и воды; O2 акцептор электронов при аэробном дыхании
  • Азот

  14

  • NH3, NO3, органические соединения, N2
  • Компонент аминокислот, нуклеиновых кислот, нуклеотидов и коферментов
  • Водород

  8

  • H2O, органические соединения, H2
  • Основной компонент органических соединений и клеточной воды
  • Фосфор

  3

  • Неорганический фосфат (PO4)
  • Компонент нуклеиновых кислот, нуклеотидов, фосфолипидов, LPS, тейхоевых кислот
  • Сера

  1

  • SO4, H2S, So, сера органических соединений
  • Компонент цистеина и метионина, глутатиона, нескольких коферментов
  • Калий

  1

  • Соли калия
  • Основной неорганический клеточный катион и кофактор некоторых энзимов
  • Магний

  0.5

  • Соли магния
  • неорганический клеточный катион, кофактор некоторых ферментативных реакций
  • Кальций

  0.5

  • Соли кальция
  • неорганический клеточный катион, кофактор некоторых ферментов и компонент эндоспор
  • Железо

  0.2

  • Соли железа
  • Компонент цитохромов и некоторых негемовых железосодержащих белков и кофакторы некоторых ферментативных реакций
• 
  Слайд 3
  

  • Катаболизм
  • Источник энергии
  • Анаболизм
  • Фотосинтез
  • Биополимеры (напр. белки)
  • Свет
  • Фотосинтетические механизмы
  • Внутриклеточный пул предшественников
  • Внеклеточные питательные вещества
  • АДФ
  • Биосинтетические промежуточные соединения
  • АДФ
  • Тепло
  • АТФ
  • АТФ
  • Тепло
  • Конечный продукт
• 
  Слайд 4

  Метаболизм прокариот

  • Метаболизм – совокупность ферментативных процессов, протекающих в клетке и обеспечивающих её энергетические и биосинтетические потребности.
  • Энергетический метаболизм (катаболизм) – поток реакций, сопровождающийся мобилизацией энергии и преобразованием её в электрохимическую или химическую форму,которая затем используется во всех энергозависимых процессах.
  • Конструктивный метаболизм (биосинтез, анаболизм) – поток реакций, в результате которых за счет поступающих извне веществ строится вещество клетки и при этом используется запасённая клеткой энергия.
• 
  Слайд 5
  

  • В зависимости отисточника углеродадля конструктивного метаболизма микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.
  • В зависимости от источника энергии – на фототрофы и хемотрофы.
  • В зависимости от источника электронов в энергетическом процессе – на литотрофы и органотрофы.
• 
  Слайд 6
  

  Основные пищевые типы прокариот

  • Пищевой тип
  • Источник энергии
  • Источник углерода
  • Примеры
  • Фотоавтотрофы
  • Свет
  • CO2
  • Цианобактерии, некоторые Пурпурные и Зеленые бактерии
  • Фотогетеротрофы
  • Свет
  • Органичес-киевещества
  • Некоторые Пурпурные и Зеленые бактерии
  • Хемоавтотрофы или Литотрофы (Литоавтотрофы)
  • Неорганические соединения, например
  • H2, NH3, NO2, H2S
  • CO2
  • Немногие бактерии и многие Археа
  • Хемогетеротрофы или гетеротрофы
  • Органические вещества
  • Органичес-кие вещества
  • Большинство бактерий и некоторые Археа
• 
  Слайд 7

  Метаболизм прокариот

  • Факторы роста – вещества,которые прокариоты по каким-либо причинам не могут синтезировать самостоятельно из используемого источника углерода (аминокислоты, пурины, пиримидины, витамины и др.). Такие вещества добавляют в питательные среды в готовом виде в небольших количествах.
  • Микроорганизмы, которым в дополнение к основному источнику углерода необходимы факторы роста, называются ауксотрофы.
  • Микроорганизмы, которые синтезируют все необходимые органические соединения из основного источника углерода самостоятельно, называются прототрофы.
• 
  Слайд 8
  

  Table 3. Общие витамины, требующиеся в питании некоторым бактериям.

  • Витамин
  • Коферментная форма
  • Функция
  • p-Аминобензой-ная кислота (PABA)
  • Предшественник биосинтеза фолиевой кислоты
  • Фолиевая кислота
  • Тетрагидрофолат
  • Перенос одноуглеродных соединений необходимых для синтеза тимина, пуриновых оснований, серина, метионина и пантотената
  • Биотин
  • Биотин
  • Биосинтетические реакции для CO2 фиксации
  • Липоевая кислота
  • Липоамид
  • Перенос ацильных групп при окислении кeтoкислот
  • Меркаптоэтан-сернистая кислота
  • Кофермент M
  • CH4 продукция при метаногенезе
  • Никотиноваякислота
  • NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) и NADP
  • Перенос электронов при дегидрогеназных реакциях
  • Пантотеновая кислота
  • Кофермент A и Ацил- транспортный протеин (ACP)
  • Окисление кетокислот и перенос ацильных групп в метаболических реакциях
  • Пиридоксин (B6)
  • Пиридоксальфосфат
  • Трансаминирование, дезаминирование, декарбоксилирование и рацемирование аминокислот
  • Рибофлавин (B2)
  • FMN (flavin mononucleotide) и FAD (flavin adenine dinucleotide)
  • Окислительно-востановительные реакции
  • Тиамин (B1)
  • Тиаминпирофосфат (TPP)
  • Декарбоксилирование кетокислот и реакции трансаминирования
  • B12
  • Кобаламин, связанный с адениновым нуклеозидом
  • Перенос метильных групп
  • K
  • Хиноны и нафтохиноны
  • Электронтранспортные процессы
• 
  Слайд 9
  

  Минимальная питательная среда для роста Bacillus megaterium. Пример химически-определенной питательной среды для роста гетеротрофных бактерий.

  • Компонент
  • Количество
  • Функция компонента
  • Сахароза 10.0 г
  • Источник энергии и С
  • K2HPO4 2.5 г
  • pH буфер; источник P и K
  • KH2PO4 2.5 г
  • pH буфер; источник P и K
  • (NH4)2HPO4 1.0 г
  • pH буфер; источник N и P
  • MgSO4 7H2O 0.20 г
  • Источники S и Mg++
  • FeSO4 7H2O
  • 0.01 г
  • Источник Fe++
  • MnSO4 7H2O
  • 0.007 г
  • Источник Mn++
  • вода
  • 985 мл
  • pH 7.0
• 
  Слайд 10
  

  Синтетическая питательная среда (также среда обогащения) для роста литотрофных бактерий (Thiobacillus thiooxidans).

  • Компонент
  • Количество
  • Функция компонента
  • NH4Cl
  • 0.52 г
  • Источник N
  • KH2PO4
  • 0.28 г
  • Источник P и K
  • MgSO4 7H2O
  • 0.25 г
  • Источник S и Mg++
  • CaCl2 2H2O
  • 0.07 г
  • Источник Ca++
  • S
  • 1.56 г
  • Источник энергии
  • CO2
  • 5%*
  • Источник C
  • Вода
  • 1000 мл
  • pH 3.0

  * Периодически среду продувают воздухом с 5% CO2.

• 
  Слайд 11
  

  Table 5a. Комплексная питательная среда для роста требовательных бактерий.

  • Компонент
  • Количество
  • Функция компонента
  • Мясной экстракт 1.5 г
  • Источник витаминов и других факторов роста
  • Дрожжевой экстракт 3.0 г
  • Источник витаминов и других факторов роста
  • Пептон 6.0 г
  • источник аминокислот, N, S, и P
  • Глюкоза 1.0 г
  • Источник C и энергии
  • Агар 15.0 г
  • Инертный уплотняющий агент
  • Вода
  • 1000 мл
  • pH 6.6
• 
  Слайд 12
  

  Табл 6. Термины, описывающие отношения микроорганизмов к O2.

  • Условия среды
  • Группа
  • Аэробиоз
  • Анаэробиоз
  • O2 эффект
  • Облигатные аэробы
  • Рост
  • Нет роста
  • Требуется (используется для аэробного дыхания)
  • Микроаэрофилы
  • Рост, если уровень O2 не слишком высок
  • Нет роста
  • Требуется но при уровне ниже 0.2 атм
  • Облигатные анаэробы
  • Нет роста
  • Рост
  • Токсичен
  • Факультативные анаэробы
  • Рост
  • Рост
  • Не требуется для роста, но используется когда доступен
  • Аэротолерантные
  • анаэробы
  • Рост
  • Рост
  • Не требуется и не используется
• 
  Слайд 13
  

  Table 7. Распределение супероксид дисмутазы, каталазы и пероксидазы в прокариотах с различным уровнем толерантности к O2.

  • Группа
  • супероксид дисмутаза
  • Каталаза
  • Пероксидаза
  • Облигатные аэробы и большинство факультативных анаэробов (напр. Энтеробактерии)
  • Большинство аэротолерантных анаэробов (напр. Streptococci)
  • Облигатные анаэробы (напр. Clostridia, Methanogens, Bacteroides)

• 
  Слайд 14
  

  [O2-] + [O2-] + 2H+ O2 + H2O2

  • Cупероксид дисмутаза
  • Пероксидаза
  • Каталаза
  • Н2О
  • NADH + H+ NAD+ 2H2O
  • 2H2O + O2
  • O=O
  • 1e-
  • Хинолы или FAD и FMN- зависимые ферменты (неспецифические)
• 
  Слайд 15

  Культивирование анаэробных микроорганизмов.

• 
  Слайд 16
  

  Фигура 2. Уровни pH окружающей среды для роста трех классов прокариот. Большинство свободноживущих бактерий выращивают в диапазоне pH приблизительно три единицы. Обратите внимание на симметрию кривых ниже и выше оптимума pH для роста.

  Относительная скорость роста

  • Ацидофилы
  • Нейтрофилы
  • Алкалофилы

• 
  Слайд 17
  

  Table 8. Минимум, максимум и оптимум pH для роста некоторых бактерий.

  • Организмы
  • Минимум рН
  • Оптимум pH
  • Максимум pH
  • Thiobacillus thiooxidans
  • 0.5
  • 2.0-2.8
  • 4.0-6.0
  • Sulfolobus acidocaldarius
  • 1.0
  • 2.0-3.0
  • 5.0
  • Bacillus acidocaldarius
  • 2.0
  • 4.0
  • 6.0
  • Zymomonas lindneri
  • 3.5
  • 5.5-6.0
  • 7.5
  • Lactobacillus acidophilus
  • 4.0-4.6
  • 5.8-6.6
  • 6.8
  • Staphylococcus aureus
  • 4.2
  • 7.0-7.5
  • 9.3
  • Escherichia coli
  • 4.4
  • 6.0-7.0
  • 9.0
  • Clostridium sporogenes
  • 5.0-5.8
  • 6.0-7.6
  • 8.5-9.0
  • Erwinia caratovora
  • 5.6
  • 7.1
  • 9.3
  • Pseudomonas aeruginosa
  • 5.6
  • 6.6-7.0
  • 8.0
  • Thiobacillus novellus
  • 5.7
  • 7.0
  • 9.0
  • Streptococcus pneumoniae
  • 6.5
  • 7.8
  • 8.3
  • Nitrobacter sp
  • 6.6
  • 7.6-8.6
  • 10.0
• 
  Слайд 18
  

  Table 9. Термины используемые для описания температурных характеристик микроорганизмов.

  • Группа
  • Минимум
  • Oптимум
  • Mаксимум
  • Комментарии
  • Psychrophile
  • Ниже 0
  • 10-15
  • Ниже 20
  • Рост лучше при относительно низкой T
  • Psychrotroph
  • 0
  • 15-30
  • Выше 25
  • Способны расти при низких T, но предпочитает умеренные T
  • Mesophile
  • 10-15
  • 30-40
  • Ниже 45
  • Большинствобактерийобитающихвсимбиозестеплокровными
  • Thermophile
  • 45
  • 50-85
  • Выше 100 (кипение)
  • Среди всех thermophiles существуют широкие вариации в оптимуме, максимуме и минимуме T
• 
  Слайд 19
  

  Уровень роста в зависимости от температуры для четырех классов бактерий окружающей среды. Большинство бактерий растут в температурном диапазоне равном, приблизительно, 30 градусам. Кривые показывают три кардинальные точки: минимум, оптимум и максимум температуры для роста. Имеется устойчивое увеличение уровня роста между минимальными и оптимальными значениями температуры, но резкое снижение уровня роста с приближением Т к максимуму.

  Генерации/час

  • Экстремальные термофилы (Thermococcus)
  • Термофилы (Thermus)
  • Мезофилы (Eschrichia)
  • Психрофилы (Flavobacterium)
• 
  Слайд 20

  ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ БАКТЕРИЙ НА ГРУППЫ ПО ОТНОШЕНИЮ К ТЕМПЕРАТУРЕ.

  ПСИХРОФИЛЫ –оптимум менее 20 ⁰ С

  - Vibrio marinus

  - Pseudomonas fluorescens

  - Yersinia enterocolitica

  МЕЗОФИЛЫ - оптимум 30 - 40 ⁰ С

  ТЕРМОФИЛЫ - оптимум 45 - 65 ⁰ С

  - Bacillus stearotermophilus

  - Thermoactinomyces vulgaris

• 
  Слайд 21
  

  Table 10a. Минимум, максимум и оптимум температуры для роста некоторых бактерий и archaea.

  • Температура для роста (Cо)
  • Бактерии
  • Mинимум
  • Oптимум
  • Maксимум
  • Listeria monocytogenes
  • 1
  • 30-37
  • 45
  • Vibrio marinus
  • 4
  • 15
  • 30
  • Pseudomonas maltophilia
  • 4
  • 35
  • 41
  • Thiobacillus novellus
  • 5
  • 25-30
  • 42
  • Staphylococcus aureus
  • 10
  • 30-37
  • 45
  • Escherichia coli
  • 10
  • 37
  • 45
  • Clostridium kluyveri
  • 19
  • 35
  • 37
  • Streptococcus pyogenes
  • 20
  • 37
  • 40
  • Streptococcus pneumoniae
  • 25
  • 37
  • 42
  • Bacillus flavothermus
  • 30
  • 60
  • 72
  • Thermus aquaticus
  • 40
  • 70-72
  • 79
  • Methanococcus jannaschii
  • 60
  • 85
  • 90
  • Sulfolobus acidocaldarius
  • 70
  • 75-85
  • 90
  • Pyrobacterium brockii
  • 80
  • 102-105
  • 115
• 
  Слайд 22
  

  РОСТ – координированное увеличение размеров и веса клетки.

  РАЗМНОЖЕНИЕ –увеличение во времени числа клеток микроорганизмов в питательной среде.

  Изменение численности популяции микроорганизмов выражается кривой роста.

• 
  Слайд 23
  
• 
  Слайд 24
  

  Время генерации (время удвоения)для разных видов прокариот в благоприятных условиях

  • Escherichia coli &20 мин
  • Staphylococcus aureus
  • Borrelia hermsii8ч
  • Mycobacterium tuberculosis14-16 ч
  • Treponema pallidum33 ч
  • Mycobacterium leprae21 день
• 
  Слайд 25