Готовая презентация · 6 слайдов
Физиология бактерий: как живут и функционируют прокариоты
Слайды и пояснения открыты без входа. Для скачивания PDF или PowerPoint понадобится войти.
Смотреть слайды
План презентации
2. Поступление веществ в клетку и осмотрофное питание
Наличие прочной клеточной стенки исключает фагоцитоз: бактерии питаются осмотрофно, поглощая вещества всей поверхностью клетки в растворённом виде. Крупные молекулы предварительно расщепляются внеклеточными экзоферментами. Экзоферменты — Внеклеточный гидролиз полимеров до мономеров Пассивный перенос — Простая и облегченная диффузия без затрат энергии Активный транспорт — Перенос веществ против градиента концентрации с расходом АТФ
Обратите внимание на физиологическое ограничение: ригидный муреиновый каркас не позволяет бактериям захватывать твердые частицы. Поэтому клетка секретирует наружу экзоферменты — протеазы, полисахаридазы и липазы. Образовавшиеся мономеры транспортируются через клеточную мембрану с помощью простой диффузии, облегченной диффузии и систем активного транспорта, расходующих АТФ или градиент протонов.
3. Классификация бактерий по типам питания
Метаболический тип бактерии определяется тремя параметрами: источником энергии (свет или химические реакции), донором электронов (органические или неорганические молекулы) и источником углерода (CO2 или готовая органика). Источник энергии — Фототрофы (свет) / Хемотрофы (окисление веществ) Донор электронов — Органотрофы (органический) / Литотрофы (неорганический: H2S, NH3) Источник углерода — Автотрофы (углекислый газ CO2) / Гетеротрофы (готовая органика)
В отличие от традиционного деления эукариот на авто- и гетеротрофов, микробиология использует более точную трехосевую классификацию. По источнику энергии выделяют фототрофов и хемотрофов. По донору водорода/электронов — органотрофов и литотрофов (использующих H2S, NH3, Fe2+). По источнику углерода — автотрофов (фиксация неорганического CO2) и гетеротрофов. Подавляющее большинство патогенов человека — хемоорганогетеротрофы, а цианобактерии — фотолитоавтотрофы.
4. Энергетический метаболизм: дыхание и брожение
Синтез АТФ обеспечивается окислительным и субстратным фосфорилированием. В зависимости от терминального акцептора электронов выделяют аэробное дыхание (O2), анаэробное дыхание (NO3-, SO4(2-), CO2) и брожение (органические метаболиты). Аэробное дыхание — Акцептор — кислород (O2), максимальный выход АТФ Анаэробное дыхание — Акцепторы — NO3-, SO4(2-), CO2, Fe(3+) Брожение — Акцепторы — органические соединения (пируват, лактат)
У бактерий дыхательная цепь локализована непосредственно на цитоплазматической мембране. При аэробном дыхании электроны переносятся на молекулярный кислород с максимальным выходом АТФ. При анаэробном дыхании акцепторами служат окисленные минеральные соли: например, десульфовибрионы восстанавливают сульфаты до сероводорода. Брожение же протекает без дыхательной цепи: субстратное фосфорилирование сопряжено со сбросом электронов на эндогенные органические акцепторы (пируват, ацетальдегид).
5. Адаптация к стрессу: спорообразование и биоплёнки
В неблагоприятных условиях бактерии включают механизмы стрессового ответа: синтезируют защитные белки-шапероны, объединяются в устойчивые биоплёнки или переходят в состояние покоящихя эндоспор. Эндоспора — Обезвоженный кортекс, дипиколинат Ca, защита от нагрева и радиации Биопленка (Biofilm) — Внеклеточный полисахаридный матрикс, барьер для антибиотиков Шапероны (Hsp) — Восстановление нативной конформации клеточных белков
Спорообразование характерно для ряда грамположительных бактерий (роды Bacillus, Clostridium). Эндоспора содержит плотно упакованный геном, минимальное количество свободной воды, дипиколинат кальция и многослойные белковые оболочки. В таком состоянии спора выдерживает десятилетия, высушивание и кипячение. Другая адаптивная стратегия — биоплёнки: сообщество клеток окружает себя внеклеточным полимерным веществом (EPS), блокирующим действие иммунных фагоцитов и антибиотиков.
6. Физиология бактерий в биотехнологии и медицине
Понимание метаболизма бактерий позволяет управлять промышленным биосинтезом аминокислот, ферментов и лекарств, а также создавать антибактериальные препараты, избирательно блокирующие жизненно важные процессы микробной клетки. Биотехнологии — Синтез аминокислот, витаминов, ферментов и рекомбинантных белков Медицинские мишени — Ингибирование синтеза клеточной стенки, 70S рибосом и репликации ДНК Экология — Биоремедиация, фиксация атмосферного азота и биогеохимические циклы
Знание физиологии бактерий имеет фундаментальное прикладное значение. В биотехнологиях регулирование фаз роста в биореакторах позволяет получать вторичные метаболиты, ферменты, спирты и рекомбинантные белки (например, человеческий инсулин). В фармакологии и медицине знание бактериальных мишеней обеспечивает избирательную токсичность антибиотиков: пенициллины блокируют сборку муреина, рифампицин ингибирует РНК-полимеразу, а аминогликозиды нарушают работу 70S рибосом, не повреждая клетки человека.