Різноманітність біохімічних властивостей бактерій
Зміст
- З чого складаються клітини бактерій Білки Ліпіди Тейхоеві кислоти
Вуглеводи Нуклеїнові кислоти Ферменти бактерій і властивості культур Ідентифікація бактерій і їх метаболізм
Вивчення біохімічних властивостей бактерій постійно дає грунт для роздумів дослідникам. Незважаючи на спільність хімічного складу, бактерії істотно відрізняються за біохімічними властивостями – здатності розщеплювати живильні речовини, антибіотики, продукувати вітаміни і ферменти, виділяти в процесі життєдіяльності різні гази. Вивчення біохімічних властивостей бактеріальних культур дає можливість розділяти їх за допомогою спеціальних поживних середовищ, з’ясовувати видову приналежність, розділяти на штами. Це особливо актуально для молочнокислих бактерій, чисті культури яких широко застосовуються в харчовій промисловості.
Мікробіологія рекомендує проводити ідентифікацію бактеріальних культур за сукупністю кількох їхніх ознак і властивостей, до числа яких відносяться наступні.
Морфологічні;
культуральні;
біохімічні;
серологічні.
Методи вивчення біохімічних властивостей молочнокислих та інших бактерій – це дослідження культур, індикаторні паперові системи (СІБ) і Мікротест, що представляють собою набір пластикових лунок з індикаторами. Деякі мікроорганізми можна ідентифікувати по пігментообразованія – здатності утворювати забарвлені колонії.
З чого складаються клітини бактерій
Хімічний склад бактеріальної клітини – це комплекс з декількох груп речовин:
Біогенні речовини. Це азот, вуглець, водень і кисень. Їх них складаються всі органічні речовини. Їх частка в хімскладу молочнокислих бактерій становить 95%.
Макроелементи. Їх кількість у клітинах бактерій не перевищує 5%. До їх числа відносяться фосфор, кремній, калій, магній, хлор, кальцій, натрій.
Мікроелементи. Незважаючи на малу кількість цих елементів у живих клітинах, вони відіграють істотну роль у її життєдіяльності, входячи до складу біологічно активних комплексів – пігментів, ферментних систем, беручи участь у процесі фотосинтезу.
Вода. Це від 70 до 90% біомаси бактерії.
Серед органічних речовин, що складають клітку бактерій, виявлені білки (прості і складні), ліпіди, тейхоевие кислоти, вуглеводи, нуклеїнові кислоти.
Білки
Прості білки називаються протеїнами, більш складні, з цукрами або ліпідами у складі – протеидами. Існують структурні білки, що утворюють елементи бактеріальних клітин, що обумовлюють їх антигенну структуру, і функціональні або регуляторні, здійснюють обмінні процеси. Білкові ланцюжка складаються з ланок – амінокислот. Деякі з них унікальні для бактерій. Наприклад, дипиколиновая кислота, що забезпечує високу стійкість суперечка, діамінопімеліновая кислота, D-глутамін, D-аланін. Білки флажеліну і пилина утворюють джгутики і ворсинки рухливих бактерій.
Більшість поверхневих антигенів бактерій, як свідчать дані мікробіології, також є білками. Унікальні біологічні функції виконують порінов – білки, що забезпечують транспорт речовин крізь клітинні мембрани бактерій. Основою бактеріальної клітинної стінки є пептидоглікани – складні білкові структури, які відіграють роль гетерополімерние остова. Їх склад має видоспецифічності структуру і його аналіз дозволяє проводити антигенное визначення видової приналежності бактеріальних культур.
Нещодавно було виявлено унікальне біохімічне властивість бактерійних пептідогліканов – поряд з пирогенной здатністю вони здатні зупиняти розвиток пухлин.
Розрізняють ліпопротеїди, глюкопротеіди і нуклеопротеїни. Білки є основними складовими білкових фабрик бактерій – рибосом.
Ліпіди
Входять в цитоплазматичні мембрани бактерій, а також складають зовнішні оболонки грамнегативних прокаріотів. Жирні кислоти є видоспецифічними і їх визначення дозволяє ідентифікувати роди і види цих мікроорганізмів.
Ліпіди в бактеріальної мембрані
Ліпіди в бактеріальної мембрані
Наявність в ліпідах кислотостійких жирних кислот надає їм цілий ряд біологічних і біохімічних властивостей – стійкість до впливу спиртів, кислот і лугів, сонячної радіації і дезінфікуючих розчинів, вибірковість по відношенню до барвників, а також патогенність.
Тейхоевие кислоти
Лінійні полімери клітинних стінок грампозитивних бактерій (у тому числі молочнокислих), будучи їх основними антигенами.
Вуглеводи
Полісахариди. Входять до складу клітинних стінок. Розрізняють екзо – і ендоклеточние полісахариди. Перші, у свою чергу, бувають істинними, що виходять назовні клітини, і каркасними, входять до складу капсул. Слизоподібні декстрани широко застосовуються в медицині – входять до складу кровозамінників, використовуються як молекулярних сит в хроматографії. Біологічні та біохімічні функції ендоклеточних полісахаридів полягають у створенні внутрішньоклітинних запасів поживних речовин.
Ліпополісахариди. Є ендотоксинами (інша назва – антигени) і складаються з ліпіду, загального для грамнегативних бактерій полісахаридного ядра і кінцевих (термінальних) ланцюжків (інша назва – специфічні бічні ланцюги). Обумовлюють такі біохімічні властивості бактерій, як антигенна специфічність і патогенність.
Нуклеїнові кислоти
ДНК, основною функцією якої є збереження і передача спадкової інформації, міститься в нуклеоиде і плазмидах. ДНК нуклеоида молочнокислих бактерій здійснює передачу генетичної інформації по вертикалі – від покоління до покоління. Плазмідна ДНК дозволяє бактеріям обмінюватися генами протягом їхнього життя – це називається горизонтальним переносом генів.
Будова бактеріальної клітини: плазміди
Основні біохімічні властивості ДНК – це здатність до реплікації (самовідтворення) і транскрипції (утворенню на ній матричних РНК, з яких надалі зчитуються білки).
РНК – основний компонент рибосом, в яких синтезуються бактеріальні білки (рРНК). Існують також мРНК і тРНК, що здійснюють доставку амінокислот у реакційний центр біосинтезу білка.
Ферменти бактерій і властивості культур
Біохімічні властивості бактерій (у тому числі молочнокислих) залежать від присутніх у них ферментів – білкових структур, здатних здійснювати певні реакції обміну речовин. Вивчення структури білків завжди було тісно пов’язане з мікробіологією – культуральні методи вивчення ферментів дозволяють багато чого дізнатися про їх специфічності, субстратах і продуктах.
Білкові комплекси, що здійснюють біохімічні реакції в клітинах молочнокислих та інших бактерій, діляться на шість основних класів:
Оксидоредуктази – ферменти окисно-відновних реакцій.
Трансферази – переносять групи атомів з одних молекул на інші.
Гідролази – ферменти гідролітичних реакцій – розщеплення речовин за участю води.
Ліази. Проводять відщеплення від субстратів груп атомів негидролитическим шляхом – розщеплюючи й утворюючи подвійні зв’язки.
Синтетази або лігази. Ферменти, що з’єднують дві молекули між собою, використовуючи енергію АТФ.
Ізомерази. Ферменти, здатні створювати ізомери – варіанти молекул одного складу, що відрізняються різним просторовим розташуванням атомів і їх груп.
Якщо класифікувати ферменти молочнокислих та інших бактерій з погляду генетичного контролю їх роботи, то можна розрізнити три основні групи:
Конститутивні – присутні в клітці постійно.
Індуцібельная – присутні тільки при наявності розщеплюється ними субстрату.
Репрессібельние – відрізняються тим, що їх кількість назад пропорційно кількості продукту реакції.
Інвазивні біохімічні властивості мікроорганізмів залежать від наявності на їх поверхні екзоферментів, що полегшують проникнення всередину тканинних бар’єрів. Виділяючись в зовнішнє середовище, такі ферменти розщеплюють антибіотики, підвищують проникність тканин, розріджують слизовий бар’єр, допомагають бактеріям проникати всередину клітин і в міжклітинний простір.
Ферменти бактерій
Для опису біохімічних властивостей бактеріальних культур використовується робоча класифікація по кінцевим продуктам і результатами роботи ферментів. Оскільки ферментний склад клітин молочнокислих та інших бактерій залежить від їх генома, він є відносно постійною величиною. Тому методи визначення активних ферментів дозволяють класифікувати колонії і визначати їх видову приналежність. Розрізняють п’ять груп ферментативної активності бактеріальних культур:
Протеолітичні,
сахаролитические,
оксілітельно-відновні,
аутолітіческіе,
патогенні.
Продуктами діяльності бактеріальних культур можуть бути різні кислоти (наприклад, молочна і масляна кислота, що виділяється молочнокислими бактеріями), гази (вуглекислий, водень, сірководень), індол та інші.
Сучасні методи дозволяють виділити основні фактори патогенності бактеріальних культур. Такими факторами є наявність в бактеріальної клітці таких ферментів, як гіалуронідаза, лецитиназа, Нейроамінідаза, плазмокоагулаза і деякі інші.
Фактори патогенності мікроорганізмів
Унікальні біохімічні властивості деяких бактеріальних ферментів зумовили їх широке застосування в біологічних дослідженнях. Так, наприклад, у медицині широко застосовуються протеолітичні і аутолітіческіе ферменти, а в молекулярній генетиці та генної інженерії – рестріктази і лігази, що розрізають змішувальні ланцюжка нуклеїнових кислот.
Ідентифікація бактерій і їх метаболізм
Після вивчення морфології бактеріальних клітин в забарвлених препаратах приступають до культуральному дослідженню їх ферментативної активності. Найбільш вивченими у бактеріальних культур є сахаролитические і протеолітичні ферменти. Фізіолого-біохімічні дослідження бактеріальної культури дозволяють виявити унікальні для окремого виду або роду метаболічні ланцюжка.
Серед характерних фізіолого-біохімічних властивостей бактеріальної культури – здатність вибірково розчиняти еритроцити різних видів тварин (інша назва цієї реакції – гемоліз), згортати плазму (реакція плазмокоагуляции), розчиняти фібриновий згусток (здійснювати фібриноліз).
Після завершення вивчення біохімічних властивостей патогенних бактерій проводять їх серологічне визначення за допомогою реакції аглютинації з використанням високоспецифічний імунної сироватки.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)