Бактерияларды тыныс алуы
Бактерия жасушасындаы энергия АТФ трінде кездеседі. Хемоорганотрофты бактерияларда энергияны АТФ трінде алу реакциялары, фосфорилдеу реакциясымен байланысты тотыу-тотысыздану реакциялары болып табылады. Осы реакцияларда тотыан кміртегі жасушадан СО2 кйінде блінеді. Энергияны алу дістеріне байланысты метаболизмні бірнеше трлері болады: тотыу немесе тыныс алу, ашыту немесеферменттік жне аралас.
Энергия жне кміртегі кзі ретінде глюкоза немесе баса гексоздарды пайдалананда тотыуды бастапы этаптары тотыатынтрінде де,ашыту трінде де орта болып келеді. Бан глюкозаны пирувата айналдыру жатады.
Тотыу метаболизмі.
Тотыу метаболизміне абілетті бактериялар энергияны тыныс алу жолымен алады.
Тыныс алу – тотыу кезінде фосфорилденіп орайласан тотыу–тотысыздану реакцияларынан энергия алу, бл кезде электрондарды донорлары органикалы (органотрофтарда) жне бейорганикалы (литотрофтарда) осылыстар, ал акцепторлары – тек ана бейорганикалы осылыстар бола алады.
Тотыу метаболизмі бар бактерияларда электрондар немесе сутегі –Н+ акцепторы молекулалы оттегі болып табылады. Бл жадайда пируват С2 дейін толы тотыады. Биосинтетикалы процестер жне сутек атомдары шкарбондар циклы негізін салушыны жеткізіп беруші ызметін атарады, ал оны барлыын молекулалы оттегіге крделі мультиферментті жйесі бар – тынысты тізбек айналдырады. Бактерияларды тынысты тізбегі ЦПМ-да жне жасуша ішілік мембраналы рлымдарда орналасады.
Тыныс алу тізбегіндегі АТФ-ты рылуы хемоосмосты процеспен байланысты. ЦПМ-даы тасымалдаушыларды ерекше баытталуы сутегіні ішкі мембранадан сырты беткейіне беріліп, соны нтижесінде мембраналы потенциалда байалатын сутегі атомдарыны градиенттері рылады. Мембраналы потенциалды энергиясы АТФазамен мембранаа шоырланан АТФ-ты синтезделуіне жмсалады.
Прокариоттар кміртегіден баса да органикалы осылыстарды, атап айтанда ауыздарды, СО2 жне Н2О-а дейін толы тотытырып энергия кзі ретінде пайдалана алады.
Аминышылдары мен ауыздар да энергетикалы ресурстар ретінде іске асырылуы ммкін. Оларды пайдалану бірінші кезекте дайынды сипаттаы тиісті ферменттік згерістермен байланысты. Алдымен ауыздар жасуша сыртында протеолиттік ферменттермен пептидтерге дейін ыдыратылады, оларды жасуша жтып алып, жасушаішілік пептидазалар аминышылдарына дейін ыдыратады.
Аммонификациялау процесі «шіру» процесі ретінде де белгілі, бл кезде жаымсыз спецификалы иісі бар, біріншілік аминдер райтын заттар жинаталады.
Шіріктік бактериялар ауызды СО2, NH3, H2S-ке дейін минерализациялануын жзеге асырады. Шіріктік бактериялара Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus жатады.
Ашыту (ферменттік) метаболизмі.
Ферментация немесе ашыту – субстраттан блініп алынан сутегіні органикалы осылыстара тасымалдау кезінде энергия алу процесі.
Ашыту процесіне оттегі атыспайды. Тотыан органикалы осылыстар ортаа блініп жинаталады. Кмірсулар, аминышылдары (ароматталаннан баса), пуриндер, пиримидиндер, кпатомды спирттер ферменттенеді. Ароматикалы кмірсулар, стероидтар, каротиноидтар, майлы ышылдар аши алмайды. Бл заттар тек ана оттегі бар ортада ана ыдырап тотыа алады, ал анаэробты жадайда блар траты. ышылдар, газдар, спирттер ашыту німдері болып табылады.
Спирттік ашыту. Негізінен ашыты саыраулатарда кездеседі. Соы німі – этанол мен СО2. Глюкозаны ашытылуы ФДФ-жолмен анаэробты жадайда теді. Оттегі тсе бастаан жадайда ашыту процесі лсіреп, тыныа бастайды. Спирттік ашытуды оттегімен басуды Пастер эффектісі деп атайды.
Спирттік ашыту тама ндірісінде (нан жабуда, шарап жасауда) олданылады.
Стышылды ашыту. Стышылды ашытуды екі трін ажыратады: гомоферменттік жне гетероферменттік.
Гомоферменттік трінде глюкозаны ыдырату ФДФ-жолмен жасалынады. Гомоферменттік стышылды ыдырату S. pyogenes, E.faecalis, S. salivarius кейбір Lactobacillus-ті (l. dulgaricus, L.lactis) атысуымен теді.
Гетероферменттік стышылды ашыту ФДФ-жолдарыны альдолаза жне триозофосфатизомераза ферменттері жо бактерияларда болады. Глюкозаны ыдырауы ПФ-жолымен тіп фосфоглицеринді альдегид тзіледі, содан кейін ол ФДФ-жолдары бойынша пирувата айналып, соынан лактата тотысызданады. Ашытуды бл тріні осымша німдері этанол мен сірке ышылы болады. Гетероферментті стышылды ашыту Lactobacillus жне Bifidobacterium тымдастыыны кілдерінде кездеседі.
Ст ышылды бактериаларды ст ндірістерінде трлі ашыан німдерді алуа жне де антибиотиктер дайындауа кеінен пайдаланады.
мырсаышылды (аралас) ашыту. Enterobacteriaceae жне Vibriоnaceae туыстастарыны кілдерінде кездеседі. Глюкоза ФДФ-жолдарымен, ал глюконат КДФГ-жолдарымен ыдырайды.
Анаэробты жадайда блінетін ашыту німдеріне байланысты процесті екі трін ажыратады:
1. Бір жадайда пируват ыдырау нтижесінде ацетилкофермент жне мырса ышылы блініп, ал ол з кезегінде кміртегіні осышылы мен молекулалы сутегіне ыдырауы ммкін. Тізбекті реакцияны арасында тзілетін ашытуды баса німдері этанол, янтар жне стышылы болып табылады. Кп млшерде ышыл тзілгенін кшті ышылды ортада тсін згертетін индикатор метил-рот кмегімен анытауа болады.
2. Ашытуды баса трінде біратар ышылдар тзіледі, біра е басты німдер ацетоин жне 2,3-бутандиол болып табылады. Ацетоин пируватты екі молекуласынан рылып, соынан екі есе декарбоксилденеді. Тотыан кезде ацетоиннан 2,3-бутандиол тзіледі. Осы заттар -нафтолмен сілтілі ортада рекеттескен кезде бурыл тс береді, бл былысты бактерияларды идентификациялауда олданылатын Фогес-Проскауер реакциясын ою арылы анытайды.
Майышылды ашыту. Май ышылы, бутанол, ацетон, изопропанол, жне біратар органикалы ышылдар, атап айтанда сірке, капрон, валериан, пальмитин ышылдары ант ыдыратыш ата анаэробтарды кміртегіні ашыту німдері болып табылады. Осы ышылдар спектрі анаэробтарды идентификациялауда сйыгазды хромотография кмегімен экспресс-діс ретінде олданылады.
Ауыздарды ферменттелуі. Егер ашыту зат алмасуы бар бактериялар шін энергия кзі ауыздар болса, бндай бактерияларды пептолитикалы деп атайды. Клостридияларды кей трлері пептолитикалы болып табылады, ол: C. histolyticum, C. botulinum. Пептолитикалы бактериялар ауыздарды гидролиздеп, аминышылдарды ашытады.Кптеген аминышылдар басалармен осылып ашиды, бл кезде кейбіреулері донор орнында болса, ал басалары – сутегі акцепторлары болады. Донор-аминышылы кетоышыла дезаминделіп тотыты декарбоксилдену нтижесінде май ышылына айналады.
Анаэробты тыныс алу. Кейбір бактериялар сутегіні аыры акцепторы ретінде нитратты пайдалану абілетіне ие. Нитратты тотысыздандыру екі жолмен теді:
1. Аммонификация кезінде нитрат аммиака айналады;
2. Денитрификация кезінде нитратты тотысыздануы молекулалы азот немесе азотты ашытысына дейін жреді.Бл процесс нитратредуктаза ферментімен байланысты.
Cульфатты тыныс алу. Анаэробты тыныс алуда сульфатты сутегіні соы акцепторы ретінде олдануа тек ана екі топа жататын бактериялар абілетті: Desulfovibrio, Desulfotomaculum. Бл бактериялар ата анаэробтар болып табылады, олар донор ретінде молекулалы сутегіні олданады, сол себептен оларды хемолитотрофтара жатызады. Бл бактериялар табиатта ккіртті сутегіні тзуде жетекші орын алады.
Табиатта кеінен тараан оттегі бос жне байланысан кйде кездеседі. Ол жасушада, сутегі мен органикалы осылыстармен байланысан кйде кездеседі. Ол атмосферада бос молекулярлы кйде кездесіп, жалпы клемні 21% лесін райды.
Оттегіге деген атысы бойынша жне энергия алу барысында оттегіні олдануларына байланысты микроорганизмдер 3 топа блінеді: облигатты (наыз) аэробтар, облигатты анаэробтар, факультативті анаэробтар.
Облигатты аэробтар. суі жне кбеюі тек ана оттегі болан жадайда теді. Оттегі оттегілік тыныс алу жолымен энергия алу шін олданылады.
Энергияны оксидативтік зат алмасу кезінде алады, цитохромоксидаза катализдейтін реакцияларда оттегіні терминальды акцептор ретінде пайдаланады.
Облигатты аэробтарды ауа атмосферасындаы парциалды ысымда сетін ата аэробтар жне тмен парциальды ысымда сетін микроаэрофилдер деп бледі.
Бл микроаэрофилдерді кшті тотытырыштармен жанасанда белсенділігі жойылатын кейбір ферменттеріні (мысалы гидрогеназа ферменті) болуымен байланысты тмен парциалды ысымда ана оларды ферменттік белсенділіктері артады.
Облигатты анаэробтар.Энергияны алу шін оттегіні олданбайды. Зат алмасу оларда –ашыту арылы жреді. Екі трінде ана сульфатты тыныс алу бар, олар хемолитотрофтара жататын Desulfovibrio, Desulfotomaculum. Облигатты анаэробтар екі топа блінеді: ата анаэробтар жне аэротолеранттылар.
ата анаэробтара молекулалы оттегі улы болады, ол микроорганизмдерді лтіреді немесе суін тежейді.
ата анаэробтар энергияны майышылды ашыту жолымен алады. ата анаэробтара мысалы кейбір клостридиялар (C. botulinum, C tetani), бактероидтар жатады.
Аэротолерантты микроорганизмдер энергия алуда оттегіні олданбайды, біра оттегі бар ортада тіршілік ете алады. Бл топа гетероферменттік стышылды ашыту жолымен энергия алатын стышылды бактериялар жатады.
Факультативті анаэробтар. Оттегі бар рі оттегі жо ортада да сіп-нуге абілетті. Оларда зат алмасуды аралас трі бар. Энергияны алу процесі оттегімен тыныстану кезінде оттегіні пайдалану арылы, ал оттегі жо жерде ашытуа кшу арылы энергия алуа абілетті. Бактерияларды бл тобына анаэробты нитратты тыныс алу тн.
Микроорганизмдерді оттегіге трлі физиологиялы атынасы оттегі атмосферасында тіршілік етуге ммкіндік беретін ферменттік жйелеріні болуымен байланысты. Оттегі атмосферасында тетін тотыу процестері кезінде, флавопротеидтер тотыанда трлі улы заттар: сутекті асын тотыы жне оттегіні ашып кеткен радикалы, осаталмаан электроны бар осындылар тзілетіндігін атап ткен жн. Бл осындылар аныпаан май ышылдарыны жне ауыздарды SH- тобыны асынтотытануын оздырады.
Оттегіні улы серін бейтараптау шін, ондай атмосферада тіршілік ете алатын микроорганизмдерді ораныс механизмдері болады. Бндай бактерияларда сутекті асын тотыы каталаза ферментімен су жне молекулалы оттегіге ыдыратылады.
ата анаэробтарда каталаза да, пероксидаза да болмайды. Біра кптеген ата анаэробтарда супероксиддисмутаза ферменті кездеседі. Осы ферментті кмегімен олар оттегіге тзімді болады. Кейбір ата анаэробтар (Bacteroides, Fusobacterium) молекулалы оттегіні аз млшеріне де тзімсіз болады, ал Clostridium тымдастыыны кейбір кілдері оттегі атмосферасында тіршілік ете алады. ата анаэробтарды даылдандыру шін атмосфералы оттегіні толы шыарып тастауа ммкіндік беретін жадайлар жасалынады: арнайы ралдарды олдану, анаэростаттар мен анаэробты бокстар, оректік орталара оттегіні редукциялайтын заттар осу, мысалы натриді тиогликолятын, немесе оттегіні сіірушілерді пайдалану.
Оректік орталар
Бактерияларды даылдандыру шін біратар шарттарды сатау ажет.
1. нды оректік ортаны болуы. Кез-келген оректік орта рамыны крделілігі мен пайдалану масатына арамастан негізі судан, энергия мен кмірсутегіні органикалы кзінен, траты рН пен осмосты ысыма ие болуы ажет.
2. Даылдандыру температурасы. Кбею жылдамдыына температура серін тигізеді. Температураа бактериялар ралай жауап береді:
- мезофилдер 20-400С температуралы аралыта кбейеді. Адамдарда ауру тудыратын бактерияларды кпшілігі мезофилдерге жатады;
-термофилдер 40-600С температуралы диапазонда седі. Термофилдерге актиномицеттер, кейбір споратзуші бактериялар жатады;
- психрофилдер 0-200С температуралы аралыта кбейеді.
3. Даылдандыру атмосферасы. ата аэробтар сіп кбею шін оттегі ажет. Аэробтар Петри табашасындаы агарды бетінде немесе сйы ортаны жа беткі абатында жасы седі. ата аэробтарды сйы ортаны тере дегейлерінде суін амтамасыз ету шін оттегі бкіл оректік ортаа диффузды трде таралуы ажет. Бан оректік ортаны здіксіз араластырып немесе сілкіп отыру, атап айтанда аэрациялау, арылы ол жеткізіледі. Аэрациялау арнайы аппаратттармен – сілкілегішпен іске асырылады.
Факультативті анаэробтарды даылдандыру шін жоарыда аталып кеткен дістерді олданады, себебі оттегі бар жерде олара энергетикалы амтамасыз етуде оксидативті метаболизм ферментациядан тиімді болады. Микроаэрофилдер оттегіні парциалды ысымы тмен жадайда кбейеді. Бан ауадаы СО2-ні парциалды ысымы 0,03%-а араанда даылдандыру атмосферасындаы СО2 парциалды ысымын 1-5% концентрациясына ктеру арылы ол жеткізіледі. Бл шін арнайы СО2-инкубаторлар олданылады, немесе себінділерді жанып тран шырадан ойылан эксикаторлара орналастырады.
Облигатты анаэробтар су жне кбею шін ауадаы оттегіні ортаа тспеуін талап етеді. Бан келесі шаралар арылы ол жеткізіледі:
- оректік орталара оттегіні редуциялайтын заттар осу арылы: тиогликоль ышылын, аскорбин ышылын, цистеин, сульфидтер;
- сйы оректік орталарды айната отырып оттегіден тылып, сонан-со орта йылан ыдысты резинка тыынмен жауып ою арылы;
- сілтілі пирогаллол жне таы да баса оттегіні сіірушілерді пайдаланып, герметикалы жабылатын ыдыстара - «газпактара» салып ою арылы. Бл діс (Gaspack) аэротолерантты бактерияларды даылдандыруда олданылады;
- ауадаы оттегіні механикалы жомен ыыстырып, орнына ыдысты инертті газбен толтыру арылы (бл масатта анаэростаттар мен анаэробты бокстар олданылады).
Хемо – жне автотрофты бактерияларды даылдандыру шін СО2-мен анытырылан атмосфера жасалынады.
4. Даылдандыру уаыты генерациялау уаытына байланысты. Бакатерияларды кпшілігі крнекті су беру шін 18-48 саат аралыында даылданады. Ккжтел оздырышын даылдандыру шін 5 тулік керек, ал M. tuberculosis-ті даылдандыру шін 3-4 апта ажет.
5. Жарытандыру. Фототрофты бактерияларды сіру шін жары ажет. Шартты-патогенді бактерияларды кей трлері жарытандыруа байланысты пигмент тзеді, оны идентификациялау кезінде пайдаланады.
Абсолюттік жасуша ішілік паразиттерді даылдандыру (оан Rickettcia, Ehrlichia, Coxiella, Chlamidia тымдастыыны бактериялары жатады) жасушалар даылдарында немесе жануарлар мен буынаятыларды организмінде, сонымен атар тауы эмбриондарында (эрлихиялардан баса) сіру арылы іске асырылады. Тауы эмбриондарын гетеротрофты дегейі жоары бактерияларды даылдандыруда да олданады, мысалы: Borrelia мен Legionella тымдастыыны бактериялары.
ндірістік жадайларда бактериялар мен саыраулатарды биомассасын (антибиотиктер, вакциналар мен диагностикалы препараттар жасау масатында олдануа алу шін) даылдандыру сыйымдылыы ртрлі арнайы аппараттарда (ферментерлерде) микробтарды су жне кбеюіні е тиімді параметрлерін ата трде сатау арылы іске асырылады.
Таырыбы: Бактерияларды биохимиялы белгілері. Ферментативті
белсенділікті оу (зерттеуді 3-ші кні). Бактерияларды
идентификациясы. Саыраулатар, рылысы, жіктелуі жне даылдандыру
Бактерия жасушаны барлы метаболиттік реакциялары негізінде 6 сыныпа жататын ферменттер арылы атарылады: оксиредуктазалар, трансферазалар, гидролазалар, лигазалар, лиазалар, изомеразалар.Бактерия жасушасы тзетін ферменттер жасуша ішілік эндоферменттер немесе оршаан ортаа бліп шыарылатынэкзоферменттер деп блінеді. Экзоферменттер жасуша ішіне келіп тсетін кміртегі мен энергияны сырттан тасымалдауда лкен орын алады. Гидролазаларды кпшілігі экзоферменттер болып табылады, олар оршаан ортаа блініп ірі молекулалы пептидтерді, полисахарид пен майларды жасуша ішіне енуге абілетті мономерлер мен димерлерге дейін ыдыратады. Экзоферменттерді біратары мысалы гиалуронидаза, коллагеназа жне басалары агрессиялы ферменттер болып келеді. Ферменттерді кейбіреулері бактерия жасушасыны периплазматикалы кеістігінде орналасады. Олар заттарды бактерия жасушасына тасымалдауа атысады. Бактерияны ферментативтік спектрі тымдасты пен туыстастыты жне кейбір жадайларда трді крсететін таксономиялы белгіге жатады. Сондытан ферментативтік белсенділік спектрін анытауды бактерияны таксономиясын белгілеуде олданады. Экзоферменттерді диференциалды-диагностикалы орталарда анытауа болады, сондытан бактерияларды идентификациялау шін дифференциалды-диагностикалы орталар жиынтытарынан тратын арнайы тест-жйелер жасалынан.