FIZIOLOGIA MICROORGANISMELOR

Conținutul tematic:

1. Compoziția chimică a celulei microbiene

2. Metabolismul bacterian

Clasificarea după nutriție, tipurile de transport.

Respirația microorganismelor, tipurile;

3. Enzime, rolul lor

4. Pigmenții. Aromatogeneza

5. Creșterea şi multiplicarea.

1. Compoziția chimică a celulei microbiene.

Celula bacteriană conține apă, proteine, enzime, glucide, lipide, săruri minerale, vitamine,

pigmenți, substanțe cu efect antibiotic, substanțe minerale.

Apa. Reprezintă 75-85 % din masa celulară. Marea majoritate este liberă participă la

reacțiile chimice, dispersare, fiind solvent, participă în procesele de respirație. Există

mici cantități de apă legată. Sporii conțin ≈ 30% apă, de aceea rezistă la devierea

temperaturii.

Proteinele reprezintă 40-80% fiind formate din aminoacizi ca proteine simple și

complexe (lipoproteide, glicoproteide, cromoproteide). Rolul proteinelor fiind plastic

(constituția structurilor celulare), antigenic, energetic (dar minor), în patogenitate,

transmiterea caracterelor genetice (acizi nucleici ADN, ARN).

Enzimele (fermenții) sunt catalizatori organici de structură macromoleculară elaborați de

însăși celula vie. Ei sunt de natură proteică, cu acțiune strict specifică și rol primordial în

metabolismul bacterian.

Glucidele reprezintă 14-20%, după compoziție se disting simple (monozaharide, polisahade)

și complexe (glicoproteine, glico-lipido-proteine AgO). Servesc ca izvor energetic, plastic,

antigenic, patogenic.

Lipidele reprezintă 3-10 %. La mycobacterii atinge 40% (ceara D, acid micolic).

După compoziție sunt simple (acizi grași, ceruri) și complexe (fosfolipide). Rolul

lipidelor energetic, plastic, patogenic(slab), antigenic (slab), în permeabilitate.

Substanțele minerale reprezintă 3-30 %, se găsesc toate oligoelementele Fe, P, S,

Ca, Mg. Na, Cl, Pb și microelemente Mb, Co, B, Mn, Zn, Cu. Intră în structura

componenților celulari cu rol plastic, catalizează sinteza pigmenților; toxinelor (Fe

–toxina difterică) reglează pH, presiunea osmotică, permeabilitatea selectivă.

Vitaminele. Bacteriile cu habitat intestinal reprezintă o sursă de vitamine pentru

organismul uman. Escherichia coli sintetizează vitaminele grupei B și vitamina K.

Pigmenți. Pot fi sintetizați pentru anumit scop sau rezultați în procese catabolice cu

rol protector (protejează de U.V.,fotosinteză, funcție vitaminică, antibiotică,

enzimatică. Semnează îmbătrânirea bacteriilor, identificarea culturilor ( piocianina).

Substanțe cu efect antibiotic. Unii bacili gram negativi sintetizează antibiotice cu acțiune

bactericidă sau bacteriostatică (polimixine, piocianină).

2. Metabolismul bacterian

Toate organismele vii întrețin un schimb necontenit de substanțe cu mediul extern. Pentru a

realiza procesele de nutriție şi multiplicare este necesară prezența unor substanțe nutritive, din

care bacteriile să-şi sintetizeze pârțile componente ale corpului şi să se obțină energie pe calea

oxidării acestor substanțe.

Clasificarea după tipul de nutriție. Sursele de energie pentru bacterii sânt lumina,

materiile anorganice şi organice.

După caracterul folosirii sursei de energie bacteriile se împart în trei grupuri.

fototrofe sursa de energie o constituie lumina ;

litotrofe (autotrofe) — carbonul anorganic,

organotrofe (heterotrofe) — carbonul organic (glucide, acizi graşi).

După capacitatea de a asimila azotul: aminoautotrofi şi aminoheterotrofi - folosesc

azotul molecular din aer sau din sărurile de amoniu

După particularitățile de asimilare a carbonului: autotrofe şi heterotrofe.

Autotrofi- sintetizează substanțe organice complicate din compuși neorganici simpli,

folosind în calitate de sursă de carbon bioxidul de carbon şi alți compuși neorganici ai

carbonului.

Heterotrofii - necesită compuși organici gata, asimilează carbonul din glucide, alcooli

poliatomari, acizi organici, aminoacizi, precum şi din alte substanțe organice.

Organismele heterotrofe: saprofitele şi paraziții.

Saprofitele – consumă compuși organici gata de la organismele moarte, participă la

descompunerea resturilor organice moarte

Paraziții - trăiesc şi se înmulțesc pe contul substanțelor organice din celulele plan telor,

animalelor şi ale omului (rickettsiile, virusurile şi unele specii de protozoare)

Transportul substanțelor nutritive se efectuează sub formă moleculară. Iniţial

substanțele organice sunt supuse fermentării, sunt transportate şi evacuate prin membrana

citoplasmatică prin câteva căi:

difuzia pasivă – echilibrarea concentrațiilor, presiunii osmotice din ambele pârți a

anvelopei.

Difuzia ameliorată – prin intermediul vectorilor (fermenți) permeaze, formând legături

provizorii difundează prin membrană, eliberând substanțele organice în interiorul celulei,

decurge fără consum de energie.

Transport activ – prin intermediul permeazelor cu consum de energie.

Translocare grupelor chimice – substanțele transportate sunt supuse schimbărilor chimice

Respirația reprezintă un proces complex, prin reacții biochimice (participarea sistemelor

enzimatice), în urma cărora se eliberează energia necesară pentru activitatea vitală a celulelor

bacteriene.

După tipul respirației, toate microorganismele se împart în aerobi stricți, anaerobi stricți şi

anaerobi facultativi.

Aerobii stricți-trăiesc şi se dezvoltă la accesul liber al oxigenului, cu eliberarea unor cantități

mari de energie. În calitate de exemplu poate servi oxidarea glucozei în condiții aerobe.

Microaerofilii suportă cantități reduse O2. Sunt bacterii ce dau infecții profunde.

Anaerobii stricți (obligativi) se dezvoltă si se înmulțesc doar în absența oxigenului liber din

aer, cu emanarea unei cantități mici de energie.

Anaerobii facultativi pot crește şi se înmulțesc atât în prezența oxigenului molecular, cât şi în

absența lui. .

3. Enzimele (fermenți). Din aproximativ 3000 tipuri de proteine ale unei celule bacteriene

2000 sunt enzime cei conferă o intensă activitate metabolică specifică. După tipul de acțiune

asupra substratului (criteriu biochimic) se disting: hidrolaze, transferaze, oxireductaze,

izomeraze. Clasificarea enzimelor după localizare:

endo fermenți (intracelulare) intervin în procesele de sinteză;

exo fermenți (extracelulare), au rol antigenic, patogenic și în obținerea materialului nutritiv

necesar metabolismului bacterian.

După modul de apariție în celula bacteriană:

fermenți constitutivi se află permanent în celula microbiană, indiferent de condițiile de

existența a acesteia ( proteaze, lipaze, carbohidraze ş. a).

fermenți inductivi (adaptivi) se sintetizează în celulă doar sub influența substratului

corespunzător din componența mediului de cultură când microorganismele sânt

impuse să-1 asimileze.

fermenți de agresie servesc pentru depășirea barierelor naturale de protecție şi reprezintă

factori ai patogenezei microorganismelor

4. Pigmenții. Aromatogeneza. Unele microorganisme (bacterii, ciuperci) pe parcursul

metabolismului formează pigmenți. După compoziția chimică şi proprietăți, pigmenții

sânt foarte neuniformi. Pigmenții pot fi solubili în apă (pigmentul albastru, numit

piocianină, eliminat de bacilul piocianic); solubili în alcool şi insolubili în apă

(pigmentul roșu, numit prodigiozan, eliminat de bacilul prodigiozum); insolubili în

apă şi în alcool (pigmenţii negri şi bruni ai drojdiilor şi ciupercilor de mucegai).

Generarea pigmenților la celulele microbiene are loc la lumină, la accesul liber al

oxigenului şi la un anumit conținut al mediului de cultură şi servește drept test de

identificare.

Aromatogeneza – sinteza de unele bacterii a substanțelor aromate volatile (esteri), ce

determină proprietățile aromatice a vinurilor, laptelui, untului, etc., unele, în urma activității

vitale, formează substanțe cu miros neplăcut ( indol, scatol, hidrogen sulfurat).

5. Creșterea şi multiplicarea bacteriană.

Creșterea microorganismelor reprezintă mărirea dimensiunilor unor indivizi aparte şi

reproducerea coordonată a tuturor componenților şi structurilor celulare. Bacteriile au cel

mai intens metabolism și este dependent de raportul suprafață/volum. Înmulțirea

reprezintă capacitatea microorganismelor de a se autoreproduce, ceea ce condiționează

mărirea numărului de indivizi din componența populației. Modul principal de diviziune

a bacteriilor este diviziunea directă. La celulele bacteriene, care au atins etapa maturizării,

înainte de diviziune, are loc dublarea moleculelor de ADN. Fiecare celulă-fiică capătă o

copie a moleculei de ADN matern. Procesul de diviziune se consideră terminat, când

citoplasma celulelor-fiice este despărțită complet de peretele transversal. Înmulțirea

bacteriilor în medii lichide de cultură se caracterizează prin multe particularități şi are loc

în câteva faze consecutive:

Faza 1, inițială, staționară (latentă) reprezintă timpul de la însămânțării bacteriilor până la

începutul creșterii lor.

Faza II Lag, întârzierea înmulțirii, bacteriile se înmulțesc energic, ceea ce determină

creșterea numărului de celule în progresie geometrică, bacteriile sânt active biochimic

şi biologic.

Faza III, logaritmică exponțială, celulele se divid cu viteză constantă maximă, numărul

sporește, sunt active biochimic.

Faza IV, accelerației negative, numărul de indivizi din diviziune scade.

Faza V maximală staționară (VI de declin), numărul de bacterii noi este egal sau în declin

cu cel al bacteriilor moarte.

Faza VI de pieire (faza VII –VIII), activitatea bacteriilor devine tot mai mică, iar

celulele lor pier treptat. Moartea celulelor poate fi condiționată de istovirea mediilor de

cultură, acumularea în ele a produselor metabolice nocive. Celulele vii trec în stare

de repaus.