curs 2

Fiziologia celulei bacteriene

curs 3

Obiective

A Elemente constitutive ale celulei bacteriene si

rolul lor fiziologic

B Principalele procese fiziologice particularitati la

bacterii:

Nutritia

Clasificarea bacteriilor in raport cu: sursa de energie,

acceptorul final de electroni relatia cu O2, cerintele

nutritive

Metabolismul bacterian

Cresterea si multiplicarea

A. Elemente chimice constitutive ale celulei

bacteriene

a1. Apa: 75 - 85% din greutatea umeda; 40% spori

Apa libera

Apa legata fizico-chimic de diferite structuri

Rol:

mediu de dispersie

reactiv

produs final al unor reactii oxidative

a.2. Substantele minerale

a.3.Substantele organice: glucide, proteine, lipide,

pigmenti, enzime, substante antibiotice, vitamine

a.2. Substantele minerale

Regleaza presiunea osmotica

Favorizeaza schimburile cu mediul

Reglare pH

Potential redox

Pot stimula cresterea si metabolismul

bacterian (ex. Fierul stimuleaza

producerea toxinei difterice)

Principiul osmozei

dispourquoipapa.free.fr/animal/an0009.htm

Glucide:

Simple: metabolism intermediar

Complexe: structura perete celular, capsula

Importanta in diagnostic: teste care pot

stabili capacitatea unei bacterii de a

metaboliza un anumit zahar valoare

taxonomica

a.3.Substantele organice

Test de fermentare a glucozei

(dextrozei)

a. Tub neinoculat cu mediu lichid (bulion) continand: dextroza si rosu fenol,

(indicator pH)

b. Tub cu crestere bacteriana, microorganismul nu fermenteaza (glucoza

negativ)

c. Microorganismul fermenteaza slab glucoza (dextroza)

d. Microorganismul fermenteaza puternic glucoza (dextroza)

Proteinele

Simple: metabolism intermediar

Complexe, functii specializate:

Mucoproteine: mucopolizaharizi de grup la

Str. pneumoniae

Cromoproteine: catalaze, peroxidaze,

citocromi (lant respirator la nivelul membranei

celulare)

Nucleoproteine: acizi nucleici


Lipide

10% din greutatea uscata bacterii obisnuite,

40% Mycobacterii

Libere sau combinate cu alte molecule

Lipide structurale: membrana, perete, mezozom

Ex. - Ac. mycolic Mycobacterii

- Ceruri (acizi grasi + alcooli monovalenti

superiori) ceara D: Hipersensibilitate de tip IV

- Fosfolipide: Treponema palidum

a.3. Substantele organice

1: Lipid extern,

2: Acid mycolic,

3: Polizaharid

(Arabinogalactan),

4: Peptidoglican,

5: Membrana plasmatica,

6: Lipoarabinomanan (LAM),

7: Fosfatidilinositolmanozid,

8: Perete bacterian

Perete bacterian la Mycobacterium

Pigmentii

La bacteriile cromogene

Localizare pigment clasificare bacterii: Cromofore (in citoplasma)

Paracromofore (in perete sau strat mucos Staphylococcus)

Cromopare (difuzibil Pseudomonas aeruginosa criteriu identificare)

Rol: Protectie UV (pigmenti carotenoizi)

Antibiotic (ex. Piocianina Ps aeruginosa fata de B. anthracis)

Enzimatic: proteine transportoare


Pigmenti bacterieni

Pseudomonas aeruginosa

www.textbookofbacteriology.net/pseudomonas.html

Staphylococcus aureus

www.student.ccbcmd.edu

Enzime

Extracelulare: hidrolaze etc.

Ectocelulare (membrana): permeazele etc.

Intracelulare

Constitutive

Inductibile


Antibiotice

Bacteriocine plasmide col (colicine)

Bacitracina (B. licheniformis)

Gramicidina (B. brevis)

Polymixina (B. polymixa)

Sintetizate pentru a inhiba alte microorganisme!

Utilizare TERAPEUTICA si TAXONOMICA IN IDENTIFICAREA BACTERIILOR


Vitamine

Biotina: sintetizata de E. coli, B. subtilis, B.

anthracis

Tiamina (B1): E. coli, B. subtilis

Vitamine grup B si K flora bacteriana

intestinala


Metabolismul bacterian

Def. = totalitatea r. biochimice care au loc intr-o celulabacteriana

Catabolism si Anabolism

Functii indeplinite prin metabolism:

Eliberare si stocare de energie

Obtinerea subunitatilor necesare sintezei componentilorcelulari, pornind de la substantele nutritive primare

Activarea subunitatilor monomere folosite pentru sintezaconstituentilor celulari macromoleculari, cf. informatieigenetice a celulei

Formarea si degradarea biomoleculelor necesare diferitelorfunctii celulare

Rol cheie ATP (conserva energia) eliberaza pt biosinteze, transport transmembranar, motilitate

45% din E se pierde Q

Particularitati metabolism bacterian

Unicelular

Necompartimentat (lipsa organite)

Plasticitate: adaptare la diferite tipuri de

substante nutritive

Flexibilitate: utilizarea aceluiasi substrat in

mai multe cai distincte, dar intricate

Eficienta maxima

Sursa de energie

REACTII REDOX

chimiotrofe

LUMINA

fototrofe

Sursa de C

Comp organici CO2

heterotrofe autotrofe

Acceptor final de e

O2Non O

Respiratie aeroba Respiratie anaeroba Fermentatie

Comp anorganici Comp organici

Relatia cu Oxigenul a bacteriilor:

Strict aerobe: Mycobacterium tuberculosis, Pseudomonas aeruginosa, B. anthracis

Strict anaerobe fermentatie: Clostridii, Bacteroides

Aerobe, facultativ anaerobe: majoritatea b. om repiratie si fermentatie

Microaerofile conc. m. mici de O2: Neisseria, Brucella, Campylobacter

Aerotolerante - folosesc fermentatia, dar se pot dezvolta in prezenta O2

Toleranta la O2

O2 este un compus toxic pentru bacterii, daca nupoate fi redus la H2O (+4 e-)

Consecintele: Oxideaza compusii chimici

Proces cu pierdere de energie

Distrugere molecule ADN

O2 fura electroni, pe care ii ataseaza progresiv, formand radicalii liberi de O2 (O2

- = superoxid; H2O2 = peroxid de H

OH-= hidroxil; H2O = apa)

Necesar echipament enzimatic: catalaza, peroxidaza, superoxiddismutaza pentru detoxifiere

Cerinte nutritive ale bacteriilor

1.Factori fizici-min/optim/Max pH neutru; rar acid (Helycobacter, fungi/exceptie

Candida - neutru) sau alcalin (Vibrio)

Temperatura: majoritatea patogenilor mezofili/conservare:

inghetare, liofilizare

Listeria psichrofila; Pseudomonas se multiplica la minus 18oC in zaharuri concentrate

Termofile Taq polimeraza PCR

Presiunea osmotica (izo, hiper, hipotonic) Influentata mai ales de concentratia zaharurilor si

NaCl stafilococi halotoleranti; Vibrioparahaemolyticus halofil; E. coli enterohemoragic

sorbitol

Cerinte nutritive ale bacteriilor

2. Factori chimici Sursa de carbon:

Heterotrofe (carbon organic),

Auxotrofe, autotrofe (CO2)

Mixotrofe: ambele

Prototrofe:cer compusi complecsi (vit., aa), fastidiosi

Paratrofe:traiesc strict intracelular: Rickettsii, Chlamydii

Azot: nitrati, nitriti; N2 daca sunt fixatoare

Oxigen Aerobi stricti

Microaerofili

Facultativ anaerobi

Anaerobi stricti

S, P

Minerale: Fe (competitie cu gazda/siderofori), Na, Cl, Mg, K, Ca etc.

Tipuri de cai metabolice Cale catabolica: degradare compusi din mediu + energie 3

etape:

Degradare compusi in molecule constitutive (aa, zaharurietc.)

Molecule simple degradare incompleta la CO2 si H2O + intermediari ai caii metabolice centrale

Degradare completa la Co2 si H2O a bacteriilor aerobe sireactii de fermentatie cu obtinere de alcool, acid lactic, butiric etc. la anaerobi

Cale anabolica:

Intermediari sinteza blocuri de contructie, monomeri; intermediari: glucozo-6-P, pentozo-P, tetrozofosfati, triozofosfati, 3-fosfoglicerat, serina

Monomeri polimeri (proteine, ac. nucleici pematrice; lipide, carbohidrati enzimatic)

Autoasamblare

Cale amfibolica: in acelasi timp eliberare de energie si sinteza

Cale anaplerotica: aprovizionarea permanenta cu metabolitideficienti

Metabolismul glucidic

Calea Embden Meyerhoff anaeroba; suita r.: glucoza 2 piruvati + 2ATP

Calea hexozomonofosfatului: hexoza

pentoza; ac. nucleici, aa aromatici, vitamine

Calea Entner- Doudouroff furnizeaza rezervede precursori, vitamine pt. sinteza ADN si ARN

Calea fosfocetolazei

Ciclul acizilor tricarboxilici: Acetil-Coa

CO2 + H2O la nivelul membraneicitoplasmatice

Metabolismul

soarta compusilor simpli

Aa: Transaminare, dezaminare

ciclul Krebs

Bazele purinice si pirimidinice:endo siexonucleaza utilizate ca sursa de C; sinteza atom cu atom

Lipide: glicerol+acizi grasi (lipaze)

ciclul Krebs

Sinteza ac. grasi: AcCoa carboxilaza si acid gras sintetaza

Cresterea

Formare de noi constituenti celulari

Sinteza specifica pornind de la substantenutritive simple a unor compusi noi, care suntulterior asamblati formand copii fidele ale constituentilor celulari

Depinde de: Informatia genetica

Substantele din mediu (natura, concentratie)

Continua pana intr-un moment critic (raportvolum/suprafata), cand cresterea se intrerupe siapare multiplicarea

Multiplicarea

Diviziune directa - coordonata de ADN Scindare celula mama in 2 celule fiice

Prin invaginare membrana sau formare septtransversal

Bacili, spirili: plan transversal

Unii spirili: longitudinal

Coci: planuri perpendiculare succesive (1,2,3)

Inmugurire: bacterii fotosintetice

Fragmentare: bacterii filamentoase

Segmentare - Tip special de spori: Streptomyces

Diviziunea binara

fig.cox.miami.edu/.../c7.12.11.fission.jpg

Diviziunea prin inmugurire

(Ex. Candida)

www.mshri.on.ca

Multiplicare/moarte celulara

Echilibru

Competitie pentru substrat

Pool de celule vii in cursul perioadelor de scadere a substantelor nutritive

Cultura: rezultatul cresterii si multiplicarii intr-un mediunutritiv

Colonie pe mediu solid: rezultatul multiplicarii unei UFC;

Timp de generatie (de dublare) 15 minute la E. coli

Concentratia bacteriilor: Nr. celule viabile: UFC/ml

Biomasa: Masa uscata celule/unitate volum cultura

Turbidimetrie (dar si celule moarte)

Curba cresterii bacteriene

Mentinerea celulelor in faza

exponentiala

Chemostat:

Inlocuire mediu la intervale fixe celulele

cresc in regim de semiinfometare pentru un

anumit metabolit

Turbidostat:

Scurgerea mediului este reglata fotoelectric,

prin masurarea turbiditatii culturii; se adauga

mediu cand turbiditatea depaseste un anumit

nivel

curs 2

Documents