metabolismul bacterian

  • View
    10

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

bacteriologie generala

Transcript

  • CURS 2METABOLISMUL BACTERIAN

    Metabolismul bacterian se caracterizeaz prin:este un metabolism unicelular, ce se desfoar ntr-o singur celul este un metabolism necompartimentat (lipsa organitelor citoplasmatice)este un metabolism teleonomic, n sensul c posed cile metabolice i mecanismele de reglare ce asigur o eficien maximmare flexibilitate metabolic, de unde rezult o capacitate crescut de adaptare la condiii variate de mediueste un metabolism de mare intensitate, ceea ce asigur o multiplicare rapidn complexitatea genetic a lumii bacteriene acioneaz o restricie genetic, determinat de cantitatea de informaie.Metabolismul bacterian cuprinde:metabolismul energetic (catabolismul)metabolismul de biosintez (anabolismul)

  • Metabolismul energetic (catabolismul)Cuprinde dou procese fundamentale:fermentaia bacterianrespiraia bacterian.

    Fermentaia bacterianO putem defini drept catabolism n care energia rezult din folosirea substanelor organice, att ca donatori, ct i ca acceptori de electroni. Numrul de molecule C, H, O din substanele iniiale este egal cu cel din moleculele rezultate.

    Produii primari sunt reprezentai de acidul piruvic, NADH i ATP. Acidul piruvic este transformat ntr-o varietate de compui organici. Transferul electronilor de pe substratul donator pe cel receptor se face dependent de potenialul de oxido-reducere (potenial redox). Fluxul de electroni strbate un ir de cupluri redox cu o orientare bine definit de valoarea potenialelor lor. Substanele care accept i doneaz cu mare uurin electroni sunt numite transportori de electroni. Produii finali ai fermentaiei i modul n care se formeaz sunt specifici pentru speciile sau grupurile microbiene.

  • n timpul glicolizei, glucoza este oxidat la acid piruvic. Unele bacterii fermentative reduc acidul piruvic numai la acid lactic (bacterii homofermentative specii de Bacillus, Lactobacillus, Streptococ), altele produc i acid acetic, formic, alcool i aceton (bacterii heterofermentative fungi, cteva bacterii din genul Clostridium, Streptococ).

    Un alt tip de reacie fermentativ este reprezenat de aciunea Clostridiilor asupra aminoacizilor, n care caz particip doi aminoacizi (fermentaie cuplat) n care unul este oxidat, iar cellalt redus.

    n fermentaia bacterian sursa de energie este reprezentat de gruparea atomilor de H i O, de la forma hidroxi (-OH) cu energie mai mare la forma carboxi (-COOH) cu energie mai mic, precum i de descompunerea ATP n ADP i radicali acizi (similar proceselor de respiraie bacterian).

    Fermentaia implic intervenia unor molecule de biocatalizatori enzimatici, factorul esenial revenind feredoxinei, care particip i la unele fenomene de fotosintez. n final, n procesul de glicoliz, energia necesar pentru a se ajunge la molecula cheie de acid piruvic este conferit de descompunerea ATP cu eliberarea legturilor macroergice; regenerarea moleculei ATP din ADP i radical fosforic are la baz oxidarea i reducerea ritmic a difosfonucleotidului (DPN).

  • Cele mai importante forme de fermentaii la bacterii sunt:lactic la lactobacili, streptococi grup Aacid-mixt E. coli i alte bacterii intestinalebutilen-glicolitic Enterobacter, Bacilluspropionic anaerobi nesporulaibutir-butanolic Clostridium butyricumacetic Clostridium aceticumalcoolic la drojdii i specii de Erwinia, Sarcina.

    Respiraia bacterianReprezint totalitatea proceselor de oxidoreducere, prin care celula elibereaz energia necesar activitii sale vitale.n funcie de sursa de energie n respiraie, bacteriile sunt de dou feluri:fotosintetizante utilizeaz ca surs energetic lumina solar. Sunt bacterii ce se dezvolt n general n anaerobioz. Pigmenii fotosintetici sunt numii bacterioclorofila a, b, c, d, fiind alturi de pigmenii carotenoizi variai care le coloreaz coloniile.Chimiosintetizante folosesc drept surs de energie substanele chimice din mediul de cretere (oxidarea unei substane anorganice NH3, NO2, H2S, Fe++, Fe+++, S, tiosulfit = bacterii autotrofe, precum i oxidarea unor substane organice = bacterii heterotrofe). Aici se ncadreaz majoritatea bacteriilor cunoscute.

  • Dup necesitile oxigenului molecular n mediu, bacteriile pot fi:strict aerobe se dezvolt numai n prezena oxigenului atmosferic, care constituie singurul acceptor de H, utiliznd numai procesele de respiraie.strict anaerobe se dezvolt numai n mediu lipsit de oxigen, folosind pentru obinerea energiei numai procese de fermentaie, acceptorul final de H fiind de obicei molecula de nitrat, sulfat sau carbonat.microaerofile pot folosi procese de respiraie sau fermentaie, creterea fiind favorizat de o presiune sczut de oxigen (prin cultivare n atmosfer de 5-20% CO2).

    Mecanismul respiraiei bacterieneRespiraia bacterian are loc n trei etape:I. Sistemul transportor de electroni care include: flavoproteinele (proteine ce conin o coenzim derivat din riboflavin), citocromii (aparin unui grup ce conine fier) i quinonele (substane neproteice cu funcie de transport a proteinelor).Reaciile debuteaz cu oxidarea NAD care va reduce FAD, rezultnd formarea de NADH cu eliberare suficient energie pentru formarea ATP.

  • Enzimele activatoare de oxigen sunt:citocromoxidazacitocromii a, b, c

    Enzimele activatoare de hidrogen sunt:dehidrogenarea nicotinamidic (NAD, NADH)flavinproteinaubiquinona enterobactin transferaza

    II. Fosforilarea oxidativ. Sub aciunea catalitic a ATP-azei, ATP este descompus n ADP i radical fosforic, cu eliberarea de energie prin desfacerea unei legturi macroenergice. ATP-ul este generat prin diverse mecanisme metabolice, ce includ respiraia i fermentaia. n acest mecanism substratul care se oxideaz este un donator de electroni iar substartul care primete electronii este numit acceptor de electroni.

    III. Respiraia terminal se realizeaz prin placa turnant a cilcului acizilor tricarboxilici (Krebs), n final rezultnd CO2 i H2O.

  • Metabolismul de biosintez (anabolismul)La bacterii se disting dou tipuri metabolice:tipul autotrof include bacteriile care i sintetizeaz toi metaboliii eseniali pornind de la compui anorganici, contribuind la circuitul substanelor n natur.

    Bacteriile autotrofe sunt de dou feluri: sulfobacterii i nitrobacterii, ultimele mprindu-se n nitrifiante (Nitrobacter, Nitrosomonas) i denitrifiante (anaerobe).

    tipul heterotrof - cuprinde majoritatea speciilor bacteriene, necesitnd pentru biosintezele proprii materie organic i compuii anorganici.

    Aceste bacterii pot utiliza lumina ca surs de energie i componente organice ca surs primar de carbon (fotoheterotrofe) sau pot obine necesarul de carbon i de energie din metabolismul unui singur compus organic (chimioheterotrofe).

  • Exist mai multe tipuri de bacterii heterotrofe:bacterii care fixeaz azotul folosesc surse organice de carbon i azot molecular atmosferic - ex. Azotobacter, Clostridium.bacterii care folosesc carbon organic din glucide (n special), alcooli, acizi grai (rar) i azot din combinaii anorganice ex. Bacterii saprofite din mediul extern, E. coli nepatogen din intestin.bacterii care folosesc carbon i azot organic. Aici se ncadreaz bacterii saprofite din mediul extern, din intestin, de pe mucoas.

    Tot heterotrofe sunt i bacteriile ce nu pot fi cultivate pe medii artificiale (ex. Treponema pallidum) sau cele cu parazitism intracelular strict (rickettsii, chlamydii, mycoplasme).

    Mecanismul de baz a biosintezelor celulei bacteriene implic existena moleculelor informaionale (memoria informaional este nscris la nivelul moleculei de ADN nuclear, astfel nct o anumit secven a codonilor la acest nivel asigur mesajul pentru sinteza unei proteine) i transmiterea mesajului genetic (pe unul din lanurile din molecula matrice de ADN se sintetizeaz molecule de ARN mesager complementar prin aciunea ARN-polimerazei, ADN dependent. ARN mesager trece n citoplasm la nivelul ribozomilor unde mesajul este citit, apoi sintetizarea neoproteinei).

  • Se tie c sinteza unei enzime celulare este n relaie de feed-back (conexiune invers) cu substratul asupra cruia acioneaz. Potrivit modelului Jacob-Monod, de-a lungul moleculei de ADN nuclear exist sute de codoni grupai n gene.

    Genele sunt de 2 tipuri: structurale (codific sinteza unei proteine)funcionale (influeneaz activitatea genelor structurale). Ele pot fi reglatoare (inhibitorii) sau operatoare (activatoare).

    O gen structural mpreun cu gena operatoare din vecintatea sa formeaz o unitate numit operon. n cadrul creterii unui substrat n celula bacterian gena operatoare din operon activeaz gena structural din acelai operon. Gena structural determin sinteza enzimei care catalizeaz descompunerea substratului. Astfel, prin diminuarea substratului sub aciunea enzimei, se activeaz gena reglatoare care codific sinteza unei proteine specifice denumit represor, care inhib gena operatoare din operon ncetnd astfel sinteza enzimei.

    n acest fel sintezele celulei bacteriene se adapteaz la necesitaile celulei, n raport cu variaiile mediului.

  • CRETEREA, MULTIPLICAREA I CULTIVAREA BACTERIILOR

    Ca orice fiine vii, microorganismele cresc, se multiplic i dup o perioad mor.Creterea se caracterizeaz prin adugarea de protoplasm, ca urmare a predominrii fenomenelor anabolice asupra celor catabolice. Multiplicarea este consecutiv creterii i const n nmulirea prin diviziune n generaii succesive a indivizilor dintr-o populaie bacterian.Cultivarea se refer la asigurarea in vitro a unor condiii adecvate necesitilor metabolice ale speciei respective.Din punct de vedere al posibilitii cultivrii microorganismelor, se disting culturi bacteriene n mediul lichid i n mediul solid.Aceste fenomene presupun cteva condiii principale:- suportul nutritiv este asigurat de prezena donatorilor i acceptorilor de hidrogen, surse de carbon, surse de azot, substane minerale (S, P, Mg, Fe, K, Ca) i factori de cretere (aminoacizi, vitamine B, A, D, aciz