Разнообразие биохимических свойств бактерий

Изучение биохимических свойств бактерий постоянно дает почву для размышлений исследователям. Несмотря на общность химического состава, бактерии существенно отличаются по биохимическим свойствам – способности расщеплять питательные вещества, антибиотики, продуцировать витамины и ферменты, выделять в процессе жизнедеятельности различные газы. Изучение биохимических свойств бактериальных культур дает возможность разделять их при помощи специальных питательных сред, выяснять видовую принадлежность, разделять на штаммы. Это особенно актуально для молочнокислых бактерий, чистые культуры которых широко применяются в пищевой промышленности.

Микробиология рекомендует проводить идентификацию бактериальных культур по совокупности нескольких их признаков и свойств, к числу которых относятся следующие.

• морфологические;
• культуральные;
• биохимические;
• серологические.

Методы изучения биохимических свойств молочнокислых и других бактерий – это исследование культур, индикаторные бумажные системы (СИБ) и микротесты, представляющие собой набор пластиковых лунок с индикаторами. Некоторые микроорганизмы можно идентифицировать по пигментообразованию – способности образовывать окрашенные колонии.

Из чего состоят клетки бактерий

Химический состав бактериальной клетки – это комплекс из нескольких групп веществ:

1. Биогенные вещества. Это азот, углерод, водород и кислород. Их них состоят все органические вещества. Их доля в химсоставе молочнокислых бактерий составляет 95%.
2. Макроэлементы. Их количество в клетках бактерий не превышает 5%. К их числу относятся фосфор, кремний, калий, магний, хлор, кальций, натрий.
3. Микроэлементы. Несмотря на малое количество этих элементов в живых клетках, они играют существенную роль в ее жизнедеятельности, входя в состав биологически активных комплексов – пигментов, ферментных систем, участвуя в процессе фотосинтеза.
4. Вода. Это от 70 до 90% биомассы бактерии.

Среди органических веществ, составляющих клетку бактерий, обнаружены белки (простые и сложные), липиды, тейхоевые кислоты, углеводы, нуклеиновые кислоты.

Врачи отмечают, что разнообразие биохимических свойств бактерий играет ключевую роль в их взаимодействии с организмом человека. Эти микроорганизмы способны производить различные ферменты, токсины и метаболиты, что влияет на здоровье и развитие заболеваний. Например, некоторые бактерии могут синтезировать витамины, необходимые для нормального функционирования организма, в то время как другие могут вызывать инфекции и воспалительные процессы.

Специалисты подчеркивают, что понимание биохимических механизмов бактерий помогает в разработке новых методов диагностики и лечения. Исследования показывают, что микробиом человека, состоящий из множества различных бактерий, влияет на обмен веществ и иммунный ответ. Таким образом, разнообразие биохимических свойств бактерий не только обогащает экосистему, но и представляет собой важный аспект медицины, требующий дальнейшего изучения.

Общая бактериология. Классификация, морфология, строение клеточной стенки и окраска бактерий.

Белки

Простые белки называются протеинами, более сложные, с сахарами или липидами в составе – протеидами. Существуют структурные белки, образующие элементы бактериальных клеток, обуславливающие их антигенную структуру, и функциональные или регуляторные, осуществляющие обменные процессы. Белковые цепочки состоят из звеньев – аминокислот. Некоторые из них уникальны для бактерий. Например, дипиколиновая кислота, обеспечивающая высокую устойчивость спор, диаминопимелиновая кислота, D-глутамин, D-аланин. Белки флагеллин и пилин образуют жгутики и ворсинки подвижных бактерий.

Большинство поверхностных антигенов бактерий, как свидетельствуют данные микробиологии, также являются белками. Уникальные биологические функции выполняют порины – белки, обеспечивающие транспорт веществ сквозь клеточные мембраны бактерий. Основой бактериальной клеточной стенки являются пептидогликаны – сложные белковые структуры, играющие роль гетерополимерного остова. Их состав имеет видоспецифичную структуру и его анализ позволяет проводить антигенное определение видовой принадлежности бактериальных культур.

Недавно было обнаружено уникальное биохимическое свойство бактериальных пептидогликанов – наряду с пирогенной способностью они способны останавливать развитие опухолей.

Различают липопротеиды, глюкопротеиды и нуклеопротеиды. Белки являются основными составляющими белковых фабрик бактерий – рибосом.

Липиды

Входят в цитоплазматические мембраны бактерий, а также составляют наружные оболочки грамотрицательных прокариот. Жирные кислоты являются видоспецифичными и их определение позволяет идентифицировать роды и виды этих микроорганизмов.

Наличие в липидах кислотоустойчивых жирных кислот придает им целый ряд биологических и биохимических свойств – устойчивость к воздействию спиртов, кислот и щелочей, солнечной радиации и дезинфицирующим растворам, избирательность по отношению к красителям, а также патогенность.

Разнообразие биохимических свойств бактерий вызывает большой интерес среди ученых и исследователей. Многие отмечают, что эти микроорганизмы способны адаптироваться к самым различным условиям окружающей среды, что делает их незаменимыми в экосистемах. Например, некоторые бактерии могут разлагать сложные органические вещества, превращая их в полезные продукты, такие как биогаз или удобрения. Другие, напротив, производят антибиотики, которые помогают бороться с инфекциями.

Микробиологи подчеркивают, что изучение метаболических путей бактерий открывает новые горизонты для медицины и биотехнологий. Благодаря генетическим модификациям можно создавать штаммы с уникальными свойствами, способные производить необходимые вещества в промышленных масштабах. Однако, наряду с положительными аспектами, существует и обеспокоенность по поводу патогенных бактерий, которые могут вызывать заболевания. Таким образом, разнообразие биохимических свойств бактерий является как источником возможностей, так и вызовом для науки и общества.

Культуральные и биохимические признаки бактерий

Тейхоевые кислоты

Линейные полимеры клеточных стенок грамположительных бактерий (в том числе молочнокислых), являясь их основными антигенами.

Углеводы

Полисахариды. Входят в состав клеточных стенок. Различают экзо- и эндоклеточные полисахариды. Первые, в свою очередь, бывают истинными, выходящими наружу клетки, и каркасными, входящими в состав капсул. Слизеподобные декстраны широко применяются в медицине – входят в состав кровезаменителей, используются в качестве молекулярных сит в хроматографии. Биологические и биохимические функции эндоклеточных полисахаридов состоят в создании внутриклеточных запасов питательных веществ.

Липополисахариды. Являются эндотоксинами (другое название – антигены) и состоят из липида, общего для грамотрицательных бактерий полисахаридного ядра и концевых (терминальных) цепочек (другое название – специфические боковые цепи). Обуславливают такие биохимические свойства бактерий, как антигенная специфичность и патогенность.

Определение биохимических свойств на среде Клиглер | Микробиология

Нуклеиновые кислоты

ДНК, основной функцией которой является хранение и передача наследственной информации, содержится в нуклеоиде и плазмидах. ДНК нуклеоида молочнокислых бактерий осуществляет передачу генетической информации по вертикали – от поколения к поколению. Плазмидная ДНК позволяет бактериям обмениваться генами в течение их жизни – это называется горизонтальным переносом генов.

Основные биохимические свойства ДНК – это способность к репликации (самовоспроизведению) и транскрипции (образованию на ней матричных РНК, с которых в дальнейшем считываются белки).

РНК – основной компонент рибосом, в которых синтезируются бактериальные белки (рРНК). Существуют также мРНК и тРНК, осуществляющие доставку аминокислот в реакционный центр биосинтеза белка.

Ферменты бактерий и свойства культур

Биохимические свойства бактерий (в том числе молочнокислых) зависят от присутствующих в них ферментов – белковых структур, способных осуществлять определенные реакции обмена веществ. Изучение структуры белков всегда было тесно связано с микробиологией – культуральные методы изучения ферментов позволяют многое узнать об их специфичности, субстратах и продуктах.

Белковые комплексы, осуществляющие биохимические реакции в клетках молочнокислых и других бактерий, делятся на шесть основных классов:

1. Оксидоредуктазы – ферменты окислительно-восстановительных реакций.
2. Трансферазы – переносят группы атомов с одних молекул на другие.
3. Гидролазы – ферменты гидролитических реакций – расщепления веществ с участием воды.
4. Лиазы. Проводят отщепление от субстратов групп атомов негидролитическим путем – расщепляя и образовывая двойные связи.
5. Синтетазы или лигазы. Ферменты, соединяющие две молекулы между собой, используя энергию АТФ.
6. Изомеразы. Ферменты, способные создавать изомеры – варианты молекул одного состава, отличающихся различным пространственным расположением атомов и их групп.

Если классифицировать ферменты молочнокислых и других бактерий с точки зрения генетического контроля их работы, то можно различить три основные группы:

1. Конститутивные – присутствуют в клетке постоянно.
2. Индуцибельные – присутствуют только при наличии расщепляемого ими субстрата.
3. Репрессибельные – отличаются тем, что их количество обратно пропорционально количеству продукта реакции.

Инвазивные биохимические свойства микроорганизмов зависят от наличия на их поверхности экзоферментов, облегчающих проникновение внутрь тканевых барьеров. Выделяясь во внешнюю среду, такие ферменты расщепляют антибиотики, повышают проницаемость тканей, разжижают слизистый барьер, помогают бактериям проникать внутрь клеток и в межклеточное пространство.

Для описания биохимических свойств бактериальных культур используется рабочая классификация по конечным продуктам и результатам работы ферментов. Поскольку ферментный состав клеток молочнокислых и других бактерий зависит от их генома, он является относительно постоянной величиной. Поэтому методы определения активных ферментов позволяют классифицировать колонии и определять их видовую принадлежность. Различают пять групп ферментативной активности бактериальных культур:

• протеолитические,
• сахаролитические,
• оксилительно-восстановительные,
• аутолитические,
• патогенные.

Продуктами деятельности бактериальных культур могут являться различные кислоты (например, молочная и масляная кислота, выделяемая молочнокислыми бактериями), газы (углекислый, водород, сероводород), индол и другие.

Современные методы позволяют выделить основные факторы патогенности бактериальных культур. Таковыми факторами являются наличие в бактериальной клетке таких ферментов, как гиалуронидаза, лецитиназа, нейроаминидаза, плазмокоагулаза и некоторые другие.

Уникальные биохимические свойства некоторых бактериальных ферментов обусловили их широкое применение в биологических исследованиях. Так, например, в медицине широко применяются протеолитические и аутолитические ферменты, а в молекулярной генетике и генной инженерии – рестриктазы и лигазы, разрезающие и сшивающие цепочки нуклеиновых кислот.

Идентификация бактерий и их метаболизм

После изучения морфологии бактериальных клеток в окрашенных препаратах приступают к культуральному исследованию их ферментативной активности. Наиболее изученными у бактериальных культур являются сахаролитические и протеолитические ферменты. Физиолого-биохимические исследования бактериальной культуры позволяют выявить уникальные для отдельного вида или рода метаболические цепочки.

Среди характерных физиолого-биохимических свойств бактериальной культуры – способность избирательно растворять эритроциты различных видов животных (другое название этой реакции – гемолиз), сворачивать плазму (реакция плазмокоагуляции), растворять фибриновый сгусток (осуществлять фибринолиз).

После завершения изучения биохимических свойств патогенных бактерий проводят их серологическое определение при помощи реакции агглютинации с использованием высокоспецифичной иммунной сыворотки.

Вопрос-ответ

Каковы биохимические свойства бактерий?

Биохимические свойства микроорганизмов. Под биохимическими свойствами понимают способность производить расщепление и синтез различных химических веществ при помощи своих ферментов. Каждому виду м/о свойственны определенные ферменты, что позволяет, учитывая и другие свойства и признаки, дифференцировать их.

Какова биохимическая активность бактерий?

Биохимическая активность бактерий разнообразна и включает в себя процессы метаболизма, такие как ферментация, дыхание и фотосинтез, а также синтез различных биомолекул, включая ферменты, витамины и антибиотики. Бактерии играют ключевую роль в круговороте веществ в природе, участвуя в разложении органических веществ, азотном цикле и других экологических процессах, что делает их важными как для экосистем, так и для биотехнологий.

Каковы три свойства бактерий?

Бактерии обладают уникальными особенностями, включая клеточную стенку, состоящую из пептидогликана, жгутики для движения, а некоторые бактерии имеют капсулу снаружи клеточной стенки.

Советы

СОВЕТ №1

Изучайте различные виды бактерий и их биохимические свойства, чтобы лучше понимать их роль в экосистемах. Это поможет вам осознать, как они влияют на здоровье почвы, водоемов и даже человеческого организма.

СОВЕТ №2

Обратите внимание на применение бактерий в биотехнологиях. Многие из них используются для производства антибиотиков, витаминов и ферментов, что открывает новые возможности для медицины и промышленности.

СОВЕТ №3

Не забывайте о значении бактерий в процессе разложения органических веществ. Понимание их биохимических процессов поможет вам лучше осознать, как происходит естественный круговорот веществ в природе.

СОВЕТ №4

Следите за новыми исследованиями в области микробиологии. Научные открытия о бактериях могут изменить наши представления о здоровье, экологии и даже климате, поэтому важно быть в курсе последних тенденций.