 |
Физиология обмена веществ бактерий.
|
|
|
|
Клетка - универсальная структурная единица живой материи. Основные структурные компоненты бактериальной клетки: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, периплазматическое пространство, цитоплазма (ядерный аппарат, рибосомы, плазмиды, ферменты, мезосомы, различные включения), капсулы, споры, жгутики, донорные ворсинки, фимбрии.
Клеточная стенка - компонент, присущий только эубактериям (кроме микоплазм). Её функции: определяет и сохраняет форму клетки, защищает внутреннюю часть от действия механических и осмотических сил внешней среды, несет на себе рецепторы для фагов, обеспечивает коммуникации с внешней средой, участвует в регуляции роста и деления клетки, определяет антигенную специфичность бактерий, содержащийся в ней пептидогликан, обладает важными иммунобиологическими свойствами. Нарушение синтеза клеточной стенки является главной причиной L-трансформации бактерий. Строение клеточной стенки. Структура пептидогликана (остов, боковые и поперечные пептидные мостики). Иммунобиологические свойства пептидогликана (иммуномодулирующее, митогенное, противоопухолевое, антигенное, пирогенное, торможение активности макрофагов и др.). Чувствительность пептидогликана к действию антибиотиков (пенициллин), лизоцима и других ферментов.
Различие в структуре клеточной стенки: у грамположительных - мощный слой пептидогликана, наличие тейхоевых кислот, мало липидов, нет липополисахарида, нет наружной мембраны; у грамотрицательных бактерий - нет тейхоевой кислоты, наличие липопротеина, липополисахарида, наружной мембраны, один - два слоя пептидогликана.
Структура липопротеина. Липополисахарид. Структура, свойства (эндотоксин, определяет антигенную специфичность клетки). Структура наружной мембраны (фосфолипиды, белки, главные и второстепенные, их функции).
|
|
|
L-трансформация. Факторы, нарушающие синтез клеточной стенки. Особенности L-форм бактерий. Сходство морфологических изменений (нитевидные, волокнистые, колбасовидвые, шаровидные образования - гранулярные формы - фильтрующиеся формы бактерий).
Общие культуральные свойства. Превращение из грамположительных в грамотрицательные. Стабильные и нестабильные L-формы (в зависимости от полной или частичной утраты способности синтезировать клеточную стенку).
Снижение вирулентности по сравнению с родительскими формами. Способность длительно персистировать в организме. Утрата клеточной стенки делает L-формы нечувствительными к различным химическим препаратам и антителам. Это одна из главных причин перехода острого заболевания в хроническую форму. Способность при неполной утрате синтеза клеточной стенки ревертировать в исходную бактериальную форму - причина рецидивов. L-трансформация подобно спорообразованию является важнейшей формой приспособления бактерий к неблагоприятным условиям существования. При истощении среды источниками энергии или азотистого питания, бактерии превращаются в споры. Под влиянием различных биологических факторов или химиопрепаратов они превращаются в L-формы. Как споры, так и L-формы при благоприятных условиях могут ревертировать в исходные бактериальные формы. Сходство L-форм с микоплазмами. Роль микоплазм в патологии человека (возбудители респираторных, ревматоидных заболеваний, болезней мочеполовой системы и различных воспалительные процессов).
Цитоплазматическая мембрана. Её структура и функции (воспринимает все химические сигналы из внешней среда; основной осмотический барьер; участвует в регуляции клеточного деления, процессов репликация и сегрегации хромосом и плазмид; в синтезе клеточной стенки; с нею связаны жгутики; в ней сосредоточены различные ферменты, в том числе переноса электронов, участвует в процессах транспортировки питательных веществ в клетку и продуктов жизнедеятельности из клетки в окружающую среду; играет важную роль в стабилизации рибосом: участвует в образовании мезосом).
|
|
|
Цитоплазма. Особенности ядерного аппарата (нет мембраны, ядрышка и аппарата митоза). Рибосомы, фермент, включения, мезосомы.
Жгутики - орган движения бактерии. Структура жгутика: нить, крючок, базальное тельце, состоящее из стержня и одной (у грамположительных) или двух (у грамотрицательных) пар дисков. Двигательные свойства, их механизмы. Монотрихи, амфитрихи, лофотрихи, перитрихи.
Донорные ворсинки, назначение их. Фимбрии, их назначение (у многих факторы адгезии).
Капсулы. Химический состав, роль (факторы патогенности защищают от фагоцитоза).
Споры. Процесс спорообразования (предспоры, споры). Структура споры: протопласт, зародышевая клеточная стенка, кортекс, оболочка, экзоспориум. Основные свойства спор: низкая метаболическая активность, устойчивость к действию высокой температуры, высушиванию, действию химических веществ.
Генетический контроль спорообразования. Причины спорообразования. Прорастание спор (активация, начальная стадия, стадия роста).
Механизмы питания бактерий. Пассивная диффузия, облегченная диффузия (роль пермеаз). Активный транспорт, преодоление градиента концентрации, трата энергии.
Участие связывающих белков и пермеаз. Фосфотрансферазная система. Наличие двух неспецифических компонентов (фермент I и НРr), их назначение, и специфических ферментов, обладающих способностью катализировать фосфорилирование субстратов и функцией пермеаз. С помощью активного транспорта в клетке поддерживается необходимая внутриклеточная концентрация питательных веществ, обеспечивающих на оптимальном уровне процессы метаболизма, и осуществляется функция осмотической регуляции.
Лекция 4.
Тема: ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ БАКТЕРИЙ.
Химия клеток прокариотов и эукариотов. Сходство метаболических процессов и их путей. Основа жизни - взаимодействие трех потоков информации: поток информации из внешней среды, два потока генетической информации - по горизонтали и по вертикали. Поведение клеток и всех живых существ всегда адекватно имеющейся у них информации и информации, поступающей из окружающей среды - это всеобщий биологический закон.
|
|
|
Удовлетворение потребностей бактерий в органогенах.
Углеродное питание - автотрофы и гетеротрофы (сапрофиты и паразиты).
Превращение СО2 в один моль глюкозы требует 112 ккал энергии. Источники ее у бактерий. Фотосинтезирующие бактерии восстанавливают СО2 водородом Н2S в гексозу за счет энергии фотосинтеза.
Две группы фотосинтезирующих бактерий. Открытие С.Н.Виноградским хемосинтеза. Нитрифицирующие бактерии, окисляя аммиак в азотистую, а затем азотную кислоту, используют освобождающуюся энергию для восстановления СО2 в гексозу.
Доноры электронов у бактерий - неорганические элементы (фотолитотрофы и хемолитотрофы) и органические соединения - хемоорганотрофы.
Азотистое питание бактерий.
Аминоавтотрофы (азотфиксирующие бактерии, свободно живущие и клубеньковые, усваивающие молекулярный азот из воздуха; нитрифицирующие бактерии - нитрозомонас и нитробактер - усваивают минеральный азот).
Аминогетеротрофы нуждаются в азотистых органических соединениях.
Метаболизм, анаболизм (конструктивный обмен) и катаболизм (энергетический обмен).
Конструктивный обмен. Синтез мономеров и биополимеров. Основа - белоксинтезирующая система. Её состав: 70s рибосомы, комплект 20 активированных аминокислот (аминоациладенилаты), комплект 20 тРНК, белковые факторы инициации, элонгации, терминации трансляции и модификации полипептидной цепи, катионы Mg++, Cа++, ГТФ и мРНК.
Характеристика рибосом: 70s (прокариоты) и 80s (эукариоты).
Содержание рибосом у бактерий - функция их условий роста. Содержание ДНК у бактерий в отличие от всех остальных живых существ не является постоянным, а определяется условиями их роста и может достигать величин, эквивалентных 4-6-8 хромосомам. Биологическое значение этих особенностей. Благодаря регулированию содержания ДНК и рибосом бактерии могут размножаться с наибольшей скоростью при благоприятных для них условиях (фактор, определяющий их сохранение в природе). Все процессы в клетке катализируются ферментами. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лигазы, изомеразы, лигазы (синтетазы) и полимеразы.
|
|
|
Обнаружение у бактерий двух феноменов: а) индукции и б) репрессии.
Три группы ферментов - конститутивные, индуцибельные и репрессибельные. Их характеристика.
Клеточный цикл бактерий. Особенности роста. Механизм деления клетки. Сопряженность процессов деления, репликации и сегрегации хромосом и плазмид. Время жизни клетки описывается формулой: T = С+Д, (где Т - время жизни, С - время репликации хромосомы, Д-время от завершения репликации до завершения формирования клеточной перегородки). Последствия нарушения генетического контроля клеточного деления (миниклетки, нитевидные клетки). Типы культивирования бактерий:
Стационарный, глубинный с аэрацией, использование проточных сред. Типы культур: периодические, непрерывные, синхронные. Их особенности и характеристика этих культур. Основные этапы роста периодических культур.
Особенности энергетического обмена у бактерий. Деление бактерий по типу дыхания на строгие аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы и строгие анаэробы, использование кислорода как конечного акцептора электронов аэробами, микроаэрофилами, а также факультативными анаэробами в аэробных условиях. Особенности энергетического обмена у анаэробов и факультативных анаэробов в отсутствие кислорода. Причина высокой чувствительности анаэробов к кислороду - отсутствие каталазы, угнетение анаэробного энергетического обмена в присутствии кислорода, отсутствие систем регуляции уровня окислительно-восстановительного потенциала.
Цепь переноса электронов у бактерий: органическое вещество --- НАД --- флавопротеин --- хинон --- цитохром в --- цитохром с --- цитохром а --- кислород.
Универсальный источник энергии - глюкоза, граммолекула которой содержит 690 ккал. При окислении глюкозы в анаэробных условиях образуется 2 моля АТФ и две молекулы молочной кислоты, т.е. выход энергии составляет всего 20 ккал (одна пирофосфатная связь АТФ -10 ккал).
При дальнейшем окислении каждой молекулы молочной кислоты мобилизуется перенос шести пар электронов, а перенос каждой пары электронов сопровождается синтезом трех молекул АТФ. Поэтому при полном окислении в аэробных условиях глюкозы образуется 2+18+18=38 молекул АТФ, т.е. используется 60% энергии глюкозы (380 ккал), остальная энергия подвергается диссипации (бесполезное рассеивание). Использование одного моля АТФ позволяет бактериям синтезировать 10 граммов биомассы.
|
|
|
Механизм, посредством которого поток электронов участвует в образовании АТФ, состоит в следующем. Переносчики электронов заключены в мембране клетки и имеют определенную ориентировку, так что перенос электронов сопровождается передачей протонов (Н+) с внутренней на внешнюю поверхность мембраны. Поскольку во всех других случаях мембрана непроницаема для протонов, то создается градиент их, и мембрана становится "энергизованной". Энергия градиента протонов может быть использована клеткой для движения жгутиков, активного транспорта и для синтеза молекул АТФ. АТФ образуется, когда протоны повторно проникают в клетку через участок мембраны, где с нею соединены комплексы АТФ-азы. Такие комплексы имеют проводящий протоны канал, который проходит сквозь мембрану. Поток протонов протекает через этот канал и участвует в синтезе АТФ из АДФ и неорганического фосфора.
Роль микробов в экономике природы. Участие их в круговороте веществ. Круговорот углерода. Процессы брожения. Круговорот азота. Гниение, нитрификация, денитрификация. Азотфиксирующие бактерии. Значение этих процессов для плодородия почвы. Роль микробов в круговороте серы, фосфора и других элементов.
Лекция 5.
Тема: УЧЕНИЕ ОБ ИНФЕКЦИИ.
Распространение микробов в окружающей среде.
Микрофлора почвы, ее состав, роль в процессах самоочищения и круговорот веществ в природе. Гниение, процессы минерализации, нитрификации и денитрификации. Азотфиксирующие бактерии. Роль микроорганизмов в обеспечении плодородия почвы. Роль ее в распространении инфекционных заболеваний. Длительное сохранение в почве спорообразующих бактерий (возбудители сибирской язвы, столбняка, газовой гангрены и ботулизма).
Микрофлора воды, ее состав. Загрязнение водоемов сточными водами и отходами хозяйственной деятельности человека - экологические проблемы. Полисапробные, мезосапробные и олигосапробные воды. Роль воды в распространении кишечных инфекций. Санитарная оценка качества питьевой воды. Понятие о коли-титре и коли-индексе.
Микрофлора воздуха, ее состав. Роль воздуха в распространении инфекционных заболеваний. Воздушно-капельный и воздушно-пылевой способы заражения.
Микрофлора человеческого тела.
Процесс формирования микрофлоры после рождения. Микрофлора кожи, слизистых оболочек. Микрофлора толстого кишечника.
Значение микрофлоры человека: защитная - мощный фактор естественной резистентности - подавляет рост и размножение патогенных микробов; стимулирует развитие лимфоидной ткани; участие в процессах пищеварения; снабжает организм различными витаминами.
Микрофлора толстого кишечника:
1) строгие анаэробы, не образующие спор грамположительные бактерии (бифидумбактерии) и грамотрицательные бактероиды. На их долю приходится 96-99% всей микрофлоры;
2)факультативные анаэробы - кишечная палочка, энтерококки, лактобактерии, 1-4% микрофлоры;
3)остаточная микрофлора (0,01-0,001%) - стафилококки, протей, дрожжи, клостридии;
4) различные представители семейства Enterobacteriaceae.
Понятие о дисбактериозе. Проблемы профилактики и лечения. Дисбактериозы - одна из причин возникновения злокачественных новообразований в результате синтеза бактериями мутагенных факторов.
Патогенные и непатогенные бактерии.
Патогенность - от греческого «pathos» - болезнь и «genes» - рождаю.
Происхождение патогенных бактерий:
1) В результате приспособления к паразитизму гетеротрофов - сапрофиты, паразиты (формы симбиоза: мутуализм, комменсализм, паразитизм). Подтверждение - наличие в природе, микробов - двойников (патогенные и непатогенные микобактерии, коринебактерии и другие). Патогенные для растений, животных, человека.
2) В природе существуют сапрофиты, способные синтезировать экзотоксины (возбудители столбняка, ботулизма и др.) Особенности их биологии.
3) Превращение непатогенных кишечных палочек в диареегенные в результате инфицирования их плазмидами или фагами.
4) Превращение нетоксигенных бактерий в токсигенные в результате инфицирования их умеренными конвертирующими фагами (дифтерийная палочка, возбудитель ботулизма).
5) Бактерии, свободно живущие во внешней, среде могут вызывать болезни человека (сапронозы - болезнь легионеров, иерсиниозы).
Особенности их биологии - могут жить во внешней среде ив организме человека.
Инфекция и инфекционный процесс.
Определение понятия. Болезнь - одна из форм проявления инфекции, т.е. процесса взаимодействия микроорганизма и макроорганизма в определенных условиях внешней и социальной среды. Сущность инфекционного процесса. Обусловленность его свойствами возбудителя и макроорганизма.
Формы инфекции: абортивная, латентная, дремлющая, атипическая, типичная, хроническая (персистентная), медленная, бактерионосительство.
Патогенность и вирулентность. Получение вакцин путем ослабления вирулентности. Определение понятий DLM, DCL, DL50.
Реализация патогенности - инфекциозность, агрессивность, отравление токсинами (токсигенность и токсичность).
Инфекциозность опосредуется через адгезию, колонизацию и инвазию.
Адгезия - пусковой механизм реализации патогенных свойств любого возбудителя (токсины - связь с рецепторами). С помощью адгезии обеспечивается и колонизация клеток.
Факторы патогенности (вирулентности) бактерий:
1)факторы адгезии - фимбрии, белки наружной мембраны, липополисахарид;
2)факторы инвазии - белки наружной мембраны и др.;
3)факторы, препятствующие фагоцитозу (различные компоненты клеточной стенки - пептидогликан, белок А, белок М, VI- антиген, белки v-w, фракция I и др.);
4)факторы, подавляющие фагоцитоз (капсулы, продукты жизнедеятельности бактерий);
5)ферменты "защиты и агрессии" - плазмокоагулаза, фибринолизин, лецитиназа, гиалуронидаза, ДНК-аза и др.;
6)токсины микробов.
Экзотоксины и эндотоксины.
Природа и свойства экзотоксинов: белки, секреция во внешнюю среду, высокая сила действия, специфичность и избирательность действия, различное отношение к температуре - термолабильные и термостабильные, индукция образования антитоксинов, превращение в анатоксины. Значение последних.
Экзотоксины синтезируют как грамположительные, так и грамотрицательные бактерии.
Типы экзотоксинов:
1)состоят из двух фрагментов - А и В. Фрагмент В обладает рецепторными свойствами и способствует формированию внутримембранного канала. Фрагмент А - собственно токсин со свойствами фермента (холероген, энтеротоксины, дифтерийный токсин);
2)токсины - полипептиды. Вначале синтезируются в виде неактивной полипептидной цепи. Активация токсина осуществляется путем разрезания полипептида на две цепи - "разрезанные" токсины (токсины возбудителей ботулизма, столбняка);
3)токсины с мало изученной структурой. Особенности генетического контроля синтеза экзотоксинов: хромосомными генами, генами плазмид, генами умеренных конвертирующих фагов (лизогенная конверсия, например, возбудители дифтерии, дизентерии, эшерихиозов).
Особенности эндотоксинов. Они имеются только у грамотрицательных бактерий, термостабильны, не обладают избирательностью и специфичностью действия, носителем эндотоксинов является липополисахарид.
Многообразие патогенных изменений в организме, возникающих при эндотоксикозе, обусловлено не только самим эндотоксином, но и высвобождением под его воздействием более 20 различных медиаторов из гуморальных и клеточных источников организма (гистамин, серотонин, простагландины, лейкотриены и др.).
Эндотоксины не обезвреживаются формалином и индуцируют не антитоксические, а антимикробные антитела.
Основные источники инфекции:
1. Человек (больной, бактерионоситель). Антропонозы - болезни, свойственные только человеку (брюшной тиф, дизентерия).
2. Животные. Зоонозы - болезни, свойственные только животным. Зооантропонозы - болезни, общие для животных и человека (сибирская язва, чума, туляремия и др., около 100 болезней).
Природные очаги - совокупность всех видов животных и паразитирующих на них кровососущих насекомых, которые являются источником (резервуаром) данной болезни в определенном регионе (природные очаги чумы, туляремии и т.п.).
3. Внешняя среда, в которой живут некоторые бактерии. Сапронозы; иерсинии, легионеллы и др.
Пути проникновения возбудителя в организм - слизистые оболочки, кожные покровы. Входные ворота инфекции.
Способы заражения:
1)воздушно-капельный - наиболее опасный (пандемии гриппа, чумы);
2)воздушно-пылевой;
3)фекально-оралъныи (кишечные инфекции, роль воде, пищевых продуктов);
4)трансмиссивный - через укусы насекомых (малярия, сыпной тиф и др.;
5)контактный (прямой и непрямой контакты);
6)половой путь;
7)посредством различных парентеральных манипуляций (посредством инъекции - СПИД);
8)от матери ребенку через плаценту (гепатит В, СПИД, токсоплазмоз).
Динамика развития инфекционного процесса (инкубационный период, продромальный период, период развития болезни, выздоровление). Значение L-трансформации в переходе острой болезни в хроническую и рецидивов. Проблема бактерионосительства.
Распространение возбудителей в организме:
а) путем контакта от клетки к клетке;
б) лимфогенным путем;
в) гематогенным путем;
д) по нервным путям.
Бактериемия, септицемия (сепсис), септикопиемия, токсинемия.
Понятие об органотропности микроорганизмов и ее причинах.
Пути выделения возбудителя из организма (испражнения, моча, мокрота, рвотные массы, гнойное отделяемое - материал для бактериологического исследования, кроме того, кровь, костный мозг, лимфатические узлы и др.).
Лекция 6.
Тема: ИММУНИТЕТ. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ
|
|
|
