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
a.3.Substantele organice
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
a.3.Substantele organice
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
a.3.Substantele organice
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
a.3.Substantele organice
Vitamine
Biotina: sintetizata de E. coli, B. subtilis, B.
anthracis
Tiamina (B1): E. coli, B. subtilis
Vitamine grup B si K flora bacteriana
intestinala
a.3.Substantele organice
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