2015-02-04
7063
Бактериялар физиологиясы - бактериялардың тіршілігін, зат алмасуын, қоректенуін және қоршаған ортамен қарым қатынасын зерттейді. Бактериялардың зат алмасуын зерттеу, оларды дақылдандыруда, таза дақылдарын бөліп алып идентификациялауда үлкен орын алады. Патогенді және шартты – патогенді бактериялардың физиологиясын зерделеу, олар тудыратын жұқпалы аурулардың патогенезін зерттеу, микробиологиялық диагноз қою, емдеу және олардың алдын алу, адам мен қоршаған орта қарым қатынастарын реттеу, сонымен қатар биотехнологиялық процестерді қолдана отырып, бактериялардан биологиялық белсенді заттарды алу үшін қажет.
3.1.1. Бактериялардың қоректенуі
Бактериалық жасушаның химиялық құрамы. Бактерия жасушасының 80-90% судан, ал қалған 10% құрғақ заттан тұрады. Жасуша ішіндегі су бос немесе байланысқан күйде болады. Ол жасушаға серпімділік қасиетін бере отырып, гидролитикалық реакцияларға қатысады. Жасушаны кептіру арқылы ішіндегі судан арылту, ондағы метаболикалық және кобею процестерінің тоқтауына әкеліп соқтырады. Мұздатылған күйдегі жасушаны вакуумда кептіру (лиофилизациялау) микробтардың кобеюін тоқтатып, ұзақ уақыт сақталуына мүмкіндік береді.
Құрғақ зат құрамы төмендегідей:
52% - ақуыз, 17% - көмірсулар, 9% - майлар, 16% - РНҚ, 3% - ДНҚ және 3% - минералдық заттар.
Ақуыздар ферменттер болып табылады, сонымен қатар жасушаның құрлымдық бөлігі, ол цитоплазматикалық мембрана және оның туындылары, жасуша қабырғасы, талшықтар, споралар және кейбір капсулалар құрамына кіреді. Кейбір бактериялардың ақуыздары олардың антигендері мен токсиндері болады. Бактериялар ақуздарының құрамына адамдарда болмайтын Д-аминқышқылдары мен диаминопимелин қышқылы кездеседі.
Бактерия жасушасы құрамындағы көмірсулар моно-, ди-, олигосахаридтер мен полисахаридтер күйінде болады, сонымен қатар ақуыздар, майлар және басқа қосындылар құрамына кіреді.
Майлар немесе липидтер цитоплазмалық мембрана құрамына кіреді, грамтеріс бактериялардың жасуша қабырғасында болады, сондай-ақ, қоректік зат ретінде жинақталады, грамтеріс бактериялардың эндотоксиндерінің құрамында болады, ЛПС құрамында антиген түзеді.
Нуклеин қышқылдары. Бактерия жасушасында РНҚ-ның барлық түрлері кездеседі: иРНҚ, тРНҚ, рРНҚ. Пуриндік және пиримидиндік нуклеотидтер – нуклеин қышқылдарын түзетін құрылыстық блоктар болып табылады. Бұдан басқа пурин және пиримидин қышқылдары көптеген коферменттер құрамына кіре отырып аминқышқылдарын, моносахаридтерді және органикалық қышқылдарды тасымалдауға қатысады. ДНҚ бактерия жасушасында тұқым қуалау қызметін атқарады. ДНҚ молекуласы екі полинуклеотидтік тізбектерден тұрады.
Минералдық заттар жасушаны өртегеннен кейінгі кұлден табылады. Төмендегідей көптеген минералдық заттар (N, S, Ca, K, Mg, Fe, Mn), сонымен қатар микроэлементтер (Zn, Cu, Co, Ba) кездеседі. Қоректену түрлері және энергия алу әдістері бойынша бактериялардың жіктелуі. Бактерия метаболизмінің негізгі мақсаты өсу, дәлірек айтқанда жасушаның барлық құрылымдарының үйлесімді ұлғаюы болып табылады. Бактерия жасушасының негізі көміртегі атомынан тұратын органикалық қосылыстар (ақуыздар, көмірсулар, нуклеин қышқылдары) болғандықтан, жасуша өсу үшін үздіксіз көміртегі атомдарының түсіп тұруын қажет етеді. Сіңірілетін көміртегі алу көзіне байланысты бактерияларды төмендегі түрлерге бөледі:
Аутотрофтар (гректің autos- өзім, trophe- қоректену)-өз жасушаларын құруда көміртегін ауадағы СО2 - нен сіңіретіндер.
Гетеротрофтар ( грекше heteros- басқа )- көміртегіні органикалық қосылыстардан пайдаланатындар. Жеңіл сіңірілетін көміртегі көздері гексозалар, көпатомды спирттер, аминқышқылдар болып табылады.
Энергия көзі ретінде күннің жарығын пайдаланатын организмдерді фототрофтардеп атайды. Ал тотығу-тотықсыздану реакцияларының нәтижесінде пайда болған энергияны пайдаланатын организмдерді хемотрофтардеп атайды.
Хемотрофтардың ішінде органикалық емес электрондарды(H2, NH2, H2S, Fe 2+ және т.б) пайдаланатындарды литотрофтар ( гректің lithos -тас ),ал органикалық қосылыстардың электрондарын пайдаланатындарды органоторфтар деп атайды.
Медициналық микробиология зерттейтін бактериялар гетерохемоорганотрофтарға жатады. Бұл топтың ерекшелігі, көміртегі көзі-энергия көзі болып табылатындығында.
Әр түрлі бактерияларда гететротрофтық дәрежесі біркелкі болмайды. Өлі органикалық заттармен қоректенетін және басқа организмдерге тәуелсіз микроорганизмдер- сапрофиттер (гректің sapros - шіріген, phitos -өсімдік) және қоректік заттарды макроорганизмнен алуға тәуелді гетеротрофты микроорганизмдер паразиттер (гректің parasitos- арамтамақ) деп бөлінеді.
Паразиттерді облигатты және факультативті түрлерге ажыратады. Облигатты паразиттер жасушадан тыс жерде мүлдем тіршілік ете алмайды. Оларға макроорганизм жасушасының ішінде ғана көбейе алатын Rickettsia, Coxiella, Ehrlichia, Chlamidia тұқымдастығының өкілдері жатады.
Факультативті паразиттер, сапрофиттер тәрізді иесінің жасушасынсыз қоректік орталарда in vitro, яғни дәлірек айтқанда организмнен тыс тіршілік етіп көбейе алады.
Бактерияларды in vitro жүйесінде дақылдандыру қоректік орталарда жүзеге асырылады. Жасанды қоректік орталар келесі талаптарға сай болуы тиіс:
1. Бактериялардың барлық тіршілік процестері суда өтетіндіктен кез-келген қоректік ортада жеткілікті мөлшерде су болуы қажет.
2. Гетеротрофтық бактерияларды дақылдандыру үшін ортада органикалық көміртегі көзі болуы керек. Бұл қызметті түрлі органикалық қосындылар атқарады: көмірсулар, аминқышқылдары, органикалық қышқылдар, майлар. Ең жоғарғы энергетика көзі глюкоза болып табылады, өйткені ол ыдырау барысында тікелей АТФ және биосинтетикалық жолдарға қажетті ингредиеннттерге бөлінеді. Бұл мақсатта ақуыздардың жартылай гидролизінің өнімі, поли-, олиго-, дипептидтерден тұратын пептон жиіпайдаланылады. Пептон және де бактериалдық ақуыздарды құруға қажетті аминқышқылдарын жеткізіп отырады.
3. Ақуыз, нуклеотидтер, АТФ, коферменттер синтездеу үшін бактерияға азот, күкірт, фосфат және басқа да минералдық заттар мен микроэлементтер қажет.
Азот көзі ретінде пептон болуы мүмкін, сонымен қатар көптеген бактериялар азот көзі ретінде аммоний тұздарын пайдалана алады.
Күкірт пен фосфорды бактериялар бейорганикалық тұздар ретінде пайдалануы мүмкін: сульфаттар және фосфаттар күйінде.
Ферменттердің дұрыс жұмыс жасауы үшін бактерияларға Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ иондары қажет, оларды қоректік орталарға фосфат тұздары ретінде қосып отырады.
4. Көптеген микроорганизмдердің өсіп-өнуінде орта pH маңызды орын алады. Ортаның pH-ын белгілі бір деңгейде ұстап отыру, бактериялардың өздерінің тіршілік өнімдерінің нәтижесінде пайда болған улардан өліп қалмауы үшін қажет. Осы мақсатта қоректік ортаны фосфаттық буфер көмегімен буферлеп қояды. Зат алмасудың нәтижесінде шамадан тыс қышқыл бөлінген жағдайда қоректік ортаға кальций карбонатын қосады.
5.Ортаның белгіленген осмостық қысымы болуы керек. Бактериялардың көпшілігі изотониялық орталарда өседі, ал ортаның изотониялық болуы NaCl-дін 0,87%-дық концентрацияда қосу арқылы жеткізіледі. Кейбір бактериялар тұз концентрациясы 1%-дан төмен орталарда өсе алмайды. Бұндай бактерияларды галофильді бактериялар деп атайды.
Қажет болған жағдайда қоректік орталарға өсу фаторларын, кейбір бактериялардың өсуін басатын ингибиторлар, ферменттер әсерін күшейтетін субстраттар мен индикаторлар қосылады.
6. Қоркетік орталар стерильді болуы тиіс.
Консистенциясына байланысты қоректік орталар сұйық, жартылай сұйық және тығыз болып келеді. Орта тығыздығы агар-агар қосу арқылы жасалады.
Агар-агар – балдырлардан алынатын полисахарид. Ол 1000С температурада балқып, 45-500С – та қатады. Жартылай сұйық орта жасау үшін 0,5%, және тығыз орталар үшін 1,5-2% концентрацияда агар қосылады. Құрамы және қолданылу мақсатына қарай орталарды қарапайым, күрделі, элективті, минималды, дифференциалдық-диагностикалық және аралас қосарланған орталар деп бөледі.
Құрамына қарай орталар қарапайым және күрделі деп бөлінеді. Қарапайым орталарға пептонды су, қоректік сорпа және ет-пептонды агар жатады. Осы қарапайым орталардың негізінде күрделі орталар жасалынады, мысалы қантты және сарысулы сорпа, қанды агар.
Ортаны қолданылу мақсатына қарай элективті, байыту, дифференциалдық-диагностикалық деп бөледі.
Элективті деп белгілі бір түрге жататын микроорганизм ғана жақсы өсетін ортаны атайды. Мысалы pH 9 болатын сілтілі орта тырысқақ вибрионын бөліп алуға пайдаланылады. Басқа бактериялар, атап айтқанда ішек таяқшасы, сілтілік жоғары болғандықтан өспейді.
Байыту орталары – бұл белгілі бір бактерияның өсуіне жоғары мүмкіндіктер жасап, басқа бактериялардың өсуін басатын орталар (1- сурет). Мысалы, натридің селениті қосылған орта Salmonella тұқымдастығына жататын бактериялардың өсуін күшейтіп, ішек таяқшасының өсуін басып отырады.
Дифференциалдық-диагностикалық орталар бактериялардың ферментативтік белсенділігін зерттеуде қолданылады (2- сурет). Бұл орталардың құрамына фермент әсер ететін субстрат қосылған жай қоректік орта және субстратқа фермент әсерін тигізгенде түсін өзгертетін индикатор кіреді. Бұндай ортаның мысалы ретінде Гисс ортасын келтіруге болады. Осы ортада бактерия жасушасы ферменттерінің қантты ыдыратуын зерттейді.
Аралас (қосарланған) орталар, бірлескен флораның өсуін басатын элективті орта мен микроб бөлетін ферменттің белсенділігін анықтайтын дифференциалдық-диагностикалық орталар біріктіріліп жасалады. Бұндай орталардың мысалы ретінде патогенді ішек таяқшаларын бөліп алуда қолданылатын Плоскирев ортасы мен висмут-сульфитті агарды келтіруге болады. Берілген екі орта да ішек таяқшасының өсуін басады.
3.1.2. Бактериялардың ферменттері.
Бактерия жасушаның барлық метаболиттік реакциялары негізінде 6 сыныпқа жататын ферменттер арқылы атқарылады: оксиредуктазалар, трансферазалар, гидролазалар, лигазалар, лиазалар, изомеразалар. Бактерия жасушасы түзетін ферменттер жасуша ішілік эндоферменттер немесе қоршаған ортаға бөліп шығарылатын экзоферменттер деп бөлінеді. Экзоферменттер жасуша ішіне келіп түсетін көміртегі мен энергияны сырттан тасымалдауда үлкен орын алады. Гидролазалардың көпшілігі экзоферменттер болып табылады, олар қоршаған ортаға бөлініп ірі молекулалы пептидтерді, полисахарид пен майларды жасуша ішіне енуге қабілетті мономерлер мен димерлерге дейін ыдыратады. Экзоферменттердің бірқатары мысалы гиалуронидаза, коллагеназа және басқалары агрессиялық ферменттер болып келеді. Ферменттердің кейбіреулері бактерия жасушасының периплазматикалық кеңістігінде орналасады. Олар заттарды бактерия жасушасына тасымалдауға қатысады. Бактерияның ферментативтік спектрі тұқымдастық пен туыстастықты және кейбір жағдайларда түрді көрсететін таксономиялық белгіге жатады. Сондықтан ферментативтік белсенділік спектрін анықтауды бактерияның таксономиясын белгілеуде қолданады. Экзоферменттерді диференциалдық-диагностикалық орталарда анықтауға болады, сондықтан бактерияларды идентификациялау үшін дифференциалдық-диагностикалық орталар жиынтықтарынан тұратын арнайы тест-жүйелер жасалынған.
3.1.3. Бактерия жасушасының ішіне заттарды тасымалдау механизмі.
Жасушаға қоректік заттардың келіп түсуіне ЦПМ жауапты. Қоректік заттар жасуша цитоплазмасына еніп, өзгерістерге ұшырау үшін, олар жасушаны қоршаған ортадан бөлетін шекаралық қабаттардан өтуі керек.
Бактериалық жасушаға қоректік заттарды тасымалдаудың екі түрі бар: енжар және белсенді.
Енжар тасымалдауда заттар тек қана концентрациялық градиент бойынша енеді. Бұл кезде энергия жұмсалмайды. Енжар тасымалдаудың екі түрін ажыратады: жай диффузия және жеңілдетілген диффузия. Жай диффузияда молекулалардың мөлшері мен липофилділігі негізгі орын алады, бұл кезде заттар жасушаға спецификалық емес жолмен енеді. Жеңілдетілген диффузия тасымалдаушы-ақуыз-пермеазалар қатысуымен өтеді. Бұл процестің жылдамдығы заттың сыртқы қабаттағы концентрациясына байланысты.
Белсенді тасымалдау кезінде зат жасуша ішіне тасымалдаушы-ақуыз – пермеаза көмегімен концентрация градиентіне қарсы енеді. Бұл кезде энергия шығындалады. Белсенді тасымалдаудың екі түрі бар. Белсенді тасымалдаудың бір түрінде шағын молекулалар (амин қышқылдары, кейбір қанттар) жасуша ішіне еніп, жасуша сыртына қарағанда 100-1000 есе артық болатын концентрациялық жағдай тудырады. Екінші тасымалдау түрін радикалдар транслокациясы деп атайды, бұл кезде кейбір қанттар (мысалы, глюкоза, фруктоза) жасушаға тасымалдануы кезінде фосфорилденеді, яғни химиялық өзгерістерге ұшырайды. Бұл процестерді жүзеге асыру үшін бактерия жасушасының ішінде фосфотрансферлі жүйе болады,оның құрамдық бөлігі белсенді фосфорлирленген түрдегі тасымалдаушы-ақуыз болып табылады.
