Микроорганизмдердің физиологиясы

Микроорганизмдер физиологиясы

Микроорганизмдердің физиологиясы-микробтардың тіршілігін,қорекнуін, зат алмасу, тыныс алу,өсу,көбею және қоршаған ортамен байланысын зерттейтін микробиологияның бөлімі болып саналады. Физиологияның негізін-үнемі жұріп тұратын зат алмасу процесі- метаболизм құрайды. Метаболизм бір біріне қарама-қарсы және бір-бірімен тығыз байланыста болатын,ассимиляция (анаболизм) және диссимиляция(катаболизм) процестерінен тұрады.

Ассимиляция процесі кезінде-қоректік заттар қорытылады және олар жасуша структарасын синтездеуге қатысады. Бұл процесс энергия жұмсау арқылы жүреді.

Диссимиляция процесі кезінде-қоректік заттар ыдырайды,яғни ірі молекулалар қарапайым қосылыстарға ыдырап, бос энергия бөледі. Қарапайым қосылыстардың бір бөлігі жасушадан шығарылып, ал бір бөлігін жасуша қайта пайдаланып, олар ассимиляция процесіне қосылады.Бұл қоректік заттардың синтезі мен ыдырау процестері-ферменттердің қатысуымен жүреді. Микроорганизмдердің ерекшелігі- тез жүретін(интенсивті) зат алмасу процесінде. Бір микроб жасушасы бір тәулік ішінде өз салмағынан 30-40 есе ауыр қоректік заттарды қорыта алады.

Бактериялардың физиологиясы

Зат алмасу процесін түсіну үшін микроорганизмдердің химиялық құрамын білу керек. Барлық тірі организмдерде болатын химиялық заттар-микроб жасушасында да бар. Негізгі элементтері-органогендер (көміртегі, сутегі,оттегі,азот) бұлар күрделі органикалық заттарды (ақуыз,көмірсуы,майлар) құру үшін қолданылады.Микроорганизмдерде минералды элементтер де бар, олардың көбі органикалық заттармен химиялық байланыста болса, кейбіреуі жасушада тұз күйінде болады. Сан жағынан алғанда жасушаның негізгі компоненті болып су саналады, ол жасушаның 75-80%-ын құраса, ал қалған 15-25%құрғақ заттың үлесіне тиеді. Олар-органикалық (ақуыздар, нуклеин қышқылдары, көмірсулары,майлар) және минералдық қосылыстар. Бактериялардың химиялық құрамы, қоректену жағдайы,энергия алу және көбею тәсілдері жағынан бір-бірінен айырмашылығы бар. Олар сыртқы ортаның көптеген факторларына бейімделгіш және тұрақты болып келеді.

Бактериялардың химиялық құрамы

Бактериялардың құрамына ақуыздар, нуклеин қышқылдары, көмірсулары, липидтер, минералдық заттар кіреді.Су-бактериялық жасушаныңнегізгі компоненті,оның 80% салмағын су құрайды.Барлық қоректік заттар жасушаға сумен еніп, қорытылңһған заттар сумен шығады.Су өз алдында қосылыс ретінде микроб жасушасында бос күйінде кездеседі, бірақ оның көп бөлігі жасушаның көптеген компонентерімен (ақуыз, көмірсуы, майлар) байланыста болады және жасуша құрылымының құрамына кіреді. Бос күйдегі су-жасушада болып жатқан химиялық реакцияларға қатысады, көптеген химиялық қосылыстардың еріткіші болып саналады және коллоидтер үшін дисперсиялық орта болады. Жасушада бос судың құрамы-жасушаның жасына,физиологиялық күйіне,сыртқы ортаның жағдайына байланысты өзгеріп отырады.

Мысалы, капсула түзетін микроорганизмдерде судың мөлшері көп болады.Спора түзетін бактерияда судың мөлшері 18-20%-ға азаяды. Жасушада судың жойылуы-метаболизм мен көбею процестерін тоқтатады,бірақ бактериялық жасушаны жоймайды.

Ақуыздар-бактерияның 40-80% кепкен массасын құрайды және оның негізгі биологиялық қасиеттерін анықтайды. Бактериялар-құрылыс компонентерінің құрамына кіретін және метаболизи процесіне қатысатын 200-нан астам ақуыздардан тұрады, олардықасиеттерің көбінің ферментативтік қасиеттері белсенді. Бактериялық жасушалардың ақуыздары олардың антигендік және иммуногендік,вируленттік және түрлік қасиеттерімен байланыста болады. Олар жай ақуыздар-протеиндер және күрделі ақуыздар-протеидтер.Жасушалар тіршілігінде нуклеопротеидтардың маңызы зор-бұлар ақуыздың нуклеин қышқылдарымен қосылысы ДНК және РНК.Одан басқа микроб жасушасында көп мөлшерде липопротеидтер,гликопротеидтер,хромопротеидтер болады. Ақуыздар- цитоплазмада,нуклеоидта тараған және олар жасуша қаырғасының құрылымының құрамына кіреді. Ақуыздар- цитоплазмада,нуклеоидта тараған және олар жасуша қабырғасының құрылымының құрамына кіреді. Ақуыздарға ферменттер,көптеген токсиндер (микроорганизмдердің уы) жатады. Микроорганизмдердің түр ерекшелігі-ақуыздық заттардың сандық және сапаы-жасушаның 10-30лдалық құрамына байланысты.

Нуклеин қышқылдары-жасушаның 10-30% кепкен массасын құрайды.ДНК молекуласы хромосома түрінде тұқымқуалаушылықты анықтайды,РНК молекулалары ақуыздарды синтездеуге қатысады. ДНК-нуклеоидта, РНК-нуклеоид пен цитоплазмада қышқылдаболады. Нуклеин қышқылдарының жалпы мөлшері-микробтың жасы мен түріне байланысты болады.

Көмірсулары -жай (моно-, дисахаридтер) заттар және комплексті құрамдар түрінде кепкен массаның 12-18% -ы құрайды. Оларды микроб жасушасы-энергия және көміртегі көзі ретінде пайдаланады. Көмірсулардың-жасушаның көптеген структуралары құрылған, олар жасуша қабықшасы, капсула және т.б. Олар грам оң бактерияларға тән-тейхой қышқылының құрамына кіреді. Микроорганизмдер жасушасы-жай(моно-,дисахаидтер) және жоғары молекулалы (полисахаридтер) көмірсуларынан тұрады. Кейбір бактерияларда қосымша заттар болады, олар химиялық құрамы жағынан гликоген мен крахмалға ұқсас, жасушада қор заттарының ролін атқарады. Көмірсулардың құрамы-әртүрлі микробтарда олардың жасына, даму жағдайына байланысты әртүрлі болады.

Липидтер-жасушаның 0,2-40% кепкен массасын құрайды. Олар цитоплазмалық қабырғасының құрылысына кіреді. Олар цитоплазмада қор заттарының ролін атқарады. Майлар-энергия алмауға қатысады. Липидтер негізінен бейтарап майлардан,май қышқылдарынан, фосфолипидтерден тұрады. Олардың жалпы мөлшері микроорганизмнің жасы мен түріне байланысты.

Мысалы: туберкулез микобактерияларында липидтің мөлшері 40%-ды құрайды,бұл осы бактериялардың сыртқы ортаның факторларының әсеріне төзімділігін дәлелдейді.

Микроорганизмдер клеткасында майлар- көмірсулары және ақуыздармен қосылыста болып, микроорганизмдерде токсигендік қасиет қалыптастыратын –күрделі кешен түзуі мүмкін.

Минералдық заттар –клеткалардың органикалық қалдықтарынан тұрады, олар жанып, күлге айналған клеткалардың 2-14% кепкен массасын құрайды. Олар: фосфор, калий, натрий, күкірт, темір, кальций, магний және микроэлементтер ( цинк, мыс, кобальт, барий, марганец, хром, молибден, және т.б.)

Минералды заттар мен микроэлемменттер микроб клеткасының осмостық қысымын, рН ортасын, тотығу-тотықсыздану потенциалын реттеуге қатысады, ферменттерді белсенді етеді, микроб клеткасының витаминдері мен структуралық компонеттер тобына кіреді. Фосфор – клетка ішінде энергияның акумуляторы болып саналатын АТФ – ның (аденозинтрифосфор қышқылы), нуклеин қышқылдарының, фосфолипидтердің, көптеген ферменттердің құрамына кіреді.

Темір- тыныс алу ферменттерінің құрамына кіреді.

Магний-«грам оң» бактериялардың сыртында шоғырланған магний рибонуклеатының құрамына кіреді.

Клетка ішінде аз мөлшерде кездесетін микроэлементтер – микробтардың өсіп,дамуы үшін өте қажет. Оларға кобальт, марганец, мыс, хром, цинк, молибден, т.б. жатады. Олар кейбір ферменттердің белсенділігін арттыруға және синтездеуге қатысады. Микроб клеткасының ішіндегі аталған химиялық элементтердің саны- микробтың түріне, қоректік ортаның құрамына, зат алмасу сипатына және сырқы ортаның тіршілік ету жағдайына байланысты болады.

Бактериялардың қоректенуі

Микроорганизмдер өсу үшін қоректік заттар қажет.

Қоректік заттар мен энергия көзі ретінде әртүрлі органикалық және бейорганикалық қосылыстарды, микроэлементтер мен өсу факторын қолданады.

Микробтардың қоректену процесінің өз ерекшелігі бар:

-қоректік заттарды олар бүкіл сырт денесімен қабылдап алады

-метаболизм процесі өте тез жүреді

-өздері мекендеген ортаның өзгерісіне тез бейімделеді.

Микроорганизмдердің қоректену жағдайы тіршілік ету ортасына тікелей байланысты болады.

Қоректену типтері – көміртегі мен азотты қорыту сапасымен анықталады. Ал басқа органогендер көзі – сутегі мен оттегіден тұратын-су болып саналады. Қоректік заттар еруі үшін, клеткаға енуі үшін- су қажет.

Көміртегін қорытуда микроорганизмдер екіге бөлінеді:

Автотрофтар –(грек сөзінен- autos-өзім,trophe-қоректену),бейорганикалық заттармен қоректенеді, олардан органикалық заттарды синтездейді. Көміртегі көзі ретінде- көмірқышқылын және басқа да көміртегінің бейорганикалық қосындыларын пайдаланады.

Оларға топырақ бактериялары жатады.(нитрлеуші күкіртбактериялары)

Гетеротрофтар –(грек сөзінен- heteros-басқа,trophe-қоректену), дайын органикалық заттармен қоректенеді. Олар көміртегін көмірсулардан (көбіне глюкозадан), көп атоды спирттерден, органикалық қышқылдардан, аминқышқылдарынан т.б. алады.

Гетеротрофтарға көптеген микробтар жатады, олар – сапрофиттер, паразиттер.

Сапрофиттер-–(грек сөзінен- sapros-шіріген,phitos-өсімдік),дайын органикалық қосылыстарды өлік организмдерден алады. Өлі органикалық қалдықтардың ыдырауына қатысады.Мысалы,шіріту бактериялары т.б.

Паразиттер -–(грек сөзінен- parasites-арамтамақ), өсімдіктің, жануарлар, адамның тірі жасушаларының органикалық заттарының арқасында өмір сүреді.

Оларға –вирустар, риккетсиялар,кейбір қарапайымдар т.б. жатады.

Микробтар азотты қорыту қабілетіне қарай екі топқа бөлінеді:

1.Аминоавтотрофтар- ақуызды синтездеуге ауаның молекулярлы азотын пайдаланады.(азотбактериялары т.б.)

2Аминогетеротрофтар- азотты органикалық қосылыстардан (аминқышқылдары, протеидтер),алады (патогенді микробтар және көптеген сапрофиттер жатады).

Фототрофтар- биосинтетикалық реакцияға күннің энергиясын пайдаланады.

Хемотрофтар-энергияны органикалық және бейорганикалық заттардың қышқылдануының әсерінен алады.

Автотрофтар мен гетеротрофтар арасында қатан шекера жоқ (орын алмастыра алады).

Жаңа теминология бойынша:

-гетеротрофтарды-органотрофтар

-автотрофтарды-литотрофтар (грек сөзінен litos- тас ), яғни мұндай микроорганизмдер таза минералды ортада да өсе береді деген сөз.

Өсу факторлары.

Өсіп, көбеюі үшін микробтар өздері синтездей (шығара) алмайтын, дайын күйінде пайдаланатын заттарды қажет етеді. Ондай заттарды- өсу факторы деп атайды. Олар аз мөлшерде қажет. Ол заттарға витаминдер, аминқышқылдары (ақуызды синтездеуге), пурин және пиримидин негіздері –(нуклеин қышқылдарын құруға ) және т.б.

Көптеген өсу факторлары ферменттер құрамына кіріп, биохимиялық процестерде катализатор рөлін атқарады.

Қоректік заттарды тасымалдау.

Микроб клеткасының цитоплазмасына қоректік заттар кішкене молекулалар және еріген түрінде ене алады.

Күрделі органикалық заттар –(ақуыз,полисахаридтер т.б.) микроб клеткасы бөліп шығаратын ферменттердің әсеріне ұшырап, содан соң ғана қолдануға жарамды болады.

Қоректік заттардың жасушаға енуі және метаболизм өнімдерінің жасушадан шығуы цитоплазмалық мембрана арқылы жүреді.

Қоректік заттардың жасушаға енуінің бірнеше тәсілі бар:

1.Пассивті диффузия- бұл кезде ортаның концентрациясы жасуша ішіндегі заттардың концентрациясынан жоғары болады. Заттар өз бетімен мембрана қалыңдығынан өтеді, микроб жасушасының қабықшасының екі жағындағы заттар концентрациясы тепе-теңдікке келеді.

2.Жеңілдетілген диффузия- қоректік заттардың тасымалдаушы- молекулалар, пермеазалардың көмегімен өтуі.

3.Белсенді транспорт-мұнда да пермеазаның көмегі қажет, бірақ энергия бөлінуді қажет ете қоректік заттың концентрациясы ортаның концентрациясынан жоғары болғанда ғана өтуге қабілетті болады.

4.Химиялық топтардың транслокациясы.

Тасымалдаушы заттың механизміне қарағанда бұл белседі транспортқа ұқсас.

Заттардың жасушадан шығуы – пермеазаны көмегімен өтеді.

Қоректік орталар

Микроорганизмдерді жасанды жағдайда өсіріп өңдіру үшін микробиологиялық зерттеу барысында жасанды қоректік орта дайындалады. Қоректік ортаға зерттелетін материалды алғашқы рет егуге микробтың культуральдық қасиетін анықтауға таза дақылды бөліп алуға, биохимиялық қасиетін анықтауға негізделген.

Қоректік ортаның жіктелуі

1.Табиғи қоректік орта- қант, сүт,қан, сарысу картоп, ет, жұмыртқа т.б.

2.Жасанды қоректік орта-медицина өнеркәсібінде химиялық синтез арқылы жасалған құрғақ ұнтақ.

3.Консистенциясына байланысты тығыз, қоймалжын, сұйық болады.Тығыз ортаға 1-2% агар-агар қосады.Қоймалжың ортаға 0,3% агар- агар қосады.

4.Қосындыларына байланысты-қарапайым, күрделі

5.Тағайындалу ерекшелігіне байланысты-арнаулы, элективті, дифференциалды-диагностикалық, универсалды.

6.Консерленген орта (консервант) микроб өнімін сақтауға және тасымалдауға арнаулы орта.

Қоректік ортаға қойылатын талаптар

1.Орта-қоректі, құнарлы болуы тиіс, яғни микроб жасушасының тіршілігіне қажетті барлық зат болу керек (ақуыз, майлар, көмірсулар, дәрүмендер, аминқышқылы, микроэлементтер, минералды тұздар)

2.Қоректік ортада сутегінің иондары тұрақты бекітілген түрде болуы керек.

3.Қоректі ортаның осмостық қысымы микроб жасушасының ішіндегі осмостық қысымға тең болуы керек.

4.Орта-залалсыз болуы тиіс.

5.Ортаға кіретін қосындылар тұрақты болуы қажет.

6.Қоректі орта ылғалды болуы керек.

Орталарды дайындау сатылары

1.Өлшеу

2.Пісіру

3.рН ын анықтау

4.Сүзгіштен өткізу

5.Бөлшектеп құю (Петри табақшасына 10-15 мл, пробиркаларға 3-5 кейде 7-10 мл)

6.Залалсыздандыру –рецепт бойынша жүргізіледі (көмірсулары бар орта автоклавта 0,5 атмосферлық қысымда 112 С, сарысу қосылған орта-ағынды буға 3 ткүн қатар 30 минуттан температурасы 80 С.

7.Тексеру(термостатқа 37 С қа 48 сағатқа қойылады, егер ортада бірде –бір микроб өспесе, ол залалсыз.

8.Шыны флаконға пробиркаларды (ауызы тығындылған қоректік ортларды 4 С 3 апта бойы сақтауға болады. Петри табақшасына құйылған ортаны 4 С температурада 1 аптадай сақтауға болады.

Культуралық қасиетті анықтау

Культуралық қасиет дегеніміз- микробтардың қоректік ортада өсу ерекшелігіне берілетін сипаттама. Бұл қасиет микробтың тұрақты қасиеттеріне жатады. Тығыз қоректік ортадағы микробтың культуралық қасеті пайда болған колониядан анықталады.

Колония дегеніміз бір икроб жасушасынан өсіп өнуден пайда болған дара жатқан микроб жиынтығы. Колонияларға сипаттама:

1.Көлемі

2.пішіні

3.Шеті

4.Түсі

5.Беті

6.Құрылысы

7.Тығыздығы

8.Мөлдірлігі

9.Тігінен кесілген көрінісі

Сұйық қоректік ортадағы микроб өнімінің культуралық қасиеттерінің сипаттамасы, ортаның өзгеруіне тұнбаның түзілуіне бетіндегі жайылманың болуына басқа пайда болған ерекшеліктеріне негізделенеді.

Таза культура бөліп алу әдістері

Таза культура дегеніміз-өнім берген микробтың бір ғана түрі. Тығыз ортадағы дара орын колония таза культура деп есептеледі. Жұмыстың мақсатына байланысты таза культураны бөліп алу әдістері:

1.Микроб өнімін көбейту мақсатымен бөліп алып, егу әдістері

2.Табақшадағы дара орналасқан колониядан агарға егу

3.Табақшадағы дара колонияның сұйық ортаға егу

4.Дара колониядан 2 ші табақшадағы ортаға, секторларға егу

5.Қиғаш агардан қиғаш агарға егу

Егу әдістері

Егу процесі-бактериологиялық зерттеудің ең маңызды сатысы болып саналады. Егудің әртүрлі тәсілдері бар. Ол әдістерді қолдану тәсілі:

-зерттеудің мақсатына

-материалдың түріне

-қоректік ортаның түріне байланысты болады.

Есте сақтайтын жағдайлар:

1.Бөғде микробтың енуіне жол бермеу

2.Шапшаң және ұқыпты жұмыс істеу

3.Егу процесі кезінде алаңдауға, әнгімелесуге болмайды.

Есіңде болсын! Жұқпалы материалмен жұмыс барысында жеке бас гигиенасын орындауға ұмытпау қажет.

Есіңе сақта! Егу процесі аяқталғаннан соң,шыны шпатель-зарарсыздандыратын ерітіндіге салу керек, ал темір шпатель спирт шамына залалсыздандыру қажет.

Егілген табақшаларды белгілеп, бетін төмен қаратып, термостатқа қояды.