АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Лекция № 3. Химическая структура,

Биохимические свойства и ферменты бактерий

План

1. Химический состав бактериальной клетки: вода, белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, ферменты.

Клетка - универсальная единица живой материи. По химическому составу существенных отличий прокариотических и эукариотических клеток нет.

Химические элементы, входящие в состав живой материи, можно разделить на три основные группы.

1. Биогенные химические элементы (С, О, N, Н). На их долю приходится 95% сухого остатка, в т.ч. 50%- С, 20%- О, 15%- N, 10%- Н).

2. Макроэлементы- Р, S,C1, К, Mg, Ca, Na. На них приходится около 5 %.

3. Микроэлементы- Fe, Си, I, Со, Мо и др. На них приходятся доли процента, однако они имеют важное значение в обменных процессах.

Химические элементы входят в состав различных "веществ- воды, белков, липидов, нейтральных жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Синтез соединений контролируется генами. Многие вещества бактериальная клетка может получать извне- из окружающей среды или организма хозяина.

Вода составляет от 70 до 90 % биомассы. Содержание воды больше у капсульных бактерий, меньше всего - в спорах.

Она находится в свободном или связанном состоянии со структурными элементами клетки. Б спорах количество воды уменьшается до 18-20 %. Вода является растворителем для многих веществ, а также выполняет механическую роль в обеспечении тургора. При плазмолизе – потере клеткой воды в гипертоническом растворе — происходит отслоение протоплазмы от клеточной оболочки. Удаление воды из клетки, высушивание приостанавливают процессы метаболизма. Большинство микроорганизмов хорошо и длительно переносят высушивание, хотя и прекращают размножение.

Белки (40-80 % сухой массы) определяют важнейшие биологические свойства бактерий и состоят обычно из сочетаний 20 аминокислот. В состав бактерий входит диаминопимелиновая кислота (ДАП), отсутствующая. В клетках человека и животных бактерии содержат более 2000 различных белков₃находящихся в структурных компонентах и участвующих в процессах метаболизма. Большая часть белков обладает ферментативной активностью. Белки бактериальной' клетки обусловливают антигенность и иммуногенность, вирулентность, видовую принадлежность бактерий.

Белки встречаются во всех структурных элементах клетки. Белки могут быть более простые (протеины) и сложные (протеиды), в чистом виде или в комплексе с липидами, сахарами. Выделяют структурные (структурообразующие) и функциональные (регуляторные) белки, к последним относятся ферменты.

В состав белков входят как обычные для эукариотов аминокислоты, так и ориги-нальные – диаминопимелиновая, (ДАП) D-аланин, D-глютанин, входящие в состав пептидогликанов и капсул некоторых бактерий. Только в спорах находится дипиколиновая кислота, с которой связана высокая резистентность спор. Жгутики построены из белка флагеллина, обладающего сократительной способностью и выраженными антигенными свойствами. Пили (ворсинки) содержат особый белок- пилин.

Пептидную природу имеют капсулы представителей рода Bacillus, возбудителя чумы, поверхностные антигены ряда бактерий, в том числе стафилококков и стрептококков. Белок А - специфический белок S.aureus - фактор, обусловлавливающий ряд свойств этого возбудителя. Белок М - специфический белок гемолитических стрептококков серогруппы А, позволяющий дифференцировать серовары (около 100), что имеет эпидемиологическое значение.

Ряд белков содержит наружная мембрана грамотрицательных бактерий, из которых 3-4 мажорных (основных) и более 10- второстепенных, выполняющих различные функции. Среди мажорных белков- порины, образующие диффузные поры, через которые в клетку могут проникать мелкие гидрофильные молекулы.

Белки входят в состав пептидогликана - биополимера, составляющего основу бактериальной клеточной стенки. Он состоит из остова (чередующиеся молекулы двух аминосахаров) и двух наборов пептидных цепочек - боковых и поперечных. Наличие двух типов связей - гликозидных (между аминосахарами) и пептидных, которые соединяют субъединицы пептидогликанов, придают этому гетерополимеру структуру молекулярной сети. Пептидогликан- наиболее устойчивое соединение, которое образует ригидную мешковидную макромолекулу, определяющую постоянную форму бактерий и ряд их свойств.

1. Пептидогликан содержит родо- и видоспецифические антигенные детерминанты.

2. Он запускает классический и альтернативный пути активации системы комплемента.

3. Пептидогликан тормозит фагоцитарную активность и миграцию макрофагов.

4. Он способен инициировать развитие гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ).

5. Пептидогликан обладает противоопухолевым действием.

6. Он оказывает пирогенное действие, т.е. вызывает лихорадку.

Из соединений белков с небелковыми компонентами наибольшее значение имеют липопротеиды, гликопротеиды и нуклеопротеиды.

Удивительное таинство жизни - синтез белка осуществляется в рибосомах. Существует два основных типа рибосом - 70S (S- константа седиментации, единица Сведберга) и 80S. Рибосомы первого типа встречаются только у прокариотов. Антибиотики не действуют на синтез белка в рибосомах типа 80S, распространенных у эукариотов.

Липиды (главным образом форфолипиды) содержатся в цитоплазматической мембране (липидный бислой), в также в наружной мембране грамотрицательных бактерий. Есть микроорганизмы, содержащие большое количество липидов (до 40% сухого остатка) - микобактерии. В состав липидов входят различные жирные кислоты, весьма специфичные для разных групп микроорганизмов. Их определение имеет в ряде случаев диагностическое значение, например у анаэробов, микобактерий.

У микобактерий туберкулеза в составе липидов имеется ряд кислотоустойчивых жирных кислот - фтионовая, миколовая и др. Высокое содержание липидов и их состав определяют многие свойства микобактерий туберкулеза:

- устойчивость к кислотам, щелочам и спиртам;

- трудная окрашиваемость красителями (используют специальные методы окраски, чаще - по Цилю- Нильсену);

- устойчивость возбудителя к солнечной радиации и дезосредствам;

- патогенность.

Тейхоевые кислоты встречаются в клеточных стенках грамположительных бактерий. Представляют собой водорастворимые линейные полимеры, содержащие остатки глицерина или рибола, связанные фосфодиэфирными связыми. С тейхоевыми кислотами связаны главные поверхностные антигены ряда грамположительных бактерий.

Углеводы встречаются чаще в виде полисахаридов, которые могут быть экзо- и эндоклеточными. Среди экзоклеточных полисахаридов выделяют каркасные (входят в состав капсул) и истинно экзополисахариды (выходят во внешнюю среду). Среди бактериальных полисахаридов многие находят медицинское применение. Декстраны- полисахариды с большой молекулярной массой, по виду напоминают слизь. 6% раствор- кровезаменитель полиглюкин. Декстрановый гель сефадекс используется в колоночной хроматографии как молекулярное сито. Эндоклеточные полисахариды- запасные питательные вещества клетки (крахмал, гликоген и др.).

Липополисахарид (ЛПС) - один из основных компонентов клеточной стенки грамот-рицательных бактерий, это соединение липида с полисахаридом. ЛПС состоит из комплекса:

1. Липид А.

2. Одинаковое для всех грамотрицательных бактерий полисахаридное ядро.

3. Терминальная сахаридная цепочка (О- специфическая боковая цепь). Синонимы ЛПС - эндотоксин, О - антиген.

ЛПС выполняет две основные функции - определяет антигенную специфичность и является одним из основных факторов патогенности. Это- эндотоксин, токсические свойства которого проявляются преимущественно при разрушении бактериальных клеток. Его токсичность определяется липидом А. ЛПС запускает синтез более 20 биологически активных веществ, определяющих патогенез эндотоксикоза, обладает пирогенным действием.

Нуклеиновые кислоты- ДНК и РНК. Рибонуклеиновые кислоты (РНК) находятся главным образом в рибосомах (р-РНК- 80- 85%), т(транспортные)- РНК- 10%, м(матричные)- РНК- 1- 2%, главным образом в одноцепочечной форме. ДНК (дезоксири-бонуклеиновая кислота) может находиться в ядерном аппарате (хромосомная ДНК) илив цитоплазме в специализированных образованиях - плазмидах - плазмидная (внехромосомная) ДНК. Микроорганизмы отличаются по структуре нуклеиновых кислот, содержанию азотистых оснований. Генетический код состоит всего из четырех букв (оснований) - А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин). Наиболее часто для характеристики микроорганизмов используют как таксономический признак процентное соотношение Г/Ц, которое существенно отличается у различных групп микроорганизмов.

Микроорганизмы синтезируют различные ферменты - специфические белковые катализаторы. У бактерий обнаружены ферменты 6 основных классов.

1. Оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции.

2. Трансферазы - осуществляют реакции переноса групп атомов.

3. Гидролазы - осущесвляют гидролитическое расщепление различных соединений.

4. Лиазы - катализируют реакции отщепления от субстрата химической группы негидролитическим путем с образованием двойной связи или присоединения химической группы к двойным связям.

5. Лигазы или синтетазы - обеспечивают соединение двух молекул, сопряженное с расщеплением пирофосфатной связи в молекуле АТФ или аналогичного трифосфата.

6. Изомеразы - определяют пространственное расположение групп элементов.

В соответствии с механизмами генетического контроля у бактерий выделяют три группы ферментов:

- конститутивные, синтез которых происходит постоянно;

- индуцибелъные, синтез которых индуцируется наличием субстрата;

- репрессибелъные, синтез которых подавляется избытком продукта реакции. Ферменты бактерий делят на экзо- и эндоферменты. Экзоферменты выделяются во

внешнюю среду, осуществляют процессы расщепления высокомолекулярных органических соединений. Способность к образованию экзоферментов во многом определяет инва-зивностъ бактерий - способность проникать через слизистые, соединительнотканные и другие тканевые барьеры.

Примеры: гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, что повышает проницаемость тканей (клостридии, стрептококки, стафилококки и многие другие микроорганизмы); нейраминидаза облегчает преодоление слоя слизи, проникновение внутрь клеток и распространение в межклеточном пространстве (холерный вибрион, дифтерийная палочка, вирус гриппа и многие другие). К этой же группе относятся энзимы, разлагающие антибиотики.

В бактериологии для дифференциации микроорганизмов по биохимическим свойствам основное значение часто имеют конечные продукты и результаты действия ферментов. В соответствии с этим существует микробиологическая (рабочая) классификация ферментов.

1. Сахаролитические.

2. Протеолитические.

3. Аутолитические.

4. Окислительно-восстановительные.

5. Ферменты патогенности (вирулентности).

Ферментный состав клетки определяется геномом и является достаточно постоянным признаком. Знание биохимических свойств микроорганизмов позволяет идентифицировать их по набору ферментов. Основные продукты ферментирования углеводов и белков- кислота, газ, индол, сероводород, хотя реальный спектр для различных микроорганизмов намного более обширный.

Основные ферменты вирулентности - гиалуронидаза, плазмокоагулаза, лецитиназа, нейраминидаза, ДНК-аза. Определение ферментов патогенности имеет значение при идентификации ряда микроорганизмов и выявления их роли в патологии.

Ряд ферментов микроорганизмов широко используется в медицине и биологии для получения различных веществ (аутолитические, протеолитические), в генной инженерии (рестриктазы, лигазы).

Функциональная активность ферментов и скорость ферментативных реакций зависят от условий, в которых находятся данный микроорганизм и прежле всего от темпертатуры среды и ее рН. Для многоих патогенных организмов оптимальными являются температура 37⁰ и рН 7,4.

Основная литература

1. Донецкая Э.Г. Клиническая микроибиология. М., Геотар-Медиа, 2011. 408 с.

2. Сидоренко О.Д. Борисенко Е.Г., Ванакова А.А. Микробиология. М., ИНФРА, 2010. 287 с.

3. Микробиология, вирусология и иммунология / Под ред. Царева В.Н. Практическая медицина. М., Геотар Медиа, 2010.

4. Медицинская микробиология: Учебное пособие / Гл. ред. В.И. Покровский, О.К. Поздеев.- М.: ГЭОТАР-Медицина, 2010. 1200 с.

5. Воробьев А.А., Кривошеин Ю.С., Широбоков В.П. Медицинская и санитарная микробиология. М., Академия, 2010.

6. Воробьев А.А., Быков А.С., Пашков Е.П. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. М., Медицина, 2008. 700 с.

7. Лабинская А.С., Костюкова Н.Н., Иванова С.Н. Руководство по медицинской микробиологии. Частная медицинская микробиология и эпидемиологическая диагностика инфекций. Кн.2. М., 2010. 1152 с.

8. Лабинская А.С., Волоина Е.Г. Руководство по медицинской микробиологии. Общая санитарная микробиология. М., «Бином», 2008.

9. Лабинская А.С., Блинкова Л.П., Ещина А.С. Частная медицинская микробиология с техникой микробиологических исследований. М., Медицина, 2005.

10. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. М., Академия, 2009.

11. Нетрусов А.И. Практикум по микробиологии. М., Академия, 2009. 603 с.

12. Сбойчаков В.Б. Микробиология с основами эпидемиологии и методами микробиологических исследований. СПб., 2011.

13. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология: Учебник для студентов вузов / Л.Б. Борисов. – 4-е изд., доп. и перераб. – М., Мед. информ. агентство, 2005. – 736 с.: илл.

14. Борисов Л.Б. Руководство к лабораторным занятиям по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии: Учеб. Пособие для студ. мед. вузов / Л.Б. Борисов, Б.Н. Б.Н. Козьмин-Соколов, И.С. Фрейдлин. – М.: Медицина, 1993. – 240 с.

15. Коротяев А.И. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология: учебник для студентов медицинских вузов / А.И. Коротяев, С.А. Бабичев; ред. А.И. Коротяев. - 2-е изд., испр. – СПб.: Спец. лит, 2000.-592 с.

16. Хаитов Р.М. Иммунология [Электронный ресурс]: учебник для вузов с компакт-диском/ Р.М. Хаитов. – М.: ГОЭТАР-Медиа, 2006. – 320 с.

17. Степанова Э.А. Общая микробиология: Метод.рек.для практ.занятий / Э. А. Степанова, Г. С. Архипов; Новгород.гос.ун-т им.Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2001. - 51с. -

18. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология / Л. Б. Борисов. - 2-е изд.,доп.и перераб. - М.: Медицинское информ.агентство, 2002. - 734с.,

19. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология,вирусология,иммунология: Учеб.для студентов вузов / Л. Б. Борисов. - 3-е изд.,стер. - М.: Медицинское информ.агентство, 2002. - 734с.

20. Коротяев А.И. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология: Учеб.для мед.вузов / А. И. Коротяев, С. А. Бабичев; Под ред.А.И.Коротяева. - 3-е изд., испр.и доп. - СПб.: СпецЛит, 2002. - 580,[12]с.

21. Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии, иммунологии: Учеб.пособие / А. А. Воробьев [и др.]; Под ред.:А.А.Воробьева, А.С.Быкова. - М.: Медицинское информ.агентство, 2008. - 232с.

Дополнительная литература

1. Вопросы вирусологии: Двухмесячный научно-теоретический журнал – М.: Изд. «Медицина», 2002-2008.

2. Журнал микробиология, эпидемиология и иммунобиология: Двухмесячный научно-практический журнал – М.: Изд «С-ИНФО», 2002-2008

3. Спирохетозы: Метод.рекомендации / Авт.-ост.:Т.Л.Могилевец, Е.И.Архипова, И.И.Москвин; Новгород.гос.ун-т им.Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2005. - 39с.

Дата добавления: 2015-02-05 | Просмотры: 842 | Нарушение авторских прав