La microbiologie

1,931 views
1,802 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,931
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
5
Actions
Shares
0
Downloads
30
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

La microbiologie

  1. 1. Metabolismul bacteriilorMetabolismul reprezintă totalitatea reacţiilor biochimice prin intermediul căroramicroorganismele preiau din mediu energie şi nutrienţi, pe care îi folosesc în activităţile lorfundamentale. Aceşti nutrienţi reprezintă elemente esenţiale pentru viaţa celulei şi se numescelemente biogene. Substanţele din mediu sunt folosite în 4 scopuri fundamentale: producerea de energie; sinteza de constituenţi celulari; creşterea celulei şi desfăşurarea normală a activităţilor ei fiziologice; producerea de metaboliţi , unii dintre ei utili pentru om.Metabolismul bacterian se realizează printr-o serie de căi metabolice, reprezentate de secvenţe dereacţii chimice catalizate de enzime. Sunt două direcţii fundamentale de evoluţie a acestor căi: degradarea substanţelor nutritive preluate din mediu, cu eliberare treptată de energie; folosirea energiei eliberate în procesele de biosinteză a constituenţilor celulari (cale diametral opusă celei dintâi)Se cunosc 4 tipuri de căi metabolice: căile catabolice (catabolismul), căile anabolice(anabolismul), căile amfibolice şi căile anaplerotice.a) Căile catabolice reprezintă ansamblul căilor biochimice prin care se realizează degradareanutrienţilor preluaţi din mediu, cu eliberare de energie. Reacţiile catabolice se desfăşoară în treifaze succesive:1) macromoleculele nutrienţilor sunt degradate până la subunităţile lor de construcţie (ex.proteinele până la aminoacizi), cu eliberarea aproximativ a 1% din energia nutrienţilor, care sepierde sub formă de căldură;2) moleculele rezultate în prima fază sunt degradate în continuare, cu formarea unui numărlimitat de molecule mai mici, ce reprezintă compuşi intermediari ai căii centrale; numărul acestorcompuşi intermediari este diferit în funcţie de bacterie, putând ajunge la maxim 12; în aceastăetapă se eliberează aproximativ 1/3 din energia existentă în compuşii respectivi;3) cea de a treia fază este diferită în funcţie de natura reacţiilor metabolice; în aerobiozăreacţiile evoluează cu metabolizarea completă a compuşilor intermediari până la CO2 şi H2O, cueliberare masivă de energie, care este apoi înmagazinată în ATP; în anaerobioză reacţiileevoluează după modelul reacţiilor fermentative , caz în care eliberarea de energie este redusă.b) Căile anabolice se desfăşoară în sensul utilizării compuşilor intermediari ai căii centrale învederea sintezei de constituenţi proprii celulei bacteriene, proces care evoluează în fazesuccesive. În cursul proceselor de anabolism se sintetizează macromolecule de depozit, adicăpolimeri uniformi, formaţi prin legarea unor monomeri în lanţuri de diferite dimensiuni (într-oprimă fază monomeri, într-o a doua fază, numită diataxie, subunităţile constituite în prima fazăfiind aşezate într-o ordine riguroasă, dictată exact de informaţia genetică din genom).c) Căile amfibolice sunt reprezentate de căile metabolice centrale, care îndeplinesc în acelaşitimp două funcţii: de eliberare de energie şi de furnizare a unor precursori necesari biosintezei.Căile anaplerotice sunt cunoscute sub denumirea de căi auxiliare sau dereaprovizionare,deoarece compuşii intermediari ai căilor centrale sunt în permanenţă îndepărtaţi din celulă, pe deo parte în cursul degradării progresive enzimatice, cu eliberare de energie, în catabolism, iar pe
  2. 2. de altă parte prin utilizarea lor în diferite biosinteze ce au loc în celulă. Căile metaboliceauxiliare asigură astfel completarea deficitului căilor metabolice principale, prin aprovizionareacu diverşi compuşi şi permit funcţionarea îndelungată a acestora.Particularităţi ale metabolismului bacterianMicroorganismele îşi realizează activităţile metabolice prin mecanisme similare cu celeimplicate în metabolismul organismelor superioare.Microorganismele prezintă o capacitate unică de degradare a unor substanţe complexe din mediuşi de a sintetiza anumiţi metaboliţi, unii folositori omului.Luate ca grup, bacteriile sunt cele mai omnivore organisme din natură. Îşi pot realizametabolismul folosind numeroase şi diverse surse de substanţe nutritive, începând cu azotulmolecular şi sulful, până la cele mai complexe substanţe organice (se pot dezvolta pe diferitesoluţii de acizi: oxalic, formic, sulfuric, pe substraturi cu fenoli, proteine, ţiţei; pot degradaasfaltul, masele plastice, cauciucul, lemnul, parafinele, chiar şi unele substanţe antibiotice).Aceste particularităţi explică faptul că, deşi în natură au fost depuse numeroase produse de uzurăşi de excreţie, cadavre, reziduuri, acestea nu s-au acumulat, pentru că au fost descompuse decătre microorganisme şi reintroduse în circuitul elementelor biogene. În acelaşi timp, existăunele microorganisme care pot utiliza doar un număr limitat de nutrienţi (microorganismelecelulozolitice au nevoie absolută de prezenţa celulozei în mediul nutritiv; nitratbacteriile aunevoie de nitriţi în mediu, iar unele bacterii patogene au nevoie de sânge în mediul de cultură).Fig. 3.1 Clasificarea bacteriilor pe baza caracterelor de metabolismPlasticitatea metabolismului microorganismelorBacteriile au capacitatea de a folosi alternativ diferite surse de azot şi de carbon, în funcţie decondiţiile de mediu. Se adaptează, deci, la tipul şi cantitatea de nutrienţi existenţi în mediu. S-ademonstrat că multe bacterii considerate ca autotrofe (capabile să folosească substanţeleanorganice din mediu) pot utiliza uneori substanţele organice cu complexitate diferită din mediu.Unele microorganisme heterotrofe (organotrofe) au capacitatea de a se adapta la utilizareacompuşilor anorganici din mediu, atunci când substanţele organice lipsesc.Diversitatea mecanismelor enzimatice şi a produşilor de metabolismDiversitatea căilor metabolice se manifestă în metabolismul bacterian prin existenţa unor căialternative care pot fi folosite pentru un anumit compus. În funcţie de condiţiile de mediu şi celeintracelulare, celula bacteriană poate opta pentru una dintre căile prin care un anumit substratpoate fi degradat (de exemplu glucoza poate fi degradată prin trei căi metabolice diferite).Intensitatea deosebită a metabolismului bacterianMetabolismul bacterian se caracterizează printr-o intensitate excepţională în raport cu activităţileomoloage de la organismele superioare. Astfel, activitatea respiratorie a unui gram de bacteriiaerobe (greutate uscată) este de câteva sute de ori mai intensă decât cea a omului. Potenţialulmetabolic al microorganismelor din cei 25 cm superficiali ai solului de pe o suprafaţă de un
  3. 3. hectar este echivalent cu acela pentru câteva zeci de mii de oameni. Un gram de bacterii lacticehidrolizează circa 15000 g lactoză/oră. Pentru a atinge un asemenea nivel de activitatemetabolică, organismul uman ar avea nevoie de mai multe mii de tone de alimente pe oră.Metabolismul bacterian deosebit de intens este corelat cu o multiplicare rapidă amicroorganismelor, cu producerea unei mari cantităţi de biomasă. În acest sens, un exemplu datde UNESCO se referă la această capacitate extraordinară de sinteză a bacteriilor: la bovine un organism de 500 kg fabrică în condiţii normale în 24 ore aproximativ 1/2 kg de proteine; în condiţii de mediu favorabile, 500 kg de masă bacteriană sintetizează în 24 ore 5-50 tone de proteine.Nutriţia microorganismelor procarioteTransportul substanţelor prin membrana celulei bacterieneMembrana plasmatică reprezintă o barieră (osmotică de permeabilitate) care asigură transportulselectiv al substanţelor de la exteriorul la interiorul celulei bacteriene şi invers. Principalelemecanisme de transport prin membrana plasmatică bacteriană sunt:1) difuzia pasivă - este un tip de transport nespecific, reprezintă o trecere lentă a substanţelor dela exteriorul la interiorul celulei bacteriene şi invers, fără consum de energie. Trecerea estedeterminată de concentraţie, se realizează de la o concentraţie mare la o concentraţie mică;difuzia se opreşte când concentraţia se egalizează. Prin difuzie pasivă sunt transportate: apa, O2,CO2, acizii graşi, substanţele liposolubile.Fig. 3.3.1 Mecanisme de transport prin membrana plasmatică bacteriană http://chimie-biologie.ubm.ro2) mecanisme de transport cu participarea unui transportor specific (carrier) - transportorulspecific este situat în membrana plasmatică şi este o proteină, cu rolul de a fixa o anumităsubstanţă şi de a o transporta, traversând membrana plasmatică.Sunt 3 tipuri de astfel de mecanisme:a) difuzia facilitată se desfăşoară fără consum de energie şi este determinată de gradientul deconcentraţie, dar se realizează cu ajutorul unei proteine transportor (carrier). Trecerea serealizează de la o concentraţie mare la o concentraţie mică, până se produce un echilibru alconcentraţiilor de o parte şi de cealaltă a membranei. Proteina transportor are rolul de a măriviteza de difuzie a substanţei în raport cu difuzia pasivă.b) transportul activ se realizează cu consum de energie. Se poate realiza împotriva gradientuluide concentraţie, de la o concentraţie mică la o concentraţie mare. Astfel se produce o acumularede substanţă în celula bacteriană, care poate depăşi de câteva mii de ori cantitatea din mediulextern. Proteina transportor prezintă un situs de legare specific pentru substanţele respective.c) translocarea în grup se realizează cu consum de energie şi cu participarea sistemuluienzimatic fosfo-transferazic; substanţa transportată suferă o modificare chimică la trecerea prinmembrană, astfel că substanţa din interiorul celulei diferă de cea iniţială ce exista în mediu.
  4. 4. Tipuri de nutriţie la microorganismeMicroorganismele procariote îşi dobândesc monomerii pe două căi: prin sinteză proprie sau dinmediul extern.Capacitatea biosintetică a microbilor este apreciată în funcţie de numărul de monomeri care potfi sintetizaţi autonom. Astfel cu cît diversitatea monomerilor sintetizaţi autonom de bacterii estemai mare cu atât capacitatea biosintetică este mai avansată.Carbonul, azotul, oxigenul şi hidrogenul constituie grupa elementelor chimice biogene. Pentrumicroorganismele procariote este caracteristică o mare diversitate de substanţe chimice careprezintă surse de substanţe biogene.În funcţie de natura sursei de carbon microorganismele procariote sunt clasificate în: autotrofe şiheterotrofe.Prin definiţie autotrofii reprezintă microorganismele capabile să-şi sintetizeze autonomcomponenţi organici ai carbonului din compuşii anorganici ai carbonului. Heterotrofi suntnumite microorganismele care utilizează substratul organic ca sursă de carbon.Noţiunile de autotrofi şi heterotrofi caracterizează tipul anabolismului (metabolismuluiconstructiv).Noţiunile de autotrof şi heterotrof au fost utilizate pentru prima dată pentru specificarea moduluide nutriţie a animalelor şi plantelor. Mai târziu ei au fost utilizaţi şi pentru microorganismeleprocariote.În funcţie de sursa de energie utilizată de procariote pentru biosinteză şi activitate vitală suntclasificate în fototrofi şi chimiotrofi. Organismele care utilizează în calitate de donori deelectroni în procesele energetice substanţele anorganice se numesc litotrofe, iar cele la caredonori de electroni sunt substanţele organice sunt numite organitrofe.În funcţie de sursa de carbon, sursa de energie şi natura donorului de electroni procariotele secaracterizează prin câteva tipuri de nutriţie (tabelul 1).Tipul de nutriţie Sursa de Donor de Sursa energetică carbon electroni Fotoautotrofi sauAutotrofi CO2 Cuantele de lumină H2O, S, H2S fotolitoautotrofii Compuşii Chimioautotrofi sau CO2 anorganici ai H2, Chimiolitoautotrofi NH3, NO2, H2S Compuşi Fotoorganoheterotrofi organici cu Cuantele de lumină CHeterotrofi Compuşi Chimioorganoheterotrofi organici cu Compuşi organici C
  5. 5. Procariotele fotolitotrofiiAceastă grupă trofică de procariote populează medii complect minerale şi utilizează ca donor deelectroni apa (cianobacteriile), H2S şi sulful liber (sulfobacteriile purpurii şi verzi). Procariotelefototrofe prezintă reprezentanţi a două genuri: sulfobacteriile purpurii şi sulfobacteriile verzi.Fiind microorganisme anaerobe obligatoriu ele necesită prezenţa în mediile nutritive a H2S.Procariotele chimiolitotrofeProcariotele chimiolitotrofe sunt autotrofii care îşi dobândesc energia necesară pentru activitateavitală din reacţiile de oxidare a substanţelor de natură anorganică.Majoritatea procariotelor chimiolitoautotrofe, cu excepţia bacteriilor de hidrogen în procesulbiosintezei consumă cantităţi mari de energie din care cauză formează cantităţi reduse debiomasă. Această tip nutritiv de bacterii au un randament mare de oxidare a substanţeloranorganice. Din această categorie pot fi exemplificate bacteriile care oxidează hidrogenul, oxidulde carbon, compuşii reduşi ai sulfului, fierul, amoniacul, nitriţii etc.Bacteriile de hidrogen oxidează hidrogenul şi utilizează energia formată pentru asimilareacarbonului. Aceste procariote sunt specifice prin şi faptul că se pot dezvolta pe medii care conţinsubstanţe organice adică sunt mixotrofe sau facultativ chimiolitoautotrofe.Sulfobacteriile chimioautotrofe populează mediile cu un conţinut sporit de sulf sau de H2S(nămolurile, izvoarele sulfuroase, apele de canal, minele de sulf etc.). Aceste bacterii realizeazăoxidarea sulfului şi a compuşilor lui anorganici obţinând în urma acestor reacţii energie.Ferobacteriile populează apele care conţin Fe(HCO3)2. În rezultatul reacţiilor de oxido-reducerese formează oxid de fier coloid care este depus în formă de teacă mucilaginoasă la exteriorulcelulei.Bacteriile nitrificatoare sunt bacterii autotrofe obligate care dobândesc energie din reacţiile deoxidare a amoniacului până la nitraţi. Nitrificarea constituie un proces semnificativ în circuitulazotului în natură. Nitriţii sunt cea mai accesibilă forma a azotului pentru plante.Bacteriile metanogene sunt organisme anaerobe cere-şi obţin energia din reacţiile deoxidoreducere ai compuşilor minerali, formând ca rezultat cantităţi esenţiale de metan care seridică la suprafaţă sub formă de bule.Procariotele fotoorganotrofe utilizează substanţele de natură organică: acizii graşi simpli,alcoolii (izopropanolul), în calitate de donori de H.Microorganismele procariote chimioorganotrofeProcariotele chimioorganotrofe în funcţie de cerinţele faţă de sursele de carbon şi azot pot ficlasificate în câteva categorii: bacteriile heterotrofe saprofite şi facultativ patogene utilizează carbonul şi sursa energetică din compuşii organici (glucoza, alcoolii, acizii organici), iar azotul din compuşi de natură anorganică (amoniac, nitriţi, nitraţi). bacterii heterotrofe patogene şi unele saprofite pentru care sursa de azot, carbon şi energie sunt substanţele organice.
  6. 6. Tipuri de respiraţie microbianăDupă comportarea faţă de oxigenul atmosferic, se pot descrie 4 tipuri de microorganisme: microorganisme strict aerobe, care au ca tip de respiraţie celulară respiraţia aerobă; pentru a se dezvolta, aceste microorganisme au nevoie de oxigen molecular, folosindu-l ca acceptor final de electroni; microorganisme strict anaerobe, care nu se pot dezvolta în prezenţa oxigenului; ele au nevoie de condiţii de anaerobioză şi ca tip de respiraţie celulară au fermentaţia sau respiraţia anaerobă; microorganisme anaerobe, facultativ aerobe, care au în general un metabolism de tip anaerob, dar pot trăi şi în prezenţa oxigenului molecular, caz în care prezintă un metabolism aerob; tipul de respiraţie celulară este diferit, în funcţie de prezenţa sau absenţa oxigenului (respiraţie anaerobă sau aerobă); microorganisme microaerofile, care au nevoie de o cantitate de oxigen mai mică decât în atmosferă pentru a se dezvolta, concentraţiile mari de oxigen fiind nocive pentru ele; tipul de respiraţie celulară este o respiraţie cu tendinţă spre fermentaţie.Creşterea şi multiplicarea microorganismlor procarioteCreştere, în sens biologic, reprezintă mărirea coordonată, ireversibilă a dimensiunilor unuiorganism. Creşterea este o consecinţă a sintezei specifice, coordonate a compuşilor celulari noipe baza substanţelor nutritive din mediu. Sinteza constituenţilor celulari noi este coordonatăgenetic, dar în acelaşi timp depinde de concentraţia, tipul, accesibilitatea substanţelor nutritive,precum şi sursei de energie.Deoarece creşterea biologică a celulei bacteriilor este urmată de diviziunea ei sporirea număruluibacteriilor în cultură este rezultatul multiplicării (diviziunii) celulare.Multiplicarea celulelor procarioteMultiplicarea bacteriilor este o urmare a creşterii dimensiunii celulei. Creşterea biologică abacteriei nu este un proces infinit, dar se întrerupe la un anumit moment în care iniţiazădiviziunea celulară. Mecanismul care determină finalizarea creşterii şi iniţierea diviziunii nu estestabilit. Diviziunea bacteriilor se realizează prin câteva mecanisme: diviziune directă, simplă sau binară; înmugurire şi ramificare; prin spori - caracteristică doar actinomicetelor.Multiplicarea prin diviziune directăDiviziunea directă este tipică bacteriile care se află în condiţii optime de dezvoltare. În urmaacestui mod de diviziune rezultă două celule noi care pot fi aproximativ egale - izomorfe, sau dedimensiuni diferite - heteromorfe. Diviziunea are loc în corespundere cu unul sau câteva plane dediviziune.
  7. 7. Diviziunea binară la celulele procariote, se produce conform aceluiaşi mecanism în trei etapesuccesive: diviziunea în două părţi aproximativ egale a citoplasmei prin intermediul unui sept membranar perpendicular sau paralel cu axul mare a celulei; creşterea peretelui celular prin invaginare centripetă în regiunea mediană a septului transversal. celulele se separă prin scindare peretelui celular comun în două părţi egale.Fig. 3.5.1 Diviziunea binara a celulei bacterienehttp://biologie.univ-mrs.fr/upload/p102/poly_etudiantsfinal.pdfMultiplicarea prin înmugurire şi ramificareMugurii şi ramificaţiile se formează în urma apariţiei unui apendice (umflături) terminale înafara celulei.Apendicele creşte devenind o celulă ovoidă care are un tub de conexiune cu celulamamă. La finele diviziunii în partea mediană a tubului apare un sept transversal. Multiplicareaprin spori a actinomicetelorLa anumite stadii de dezvoltare la extremităţile miceliului aerian are loc sporogeneza prinfragmentare sau segmentare.În cazul sporogenezei, prin fragmentare, se produce concentrarea citoplasmei sporofitului astfelîncât apar formaţiuni interne sferice care apoi sunt "îmbrăcate" în membrane. După maturizaresporii sunt puşi în libertate în urma ruperii membranei sporofitului.Sporogeneza prin segmentare are loc prin apariţia septelor transversale la extremităţile hifeloraeriene. Celulele nou formate se transformă în spori. Dinamica creşterii numerice a procariotelor în culturi staticeDinamica acumulării bacteriilor poate fi cu precizie stabilită pentru populaţiile aflate în condiţiistabile de laborator. În condiţii de laborator culturile bacteriene pot fi de două tipuri: statice (discontiui) care prezintă sisteme de tip închis: culturi care prezintă un volum limitat de mediu, care nu primesc şi nu cedează materie şi energie mediului extern. continui (de tip deschis): culturi care cedează mediului extern şi adiţionează din mediul extern materie şi energie. Acumularea bacteriilor în culturi statice are loc în câteva faze succesive:I. Faza de latenţă (eng. lag, a întîrzia, a rămîne în urmă)Această fază începe în momentul introducerii bacteriilor în mediul de cultură (însămânţării) şimomentul iniţierii multiplicării lor.Pe parcursul acestei faze numărul bacteriilor rămâne constant sau scade din cauza incapabilităţiiunor bacterii de a suporta condiţiile noi ale mediului. În această perioadă au loc procese deadaptarea la condiţiile noi ale mediului.Fig. 3.5.2 Curba de creştere a microorganismelorhttp://umr5558-mq1.univ-lyon1.fr/
  8. 8. Durata fazei de lag este diferită şi depinde de originea şi starea fiziologică a bacteriilorînsămînţate.În cursul acestei faze bacteriile sunt active din punct de vedere matabolic, cresc îndimensiuni, îşi utilizează toate substanţele nutritive de rezervă din citoplasmă.II. Faza iniţierii şi accelerării ritmului de creştereÎn această fază începe multiplicarea bacteriilor cu scurtarea progresivă a timpului de generaţiepână la atingerea unei valori constante tipice fazei ulterioare.III. Faza de multiplicare exponenţială sau de creştere logaritmicăEvoluţia culturii bacteriene în această etapă de creştere se produce în progresie geometrică (semultiplică printr-un factor constant la fiecare unitate de timp).Evoluţia acestei faze are loc până în momentul când unul din componenţii nutritivi esenţiali aimediului sunt consumaţi sau / şi în mediu de cultivare se acumulează unul sau câţiva cataboliţicu efect toxic asupra culturii.Indicii fazei exponenţiale sunt timpul de generaţie şi rata de creştere. Ei pot fi stabiliţicunoscând concentraţiile bacteriene în diferite momente.Iniţial se calculează numărul de generaţii conform ecuaţiei:Xn= Xo2nsau log Xn = log Xo + n log 2 (2);undeXo- concentraţia iniţială a bacteriilor; Xn - concentraţia bacteriilor după n generaţii.Din ecuaţia (2) se deduce nn =(log Xn - log Xo)/2de unde timpul de generaţii g (timpul între de dublare a numărului de celule) va fi stabilită prin:g = t/n sau g = t log2 / log Xn = log XoRata de creştere r este numărul de generaţii într-o anumită unitate de timpr= n/t sau n=1/g.Rata de creştere a unei populaţii de bacterii variază în funcţie de condiţiile de mediu.IV. Faza de încetenire a creşterii (faza creşterii negative)Factorul limitativ al mediului, (nutritiv sau /şi cel cu efect toxic) determină reducerea vitezei demultiplicare a bacteriilor şi a ratei de creştere. Apar celule moarte.V. Faza staţionară
  9. 9. Rata de creştere numerică a bacteriilor devine nulă. Numărul bacteriilor vii este stabil, iarraportul dintre numărul de bacterii vii şi numărul total de bacterii depinde de semnificaţiafactorului limitativ pentru această cultură.Curba numărului total de celule staţionează, iar a celor viabile scade: celulele nu se mai divid,dar mor fără autoliză. În faza staţionară bacteriile au forma tipică speciei, în citoplasma lor seacumulează substanţe de rezervă şi ea capătă un aspect granular.VI. Faza de declinReducerea logaritmică a numărului de celule viabile din populaţie ca urmare a morţii lor cauzatăde lipsa nutrienţilor şi acumularea în mediu a substanţelor toxice. La această etapă celuleleprezintă abateri de la forma lor specifică, în culturile populaţiilor sporogene apar sporii sau alteforme de supravieţuire.Acţiunea factorilor mediului extern asupra creşterii şi multiplicării microorganismelorActivitatea vitală a microbilor este dependentă de factorii mediului extern. Influenţa factorilormediului extern asupra activităţii biologice a bacteriilor poate avea efect: stimulator: factorii mediului sunt la nivel optim în raport cu necesităţile speciei; bacteriostat: unul sau mai mulţi factori ai mediului se află la nivel minim în raport cu necesităţile speciei sau când factorii mediului frânează procesele metabolice celulare; bactericid: factorii mediului (de regulă în concentraţii sporite) provoacă moartea bacteriilor; mutagen: induc modificări în structura genomului.Efectul provocat de factori mediului asupra microbilor depinde în special de natura, intensitateaşi durata acţiunii lor, precum şi de particularităţile biologice ale microbilor. Factorii mediuluiextern, ce au diversă acţiune asupra activităţii vitale a microbilor, convenţional pot fi categorizaţiîn trei grupe: fizici (temperatura, undele elctromagnetice, presiunea osmotică, presiunea hidrostatică). chimici biologiciAcţiunea factorilor fiziciTemperaturaTemperatura are o acţiune majoră asupra tuturor formelor vitale. În funcţie de intensitatea şitimpul de expoziţie temperatura poate provoca efect stimulator - temperatura de dezvoltare, efectnociv - temperaturile extreme.Temperatura de dezvoltareTemperatura de dezvoltare este acea temperatură care asigură creşterea unei populaţii bacterieneca rezultat a desfăşurării normale a proceselor metabolice.Microbii, în funcţie de limitele de variaţie a temperaturii de dezvoltare se clasifică în: stenotermi: limite restrânse (35-40 oC); euritermi: limite largi (6-50 oC).
  10. 10. Temperatura de dezvoltare a microbilor euritermi poate fi exprimată prin trei puncte de bază:min, optimă şi max.Temperatura minimă de dezvoltare - valoarea termică minimă la care microorganismele se maimultiplică încă.Temperatura optimă de dezvoltare - temperatura la care viteza de dezvoltare şi multiplicare amicroorganismelor este cea mai intensă (maximală).Temperatura maximă de dezvoltare - temperatura maximală la care metabolismul şimultiplicarea microbilor este posibilă.În corespundere cu limitele temperaturii de dezvoltare microbii sunt clasificate în trei grupe:psihrofile, mezofile, termofile.Microbii psihrofili - (de la grec. psichros - frig), pentru reprezentanţii acestei grupe temperaturaoptimală de dezvoltare este 15-200C.La mezofili se referă microorganismele ce au temperatura optimă 28-370C.Termofilii -au optimul de temperatură 50-600C.În ultimul timp au fost evidenţiate un şir de microorganisme noi cu un optim înalt al creşterii -80-900C. Ele sînt incluse într-o grupă aparte - bacterii extrem-termofile.Energia radiantăRadiaţiile sau undele electromagnetice sunt clasificate în funcţie de lungimea de undă în câtevacategorii: herţiene, infraroşii, vizibile, ultraviolete, radiaţii X şi g.Efectul biologic a undelor electromagnetice depinde de: lungimea lor de undă doza de iradiere capacitatea de absorbţie a materialului biologic.În funcţie de aceşti parametri iradierea poate avea următoarele efecte biologice: Fotosensibilizare. Fotoprotecţie. Fotoreactivarea. Reacţiile fotochimice Efectul mutagen Efectul letal.Presiunea osmoticăÎn cazul când au loc abateri lente de la izotonie a soluţiilor în care se află bacteriile, membranalor citoplasmatică „reuşeşte" să se adapteze la noile condiţii. Dacă, însă modificările presiuniiosmotice a soluţiilor survin brusc, are loc distrugerea mecanică a peretelui celular şi ca urmarecelula este expusă la condiţii nefavorabile. În medii hipertonice cum sun soluţiile salineconcentrate celulele procariote suferă fenomenul plasmolizei.
  11. 11. În medii hipotonice de exemplu în apă distilată are loc fenomenul de deplasmoliză: apa pătrundeîn interiorul celulei, turgescenţa celulei creşte până în momentul când elasticitatea şi rigiditateaperetelui celular nu mai face faţă şi ca urmare peretele plesneşte.Mediile izotonice sunt preferate de majoritatea microorganismelor procariote cu excepţiaprocariotelor osmofile care se pot dezvolta doar în medii hipertonice.Procariotele osmofile sunt clasificate în halofile, cele care preferă medii cu salinitate mare şizaharofile - care preferă medii cu concentraţii mari de zahăr.Presiunea hidrostaticăMajoritatea celulele procariote acomodate la presiunea atmosferică normală au o sensibilitateaslabă la variaţiile presiunii hidrostatice.Rezistenţa la acest factor fizic depinde de habitatulnatural al microorganismelor şi de capacitatea lor de a forma spori.Printre microorganismele procariote marine izolate de la mari adâncimi cu ajutorul sondelor aufost identificate bacterii barotolerante care pot fi cultivate atât la presiunea normală,atmosferică, cît şi la presiuni mari, 500 - 600 atm. Bacteriile care populează mările la adâncimide 3000 - 6000 m unde presiunea hidrostatică atinge 300 - 600 atm sunt numite barofile.Organismele procariote care se dezvoltă la presiuni ce depăşesc valoarea de 600 atm. formeazăgrupul barofililor extremali.Acţiunea ultrasunetuluiVibraţiile sonore cu lungime de undă mare care nu sunt percepute deurechea omului (infrasunetele) şi cele percepute de urechea omului nu influenţează asupracreşterii şi dezvoltării microorganismelor procariote. Vibraţiile ultrasonore şi cele supersonice culungime de undă mică provoacă moartea microorganismelor prin dezintegrarea membraneicitoplasmatice şi a peretelui celular.Acţiunea laseruluiLaserul emite un fascicul de lumină sub forma unui unde aproape echivalente ca lungime deundă şi frecvenţă. Datorită acestor particularităţi el acţionează intens, concentrând o marecantitate de energie într-un singur punct. Laserul are efect letal instantaneu asupra procariotelor.Acţiunea factorilor chimiciMicroorganismele se dezvoltă în medii constituite din substanţe chimice care exercită influenţădirectă sau indirectă asupra lor. Substanţele chimice cauzează trei tipuri de efecte biologice: favorizează dezvoltarea şi multiplicarea celulelor efect chimotaxic blochează reversibil procesele de dezvoltare şi multiplicare, efect microbiostatic blochează ireversibil procesele de dezvoltare şi multiplicare efect microbicidAcţiunea substanţelor chimice asupra microorganismelor este diferită şi este condiţionată de: natura substanţei chimice (organică sau anorganică) concentraţia substanţelor chimice timpul de acţiune a substanţelor chimice
  12. 12. condiţiile mediului extern ( în special temperatura) particularităţile fiziologice ale celulelor microbiene( de exemplu sporul este inaccesibil pentru majoritatea substanţelor chimice)Adaptările structurale ale bacteriilor la condiţiile nefavorabile ale mediuluiMarea majoritate a bacteriilor pot suporta un timp îndelungat condiţiile nefavorabile ale mediului(lipsa substratului nutritiv, uscăciunea, etc.), prin modificări structurale: chimice sau anatomice.Modificările adaptive ale structurii chimice bacteriene sunt procesele de "închidere" a căilormetabolice şi procesele de biosinteză a proteinelor noi cu rol de protecţie în condiţiinefavorabile.Modificările structurale anatomice constau în geneza structurilor inactive, dorminde: endospori,exospori, cişti care pot exista un timp îndelungat în condiţii nefavorabile.Sporogeneza durează in mediu 15 ore si initiază in momentul când mediul nutritive, precum sicondiţiile de creştere devin deficiente, si decurge in şapte etape definite, succesive.Iniţial are loc replicarea cromozomului, apoi urmează formarea compartimentului sporal ininteriorul celulei materne, etapa care este urmata inevitabil de geneza sporului. Etapeleulterioare se caracterizează prin formarea invelisurilor sporului. In aceste procese participa activeatât sporul cit si celula materna. La etapele finale sporul pierde apa si are loc sintezadipicolinatului de calciu.Fig. 3.7.1 Formarea endosporilor bacterieni 1. replicare AND-ului, formare a doi nucleoizi; 2. apariţia septului membranar la una din extremităţile celulei; 3. septul concreşte si astfel nucleoidul sporal este înconjurat de membrana citoplasmatica. Iniţiază formarea prosporului. 4. este sintetizata cea de-a doua membrane citoplasmatica si se costituie prosporul. Al doilea nucleoid se dezintegrează. 5. formarea prosporului: AND-ul nou format este înconjurat de a doua membrane citoplasmatica, enzimele membranelor prosporale catalizează sinteza stratului peptidoglican, care ocupa spaţiul dintre aceste membrane; 6. maturizarea sporului: in interiorul prosporului se produce sinteza dipicolinatului de calciu, are loc constituirea cortexului format din cele doua membrane citoplasmatice si stratul peptidoglican sintetizat de ele. 7. sinteza stratului membranar din invelisul sporului. 8. degradare restului celulei.Sporii o perioada îndelungata de timp se pot gasi in stare de repaus, dar nimerind in condiţiifavorabile de dezvoltare (umiditate satisfăcătoare, prezenta substanţelor nutritive), are locgerminarea lor: invelisurile sporale sunt dezintegrate enzimatic, conţinutul de apa "libera" inspor creste. In spor începe o accelerare vădita a proceselor enzimatice biochimice.Procesul degerminare a sporului are loc mai repede comparative cu sporogeneza si durează cca 4-5 ore.

×