Fiziologia bacteriana. cresterea si nutritia bacteriana. metabolismul bacterian.

FIZIOLOGIA BACTERIANA. CRESTEREA SI NUTRITIA BACTERIANA. METABOLISMUL BACTERIAN.

Diviziunea bacteriana este o diviziune simpla ( binara ) . Diviziunea celulara incepe cand cresterea constituentilor celulari atinge o masa critica . Replicarea semiconservativa a cromozomului este urmata de formarea septului de diviziune si de separarea celulelor fiice ( dupa una sau mai multe diviziuni consecutive ) .

Cresterea in vivo difera de cea in vitro , fiind influentata de factori ca :

statusul nutritional al pacientului

pH mediului

factorii de aparare celulara si umorala ( Ig , complement )

enzimele gazdei ( proteaza , hialuronidaza )

Cresterea bacteriana se refera la cresterea numarului de celule .

Timpul necesar unei populatii bacteriene sa se divida , deci sa-si dubleze numarul se numeste timp de generatie . La bacteriile cu diviziune rapida ( majoritatea ) , timpul de generatie este de 20 min - 3 h . La bacteriile cu diviziune lenta ( Mycobacterii ) timpul de generatie este de 20 h .

Fazele multiplicarii unei culture bacteriene sunt :

Faza de latenta ( lag ) : celulele bacteriene introduse intr-un nou mediu , nu se inmultesc , ci se acomodeaza noilor conditii , isi sintetizeaza enzime si isi maresc volumul , pregatindu-se pentru diviziune .

Faza exponentiala ( log ) , in care celulele se divid in ritm constant , iar numarul creste logarithmic . Celulele , in aceasta faza , sunt tinere , au toate caracterele morfologice , biochimice si antigenice specifice si sunt foarte sensibile la actiunea agentilor antimicrobieni .

Faza stationara , cand datorita scaderii concentratiei oxigenului , midificarii pH , acumularii de metabolite toxici , rata diviziunilor incepe sa scada , numarul de bacterii care se divid fiind egal cu cel al bacteriilor care mor .

Faza de declin , cand numarul bacteriilor care mor este mai mare decat al celor care se divid , substantele nutritive din mediu se epuizeaza treptat , putinele celule ramase se hranesc utilizand substantele nutritive rezultate din celulele moarte si lizate .

Faza exponentiala ( log ) poate fi mentiunuta un timp nelimitat prin aprovizionare cu substante nutritive , aerate , mentinerea pH si inlaturarea metabolitilor toxici . Aceste culture obtinute in aparate speciale numite chemostate se numesc culture continue .

NUTRITIA BACTERIANA

Pentru a supravietui si a se multiplica , bacteriile au nevoie de :

A : substante necesare pentru sinteza de componente structurale si pentru metabolismul celular

B : energie .

Exista diferente mari intre bacterii in ceea ce priveste necesarul de substante nutritive . Unele pot sintetiza toate substantele necesare pornind de la elementele cele mai simple . Altele necesita substante organice gata sintetizate sau cel mult le pot obtine prin degradare enzimatica a unor molecule complexe ( proteine , acizi nucleici ) preluate din mediu .

Factorii anorganici

Cele mai importante elemente anorganice necesare bacteriilor sunt : hidrogenul , oxigenul , carbonul si azotul .

H₂ si O₂ sunt obtinute din apa . Apa este un element indispensabil cresterii si supravietuirii bacteriilor .

C si N₂ . In functie de sursa acestor elemente bacteriile se clasifica in :

- autrofobe , care utilizeaza CO₂ ca sursa de C . Acestea , in functie de sursa de energie , sunt :

- fotoautotrofe , folosesc energia luminoasa solara

- chemoautotrofe , folosesc energia rezultata din oxidarea unor compusi anorganici .

- heterotrofe , bacterii parasite , care necesita compusi organici ca sursa de C si energie ( de ex. Glucide ) . Bacteriile patogene si chiar saprofite associate omului sunt heterotrofe . In mediul de viata reprezentat de organismul uman , ele gasesc substante nutritive complexe , disponibile , neavand nevoie sa utilizeze mecanisme de biosinteza proprii . Principala sursa de carbon este reprezentata de carbohidrati , care sunt degradati prin :

- 1. oxidare

- 2. fermentare ( in absenta O₂) , acest proces furnizand si energia sub forma ATP , forma universala de rezerva de En .

Principala sursa de N₂ sunt saruruile de amoniu , preluate din mediu sau obtinute prin demineralizarea unor aminoacizi rezultati din liza proteinelor .

Alte elemente necesare pentru functiile celulare . P , S , K , Ca , Mg , Fe ( co-factori enzimatici , transport de electroni , etc. ) .

Urme de Cu , Co , Mn , Zn , sunt necesare ca stabilizatori ai unor enzime .

Factorii organici

In general nu pot fi sintetizati de bacterii , fiind nevoie de o sursa exterioara .

Aminoacizii sunt obtinuti de bacterii din proteinele pe care le gasesc in mediu , le preiau si le degradeaza enzymatic pana la aminoacici , care vor fi utilizati in sinteza proteinelor bacteriene .

Purinele si pirimidinele - precursori ai acizilor nucleici si coenzimelor .

Vitamine necesare pentru formarea coenzimelor .

Unele substante necesare bacteriilor sunt molecule mici , care difuzeaza liber prin membrana celulara , sau impotriva unui gradient de concentratie , cu ajutorul unor sisteme de transport , cu consum energetic .

Alte substante sunt molecule mari , care difuzeaza lent . Enzimele care faciliteaza trecerea transmembranara a acestor molecule mari sunt atasate membranei si pot fi :
1. Constituitive ( produse constant ) .

2. Inductibile ( produse numai in prezenta substratului ) .

Influenta factorilor de mediu

Apa . 80% din celula bacteriana este apa . Umiditatea mediului este indispensabila cresterii bacteriene si poate fi un factor de limitare a numarului de bacterii dintr-un anumit mediu ( de exemplu flora bacteriana a tegumentului ) .

O₂ . Necesarul de oxygen molecular difera la bacterii . In functie de acesta , bacteriile pot fi clasificate in : ( tabel II )

Tab.II Clasificarea bacteriilor in functie de necesarul de oxigen

CO₂ . Este necesar tuturor bacteriilor , de obicei fiind obtinut ca produs de metabolism .

Unele bacterii , mai pretentioase , nu produc sufficient CO₂ , a.i. necesita un aport exogen , mai ales in cazul cultivarii in vitro . Cel putin la prima izolare in cultura , necesita o atmosfera imbogatita cu 5-10% CO₂ .

Temperatura . Temperatura optima de crestere este si ea diferita .

Bacteriile psihrofile au o temperature optima sub 20 grade C .

Bacteriile mezofile : 25-40 grade C .

Bacteriile termofile : 55-80 grade C .

Bacteriile de importanta medicala sunt mezofile , avand temperature optima de crestere de 37⁰ C .

pH . Optim pentru bacterii este 7.2 - Cateva specii pot tolera pH in zona alcalina ( Vibrio ) sau acida ( flora vaginala ) .

METABOLISMUL BACTERIAN

Reactiile biochimice de degradare a diferitelor substante organice ( glucide , lipide , proteine ) cu eliberarea de energie , stocata in ATP , poarta numele de catabolism .

Procesele biochimice de sinteza a componentelor celulare , ce au loc cu consum de energie , poarta numele de anabolism . Cele doua lanturi ale metabolismului , anabolismul si catabolismul trebuie sa fie in perfect echilibru pentru a asigura cresterea si multiplicarea optima a bacteriilor .

Majoritatea cailor metabolice folosite de bacterii sunt cele intalnite la toate celulele vii ( eucariote si procariote ) : glicoliza , ciclul acizilor tricarboxilici , suntul pentozo-fosfatilor , beta-oxidarea acizilor grasi .

Procesele metabolice incep de obicei cu degradarea enzimatica a macromoleculelor din mediul inconjurator . Moleculele mai mici rezultate ( monozaharide , peptide scurte , acizi grasi ) pot fi transportate intracellular , pentru a fi convertite intr-o substanta intermediara comuna tuturor cailor metabolice : acidul piruvic . Mai departe , atomii de carbon rezultati pot fi indreptati spre producerea de energies au spre sinteza de noi glucide , lipide sau proteine .

Metabolismul glucidic

In catabolizarea glucozei , bacteriile folosesc trei cai principale :

Ciclul Embden-Meyerhof sau glicoliza este calea cea mai importanta , atat la procariote cat si la eucariote . Produsul final este piruvatul , impreuna cu doua molecule de ATP .

Ciclul acizilor-tricarboxilici

In prezenta oxigenului , acidului piruvic rezultat din glicoliza , dar si din metabolizarea altor substrate , este complet oxidat de CO₂ , prin ciclul acizilor tricarboxilici , cu producerea unei mari cantitati de energie .

Suntul pentozo-fosfatilor

Este calea finala a metabolismului glucidic , cu functia de a produce precursori si energie sub forma NADPH , pentru a fi utilizate in biosinteza .

Metabolismul bio-energetic

Energia din substantele organice folosite de bacteriile heterotrofe se elibereaza prin procese de oxido-reducere , care in acest caz echivaleaza cu donare de hidrogen ( H⁺ ) si acceptare de hidrogen ( H⁺ ) . Deoarece electronii nu pot exista decat ca parti ale unor molecule , intervin transportatorii de electroni . Ei pot fi legati de membrana ( lantul respirator celular ) , sau pot fi transportatori liberi ( NAD , NADP ) .

Principalele tipuri de eliberare de energie la bacterii sunt :

respiratia ( oxibiotica ) - in care donorul de electroni este o substanta organica , iar acceptorul final O₂ , transferul de electroni facandu-se prin lantul respirator .

fermentatia constand in procese de oxido-reducere ce oxideaza partial substratul , donatorul si acceptorul de electroni fiind substante organice .

respiratia anaeroba , donatorul este o substanta organica , iar acceptorul o substanta anorganica diferita de O₂ , ca : nitrat , nitrit , sulfat , carbonat .