Fiziologia Fiziologia bbacterianăacteriană

Metabolismul bacterian este:Metabolismul bacterian este:

unicelular;unicelular; teleonomic (obţine maximum de teleonomic (obţine maximum de

beneficiu);beneficiu); necompartimentat;necompartimentat; are o mare flexibilitate (E. Coli codifică are o mare flexibilitate (E. Coli codifică

enzime pentru 2000 de proteine).enzime pentru 2000 de proteine).

Flexibilitatea metabolică Flexibilitatea metabolică este influenţată de:este influenţată de:

temperatură;temperatură;

ph;ph;

de osmolaritate.de osmolaritate.

După temperaturDupă temperaturaa optimă necesară vieţii optimă necesară vieţii bacteriilorbacteriilor

se clasifică în :se clasifică în : bacterii termofile bacterii termofile care trăiesc la temperatura mai mari care trăiesc la temperatura mai mari

de 45de 4500 C (45-70); C (45-70);

bacterii mezofilebacterii mezofile care trăiesc la temperaturi de 20 care trăiesc la temperaturi de 2000 - -454500 C bacterii patogene pentru om C bacterii patogene pentru om;;

bacterii criofilebacterii criofile care trăiesc la temperaturi mai mici care trăiesc la temperaturi mai mici de de 202000C.C.

Bacteriile mezofile sunt cele patogene pentru om.Bacteriile mezofile sunt cele patogene pentru om.

Tipurile de nutriţie folosite Tipurile de nutriţie folosite de bacterii sunt:de bacterii sunt:

A.după sursa de energie:A.după sursa de energie:

fototrofe fototrofe (nepatogene pentru om);(nepatogene pentru om);

b. b. chimiotrofechimiotrofe care la rândul lor pot fi care la rândul lor pot fi chimiolitotrofechimiolitotrofe (care utilizează surse simple, anorganice) şi (care utilizează surse simple, anorganice) şi chimioorganotrofe chimioorganotrofe (care utilizează surse organice);(care utilizează surse organice);

c. c. bacterii paratrofe bacterii paratrofe care folosesc energia furnizată de care folosesc energia furnizată de celula-gazdă (bacteriile parazite intracelular).celula-gazdă (bacteriile parazite intracelular).

B. după sursa de carbonB. după sursa de carbon bacteriile suntbacteriile sunt

autotrofeautotrofe(folosesc sursa de carbon (folosesc sursa de carbon anorganică adică CO2 din mediu) ;anorganică adică CO2 din mediu) ;

b. b. mixotrofe mixotrofe (folosesc sursa de carbon C02 şi (folosesc sursa de carbon C02 şi substanţele organice) ;substanţele organice) ;

heterotrofe heterotrofe folosesc doar substanţe organice. folosesc doar substanţe organice.

Bacteriile patogene Bacteriile patogene pentru om pentru om sunt sunt chimioorganotrofe,heterotrofe, mezofile.chimioorganotrofe,heterotrofe, mezofile.

Substanţele anorganiceSubstanţele anorganice

ionii de magneziu, de zinc, de mangan de cobalt şi ionii de magneziu, de zinc, de mangan de cobalt şi de fier sunt folosiţi ca şi cofactori ai enzimelor;de fier sunt folosiţi ca şi cofactori ai enzimelor;

sodiul este necesar în sistemele de transport;sodiul este necesar în sistemele de transport; ffosforul ca fosfat este un constituient esenosforul ca fosfat este un constituient esenţţial al ial al

nucleotidelor şi al fosfolipidelor;nucleotidelor şi al fosfolipidelor; sulful se găseşte în coenzimasulful se găseşte în coenzima (acetyl-coenzima A) şi (acetyl-coenzima A) şi

în doi aminoacizi;în doi aminoacizi; azotazotuul este esenl este esenţţial pentru aminoacizi şi pentru ial pentru aminoacizi şi pentru

nucleotide;nucleotide; oxigenul în forma sa elementală este aoxigenul în forma sa elementală este accceptor în ceptor în

respiraţia aerobă (proces prin care este prorespiraţia aerobă (proces prin care este proddususăă energia în formă de ATP).energia în formă de ATP).

Compuşi organici necesariCompuşi organici necesari

aminoacizii şi nucleotidele care aminoacizii şi nucleotidele care constituie elementele structurale de constituie elementele structurale de bază pentru proteine şi pentru acizii bază pentru proteine şi pentru acizii nucleici;nucleici;

lipidele-colipidele-commponentul major al ponentul major al membranei celularemembranei celulare

vitaminele ca şi cofactori.vitaminele ca şi cofactori.

Celulele vii necesită prezenţa în mediu Celulele vii necesită prezenţa în mediu a nutrienţilor pe care nu pot să îi a nutrienţilor pe care nu pot să îi sintetizeze. sintetizeze.

De exemplu celulele de E. Coli De exemplu celulele de E. Coli necesită prezenţa nutrienţilor şi necesită prezenţa nutrienţilor şi glucozei din care pot sintetiza toţi glucozei din care pot sintetiza toţi aminoacizii, nucleotidele şi lipidele aminoacizii, nucleotidele şi lipidele necesare pentru creştere şi pentru necesare pentru creştere şi pentru diviziune.diviziune.

După natura acceptorului După natura acceptorului de hidrogende hidrogen

se cse cuunosc trei tipuri de procenosc trei tipuri de processe metabolice e metabolice energetice;energetice;

respiraţia aerobărespiraţia aerobă care este cel mai frecvent care este cel mai frecvent întâlnită la microorganisme în care acceptorul întâlnită la microorganisme în care acceptorul final este oxigenul care este redfinal este oxigenul care este reduus la apă;s la apă;

respiraţia anaerobă respiraţia anaerobă în care acceptorul final în care acceptorul final este orice substanţă anorganică exceptând este orice substanţă anorganică exceptând oxigenul;oxigenul;

fermentaţia fermentaţia în care donatorul şi acceptorul sunt în care donatorul şi acceptorul sunt substanţe organice şi are loc procesul de substanţe organice şi are loc procesul de oxidoreducere prin care se produce o oxidare oxidoreducere prin care se produce o oxidare parţială a substratului.parţială a substratului.

După necesarul de oxigen După necesarul de oxigen bacteriile se clasificăbacteriile se clasifică

1.1. bacteribacteriii strict aerobe care folosesc ca aceptor final strict aerobe care folosesc ca aceptor final oxigenul care se transformă în apă. oxigenul care se transformă în apă. Bacteriile strict aerobe necesită prBacteriile strict aerobe necesită preezenţa oxigenului în zenţa oxigenului în mediu pentru a trăi şi pentru a se multiplica mediu pentru a trăi şi pentru a se multiplica ( Mycobacterium tuberculosis, Bacillus anthracis, ( Mycobacterium tuberculosis, Bacillus anthracis, PPseudomonas aeruginosa);seudomonas aeruginosa);

1.1. bacteriile strict anaerobe pot trăi doar în medii lipsite de bacteriile strict anaerobe pot trăi doar în medii lipsite de oxigen, oxigenul neputând fi degradat de aceste bacteriii oxigen, oxigenul neputând fi degradat de aceste bacteriii astfel omorându-le.astfel omorându-le.

Astfel sunt bacteriile genului Clostridium, Bacteroides. La Astfel sunt bacteriile genului Clostridium, Bacteroides. La anaerobi oxigenul are rol toxic prin formarea de peroxid de anaerobi oxigenul are rol toxic prin formarea de peroxid de hidrogen (H2O2) care un poate fi neutralizat pentru că hidrogen (H2O2) care un poate fi neutralizat pentru că aceştia un posedă catalază.aceştia un posedă catalază.

3. 3. bacteriile aerob-facultativ anaerobe bacteriile aerob-facultativ anaerobe care se dezvoltă mai bine în mediu care se dezvoltă mai bine în mediu cu oxigen dar şi în absenţa acestuia ( cu oxigen dar şi în absenţa acestuia ( majoritatea speciilor care parazitează majoritatea speciilor care parazitează omul);omul);

4. 4. bacteriile microaerofile sunt bacteriile bacteriile microaerofile sunt bacteriile care necesită în ambianţa cu oxigen care necesită în ambianţa cu oxigen o tensiune scăzută de CO2- genul o tensiune scăzută de CO2- genul Neisseria.Neisseria.

MetabolismulMetabolismul

Metabolismul Metabolismul are două componente are două componente majore: majore: catabolismul şi anabolismulcatabolismul şi anabolismul..

ProcesProcesuul de distrugere a substratului l de distrugere a substratului şi de conversie în energie utilizabilă este şi de conversie în energie utilizabilă este cunoscut sub numele de cunoscut sub numele de catabolism.catabolism.

Utlizarea energiei în scopul sintezei Utlizarea energiei în scopul sintezei constituienţilor celulari se numeşte constituienţilor celulari se numeşte anabolism.anabolism.

Căile metabolice care unesc Căile metabolice care unesc aceste două procese alcătuiesc aceste două procese alcătuiesc metabolismul intermediarmetabolismul intermediar

Există similaritate între procesele Există similaritate între procesele metabolice din toate celulele vii atât metabolice din toate celulele vii atât procariote cât şi eucariote ceea ce se procariote cât şi eucariote ceea ce se numeşte conceptul unităţii biochimice al numeşte conceptul unităţii biochimice al lumii vii.lumii vii.

Bacteriile au procurat modelul pentru Bacteriile au procurat modelul pentru toate celulele vii.toate celulele vii.

Metabolismul glucozeiMetabolismul glucozeiBacteriile utilizează 3 căi majore Bacteriile utilizează 3 căi majore

pentru catabolismul glucozeipentru catabolismul glucozei

I. I. Calea Embden-Meyerhof- Parnas Calea Embden-Meyerhof- Parnas

Cea mai comună este calea glicolitică (Embden-Cea mai comună este calea glicolitică (Embden-Meyerhof- Parnas) care are loc în absenţa oxigenului.Meyerhof- Parnas) care are loc în absenţa oxigenului.

Glucoza Glucoza →→glucozo-6-fosfat glucozo-6-fosfat →→ fructozo-1-6- fructozo-1-6- difosfat care se scindează în gliceraldehidă şi glicerol-3-difosfat care se scindează în gliceraldehidă şi glicerol-3-fosfat.fosfat.

Rezultatul final este obţinerea de acid piruvic cu Rezultatul final este obţinerea de acid piruvic cu formarea de 2 molecule de ATP, molecula universal formarea de 2 molecule de ATP, molecula universal folosită în lumea vie pentru depozitarea de energie.folosită în lumea vie pentru depozitarea de energie.

Aceasta este calea principală pentru bacteriAceasta este calea principală pentru bacteriii şi pentru şi pentru celulele eucariote de obţinere a acidului piruvic.celulele eucariote de obţinere a acidului piruvic.

II. II. În prezenţa oxigenului are loc ciclul acizilor În prezenţa oxigenului are loc ciclul acizilor tricarboxilici sau ciclul Krebstricarboxilici sau ciclul Krebs

Acidul piruvic→ acetAcidul piruvic→ acetyylcoenzima lcoenzima

A→NADPH→citrat →succinat →malat . A→NADPH→citrat →succinat →malat .

Se produc 3 moli de NADH, 1 mol de FADH , 1 mol Se produc 3 moli de NADH, 1 mol de FADH , 1 mol de GTP deci de GTP deci

reacţia eliberează de 19 ori mai mult energie (ATP) reacţia eliberează de 19 ori mai mult energie (ATP) faţă de ciclul Embden-Meyerhof-Parnas (38 moli de faţă de ciclul Embden-Meyerhof-Parnas (38 moli de ATP). Electronii purtaţi de NADH şi de FADH sunt ATP). Electronii purtaţi de NADH şi de FADH sunt cedaţi printr-o serie de molecule donor-acceptor şi cedaţi printr-o serie de molecule donor-acceptor şi în final oxigenului.în final oxigenului.

Acest proces se numeşte respiraţie aerobă.Acest proces se numeşte respiraţie aerobă.

Ciclul Krebs esteCiclul Krebs este::1.1. calea finală comună pentru oxidarea calea finală comună pentru oxidarea

completă a aminoacizilor, a acizicompletă a aminoacizilor, a acizillor or graşi şi a carbohidraţilorgraşi şi a carbohidraţilor;;

2.2. este mecanismul major de este mecanismul major de producere a energiei producere a energiei ;;

3.3. de sinteză a lipidelor, a de sinteză a lipidelor, a aminoacizilor şi a pirimidinelor.aminoacizilor şi a pirimidinelor.

Ciclul Krebs este un ciclu Ciclul Krebs este un ciclu amfibolic adică este implicat amfibolic adică este implicat îîn n anabolism şi în catabolism.anabolism şi în catabolism.

III. Calea pentozo- monofosfaţilorIII. Calea pentozo- monofosfaţilor

este calea metabolică care conduce la este calea metabolică care conduce la producerea de produşi biosintetici enzimele producerea de produşi biosintetici enzimele folosite fiind transketolaza şi transaldolaza. folosite fiind transketolaza şi transaldolaza. Calea modifică numărul moleculelor de carbon Calea modifică numărul moleculelor de carbon de la 6 la 5, apoi 7, 3 conducând la producerea de la 6 la 5, apoi 7, 3 conducând la producerea de precursori biosintetici şi la producerea de de precursori biosintetici şi la producerea de energie.energie.

Glucozo-6-fosfat→ ribulozo-6-fosfat care Glucozo-6-fosfat→ ribulozo-6-fosfat care se scindează în ribozo-6-fosfat se scindează în ribozo-6-fosfat şşi xilulozo-5-i xilulozo-5-fosfatfosfat..

Replicarea ADNReplicarea ADN

Molecula de ADN trebuie duplicată într-o manieră Molecula de ADN trebuie duplicată într-o manieră impecabilă . Procesul începe cu desrăsucirea dublului impecabilă . Procesul începe cu desrăsucirea dublului helix într-un punct fix denumit originea replicării. helix într-un punct fix denumit originea replicării. Sinteza ADN se poate realiza în ambele direcţii Sinteza ADN se poate realiza în ambele direcţii împrejurul cromozomului circular. împrejurul cromozomului circular.

Locul replicării se numeşte fork şi are legate Locul replicării se numeşte fork şi are legate polimeraza şi alte proteine esenţiale. Astfel sunt polimeraza şi alte proteine esenţiale. Astfel sunt gyrazele, enzime care desrrăsucesc lanţurile de ADN şi gyrazele, enzime care desrrăsucesc lanţurile de ADN şi le desprind, enzime care sunt ţinta unui grup de le desprind, enzime care sunt ţinta unui grup de antibacteriene numite fluantibacteriene numite fluooroquinolone.roquinolone.

Polimeraza se mută pe lanţul de Polimeraza se mută pe lanţul de ADN încorporând nucleotidul ADN încorporând nucleotidul complementar fiecărei poziţii. Replicarea complementar fiecărei poziţii. Replicarea este completă când replication fork a este completă când replication fork a realizat 1800 de la origine. realizat 1800 de la origine.

Pentru a menţine un înalt grad de Pentru a menţine un înalt grad de acurateţe polimerazele ADN posedă acurateţe polimerazele ADN posedă funcţia de confirmare care permite funcţia de confirmare care permite eennzimei să confirme dacă nucleotidul zimei să confirme dacă nucleotidul potrivit a fost inserat şi să corecteze potrivit a fost inserat şi să corecteze unele erori .unele erori .