Zhrnutie na Fyziológia mikroorganizmov

## Úvod Rast mikroorganizmov je proces, pri ktorom bunky zvyšujú svoju hmotu, delia sa a zvyšuje sa počet jedincov populácie. Tento materiál vysvetlí hlavné faktory ovplyvňujúce rast, fyziologické triedenia mikroorganizmov podľa prostredia, rastovú krivku, mechanizmy získavania živín a transportu cez membránu. Cieľom je poskytnúť ucelené a praktické poznatky pre študentov na univerzitnej úrovni. > Definícia: Rast mikroorganizmov znamená prírastok bunkovej hmoty, nárast počtu buniek a syntézu makromolekúl vedúcu k deleniu buniek. ## 1. Základné faktory ovplyvňujúce rast ### Fyzikálne faktory - **Teplota** - ovplyvňuje aktivitu enzýmov a fluiditu membrán - príliš nízka teplota spomaľuje metabolizmus, príliš vysoká poškodzuje bielkoviny a nukleové kyseliny - triedy podľa teplotnej adaptácie: - psychrofily – chladné prostredie - mezofily – stredné teploty - termofily – vysoké teploty - hypertermofily – extrémne vysoké teploty - **pH** - mení náboj molekúl a konformáciu enzýmov - väčšina ľudských patogénov preferuje neutrálne pH - klasifikácia podľa pH: acidofily, neutrofily, alkalifily - **Vodná aktivita a osmotický tlak** - bunka potrebuje voľnú vodu pre metabolizmus - vysoká koncentrácia solí alebo cukrov odčerpáva vodu a môže spôsobiť plazmolýzu - niektoré organizmy sú halofilné alebo halotolerantné - **Žiarenie** - UV-C poškodzujě DNA tvorbou tymínových dimerov, blokuje replikáciu a transkripciu ### Chemické a biologické faktory - dostupnosť živín (uhlík, dusík, fosfor, síra, mikronutrienty) - prítomnosť inhibítorov, antibiotík alebo konkurencie - interakcie s inými mikroorganizmami (synergizmus, kompetícia) Fun fact: Mikroorganizmy dokážu prežiť v extrémnych podmienkach, napríklad hypertermofilné archeá sa nachádzajú v geotermálnych prameňoch s teplotou nad 100 °C. ## 2. Rastová krivka a fázy rastu > Definícia: Rastová krivka zachytáva zmeny počtu alebo biomasy bunkovej populácie v čase v uzavretom systéme. - I. **Lag fáza** – adaptácia buniek na nové podmienky, syntéza enzýmov - II. **Fáza zrýchleného rastu** – prispôsobovanie a priprava na delenie - III. **Exponenciálna (log) fáza** – koncentrácia živín je dostatočná, rast podľa maximálnej rýchlosti - IV. **Fáza spomaleného rastu** – klesajúce zdroje, spomaľovanie delenia - V. **Stacionárna fáza** – vyčerpanie živín + akumulácia odpadov; rast sa zastaví - VI. **Fáza odumierania** – prevaha smrti buniek nad deleniami Kedy sú bunky najcitlivejšie? Bunky sú zvyčajne najcitlivejšie na antibiotiká alebo fyzikálne zásahy počas exponenciálnej fázy, pretože intenzívne delia a metabolizujú. ## 3. Diauxia a regulácia využitia substrátov - **Diauxia** je dvojfázový rast pri postupnom využívaní preferovaného a potom alternatívneho substrátu (napr. E. coli: glukóza → laktóza). - Pre rozhodnutie bunky sú potrebné dva signály: 1. prítomnosť druhého substrátu (napr. laktóza) 2. nízka hladina preferovaného substrátu (glukózy) signalizovaná zvýšeným $cAMP$ > Definícia: cAMP je sekundárny poslovný molekul, ktorý pri nízkej hladine glukózy podporuje expresiu génov pre využitie alternatívnych zdrojov uhlíka. Mechanizmus: pri poklese glukózy sa aktivuje adenylátcykláza a tvorí sa viac $cAMP$, ktorý spoločne s regulačnými proteínmi aktivuje transkripciu operónu pre využitie laktózy. Fun fact: E. coli dokáže veľmi efektívne „rozhodovať“, ktorý cukor použiť, pomocou kombinácie metabolických a regulačných signálov bez potreby „vedomia". ## 4. Zdroje živín a metabolické typy - **Makronutrienty:** C, O, N, H, P, S - **Mikronutrienty:** Fe, Zn, Mn, Cu, Mg, Ca, K, Na Tabuľka: porovnanie typov podľa zdroja uhlíka a energie | Typ | Zdroj energie | Zdroj uhlíka | Príklady | | --- | --- | --- | --- | | Fotoautotrofia | svetlo | $CO_2$ | cyanobaktérie, riasy | | Chemoautotrofia | chem. reakcie | $CO_2$ | nitrifikačné baktérie | | Fotoheterotrofia | svetlo | organické látky | purpurové baktérie | | Chemoheterotrofia | chem. reakcie | organické látky