Note de curs

STRUCTURA INTERNA A BACTERIEI

Ca orice celula vie, bacteriile poseda o compozitie chimica complexa. Ele sunt constituite din apa (70-85%), proteine cu componenta specifica, acizi aminati, lipide, zaharuri, saruri minerale, enzime si pigmenti.

Datorita dimensiunilor mici ale bacteriilor, organizarea interna a acestora a putut fi studiata recent cu ajutorul microscopului electronic, a microscopiei cu contrast de faza, a citogeneticei bacteriene si prin metode de biochimie celulara.

S-a demonstrat astfel ca in mare, structura celulei bacteriene este asemanatoare cu aceea a celulelor organismelor superioare, fiind constituita in esenta, dintr-un nucleu diferentiat, citoplasma si perete celular.

Spre deosebire insa de celula eucariota a organismelor superioare, celula bacteriana are o structura mai simpla, procariota.

Celula bacteriana poate trai ca protoplast avand ca elemente morfologice nucleul si citoplasma inconjurate la exterior de membrane citoplasmatica. Sub aceasta forma, bacteria este viabila dar numai in medii hipertonice, bogate in substante nutritive de origine animala. De obicei, insa, protoplastul este inconjurat la exterior de un strat mai consistent – peretele bacterian.

1. Peretele inconjoara protoplastul find plasat in afara membranei citoplasmatice.

Structura peretelui bacterian. Peretele bacterian este constituit dintr-un strat gros de 10-15 pm, relativ rigid, datorita unui complex mucopeptid, cu componenta specifica bacteriilor, care contine: acetil-glucozamina si acid acetil muramic (zaharuri aminate) si in plus lizina, adenina si acid diaminopimelic. Aceasta constituie structura de baza a peretelui bacterian, fiind prezenta in proportie de 80% in bacteriile gram-pozitive si numai 20% la bacteriile gram-negative. Restul componentei chimice este completata de asa numitele ,,structuri speciale” care la bacteriile gram-pozitive sunt constituite in mare parte de acizii teichoici, iar la cele gram-negative de lipopolizaharide (identice cu endotoxinele).

Peretele poate fi examinat numai dupa detasarea sa de protoplast care se obtine fie prin agitarea mecanica a bacteriilor cu perle de sticla, ultrasunete, distrugerea enzimatica a citoplasmei sau prin fenomenul de plasmoliza.

Examinat la microscopul electronic, peretele apare pe sectiune tristratificat la bacteriile gram-negative si dublu stratificat la cele gram-pozitive. Tot la microscopul electronic se observa ca suprafata peretelui este constituita din numeroase subunitati macromoleculare, sferice de aceeasi dimensiune, dispuse simetric.

Functiile peretelui:

a) peretele bacterian are rolul de a mentine constanta forma bacteriei si de a o proteja de actiune factorilor nocivi din mediul extern (ex. variatiile de presiune osmotica).

b) datorita structurii diferite a peretelui bacterian prin coloratia gram s-au diferentiat doua mari categorii de bacterii gram-pozitive si gram-negative.

c) fiind poros, peretele permite patrunderea substantelor nutritive solubile de o anumita dimensiune, pana la nivelul membranei citoplasmatice, avand un rol de transport pasiv in fenomenul de nutritie.

d) la unele bacterii pe suprafata peretelui exista numerosi receptori speciali, care permit fixarea fagilor specifici pe bacterie sau a unor substante chimice (medicamente, toxice, metaboliti etc.)

e) peretele intervine in mod activ in diviziunea celulara, formand elementul despartitor dintre cele doua celule fiice.

f) peretele celular prezinta totodata sediul unor antigene importante cum ar fi endotoxina bacteriilor gram-negative sau antigenul 0 (situat in zona profunda a peretelui) precum si antigenele specifice de virulenta ale streptococului.

Daca in mediile in care se dezvolta bacteria lipsesc elementele esentiale necesare sintezei de perete sau intervine actiunea unor factori cum ar fi de ex.: lizozimul (enzima litica, activa asupra peretelui bacterian) sau antibiotice ca: penicilina, bacitracina, novobiocina etc. care actioneaza selectiv asupra structurii de perete, acesta nu se mai sintetizeaza sau este incomplet sintetizat.

Bacteriile cu perete deficitar denumite si ,, forme L” pot aparea in anumite conditii experimentale sau chiar in organism, in timpul tratamentului cu antibiotice sub forma de ,,protoplasti” (elemente complet lipsite de perete) sau ,,sferoplasti” (cu rest de perete). Ele au fost mult studiate si sunt in prezent inca in studiu, necunoscandu-se exact relatia lor cu micoplasmele, care sunt de asemenea fara perete, stabilizate in conditiile naturale ale mediului extern. In prezent se cunoaste doar faptul ca bacteriile cu perete deficitar ca si micoplasmele, sunt polimorfe, gram-negative si foarte sensibile la variatiile de presiune osmotica. Sferoplastii se cultiva in medii favorabile speciale (hipertonice sau ou embrionat) in care pot reveni la bacteria de origine, fenomen conditionat in mod obligatoriu de prezenta resturilor de perete. Spre deosebire de acestia, protoplastii nu se multiplica si nu revin la forma initiala si in final ei se lizeaza.

2. Membrana citoplasmatica este componentul structural care separa citoplasma de peretele celular. Are o structura lipoproteica si este formata din trei structuri. Ea delimiteza la exterior protoplastul, fiind considerata o condensare a citoplasmei si are functie de bariera osmotica intre continutul celulei si mediul extern, regland schimburile nutritive in ambele sensuri: unele pasiv (apa si o parte din ionii liposolubili) si altele selectiv, cu ajutorul unor enzime speciale, numite permeaze.

Membrana citoplasmatica are deci rol in nutritia bacteriei dar tot la acest nivel sunt situate si numeroase enzime respiratorii. Ea intervine de asemenea si in diviziunea celulara, contribuind alaturi de perete, la formarea septului transversal.

3. Citoplasma bacteriana este un sistem coloidal complex sub forma vascoasa de gel, care contine apa, proteine, glucide, lipide si substante minerale. Aici au loc cele mai importante procese metabolice care intretin viata si asigura multiplicarea celulei. Cu ajutorul microscopului electronic s-au pus in evidenta la nivelul citoplasmei numeroase granulatii sferice denumite ribozomi.

Ribozomii sunt depozite de ARN, dispuse pe o retea reticulara fina (reticul ribozomial) care sunt fixate de membrana citoplasmatica. Ribozomii sunt sediul sintezei proteinelor specifice ale bacteriei.

In citoplasma se mai gasesc:

- mezozomi, corpusculi tubulari sau lamelari care par a fi invaginatii ale membranei citoplasmatice si care fac legatura cu nucleul. Denumiti si ,,corpi membranosi” sau ,,condrioizi”, ei reprezinta sediul enzimelor respiratorii si al unor enzime cu rol in nutritie. Se pare ca ei participa in mod activ si la diviziunea celulara, alaturi de nucleu;

- incluziunile, sunt particule dense, granulare care constituie depozite de rezerva in citoplasma. Ele sunt formate din glicogen, amidon, sulf, polimetafosfat, denumit si volutina dupa specia Spirillum volutans la care aceasta substanta se gaseste in cantitate mare; granulatiile de volutina sunt prezente in numar mare numai la anumite specii bacteriene si se coloreaza metacromatic; ele au fost descrise pentru prima oara de Babes si Ernst la bacilul difteric;

- vacuolele sunt formatiuni de 0,3-0,5 µm situate la nivelul citoplasmei, care contin apa si permit dizolvarea substantelor nutritive.

4. Nucleolul. S-a crezut ca bacteriile ar fi lipsite de nucleu sau ca au un nucleu difuz. Apoi, prin tehnici speciale, hidroliza acida la cald (Robinov), pe cale enzimatica (Boivin) sau prin coloratie cu pironina (Unna), s-a demonstrat ca bacteriile poseda un nucleu simplu, bine diferentiat, constituit din acid dezoxiribonucleic (ADN). Studii la microscopul electronic au aratat ca nucleul este lipsit de membrana nucleara (celula procariota) si este constituit din filamente foarte fine, dispuse sub forma de scul (infasurat si supraifasurat). Acesta este de fapt filamentul cromozomial unic, care desfasurat are forma aproape circulara, dar este repliat pentru a ocupa un spatiu foarte redus; pe cromozom sunt fixate genele determinante ale ereditatii.

Structura AND-ului bacterian. Nucleul este constituit din doua lanturi de polinucleotide, formate din numeroase mononucleotide care la randul lor sunt constituite din doua baze purinice: adenina si guanina si doua baze pirimidinice: timina si citozina. Prin difractie cu raze X a ADN-ului cristalizat, Watson si Crick (1952) au stabilit ca la bacterii, ca de altfel si la alte organisme, cele doua lanturi sunt infasurate elicoidal in jurul unui ax central; cele doua lanturi sunt unite prin punti de hidrogen si obligatoriu legaturile se fac stereotipic intre adenina si timina, guanina si citozina de pe cele doua lanturi diferite. Baza purinica sau pirimidinica este legata intotdeauna de zaharul prezent in AND, dezoxiriboza, care la randul sau este legat de acidul fosforic.

Functiile nucleului. Nucleul detine la nivelul genelor toate caracterele speciei pe care le transmite, in mod ereditar, la descendenti. El are rol esential in multiplicarea bacteriilor, care se face de obicei prin diviziune directa. Diviziunea nucleului incepe prin clivajul longitudinal al cromozomului cu resintetizarea concomitenta a lantului complementar. Odata clivajul terminat, in celula sunt prezenti doi nuclei perfect identici, avand aceeasi structura. Deoarece aceasta etapa precede diviziunea celulara se pot surprinde imagini de celule cu 2-4 nuclei, inainte de separarea masei citoplasmatice; in realitate este vorba de celula in diviziune.

Unele specii bacteriene pot prezenta elemente morfologice accesorii, care pot lipsi in cadrul speciei, fara a afecta viabilitatea celulei.

5. Capsula este prezenta numai la unele specii bacteriene, este situata in afara peretelui bacterian. Dimensiunea ei variaza in raport cu specia si conditiile de mediu, fiind in general considerata ca un produs de secretie a bacteriilor. Ea poate avea dimensiuni neinsemnate fiind abia vizibila, microcapsula, alteori capsula este bine distincta putand fi evidentiata prin metode speciale de colorare sau tehnici imunologice; iar alteori exista o masa capsulara abundenta in care plutesc bacteriile. La unele bacterii capsulogene, coloniile capata un aspect macroscopic “mucos” datorita abundentei de mucopolizaharide. Capsula, de obicei de natura poliozidica este lipsita de structura, la unele specii bacteriene prezinta totusi o structura fibrilara sau reticulara; in unele cazuri ea poate fi discontinua. Functii: capsula protejeaza bacteriile de conditiile nefavorabile ale mediului extern si de actiunea fagocitelor din organism. La unele specii capsula este sediul unor antigene importante: antigen Vi la salmonele, antigen polizaharidic la pneumococ sau polipeptidic (glutamil-peptida) la bacilul antraxului, fapt care explica virulenta crescuta a bacteriilor incapsulate, care apartin acestor specii. Absenta capsulei la aceste bacterii se insoteste de obicei cu scaderea virulentei, si o intalnim la tulpinile vaccinale.

6. Cilii sunt denumiti si flageli, sunt prezenti numai la speciile bacteriene mobile. Se intalnesc mai frecvent la bacili (enterobacterii, anaerobi sporulati etc.) dar s-au descris cili si la unele specii de coci (enterococ). Cilii au rol in mobilitatea bacteriilor fiind considerate organe de locomotie. Cilii sunt de natura proteica, constituiti dintr-o substanta numita flagelina (asemanatoare miozinei din structura muschilor de la animale), cu proprietati contractile. Flagelina are o greutate moleculara mare si o stricta specificitate imunologica (antigen flagelar). Ei sunt formati din cel putin doua (de obicei 3-5) filamente rasucite elicoidal, formand un filament unic axial, inconjurat de o teaca. Cilii se insera pe o granulatie bazala situata in citoplasma, dupa care traverseaza peretele bacterian. Clasificare: Dupa asezarea lor fata de bacterie se deosebesc:

- cili peritrichi, numar mare care inconjoara bacteria

- cili lofotrichi, smoc de cili la unul sau la ambele capete

- cili amfitrichi, cate un cil la ambele capete

- cili monotrichi, un cil la un capat

La spirochete locomotia este realizata intr-un mod cu totul particular, realizandu-se cu ajutorul fibrilelor contractile.

7. Fimbrii (pili) La unele bacterii, in special bacilii gram-negativi in afara de cili mai prezinta o serie de apendice foarte numeroase, de natura proteica, mai scurti si mai drepti decat cilii denumiti fimbrii. Ei au rol in adeziunea bacteriei pe suporturi solide (medii de cultura, hematii, sticla etc.) avand dupa unii autori rol in hemaglutinare.

8. Sporul este o formatiune situata in interiorul celulei si apare numai la numite specii bacteriene (Bacillus, Clostridium etc.), sporogeneza fiind considerata in prezent o etapa fiziologica normala in evolutia bacteriilor sporulate. De obicei, sporul apare la bacteriile mature in faza de imbatranire sau in anumite conditii de mediu modificate.

Odata cu maturarea sporului din interiorul celulei, survine liza corpului bacterian. Sporul eliberat de forma vegetativa, poate rezista in mediu extern foarte mult timp (uneori zeci de ani); rezistenta sa este explicata prin continutul redus de apa si prin faptul ca sub forma de spor bacteria se afla intr-un repaus metabolic complet. Repus in conditii favorabile, sporul reproduce bacteria initiala cu toate caracterele speciei, nemodificate.

Sporul este constituit dintr-un nucleu inconjurat de sporoplasma, membrane si de o serie de straturi exterioare: cortex si invelisuri sporale.

Sporii pot fi rotunzi sau ovalari. Dupa asezare se pot diferentia:

- spori centrali care nu deformeaza corpul bacterian (genul Bacillus)

- spori situati central sau subterminal dar care prin dimensiunile lor deformeaza corpul bacterian (genul Clostridium)

- spori situati terminal care modifica morfologia bacteriei (genul Plectridium).

Sporul constituie forma de rezistenta a bacteriei in natura, in scopul perpetuarii speciei. Studii de data recenta demonstreaza ca la unele bacterii anaerobe (genul Clostridium) toxigeneza este conditionata de sporogeneza. Acest fapt este confirmat prin aceea ca mutantii atoxigeni ai acelorasi specii nu sporuleaza.

METODE DE CERCETARE A BACTERIILOR

Bacteriile dintr-un produs patologic sau cultura pot fi puse in evidenta numai cu ajutorul microscopului. Gradul de marire al microscopului este rezultatul puterii de marire a obiectivului inmultita cu aceea a ocularului. Claritatea imagini depinde in special de puterea de rezolutie a obiectivului (capacitatea de a obtine imagini distincte pentru doua particule foarte apropiate). De ex. microscopul fotonic (optic) are puterea de rezolutie de 0,2 µm ceea ce permite examinarea tuturor speciilor bacteriene.

Pentru a obtine imagini clare, luminoase atunci cand se utilizeaza pentru examinarea obiectivelor cu putere mare de marire se interpune intre lama si lentila obiectiv, ulei de cedru sau glicerina (obiectivul cu imersie). Microscopul cu imersie are o putere de marire cuprinsa intre 300 si 1.500 de ori.

Microscopul cu fond negru utilizeaza iluminarea laterala a preparatelor (pe baza fenomenului Tyndall) prin care particule foarte mici devin vizibile, stralucitoare pe un camp intunecat. Puterea de rezolutie este cuprinsa intre 0,2-0,35 µm.

Microscopul cu lumina ultravioleta permite studierea unor detalii structurale ale bacteriilor, puterea de rezolutie fiind sub valoarea de 0,1 µm (pana la 75 de pm).

Microscopul cu contrast de faza, bazat pe absorbtia diferita a luminii, datorita structurilor celulare diferite, microscop are o putere de rezolutie care permite studiul unor detalii structurale pe preparate de celule vii.

Microscopul electronic utilizeaza pentru formarea imaginii un fascicol de electroni puternic accelerati prin diferente de potential electric. Puterea de rezolutie de pana la 0,1 pm permite examinarea structurii bacteriene, a rickettsiilor precum si morfologia si structura virusurilor. Puterea de marire a microscopului electronic este cuprinsa intre 30.000 si 200.000 de ori.

In general prima etapa in studierea bacteriilor este:

1. examinarea microscopica a produselor patologice, alimente, medicamente (examen direct) care se poate face:

a) in preparat umed intre lama si lamela – pentru examinarea morfologiei dar mai ales a mobilitatii bacteriilor, fie cu microscopul fotonic obisnuit (cu obiectiv uscat) sau cu acelasi microscop adaptat pentru examinarea pe fond negru. Pentru observarea detaliata a morfologiei bacteriene, a asezarii lor sau a raportului fata de celulele organismului se utilizeaza examinarea la microscopul cu imersie dupa

b) colorarea preparatelor. Coloratiile pot fi simple in care se utilizeaza un singur colorant, iar bacteriile se coloreaza in aceeasi culoare, sau coloratii duble care diferentiaza pe acelasi preparat specii bacteriene cu afinitate diferita pentru doi coloranti; in acest caz colorarea se face cu primul colorant urmat de decolorare la care unele specii rezista iar altele se decoloreaza; cel de-al doilea colorant actioneaza asupra bacteriilor decolorate, diferentiindu-le de primele (coloratia Gram, Ziehl-Neelsen).

Pentru punerea in evidenta a unor detalii de structura bacteriana: capsula, cili, spoi se utilizeaza coloratii speciale. In afara de examenul morfologic, care permite stabilirea prezentei si formei bacteriilor dintr-un produs etapa urmatoare pentru examinarea bacteriilor este:

2. Insamantarea produsului pe medii de cultura respectand conditiile de exigenta nutritiva, temperatura, pH, izotonie, pentru bacteria pusa in evidenta, in examenul direct. Dupa 24 ore de mentinere a culturilor la incubator (pentru bacilul Koch minimum 2-3 saptamani), se urmareste aspectul macroscopic si microscopic al culturilor.

Aspectul macroscopic constituie un criteriu ajutator in recunoasterea speciilor bacteriene, deoarece de multe ori bacteriile au aspecte caracteristice ale culturilor atat pe mediu lichid cat si solid (aspect diferit al coloniilor). Examenul macroscopic va fi completat in mod obligatoriu cu un examen microscopic.

Daca in produsul de examinat exista mai multe specii microbiene, atunci se va urmari:

3. Izolarea bacteriilor, iar bacteria sau bacteriile izolate vor fi studiate in scop de :

4. Identificare prin:

- teste biochimice

- teste serologice

- in unele cazuri tipare cu bacteriofag

- inoculare la animalul sensibil pentru a stabili daca specia izolata este patogena

- in acelasi scop teste ,,in vitro” sau pe animal pentru a demonstra daca bacteria elaboreaza toxine (toxinogeneza).

5. In cazul in care bacteria este izolata de la un bolnav si trebuie stabilit un tratament cu substante antibacteriene, se va testa in vitro sensibilitatea bacteriilor la diferite antibiotice si chimioterapice (antibiograma).

BIBLIOGRAFIE

1. BUROWS W.: “Textbook of Microbiology”, 18 th, Ed.W.B.Saunders Company, Philadelphia London, 1964, cap.3, pp.41-92.

2. DUBOS, R. J., HIRSCH, J.G.: “Bacterial and Mycotic Infections of Man”, 4 th Ed.Pitman Medical Publishing Co LTD London, 1965, cap.3, pp.43-72.

3. ZARNEA G.: “Microbiologie generala”, EDP Bucuresti, 1970, pp.108- 156.

4. ORDEANU V. « Curs de microbiologie generala si farmaceutica » UMF, FF an II, 2009 (nepublicat)

3. 
   FIZIOLOGIE BACTERIANA:
   

respiratia, nutritia conditiile de cultivare ale bacteriilor. multiplicarea

Prin fiziologie bacteriana se intelege totalitatea proceselor biologice care au loc intr-o populatie microbiana, de la reactiile complexe de metabolism care asigura nutritia si respiratia bacteriei, pana la cresterea, multiplicarea si moartea bacteriilor.

Fiziologia bacteriana se deosebeste de aceea a organismelor superioare prin varietatea si intensitatea exceptionala a proceselor metabolice. Ca urmare a acestui fapt sin in conditii favorabile, bacteriile se pot dezvolta, creste si multiplica foarte repede in 12-24 ore; adesea multiplicarea este atat de intensa, incat substratul pe care actioneaza bacteriile este puternic modificat. De exemplu: 1 g Micrococcus ureae descompune peste 1 kg uree pe ora, iar 1 g bacterii lactice sunt capabile sa hidrolizeze in acelasi interval, aproximativ 15 kg de lactoza.

Metabolismul bacterian cuprinde totalitatea reactiilor biochimice care au loc in celula bacteriana si substratul nutritiv, pentru asigurarea tuturor functiilor sale biologice vitale. Bacteriile prezinta foarte numeroase tipuri metabolice care difera in raport cu specia sau chiar in cadrul aceleiasi specii, in functie de substratul nutritiv, fata de care bacteriile prezinta posibilitati deosebit de mari de adaptare. Metabolismul bacterian se realizeaza prin doua tipuri de reactii catalizate enzimatic:

1. reactii prin care celula isi furnizeaza energia necesara tuturor proceselor biochimice vitale (metabolism energetic) si

2. reactii de sinteza, prin care pe baza substantelor nutritive din mediu se sintetizeaza materia vie proprie, specifica celulei bacteriene (metabolism de sinteza).

Aceste doua tipuri de reactii sunt strans corelate intre ele si adesea se suprapun, deoarece degradarea substantelor nutritive care furnizeaza energia, asigura in acelasi timp si elementele necesare pentru biosinteza materialului propriu celular.

METABOLISMUL ENERGETIC (respiratia bacteriana)

In procesul de sinteza a constituentilor sai structurali, celula bacteriana are nevoie de energie care sa asigure in final cresterea si inmultirea bacteriilor. In raport cu sursa de energie utilizata, bacteriile se impart in foto- si chimio-sintetizante.

1. Bacteriile fotosintetizante sau fototrope, utilizeaza energia furnizata de lumina solara, dar procesul de fotosinteza la bacterii se deosebeste fundamental de acela al clorofilei de la algele unicelulare.

a. Bacteriile fotosintetizante autotrofe. In aceasta categorie se incadreaza grupa sulfo-bacteriilor purpurii si verzi, care utilizand energia furnizata de lumina solara cu ajutorul pigmentilor fotosintetizanti, isi realizeaza sintezele pornind de la CO2 si surse anorganice (de exemplu: H molecular si compusi minerali de sulf). Aceste bacterii traiesc libere in natura, in apele statatoare sau termale sulfuroase, mai ales in anaerobioza (sub planctonul de alge acvatice).

b. Bacteriile fotosintetizante heterotrofe, sunt bacterii saprofite, purpurii nesulfuroase, in general anaerobe care utilizezea ca sursa de energie lumina solara, iar pentru sinteza au nevoie si de structuri organice (de exemplu : alcoolii si acizii grasi).

2. Bacteriile chimiosintetizante. Aici se incadreaza majoritatea bacteriilor care utilizeaza ca sursa de energie procesele oxidative, pe seama substantelor chimice, prezente in substratul nutritiv.

a. Bacteriile autrotofe, isi obtin energia prin oxidarea unei substante anorganice: NH3, NO2, H2S, Fe, S, H. Aceste bacterii prezinta o specializare deosebita asupra substratului din care isi elibereaza energia necesara si pe care il oxideaza; de aceea ele au primit denumirea de: fero-bacterii, hidrogen-bacterii, sulfo-bacterii etc.

b. Bacteriile heterotrofe folosesc drept surse de energie oxidarea aeroba sau anaeroba a unor substante organice care de multe ori reprezinta totodata si sursa lor de carbon. Substantele utilizate cel mai frecvent de catre aceste bacterii drept surse de energie sunt: glucidele, acizii grasi, alcoolii etc., care sunt degradati prin oxidare, pana la dioxid de carbon si apa.

3. Bacteriile paratrofe, fiind parazite obligatorii intracelulare, energia necesara reactiilor biochimice de sinteza este furnizata in totalitate de catre organismul gazda.

Orice proces chimic aerob sau anaerob prin care energia este pusa in libertate de catre celula bacteriana pentru a fi folosita la sinteza materialului celular, poarta numele de metabolism energetic sau in sens mai larg, respiratie bacteriana.

Respiratia se refera deci la toate reactiile producatoare de energie care au loc in celula si datorita carora celula traieste. De obicei aceste reactii sunt de oxidare cuplate intotdeauna cu reactii de reducere si constituie potentialul de oxido-reducere celular.

Tipul cel mai frecvent de respiratie la bacterii este respiratia aeroba (asemanatoare cu cea a organismelor superioare) in care substanta organica este oxidata in organism pana la dioxid de carbon si apa cu ajutorul oxigenului atmosferic. Prin oxidare se intelege transportul unui atom de H de la un donator la un acceptor. Cand acest ultim acceptor este O liber, au loc procese de oxigenare, iar bacteriile care pot trai in prezenta oxigenului atmosferic, se numesc aerobe.

Mai tarziu s-a constatat ca bacteriile pot avea si respiratie de tip anaerob, in care microorganismele nu au nevoie de oxigenul atmosferic pentru activitatea lor vitala. Aceste bacterii numite anaerobe, isi procura energia necesara din procesele de fermentatie care au loc in substratul nutritiv. In acest caz energia este eliberata prin dehidrogenare: pierdere de H, in absenta oxigenului atmosferic. Ultimul receptor de H in acest caz, poate fi orice substanta anorganica, cu exceptia O2.

Deoarece prin oxidarea biologica se elibereaza in final o cantitate mare de energie, respiratia bacteriana este asigurata prin doua mecanisme:

a. eliberarea energiei sub forma fractionata si

b. depozitarea energiei in scopul unei utilizari ulterioare.

a. Eliberarea fractionata a energiei (respiratia propriu-zisa), se realizeaza prin intermediul unor succesiuni de reactii de oxido-reducere, catalizate de enzime respiratorii, care alcatuiesc asa numita catena de respiratie celulara. Aceasta actioneaza prin enzime numite dehidraze care includ trei categorii principale de enzime: piridinice, flavinice si sistemul citocromilor.

Pentru cele mai multe microorganisme aerobe, procesele de oxido-reducere pot functiona prin intermediul a doua sisteme enzimatice complete: sistemul citocrom-oxidazic si sistemul flavo-proteinic. In orice caz, exista un lant intreg de reactii chimice, catalizate enzimatic, fiecare treapta a procesului respirator fiind asigurata de enzime diferite, specializate.

Faptul ca energia se elibereaza treptat, ea poate fi utilizata in mod continuu in procesele de degradare si sinteza a materialului celular.

b. Depozitarea energiei pentru utilizarea sa ulterioara se face prin inmagazinarea ei intr-un compus organic de fosfor, reprezentat de acidul adenozintrifosforic (A.T.P., creindu-se o legatura puternica, macroergica), care poate elibera, la nevoie, aceasta energie cu multa usurinta, in interiorul celulei bacteriene.

In functie de modul cum folosesc oxigenul molecular, microorganismele pot fi grupate in patru tipuri respiratorii:

-strict aerobe, care folosesc oxigenul molecular ca acceptor de hydrogen, in sistemul citocromic, deci ele au nevoie pentru a trai in mod obligatoriu de oxigen;

-strict anaerobe, microorganisme care isi procura energia necesara activitatii lor vitale din procesele de fermentatie, in absenta oxigenului liber. Daca oxigenul ar fi prezent in mediu, el avand rol de ultim acceptor de hidrogen, s-ar produce apa oxigenata, substanta toxica pentru bacterii. Aceasta substanta la bacteriile aerobe este neutralizata de catalaza, enzima care lipseste la bacteriile anaerobe. De aici explicatia anaerobiozei si necesitatea eliminarii oxigenului din mediile utilizate pentru cultivarea bacteriilor anaerobe;

-facultativ anaerobe, se dezvolta in mod obisnuit in prezenta oxigenului pe care il utilizeaza dar se pot dezvolta si in absenta lui. Aici se incadreaza marea majoritate a bacteriilor, in special enterobacterii, bacterii lactice, levuri;

-micro-aerofile. Aceste microorganisme au nevoie de o cantitate de oxigen mai mica decat cea din aerul atmosferic, deoarece unele din enzimele lor sunt sensibile la conditiile de oxidare puternica.