Значение микроорганизмов

3 стадия –  раздевание вируса – снятие  белковой оболочки с нуклеиновой  кислоты.

4 стадия –  размножение – мгновенный синтез  нуклеиновой кислоты, белковой оболочки вируса из материалов клетки.

5 стадия –  сборка и выход готовых вирусных  частиц из погибшей клетки.

 

31. Фаги  как группа микроорганизмов. Строение  фага и его взаимодействие  с живой клеткой.

 

В дословном  переводе – фаг означает пожиратель.

Бактериофаги  чаще всего имеют булавовидное строение. В нем различают 20-тигранную головку, отросток, базальную пластинку, шипы. Все это белковые образования (состоят из белка).

Внутри головки  находится нуклеиновая кислота (ДНК), т.е. бактериофаг не имеет клеточного строения.

По характеру  взаимодействия на бактериальную клетку бактериофаги делятся на 2 типа:

1 – вирулентные  Бактериофаги, которые всегда приводят клетку к гибели;

2 – умеренные  Бактериофаги, которые более сложно взаимодействуют с бактериальной клеткой.

Механизм действия вирулентного бактериофага с бактериальной  клеткой

1 этап – адсорбция.  Бактериофаг в ходе случайных  столкновений находит бактериальную  клетку и укрепляется на ее оболочке с помощью шипов.

2 – внедрение. Отросток  Бактериофага сокращается и нуклеиновая кислота впрыскивается (инъекцируется) внутрь клетки. Белковая оболочка остается снаружи.

3 – размножение. Начинается синтез ДНК Бактериофага из материала самой клетки.

4 – сборка готовых  фаговых частиц (созревание фагов), когда нуклеиновая кислота покрывает белковую головку, к ней присоединяются шипы.

5 – созревание – выход созревших Бактериофаг из погибшей клетки.

Механизм действия на клетку умеренного Бактериофага

1 и 2 этапы  проходят одинаково с вирулентным  б/ф. Затем нуклеиновая кислота бактериофага встраивается в ДНК самой клетки. Клетка продолжает расти, размножаться и зачастую приобретать новые свойства (может стать подвижной, образовывать капсулу, продуцировать какие-то вещества). Фаг находится в клетке в виде про-фага (неактивный). Явление включения и встраивания ДНК фага в ДНК клетки, т.е. получение про-фага называется лизогенией. Сама культура, несущая в себе про-фаг называется лизогенной культурой.

 

32. Обмен веществ  у микроорганизмов.

 

Любой живой  организм находится в тесной взаимосвязи с окружающей внешней средой. Из нее он потребляет кислород, питательные вещества, выделяя продукты жизнедеятельности, т.е. между организмом и окружающей средой происходит постоянный обмен веществ. Обмен веществ иначе называется метаболизм. Он состоит из анаболизма и катаболизма.

Анаболизм – это процесс синтеза сложных веществ, присущих самой клетке (ее белков, жиров, углеводов) из более простых веществ (аминокислот, жиров, глицерина, сахаров), которые поступают, как правило, с пищей. Поэтому процесс анаболизма приравнивается к процессу питания.

Все процессы биосинтеза веществ  требуют затрата энергии. Эта  энергия поступает в клетку в  виде АТФ из процессов катаболизма.

Катаболизм – это процессы окисления сложных веществ пищи, которые сопровождаются выделением энергии АТФ. Поэтому катаболизм приравнивается к процессу дыхания клетки, т.к. основным назначением дыхания является получение энергии.

Одно и тоже вещество пищи может использоваться клеткой, как  в процессе анаболизма, так и в  процессе катаболизма, но большая часть всех питательных веществ расходуется на процесс катаболизма. Конечные продукты обмена веществ называются метаболитами. Накапливаясь в окружающей среде в больших количествах, они приводят к гибели м/о. Поэтому при выращивании хозяйственно полезных м/о метаболиты нужно удалять из зоны роста.

 

33. Химический  состав микроорганизмов.

 

По химическому составу  микробная клетка очень близка к  любой живой клетке. На 75-85% она состоит из воды, 15-25% – сухой остаток. Вода в микробной клетке может находится в 2-х видах: свободном и связанном.

Свободная вода является растворителем  питательных веществ, создает водную фазу для протекания химических реакций, может сама участвовать в протекании биохимических реакций (гидролиз). При потере свободной воды м/о не гибнет, а переходит в состояние анабиоза – это состояние, когда клетка жизнеспособна, но не жизнедеятельна.

Связанная вода прочно связана со структурами клетки и поэтому ее потеря приводит к  разрушению структуры и гибели клетки. Она необходима в формировании клеточных структур.

Сухой остаток  состоит из органических и минеральных  веществ.

Органические  вещества на 98% построены из 4-х основных элементов: углерода, кислорода, азота, водорода. Они образуют белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, пигменты.

1. Белки (входят в состав ЦПМ, рибосом, выполняют каталитическую функцию, являясь ферментами. Некоторые м/о могут накапливать большое количество белка (дрожжи). Это свойство используется для получения белково-витаминных концентратов).

2. Липиды (входят в состав ЦПМ, а также могут накапливаться в виде в виде капелек жира как ЗПВ. Выполняют энергетическую функцию при голодании клетки).

3.Углеводы (у бактерий чаще всего сосредоточены в капсуле, у грибов, дрожжей – в виде гликогена, который выполняет энергетическую функцию при голодании клетки).

4. Нуклеиновые  кислоты ДНК, РНК (ДНК входит в состав ядерного вещества, выполняют генетическую функцию. РНК находится в рибосомах, цитоплазме, участвует в биосинтезе белка).

5. Пигменты или  красящие вещества входят в состав хроматофор).

6. Минеральные вещества (2-5% от веса сухого остатка): натрий, калий, кальций, сера, фосфор, железо, медь, магний, молибден.

 

34. Пути  поступления питательных веществ  в микробную клетку.

 

У микроорганизмов нет специальных органов для приема пищи и поэтому питательные вещества поступают через всю поверхность тела. Чем больше поверхность тела, тем интенсивнее происходят процессы питания, вот почему палочки наиболее распространенная группа бактерий.

Существует  два основных способа поступления питательных веществ в клетку:

1 – осмос;

2 – адсорбция.

Осмос – в  клетку поступают минеральные вещества, растворенные в воде. Движущей силой осмоса является разность концентрации растворов (осмотическое давление). Из-за поступления тока воды в клетку цитоплазма будет находиться в набухшем, напряженном состоянии, плотно прижата к клеточной оболочке, оказывая постоянное давление. Такое жизненное состояние клетки называется тургором клетки. Потеря тургора приводит либо к замедляемости жизнедеятельности клетки, либо к ее гибели.

Если клетку поместить на среду, осмотическое давление которой больше осмотического давления  в клетке, то согласно законам осмоса вода начинает выходить из клетки. Цитоплазма обезвоживается, отстает от клеточной стенки, сворачивается в клубочек. Такое явление потери тургора называется явлением плазмолиза.

Если клетку поместить на субстрат, осмотическое давление которого во много раз меньше осмотического давления клетки, например дистиллированную воду, то вода начинает неограниченно поступать в клетку, цитоплазма переводняется, оболочка не выдерживает – разрывается, клетка гибнет. Такое явление называется плазмоптизом.

Адсорбция. Путем адсорбции в клетку  поступают органические в-ва, растворенные в воде. При этом питательные вещества вначале сорбируются на клеточной оболочке, затем к ним изнутри подходят специальные белки ферменты-переносчики – пермеазы, которые связываются с этими веществами и протаскивают их в цитоплазму.

 

35. Углеродное  питание микроорганизмов.

 

По углеродному питанию микроорганизмы разделяют на 2 большие группы:

1 Автотрофные 

2 Гетеротрофные

Они отличаются друг от друга по источнику углерода. У автотрофов источником углерода является СО₂, Н₂СО₃ или ее соли, а у гетеротрофов – источником являются готовые органические соединения – углеводы. Автотрофные м/о самостоятельно питаются. В зависимости от источника энергии автотрофные микроорганизмы подразделяются на 2 подгруппы фототрофные и хемотрофные.

Гетеротрофные микроорганизмы не могут самостоятельно синтезировать углеводы и поэтому получают их в готовом виде из внешней среды. В зависимости от места их получения гетеротрофы подразделяются на 2 группы:

- сапрофиты;

- паразиты.

 

36. Азотное  и минеральное питание микроорганизмов.

 

По азотному питанию микроорганизмы разделяются на 2 группы: аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Они различаются по источнику азота.

Аминоавтотрофы самостоятельно синтезируют азотистые вещества из нитратов, нитритов, молекулярного азота воздуха, мочевины. Пример: азотфиксирующие бактерии.

Источником азота у  аминогетеротрофов являются готовые  азотистые вещества, получаемые ими  из внешней среды. Подразделяют на: аминосапрофиты (гнилостные бактерии) и аминопаразиты (вирусы, фаги, болезнетворные микроорганизмы).

 

Минеральные вещества нужны клетке в ничтожных количествах. Однако нехватка их или отсутствие хотя бы 1-го из них приводит либо к замедлению роста, либо к полной гибели микроорганизмов. Это объясняется большим значением минеральных веществ в жизни клетки.

По степени надобности организму минеральные вещества делят на три группы:

- макроэлементы (Na, K, Ca, P, S, концентрация – 1 г/л;

- микроэлементы (Fe, Cu, Mg, концентрация – 1 мг/л);

- ультрамикроэлементы ( В, F, I и практически др., концентрация – 1мкг/л).

 

37. Дыхание  микроорганизмов.

 

Дыхание – это процессы окисления сложных веществ пищи с выделением энергии ранее затраченной на синтез этих сложных соединений, т.е. главное назначение – получение энергии. Дыхание иначе называется биологическим окислением.

Дыхание микроорганизмов осуществляется дегидрированием, т.е. путем переноса водорода от одного вещества к другому. Вещество, теряющее водород называется донором, оно окисляется, а вещество, принимающее водород называется акцептором, восстанавливается.

В зависимости от конечного акцептора водорода различают 2 типа дыхания:

- аэробное дыхание, когда конечным акцептором водорода является кислород воздуха и образуется вода.

- анаэробное, когда конечным акцептором водорода является любое другое вещество, способное восстанавливаться, кроме кислорода.

В зависимости от типа дыхания, микробы подразделяют на 3 группы:

- облигатные или строгие аэробы (живут там, где есть воздух), пример – плесневые грибы, бациллы;

- облигатные или строгие анаэробы (живут только в безвоздушном пространстве, кислород для них яд), пример – клостридии.

- факультативные или нестрогие анаэробы (им присущ анаэробный тип дыхания, но кислород не является для них ядом, т.е. они могут переключать тип дыхания с анаэробного на аэробный), пример – дрожжи, МКБ.

 

38. Аэробное  дыхание микроорганизмов.

 

Аэробные микроорганизмы  при дыхании могут окислять белки и жиры, но лучше всего углеводы, глюкозу. Одни окисляют до конечных продуктов распада, высвобождая при этом максимальное количество энергии, ровно столько, сколько было затрачено ее на синтез  окисляемого вещества.

           

                           С₆Н₁₂О₂+ 6 О₂  → 6СО₂+6Н₂О+2,87 *10⁶Дж.

 

Однако существуют некоторые микроорганизмы, которые могут окислять глюкозу в присутствии кислорода не до конечных продуктов расщепления, а до промежуточных веществ. При этом в окружающую среду выделяется гораздо меньше энергии. Такой процесс называется неполным аэробным дыханием или окислительным брожением. При нём образуется уксусная кислота, лимонная, яблочная.

 

39. Анаэробное  дыхание микроорганизмов.

 

Анаэробные микроорганизмы осуществляют процесс анаэробного дыхания или брожения. В зависимости от конечных продуктов различают спиртовое, глицериновое, молочнокислое и другие виды брожения. При этом образуются довольно сложные конечные продукты брожения и поэтому энергии в окружающую среду выделяется гораздо меньше, чем в случае аэробного дыхания.

 

спиртовое брожение:

С₆Н₁₂О₆= 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 0,1 *10⁶ Дж

 

молочнокислое:

С₆Н₁₂О₆= 2СН₃СНОНСООН + 0,075*10⁶ Дж

 

маслянокислое брожение:

С₆Н₁₂О₆= С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂ +0,068 *10⁶ Дж

 

40. Ферменты  и их значение в жизни микроорганизмов.

 

Ферменты –  это специфические белки, способные  ускорять химические реакции. Они обладают рядом особенных свойств:

1 – специфичность  действия;

2 – активность  их зависит от температуры;

3 – активность  фермента зависит от кислотности  среды;

4 – активность  фермента зависит от наличия  активаторов и ингибиторов.

 

У микроорганизмов найдены 6 классов ферментов. Они подразделяются на 2 специфические группы:

1 – по месту  локализации: экзоферменты и эндоферменты.

2 – по времени  их биосинтеза: конституитивные и индуцибельные (адаптивные).