10203 (596837), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Енергетичний обмін (катаболізм ) – реакції розкладання органічних субстратів з утворенням макроергічних зв’язків АТФ. Енергетичнй та конструктивний метаболізми одночасні, тісно пов’язані. Виділення енергії відбувається в процесі дихання під впливом окисно-відновних ферментів.

Усі бактерії за типом дихання діляться на аеробів та анаеробів.

Аероби - бактеріальні клітини, які окислюють органічні субстрати з виділенням енергії за реакцією: С6Н12О6+6О2=>6СО2+6Н2О+Q. Енергія, яка вивільняється, застосовується бактеріями на біосинтез, структур клітини, механічну роботу або виділяється у вигляді світової та теплової енергії. При термогенезі бактеріальні клітини продукують назовні теплову енергію. Це явище виникає при самозігріванні або самозапалюванні зерна з низькою теплопровідністю при t=80-90 0С. Мікроорганізми які здатні перетворювати хімічну енергію макроергічних зв’язків АТФ в світло називаються фотогенними. (Photobacterium phosphoreum)

Анаероби – бактерії, які не можуть застосовувати атмосферний кисень. Для одержання енергії вони використовують анаеробні дегідрогенази. Цей тип відкрив Пастер і дав назву бродіння (спиртове, маслянокисле).

Розрізняють підтипи: облігатні; факультативні типи дахання. До Облігатні аеробів відносяться сарцини, вібріон холери, micromycetes, плівчасті дріжджі, mycobacterium. Факультативних аеробів не виявлено. Мікроаерофіли потребують кисень в незначній кількості (Thamnidium, Cladosporium). Облігатних анаеробів в лабораторії культивують на середовищі Китт-Тароцці. До них відносяться: , Clostridium sporogenes, Clostridium putrificum, Escherichia coli i Proteus vulgaris. Вони являються факультативними анаеробами.

Типи живлення

У класифікації типів живлення використовується сучасна термінологія, запропонована у 1946 році на мікробіологічному симпозіумі. На базі трьох критеріїв розглядається кілька типів живлення:

щодо джерела вуглецю (автотрофія, гетеротрофія);

щодо донора електронів (органотрофія, гетеротрофія);

щодо джерела енергії (хемотрофія, фототрофія).

За відношенням до джерела вуглецю мікроорганізми поділяються на автотрофи та гетеротрофи. Автотрофи застосовують СО2 і самі синтезують органічні речовини. Донором електронів в них є неорганічні сполуки: Н2, NH3, H2S, S, Fe2+. В залежності від донора бактерії мають назву : водневі, нітрифікуючи, сіркобактерії, залізобактерії. Їх назва – літоавтотрофи. Більшість з них виконує важливі функції в кругообігу речовин в природі. С.М. Виноградський відкрив новий тип живлення – хемосинтез,коли окислення молекулярного водню, NH3,H2S і задіза є джерелом енргії аеробних актерій.

Серед автотрофів відомі ціанові, пурпурові, зелені актерії, я кі використовують сонячну енергію і проводять фотосинтез.

Гетеротрофи – це мікроорганізми, які для живлення потребують органічні сполуки: амінокислоти, білки, вуглеводи, ліпіди. Їх сучасна назва – хемоорганогетеротрофи. У цих організмів вуглецева сполука є єдиним джерелом вуглецю, електронів і енергії. Це найбільш досліджена група мікроорганізмів, широко розповсюджена в природі. Вони поділяються на сапрофіти і паразити.

Враховуючи три критерії виділяють 8 груп мікроорганізмів, що різняться за типом живлення

Механізм транспорту поживних речовин до клітини

Мікроорганізмам властивий голофітний тип живлення. Вони не мають органів травлення, а поживні речовини надходять у водному розчині різними механізмами. Особлива регуляторна роль в транспорті поживних речовин до середини клітини і виведенні метаболітів назовні належить цитоплазматичній мембрані. ЦПМ має пори малого діаметру, які характеризуються вибірковою напівпроникністю. В ЦПМ локалізовані пермеази – білки переносу із суворою специфічністю до субстратів. Їх кількість буває значною.

Розрізняють такі типи транспорту:

активний транспорт – коли з середовища із низькою концентрацією поживних речовин у клітину поступають харчові речовини за допомогою пермеаз і енергії АТФ.

полегшена дифузія – коли із середовища з високою концентрацією речовини транспортуються за допомогою пермеаз без затрат енергії.

пасивна дифузія – коли із середовища речовини рухаються з зони високої концентрації в зону низької концентрації в клітину за градієнтом концентрації або електростатичного потенціалу.

Існують три типи станів клітини, які обумовлені співвідношенням концентрації речовин назовні і в середині клітини.

1-ий стан – нормальний стан клітини – тургор – коли клітина знаходиться в ізотонічному розчині (0,85% NaCl). В цьому випадку дифузія осмотично активних речовин в клітину формує внутрішньоклітинний осмотичний тиск. Він зветься тургор і коливається у великих діапазонах 1,5 МПа. Тургор забезпечує транспорт води у клітину. ЦПМ щильно прилягає до клітинної стінки і тиск в середині клітини трохи більший ніж тиск ззовні.

2-ий стан – плазмоліз – якщо клітина потрапляє в середовище з високим осмотичним тиском (гіпертонічний розчин), то ЦПМ віддає воду і вміст клітини зневоднюється, стискається. Клітина переходить спочатку у стан анабіозу, тобто зберігає життєздатність, а потім – до стану абіозу, гине. В технології консервування застосовують при солінні 25% NaCl і при виготовленні варіння 50% сахарозу. В такій концентрації вони виявляють бактеріостатичну дію, тобто бактерії не розмножуються але не гинуть і бактерицидну дію, коли наступає загибель бактерій.

3-ий стан – плазмоптіс – бактеріальна клітина потрапляє в гіпотонічний розчин, наприклад, це відбувається коли клітина потрапляє в дистильовану воду.

Існують мікроорганізми, які виявляють резистентність до високої концентрації речовин в середовищі. Стійкі організми, що можуть жити, розвиватись, розмножуватися при високому осмотичному тиску називаються осмофільними. Відомі бактерії галофіли, які здатні розмножуватися в середовищі з високим вмістом NaCl, серед них бувають облігатні галофіли, які потребують обов’язково 12% NaCl і більше. Факультативні галофіли можуть розмножуватися і при 1-2%,і 10-12%.

Розмноження мікроорганізмів

Ріст бактерій – це збільшення кількості компонентів в клітині, її розмірів і маси. Розмноження бактерій – це збільшення числа клітин в популяції. Прокаріоти розмножуються бінарним діленням. Також відомі факти кон’югації ( статтєве розмноження). В штучних умовах на незмінному поживному середовищі розмноження відбувається за певними закономірностями.

Розрізняють 4 фази розмноження:

лаг-фаза або фаза затримки росту. Вона триває дві години. Це відбувається тому що бактерії пристосовуються до умов, кількість клітин впродовж цієї фази не збільшується.

фаза логарифмічного росту – при цьому в геометричній прогресії збільшується кількість клітин. Вона ще називається експоненціальною і триває 5-6 годин.

стаціонарна фаза – це коли кількість нових клітин дорівнює кількості відмерлих клітин. Ця фаза триває 2 години.

фаза відмирання – в цій фазі кількість нових клітин менше ніж кількість відмерлих. У спороутворюючих мікроорганізмів йде процес утворення спор.

До причин загибелі мікроорганізмів відносяться лізіс власними ферментами ( цей процес проходить у лізосомах), накопичення токсинів-метаболітів життєдіяльності та збіднення поживного середовища.

Біогеохімічна діяльність мікроорганізмів. Роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі

Вміст в атмосфері азоту, кисню і вуглекислого газу, інших хімічних елементів, виявлених на поверхні Землі і необхідних для життя, відображає рівновагу між їх утворенням у біологічних і геологічних процесах. Ці перетворення відбуваються у всій біосфері, тобто в тій тонкій оболонці життя на поверхні Землі, що охоплює океани, моря, прісні водоймища, грунт континентів і нижню частину атмосфери, і в якій тільки і містяться живі організми. Загального вмісту головних хімічних елементів, необхідних для життя, зокрема вуглецю й азоту, які є в атмосфері, при їхньому однобічному споживанні навряд чи вистачило б на мільйони років.

Біосфера знаходиться в більш-менш стійкому стані завдяки безперервному припливу сонячної енергії і постійному кругообігу вуглецю кисню, азоту, сірки і фосфору. У цілому ці процеси виглядають так: за допомогою сонячної енергії фотосинтезуючі організми перетворюють вуглекислий газ та інші неорганічні речовини в глюкозу та інші органічні сполуки, які прямо чи побічно служать джерелом енергії для всіх інших організмів. У свою чергу фотосинтезуючі організми – одноклітинні водорості, які живуть в океані і вищі рослини, які ростуть на суші, - служать джерелом харчування для тварин. У такий спосіб органічна речовина, що накопичується щорічно, у процесі фото синтезуючої діяльності переробляється на різних рівнях життя консументами і деструкторами. До перших належать, головним чином, тварини, до других – гриби і бактерії. Послідовність цих подій виражається в трофічних ланцюгах або ланцюгах харчування. Кінцева, деструктивна ланка цього ланцюга – мінералізація органічних речовин з поверненням вуглекислого газу в атмосферу – здійснюється гетеротрофними мікроорганізмами.

Деструктаторами природних біополі мерів (білки, нуклеїнові кислоти, геміцелюлози, пектин, крохмаль, целюлоза та ін.) можуть бути лише ті мікроорганізми, які синтезують гідролітичні ферменти. В аеробній зоні до таких мікроорганізмів відносяться гриби, грампозитивні бактерії, у тому числі й актиноміцети. В анаеробній зоні – це тільки бактерії, в основному з групи клостридій. В аеробній зоні відбувається практично повне перетворення полімерів із звільненням вуглекислого газу. В анаеробних умовах у процесі первинного розкладання органічних речовин як продукти розпаду утворюються жирні кислоти, спирти і молекулярний водень, які частково використовуються сульфітредукуючими, денітрифікуючими і метаноутворюючими бактеріями. Володіючи досить активним ферментним апаратом, мікроорганізми здійснюють процеси розщеплення і синтезу самих складних органічних речовин. Завдяки їх мінералізуючій діяльності поверхня Землі постійно очищується від трупів тварин і залишків рослин. За словами В.Л. Омелянського, мікроорганізми є дійсними могильниками органічного світу.

Кругообіг азоту

Азот – це біогенний елемент, складова частина структурних білків, ферментів, нуклеїнових кислот, АТФ та ін. Близько 4/5 повітря, яке нас оточує, приходиться на частку вільного азоту, над кожним гектаром ґрунту піднімається стовп повітря, котрий містить близько 80 тис. тонн молекулярного азоту. Газоподібний вільний азот не асимілюється рослинами, тваринами і людиною. Багато форм зв’язаного азоту не можуть служити джерелом азотного живлення для рослин. Азот, який надходить у виді білкових речовин у грунт разом із залишками рослин і тварин, зовсім не підходить для цих цілей, він має бути окислений у солі азотистої та азотної кислот (нітрити і нітрати). Кругообіг азоту – це складний біохімічний процес, який складається з чотирьох етапів: азот-фіксація; амоніфікація; нітрифікація; денітрифікація.

Фіксація атмосферного азоту здійснюють мікроорганізми, які здатні засвоювати молекулярний азот N2 і переводити його в зв’язаний стан. Внаслідок їх діяльності йде накопичення рослинних білків, в цьому приймають участь два типи бактерій:

Характеристики

Список файлов книги