| |
Физиология микроорганизмов изучает особенности развития, питания, энергетического обмена и других процессов жизнедеятельности микробов в различных условиях среды.
Питание микробов осуществляется путем диффузии через оболочку и мембрану растворенных в воде питательных веществ. Нерастворимые сложные органические соединения предварительно расщепляются вне клетки с помощью ферментов, выделяемых микробами в субстрат.
По способу питания микроорганизмы разделяют на аутотрофные и гетеротрофные.
Аутотрофы способны синтезировать из неорганических веществ (в основном углекислого газа, неорганического азота и воды) органические соединения. В качестве источника энергии для синтеза данные микробы используют световую энергию (фотосинтез) или энергию окислительных реакций (хемосинтез).
Гетеротрофы используют для питания в основном готовые органические соединения. Микробы, питающиеся органическими веществами отмерших животных или растительных организмов, называют сапрофитами. К ним ᴏᴛʜᴏϲᴙтся бактерии гниения, грибы и дрожжи. Паратрофные микроорганизмы, или паразиты, живут за счет питательных веществ живых клеток организма хозяина. К паратрофам относится большинство болезнетворных микробов.
Все реакции обмена веществ в микробной клетке происходят при помощи биологических катализаторов - ферментов. Важно знать, что большинство ферментов состоят из белковой части и простетической небелковой группы. В простетическую группу могут входить такие металлы, как железо, медь, кобальт, цинк, а также витамины или их производные. Некᴏᴛᴏᴩые ферменты состоят только из простых белков. Ферменты специфичны и действуют только на одно определенное вещество. По϶ᴛᴏму в каждом микроорганизме находится целый комплекс ферментов, причем некᴏᴛᴏᴩые ферменты способны выделяться наружу, где участвуют в подготовке к уϲʙᴏению сложных органических соединений. Ферменты микроорганизмов могут быть использованы в пищевой и других видах промышленности.
Вода. Микробная клетка на 75-85 % состоит из воды. Важно знать, что большая часть воды находится в цитоплазме клетки в ϲʙᴏбодном состоянии. В воде протекают все биохимические процессы обмена веществ, вода будет также растворителем данных веществ, так как питательные вещества поступают в клетку только в виде раствора, а продукты обмена удаляются из клетки тоже с водой. Часть воды в клетке находится в связанном состоянии и входит в состав некᴏᴛᴏᴩых клеточных структур. В спорах бактерий и грибов количество ϲʙᴏбодной воды снижено до 50 % и менее. При значительной потере связанной воды микробная клетка погибает.
Органические вещества микробной клетки представлены белками (6-14 %), жирами (1-4%), углеводами, нуклеиновыми кислотами.
Белки — основной пластический материал любой живой клетки, и микробной в т.ч.. Белки составляют основу цитоплазмы, входят в состав оболочки клетки и некᴏᴛᴏᴩые клеточные структуры. Стоит заметить, что они выполняют очень важную каталитическую функцию, так как входят в состав ферментов, катализирующих реакции обмена в микробной клетке.
В клетке микробов содержатся дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК находится в основном в ядре клетки или нуклеотидах, РНК — в цитоплазме и рибосомах, где участвует в синтезе белка.
Содержание жиров у различных микроорганизмов различно, у некᴏᴛᴏᴩых дрожжей и плесеней оно выше в 6-10 раз, чем у бактерий. Жиры (липиды) будут энергетическим материалом клетки. Жиры в виде липопротеидов входят в состав цитоплазматической мембраны, кᴏᴛᴏᴩая реализует важную функцию в обмене клетки с окружающей средой. Жиры могут находиться в цитоплазме в виде гранул или капелек.
Углеводы входят в состав оболочек, капсул и цитоплазмы. Стоит заметить, что они представлены в основном сложными углеводами — полисахаридами (крахмал, декстрин, гликоген, клетчатка), могут быть в соединении с белками или липидами. Углеводы могут откладываться в цитоплазме в виде зерен гликогена, как запасного энергетического материала.
Минеральные вещества (фосфор, натрий, магний, хлор, сера и др.) входят в состав белков и ферментов микробной клетки, они необходимы для обмена веществ и поддержания нормального внутриклеточного осмотического давления.
Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Стоит заметить, что они участвуют в процессах обмена веществ, так как входят в состав многих ферментов. Витаминытрадиционно должны поступать с пищей, однако некᴏᴛᴏᴩые микробы обладают способностью синтезировать витамины, например В2 или В12.
Процессы биосинтеза веществ микробной клетки протекают с затратой энергии. Важно знать, что большинство микробов используют энергию химических реакций с участием кислорода воздуха. Этот процесс окисления питательных веществ с выделением энергии называется дыханием. Энергия выϲʙᴏбождается при окислении неорганических (аутотрофы) или органических (гетеротрофы) веществ.
Аэробные микроорганизмы (аэробы) используют энергию, выделяемую при окислении органических веществ кислородом воздуха с образованием неорганических веществ, углекислого газа и воды. К аэробам ᴏᴛʜᴏϲᴙтся многие бактерии, грибы и некᴏᴛᴏᴩые дрожжи. В качестве источника энергии они чаше всего используют углеводы.
Анаэробные микроорганизмы (анаэробы) не используют для дыхания кислород, они живут и размножаются при отсутствии кислорода, получая энергию в результате процессов брожения. Анаэробами будут бактерии из рода клостридий (ботулиновая палочка и палочка перфрингенс), маслянокислые бактерии и др.
В анаэробных условиях проходят спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение, при ϶ᴛᴏм процесс превращения глюкозы в спирт, молочную или масляную кислоту происходят с выделением энергии. Около 50 % выделенной энергии рассеивается в виде тепла, а остальная часть аккумулируется в АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).
Некᴏᴛᴏᴩые микроорганизмы способны жить как в присутствии кислорода, гак и без него. Учитывая зависимость от условий среды они могут переходить с анаэробных процессов получения энергии на аэробные, и наоборот. Нужно помнить, такие микроорганизмы называются факультативными анаэробами.
xn--80aatn3b3a4e.xn--p1ai
Основу жизнедеятельности микроорганизмов составляет обмен веществ (метаболизм). У микроорганизмов есть два процесса:
Процесс питания состоит из поступления и усвоения пищи (ассимиляция).
Дыхание организма состоит из процессов расщепления и окисления органических веществ (диссимиляция), которые сопровождаются выделением энергии необходимой для жизни и осуществления синтетических процессов.
Оба этих процесса неотделимы один от другого. Конечный продукт обмена веществ выделяется во внешнюю среду. Особенностью микробов является необычайно интенсивный обмен веществ. Основная часть пищи расходуется в энергетическом обмене, при котором выделяется большое количество продуктов обмена. Эта особенность широко используется для переработки сырья, она же вызывает порчу продуктов. Такая способность объясняется наличием большого разнообразия ферментов.
Вода в клетке находиться в свободном и связанном состоянии. Связанная вода входит в состав калоедов клетки и с трудом освобождается из нее.
Свободная вода участвует в химических реакциях и служит растворителем. В клетке микроорганизмов находятся и другие вещества, это органические кислоты, соли, пигменты, витамины.
Поступление клеточных веществ и воды происходит через всю поверхность клетки. Поступающие вещества могут входить только в растворенном состоянии. Клеточная оболочка проницаемая и может содержать только макромолекулы.
Проникновение питательных веществ всегда осуществляется однотипно за счет осмоса и диффузий. В зависимости от концентрации вещества в окружающей среде микробная клетка может находиться в трех состояниях:
Тургор – если осмотическое давление микробных клеток обусловленное растворенными клеточными веществами в несколько раз выше, чем в среде, то создается определенное упругое направление проникает, клетка при этом прижжена есть к клеточной оболочке слегка растягивая ее.
Плазмолиз – если микроорганизм попадает в субстрат, где осмотическое давление выше, чем в клетке, то цитоплазма отдает воду во внешнюю среду и в клетку поступают питательные вещества в меньшем количестве, клеточная оболочка при этом уменьшается в объеме.
Плазмоптис – явление обратное плазмолизу, поступает при чрезмерно-низком осмотическом давлении внешней среды, когда в следствии высокой разности давления цитоплазма быстро перемещается в воду, что может привести ее к разрыву.
ТЕМА: Сущность основных физиологических процессов (дыхание, питание, ферменты)
Дыхание.
Для роста, развития и размножения микробов требуется затрата энергии. Потребность организма в энергии удовлетворяется в процессе дыхания, сущность которого состоит в окислении органических веществ с образованием более простых химических соединений и выделении свободной энергии.
По отношению к кислороду микробы разделяют на две группы. Одни подобно животным требуют для дыхания кислород и относятся к группе аэробов, другие способны обходиться без кислорода и относятся к группе анаэробных организмов.
Аэробы поглощают кислород и окисляют в процессе дыхания различные органические вещества, в большинстве случаев углеводы, но могут использовать и другие органические соединения. При полном физиологическом сжигании углеводы окисляются до СО2. Другие организмы, поглощая кислород, не доводят реакций окисления до конца и углекислоту не выделяют. Уксуснокислые бактерии, например, характеризуются таким неполным окислительным дыханием. Особая группа бактерий отличается тем, что дыхательный акт у них состоит в окислении неорганических соединений (нитрифицирующие, серо – и железобактерии). У них дыхание также окислительное, но не сопровождающееся газовым обменом.
Большое количество микроорганизмов принадлежит к анаэробам, способным жить без кислорода. Необходимую для их жизнедеятельности энергию они получают также путем дыхания, но без участия свободного кислорода. Сущность этого дыхания состоит в различных окислительных процессах, основанных на отнятии водорода (дегидрирование) с использованием в качестве акцептора водорода взамен свободного кислорода других веществ. Такой процесс бескислородного дыхания называют брожением. Субстратом для этого процесса могут служить вещества, обладающие большим запасом энергии.
Это открытие Пастера произвело переворот в учении о дыхании. Название кислорода («жизненный газ») свидетельствовало о том, что жизнь считали неразрывно связанной с физиологическим окислением свободным кислородом. Понятие о дыхании пришлось расширить и признать, что для целей дыхания может служить любая экзотермическая реакция.
Питание.
Микроорганизмы не имеют специальных органов питания, и обмен веществ у них происходит путем диффузии и осмоса через всю поверхность тела. В процессе питания клетки получают вещества, нужные им для обновления пластического материала, для процессов роста и размножения, для получения энергии. Через оболочку в микробную клетку проникают и из нее выделяются разнообразные соединения, причем для различных веществ проницаемость оболочки и наружного слоя протоплазмы неодинакова. Из субстрата через оболочку в клетку поступают растворимые углеводные и азотистые питательные вещества и минеральные соли, в том числе такие сложные соединения, как аминокислоты, витамины и др. Из клетки в среду выделяются продукты жизнедеятельности микробов, в том числе сложные белки — токсины, ферменты, витамины и др. Однако большинство высокомолекулярных соединений не может в неизмененном виде пройти извне через оболочку микробной клетки. Поэтому белки, клетчатка, крахмал и другие соединения, подвергаются предварительному расщеплению или распаду.
Существует несколько гипотез относительно механизма проницаемости клеточной оболочки. По одной гипотезе считается, что питательные вещества до проникновения в клетку растворяются в липоидах оболочки и в таком виде поступают в клетку, по другой — проникновение веществ представляет собой фильтрацию их через поры оболочки.
Главной движущей силой проникновения веществ через поры оболочки, которые имеют разную величину, является разница концентрации веществ во внешней среде и внутри клетки. На процесс обмена веществ между микробной клеткой и окружающей средой влияет много факторов: состав среды, ее рН, электрический заряд оболочки клетки и другие физико-химические условия.
Необычайно большая роль микробов в природе и жизни человека определяется многообразием их обмена веществ. Микроорганизмы как живые существа отличаются специфическими требованиями к питательным веществам. Особенно требовательны к субстрату патогенные бактерии, а также молочнокислые н др. Они неспособны развиваться за счет минеральных форм азота, и для построения белков собственного тела им требуются аминокислоты и различные соединения углерода.В зависимости от типа питания микроорганизмы делятся на две группы: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофными микробами считают такие, которые могут строить все вещества своего тела из СО2 и минеральных соединений.
Гетеротрофные микроорганизмы способны развиваться лишь на средах, содержащих готовые органические вещества. Белки тела клетки создаются за счет перестройки имеющихся аминокислот или создания их из безазотистых веществ субстрата. При этом сапрофиты используют различные мертвые органические остатки, а паразиты или паратрофные микробы способны развиваться только в других организмах и строить вещества своего тела за счет их органических соединений.
К паратрофам относятся многочисленные патогенные микроорганизмы, вызывающие различные заболевания человека и животных.
Среди сапрофитов наиболее выражена гетеротрофность у некоторых молочнокислых бактерий, которые для своего развития требуют, помимо набора готовых аминокислот, наличия комплекса витаминов. Большинство других гетеротрофных бактерий может строить аминокислоты заново из углеводов и различных органических кислот или перестраивать имеющиеся аминокислоты.
Поступив в микробную клетку, питательные вещества подвергаются сложным превращениям и служат материалом для синтеза различных органических веществ.
Ферменты.
Вещества, способные накапливать и катализировать биохимические реакции.
Основные свойства ферментов:
Ферменты делят на 6 видов:
Аксидуктоза
Трансфероза
Гидролаза
Маза
Изомероза
Лигоза
Культуру микроорганизмов можно заменить различными ферментами, выделенные в чистом виде.
studfiles.net
Количество просмотров публикации Физиология микроорганизмов - 1048
Физиология микроорганизмов изучает особенности развития, питания, энергетического обмена и других процессов жизнедеятельности микробов в различных условиях среды.
Питание микробов осуществляется путем диффузии через оболочку и мембрану растворенных в поде питательных веществ. Нерастворимые сложные органические соединения предварительно расщепляются вне клетки с помощью ферментов, выделяемых микробами и субстрат.
По способу питания микроорганизмы разделяют на аутотрофные и гетеротрофные.
Аутотрофы способны синтезировать из неорганических веществ (в основном углекислого газа, неорганического азота и воды) органические соединения. В качестве источника энергии для синтеза эти микробы используют световую энергию (фотосинтез) или энергию окислительных реакций (хемосинтез).
Гетеротрофы используют для питания в основном готовые органические соединения. Микробы, питающиеся органическими веществами отмерших животных или растительных организмов, называют сапрофитами. К ним относятся бактерии гниения, грибы и дрожжи. Паратрофные микроорганизмы, или паразиты, живут за счёт питательных веществ живых клеток организма хозяина. К паратрофам относится большинство болезнетворных микробов.
Дыхание.Процессы биосинтеза веществ микробной клетки протекают с затратой энергии. Большинство микробов используют энергию химических реакций с участием кислорода воздуха. Этот процесс окисления питательных веществ с выделением энергии принято называть дыханием. Энергия высвобождается при окислении неорганических (аутотрофы) или органических (гетеротрофы) веществ.
Аэробные микроорганизмы (аэробы) используют энергию, выделяемую при окислении органических веществ кислородом воздуха с образованием неорганических веществ, углекислого газа и воды. К аэробам относятся многие бактерии, грибы и некоторые дрожжи. В качестве источника энергии они чаще всего используют углеводы.
Анаэробные микроорганизмы (анаэробы) не используют для дыхания кислород, они живут и размножаются при отсутствии кислорода, получая энергию в результате процессов брожения. Анаэробами являются бактерии из рода клостридий (ботулиновал палочка и палочка перфрингенс), маслянокислые бактерии и др.
В анаэробных условиях проходят спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение, при этом процесс превращения глюкозы в спирт, молочную или масляную кислоту происходят с выделением энергии. Около 50% выделенной энергии рассеивается и виде тепла, а остальная часть аккумулируется в АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).
Некоторые микроорганизмы способны жить как в присутствии кислорода, так и без него. Учитывая зависимость отусловий среды они могут переходить с анаэробных процессов получения энергии на аэробные, и наоборот. Такие микроорганизмы называются факультативными анаэробами.
Обмен веществ и состав микроорганизмов. Все реакции обмена веществ в микробной клетке происходят при помощи биологических катализаторов – ферментов. Большинство ферментов состоят из белковой части и простетической небелковой группы. В простетическую группу могут входить такие металлы, как железо, медь, кобальт, цинк, а также витамины или их производные. Некоторые ферменты состоят только из простых белков. Ферменты специфичны и действуют только на одно определенное вещество. По этой причине в каждом микроорганизме находится целый комплекс ферментов, причем некоторые ферменты способны выделяться наружу, где участвуют в подготовке к усвоению сложных органических соединений. Ферменты микроорганизмов используются в пищевой и других видах промышленности.
Вода. Микробная клетка на 75—85 % состоит из воды. Большая часть воды находится в цитоплазме клетки в свободном состоянии. В воде протекают все биохимические процессы обмена веществ, вода является также растворителем этих веществ, так как питательные вещества поступают в клетку только в виде раствора, а продукты обмена удаляются из клетки тоже с водой. Часть воды в клетке находится в связанном состоянии и входит в состав некоторых клеточных структур. Размещено на реф.рфВ спорах бактерий и грибов количество свободной воды снижено до 50 % и менее. При значительной потере связанной воды микробная клетка погибает.
Органические вещества микробной клетки представлены белками (6—14 %), жирами (1—4 %), углеводами, нуклеиновыми кислотами.
Белки основной пластический материал любой живой клетки, и микробной в том числе. Белки составляют основу цитоплазмы, входят в состав оболочки клетки и некоторые клеточные структуры. Οʜᴎ выполняют очень важную каталитическую функцию, так как входят в состав ферментов, катализирующих реакции обмена в микробной клетке.
В клетке микробов содержатся дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК находится в основном в ядре клетки или нуклеотидах, РНК — в цитоплазме и рибосомах, где участвует в синтезе белка.
Жиры. Содержание жиров у различных микроорганизмов различно, у некоторых дрожжей и плесеней оно выше в 6—10 раз, чем у бактерий. Жиры (липиды) являются энергетическим материалом клетки. Жиры в виде липопротеидов входят в состав цитоплазматической мембраны, которая выполняет важную функцию в обмене клетки с окружающей средой. Жиры могут находиться в цитоплазме в виде гранул или капелек.
Углеводы входят в состав оболочек, капсул и цитоплазмы. Οʜᴎ представлены в основном сложными углеводами — полисахаридами (крахмал, декстрин, гликоген, клетчатка), бывают в соединении с белками или липидами. Углеводы могут откладываться в цитоплазме в виде зерен гликогена, как запасного энергетического материала.
Минеральные вещества (фосфор, натрий, магний, хлор, сера и др.) входят в состав белков и ферментов микробной клетки, они необходимы для обмена веществ и поддержания нормального внутриклеточного осмотического давления.
Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Οʜᴎ участвуют в процессах обмена веществ, так как входят в состав многих ферментов. Витамины, как правило, должны поступать с пищей, однако некоторые микробы обладают способностью синтезировать витамины, к примеру В2 или В12.
ОПРОС
1. Как осуществляется питание микробов?
2. Какие микробы называют аутотрофами, какие — гетеротрофами?
3. Какие вещества входят в состав микробов?
4. Роль воды в микроорганизмах.
5. Роль ферментов микробов.
6. Как подразделяют микробы по способу дыхания?
referatwork.ru
Физиология микроорганизмов изучает функции, а также биохимические процессы, происходящие в их клетках и окружающей среде. Конкретно физиология микроорганизмов рассматривает их питание, дыхание, размножение, движение, спорообразование и превращение веществ.
Питание микроорганизмов происходит при посредстве диффузии (самостоятельное проникновение) и осмоса (проникновение под влиянием чего-то) жидких питательных веществ сквозь полупроницаемую оболочку клетки и выделения наружу продуктов обмена. Быстрота процесса проникновения питательных веществ через оболочку зависит от строения клетки, в том числе от концентрации питательных веществ в ней и окружающей среде, и внешних условий. Большинство микроорганизмов живет в солевых растворах, приближающихся к 0,5%-ному раствору хлористого натрия, обеспечивающих осмотическое давление клеточного сока в пределах 3—6 атмосфер. При внесении микроорганизмов в концентрированные гипертонические растворы поваренной соли или сахара вода из них отсасывается наружу и протоплазма клеток сморщивается. Это явление называется плазмолизом. В таких условиях микроорганизмы прекращают развитие и в большинстве случаев гибнут. На этом явлении основано длительное хранение продуктов: соление (грибов, мяса), консервирование (плодов, овощей), варение (фруктов в сахаре). Однако встречаются осмофильные микроорганизмы, которые переносят высокие концентрации солей, Сахаров, меда.
Так, некоторые микроорганизмы (например, водоросли Dunaliena salina, Asteromonas gracilis обитают в соленых озерах, бактерии (Leuconostoc mesenteroides) — в растворах сахара, дрожжи (Zygosaccharomyces mellis acidi) — в меде. У них осмотическое давление достигает 20—50 атмосфер и выше. Микроорганизмы, помещенные в гипотонические растворы (дистиллированную воду), сильно набухают под воздействием притекающей извне воды, округляются, некоторые из них разрываются. Явление набухания носит название плазмоптиса.
Микроорганизмы для питания используют самые разнообразные вещества. Для них необходимы минеральные вещества (сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо) и органогены, т. е. элементы, входящие в органические соединения (кислород, водород, углерод и азот). Кроме того, в очень малых количествах для нормального развития микроорганизмов требуются микроэлементы (цинк, бор, кобальт, марганец), которые содержатся в водопроводной воде и минеральных солях. Для развития некоторых микроорганизмов необходимы также особые вещества — стимуляторы роста, или ростовые вещества, которые содержатся в экстрактах дрожжей, кукурузном экстракте, проростках растений. В этих веществах имеются необходимые для жизни витамины, аминокислоты и близкие к ним вещества.
Кислород и водород микроорганизмы получают в основном из воды и органических соединений. Некоторые бактерии усваивают и свободный кислород воздуха.
По способу использования углерода микроорганизмы делятся на автотрофов (автос — сам, трофе — питание) и гетеротрофов (гетерос — другой).
Автотрофы, или прототрофы (протос — простой), усваивают углерод из углекислоты воздуха. В отличие от зеленых растений, поглощающих углекислоту с помощью фотосинтеза, т. е. энергии солнечных лучей, микроорганизмы усваивают углекислоту с помощью хемосинтеза, т. е. энергии, получаемой при окислении некоторых минеральных соединений, например нитрифицирующие микроорганизмы получают энергию при окислении аммиака в азотную кислоту, железобактерии — при окислении закиси железа в окись железа, серобактерии — при окислении сероводорода в серу, сернистую и серную кислоты.
Гетеротрофы — микроорганизмы, усваивающие углерод только из готовых органических соединений. К ним относятся микроорганизмы брожения, гнилостные и патогенные (болезнетворные) микроорганизмы. Каждый вид микроба развивается на средах с определенной концентрацией водородных ионов (рН). Гетеротрофные микроорганизмы, в свою очередь, делятся на метатрофы (мета — после и трофе — питание), или сапрофиты (сапрос — гнилой, фитон — растение), и паратрофы (пара — возле, трофе — питание), или патогенные. Первые питаются мертвыми питательными веществами, вторые размножаются только в живых существах. Паратрофы являются возбудителями болезней растений, беспозвоночных и позвоночных животных. Деление микроорганизмов на автотрофов, метатрофов и паратрофов весьма условно. Резких граней между ними нет. Многие паратрофы (патогенные микроорганизмы) могут развиваться и на мертвых питательных средах.
Изучение эволюции органического мира показало, что паратрофы как паразиты других живых существ возникли в глубокой древности, на заре возникновения жизни. Современные паратрофы, как и все другие живые существа, находятся в развитии и продолжают совершенствовать свои паразитические свойства.
Дыхание микроорганизмов. Питание микроорганизмов обеспечивает построение оболочки, цитоплазмы и ядерной субстанции, а также размножение. Питание, как правило, сопровождается эндотермическими реакциями (с поглощением тепла), а дыхание, наоборот, экзотермическими реакциями (с освобождением тепла). Эти процессы протекают одновременно и обеспечивают необходимый для жизни обмен веществ, выражающийся в ассимиляции (усвоении) нужных веществ и диссимиляции (выведении) отработанных вредных шлаков.
По типу дыхания микроорганизмы делятся на аэробы (аэр — воздух) и анаэробы (не нуждающиеся в кислороде воздуха).
Аэробы живут в присутствии кислорода воздуха и получают тепловую энергию при окислении и расщеплении углеводов, при этом углевод расщепляется до воды и углекислоты, выделяя большое количество энергии. Так, грамм-молекула глюкозы образует 688 больших калорий тепла. Реакция протекает по формуле
C6h22O6 + 6O2= 6CO + 6Н2О + 688 килокалорий.
Анаэробы могут жить и развиваться только при отсутствии кислорода воздуха, для анаэробов такой кислород является ядом. Эти микроорганизмы в процессе дыхания получают энергию и необходимый для построения клетки связанный кислород путем (расщепления органических соединений. Между облигатными (строгими) аэробами и анаэробами существует много переходных групп. Имеются микроорганизмы факультативные (необязательные) — аэробы и анаэробы, могущие развиваться в тех и других условиях.
В анаэробных условиях расщепление одного и того же вещества, например глюкозы, дает значительно меньше энергии, чем в аэробных условиях. Так, из одной грамм-молекулы глюкозы дрожжи в анаэробных условиях дают тепла только 27 килокалорий:
С6Н12О6=2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 килокалорий.
Из этого видно, что для получения того же количества энергии, какое получают аэробы, анаэробы перерабатывают в десятки раз большие количества тех же самых органических соединений. Таким образом, дыхание микроорганизмов представляет собой совокупность биохимических аэробных и анаэробных процессов по освобождению энергии, используемой для их жизнедеятельности.
Окисление органических соединений, дающих освобождение энергии, происходит при активировании молекулярного кислорода или активировании в окисляемом соединении водорода. Известны два дыхательных фермента: оксидазы, активирующие кислород, и гидрогеназы, активирующие водород. При окислении кислорода воздуха образуются перекиси, выделяющие под влиянием пероксидаз атомы кислорода, которые окисляют используемые микробом соединения. Активирование водорода происходит при образовании перекиси водорода, губительно действующей на клетку. Перекись водорода нейтрализуется каталазой, выделяемой многими видами микроорганизмов.
Ферменты микроорганизмов. Сложные процессы питания и дыхания микроорганизмов осуществляются с помощью ферментов, или энзимов. Ферменты, выделяемые микроорганизмами в окружающую среду, называются экзоферментами, а ферменты, тесно связанные с их клеткой, — эндоферментами. Первые подготавливают питательные вещества для всасывания через оболочку клетки, вторые внутри клетки превращают поступившие вещества в составные части клетки.
Ферменты имеют белковую природу. Некоторые из них состоят исключительно из белка. В состав других ферментов, кроме белка, входит еще небелковая часть (простетическая группа), которая может содержать ион металла или органические соединения, имеющие свойства витаминов.
Ферменты делят на 6 классов: 1) оксидоредуктазы; 2) трансферазы; 3) гидролазы; 4) лиазы; 5) изомеразы; 6) лигазы (синтетазы). Согласно действующей номенклатуре ферментов, кроме названия, введено обозначение ферментов четырьмя цифрами, разделенными точками (например, каталаза — 1.11.1.6). Цифры указывают на классификацию ферментов. Первая цифра обозначает класс фермента (тип катализируемой ферментом реакции), вторая — подкласс (обозначает соединения, на которые действует фермент), третья — подподкласс, четвертая — индивидуальный номер фермента. Названия ферментов имеют окончание — аза.
Оксидоредуктазы — ферменты, осуществляющие окислительно-восстановительные реакции. Это большая группа ферментов, имеющихся во всех живых организмах, в том числе и в микроорганизмах. К данному классу ферментов принадлежат различные дегидрогеназы, которые могут окислять спирты в альдегиды или кетоны; другие дегидрогеназы могут окислять альдегиды в кислоты. В том случае, когда в реакции принимает участие кислород, активируемый во время реакции, ферменты называются оксидазами. К ним относятся, медьсодержащий фермент аскорбинат-оксидаза и железосодержащие ферменты — гидрогеназа, каталаза, пероксидаза. Гидрогеназа может использовать молекулярный водород для восстановления различных веществ, Под влиянием каталазы перекись водорода разлагается на воду и молекулярный кислород. Этим обезвреживается губительное действие перекисей. При действии пероксидазы происходит окисление ароматических аминов, фенолов и других веществ и расщепление перекиси водорода до воды.
Трансферазы — ферменты, переносящие отдельные функциональные группы веществ в реакциях между молекулами, например метальную группу — СН3, аминогруппы — Nh3 (важно в белковом обмене), альдегидные или кетоновые остатки (их роль велика в обмене углеводов, они катализируют взаимопревращение Сахаров), группы, содержащие фосфор. Так, фермент гексокиназа катализирует реакцию фосфорилирования глюкозы, фруктозы и маннозы у шестого углеродного атома, что играет большую роль в углеводном обмене.
Гидролазы — ферменты, гидролизующие жиры, углеводы и белки с присоединением воды. Гидролазы, действующие на сложноэфирные связи, называются эстеразами (от эстер — эфир). Примером эстераз может служить фермент липаза, катализирующая гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты. Под влиянием эстераз жиры, масла и воск расщепляются на жирные кислоты и спирты. Пчелиный воск, состоящий из высших жирных кислот и высшего одноатомного спирта, под действием эстеразы распадается на цериновую (C25H51COOH) и пальмитиновую (C25H51COOH) кислоты и мерициловый спирт (С32Н63ОН). Разрушают воск и образуют эстеразы следующие грибы: Aspergillus niger, A. flavus, A. fumigatus, A. versicolor, A. regulosus, A. tamarii, A. fiischeri, Penicillium rogueformii, P. chrysogenum, P. purpurescens, P. nissarum, P. oxalicum, P. decumbens, P. javanicum, P. soppi, Aureobasidium pullulans, Candida albicans, Oidium lactis, Fusarium sporotrichiella. Эстеразы образуют также некоторое бактерии, например Micrococcus cerolyticus, М. aureus, М. citreus, Proteus, Serratia marcescens. Наиболее часто микроорганизмы разрушают воск сотов и мервы.
Для определения у микробов эстеразы их выращивают на агарной среде с добавлением растительного масла и небольшого количества нильского синего. При наличии эстеразы среда из розовой становится фиолетовой в результате появления свободных жирных кислот.
Гидролазы фосфомоноэфиров называются фосфатазами, сюда же относится образуемая многими микроорганизмами дезоксирибонуклеаза (ДНК-аза).
Наиболее обширная и важная группа гидролаз — это гидролазы, действующие на гликозильные соединения. Они осуществляют гидролиз сложных углеводов (крахмала, других полисахаридов, трисахаридов и дисахаридов) до более простых. Амилазы катализируют гидролиз крахмала, причем в зависимости от конечных продуктов они подразделяются так: α-амилаза гидролизует крахмал в основном до декстринов с небольшой примесью мальтозы; β-амилаза расщепляет крахмал до мальтозы и небольшого количества декстринов; глюкоамилаза — до глюкозы; хитиназа расщепляет азотсодержащий полисахарид хитин до хитозана, вискозина и N-ацетилглюкозамина. Хитиназу образуют грибы Coprinus comatus, Phallus impudicus, Fistulina hepatica, Beauveria bassiana, Aspergillus niger, A. flavus, Ascosphaera apis. В местах скопления насекомых (пасеки, червоводни) количество хитинорасщепляющих микроорганизмов возрастает, некоторые из них усиливают свои патогенные свойства.
Дисахариды под влиянием соответствующих ферментов гидролаз расщепляются в результате присоединения воды на углевод (моносахара) и шестиуглеродный спирт. Так, под действием α-глюкозидазы (старое название мальтаза) солодовый сахар — мальтоза гидролизуется до глюкозы и спирта, β-фруктофуранозидаза (старое название сахараза или инвертаза) катализует распад сахарозы до спирта и фруктозы.
Каждый микроб имеет свой, присущий ему набор ферментов. Для определения ферментов, расщепляющих углеводы, применяют цветные среды.
Гидролазы, действующие на пептидные связи, относятся к пептид-гидролазам. Они осуществляют разложение белков и пептидов до аминокислот. Сюда относятся все протеолитические ферменты: аминопептидазы, карбоксипептидазы, протеиназы. Наличие протеаз определяют по разжижению белка желатины и пептонизации молока (молочного белка — казеина). Протеазу образуют Bacillus larvae, Вас. alvei, Вас. subtilis, Вас. mesentericus, Bacterium apisepticum, B. vulgaris.
Лиазы — ферменты, отщепляющие от субстрата различные группировки негидролитическим путем с образованием двойной связи или присоединяющие группу к двойной связи.
У микробов широко распространены декарбоксилазы, отщепляющие карбоксильную группу от оксикислот или аминокислот, в результате чего происходит укорочение углеродной цепи. Так, под действием пируватде-карбоксилазы от пировиноградной кислоты отщепляется молекула углекислоты, при этом образуется уксусный альдегид.
myunivercity.ru
Физиология микроорганизмов изучает функции, а также биохимические процессы, происходящие в их клетках и окружающей среде. Конкретно физиология микроорганизмов рассматривает их питание, дыхание, размножение, движение, спорообразование и превращение веществ.
Питание микроорганизмов происходит при посредстве диффузии (самостоятельное проникновение) и осмоса (проникновение под влиянием чего-то) жидких питательных веществ сквозь полупроницаемую оболочку клетки и выделения наружу продуктов обмена. Быстрота процесса проникновения питательных веществ через оболочку зависит от строения клетки, в том числе от концентрации питательных веществ в ней и окружающей среде, и внешних условий. Большинство микроорганизмов живет в солевых растворах, приближающихся к 0,5%-ному раствору хлористого натрия, обеспечивающих осмотическое давление клеточного сока в пределах 3—6 атмосфер. При внесении микроорганизмов в концентрированные гипертонические растворы поваренной соли или сахара вода из них отсасывается наружу и протоплазма клеток сморщивается. Это явление называется плазмолизом. В таких условиях микроорганизмы прекращают развитие и в большинстве случаев гибнут. На этом явлении основано длительное хранение продуктов: соление (грибов, мяса), консервирование (плодов, овощей), варение (фруктов в сахаре). Однако встречаются осмофильные микроорганизмы, которые переносят высокие концентрации солей, Сахаров, меда.
Так, некоторые микроорганизмы (например, водоросли Dunaliena salina, Asteromonas gracilis обитают в соленых озерах, бактерии (Leuconostoc mesenteroides) — в растворах сахара, дрожжи (Zygosaccharomyces mellis acidi) — в меде. У них осмотическое давление достигает 20—50 атмосфер и выше. Микроорганизмы, помещенные в гипотонические растворы (дистиллированную воду), сильно набухают под воздействием притекающей извне воды, округляются, некоторые из них разрываются. Явление набухания носит название плазмоптиса.
Микроорганизмы для питания используют самые разнообразные вещества. Для них необходимы минеральные вещества (сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо) и органогены, т. е. элементы, входящие в органические соединения (кислород, водород, углерод и азот). Кроме того, в очень малых количествах для нормального развития микроорганизмов требуются микроэлементы (цинк, бор, кобальт, марганец), которые содержатся в водопроводной воде и минеральных солях. Для развития некоторых микроорганизмов необходимы также особые вещества — стимуляторы роста, или ростовые вещества, которые содержатся в экстрактах дрожжей, кукурузном экстракте, проростках растений. В этих веществах имеются необходимые для жизни витамины, аминокислоты и близкие к ним вещества.
Кислород и водород микроорганизмы получают в основном из воды и органических соединений. Некоторые бактерии усваивают и свободный кислород воздуха.
По способу использования углерода микроорганизмы делятся на автотрофов (автос — сам, трофе — питание) и гетеротрофов (гетерос — другой).
Автотрофы, или прототрофы (протос — простой), усваивают углерод из углекислоты воздуха. В отличие от зеленых растений, поглощающих углекислоту с помощью фотосинтеза, т. е. энергии солнечных лучей, микроорганизмы усваивают углекислоту с помощью хемосинтеза, т. е. энергии, получаемой при окислении некоторых минеральных соединений, например нитрифицирующие микроорганизмы получают энергию при окислении аммиака в азотную кислоту, железобактерии — при окислении закиси железа в окись железа, серобактерии — при окислении сероводорода в серу, сернистую и серную кислоты.
Гетеротрофы — микроорганизмы, усваивающие углерод только из готовых органических соединений. К ним относятся микроорганизмы брожения, гнилостные и патогенные (болезнетворные) микроорганизмы. Каждый вид микроба развивается на средах с определенной концентрацией водородных ионов (рН). Гетеротрофные микроорганизмы, в свою очередь, делятся на метатрофы (мета — после и трофе — питание), или сапрофиты (сапрос — гнилой, фитон — растение), и паратрофы (пара — возле, трофе — питание), или патогенные. Первые питаются мертвыми питательными веществами, вторые размножаются только в живых существах. Паратрофы являются возбудителями болезней растений, беспозвоночных и позвоночных животных. Деление микроорганизмов на автотрофов, метатрофов и паратрофов весьма условно. Резких граней между ними нет. Многие паратрофы (патогенные микроорганизмы) могут развиваться и на мертвых питательных средах.
Изучение эволюции органического мира показало, что паратрофы как паразиты других живых существ возникли в глубокой древности, на заре возникновения жизни. Современные паратрофы, как и все другие живые существа, находятся в развитии и продолжают совершенствовать свои паразитические свойства.
Дыхание микроорганизмов. Питание микроорганизмов обеспечивает построение оболочки, цитоплазмы и ядерной субстанции, а также размножение. Питание, как правило, сопровождается эндотермическими реакциями (с поглощением тепла), а дыхание, наоборот, экзотермическими реакциями (с освобождением тепла). Эти процессы протекают одновременно и обеспечивают необходимый для жизни обмен веществ, выражающийся в ассимиляции (усвоении) нужных веществ и диссимиляции (выведении) отработанных вредных шлаков.
По типу дыхания микроорганизмы делятся на аэробы (аэр — воздух) и анаэробы (не нуждающиеся в кислороде воздуха).
Аэробы живут в присутствии кислорода воздуха и получают тепловую энергию при окислении и расщеплении углеводов, при этом углевод расщепляется до воды и углекислоты, выделяя большое количество энергии. Так, грамм-молекула глюкозы образует 688 больших калорий тепла. Реакция протекает по формуле
C6h22O6 + 6O2= 6CO + 6Н2О + 688 килокалорий.
Анаэробы могут жить и развиваться только при отсутствии кислорода воздуха, для анаэробов такой кислород является ядом. Эти микроорганизмы в процессе дыхания получают энергию и необходимый для построения клетки связанный кислород путем (расщепления органических соединений. Между облигатными (строгими) аэробами и анаэробами существует много переходных групп. Имеются микроорганизмы факультативные (необязательные) — аэробы и анаэробы, могущие развиваться в тех и других условиях.
В анаэробных условиях расщепление одного и того же вещества, например глюкозы, дает значительно меньше энергии, чем в аэробных условиях. Так, из одной грамм-молекулы глюкозы дрожжи в анаэробных условиях дают тепла только 27 килокалорий:
С6Н12О6=2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 килокалорий.
Из этого видно, что для получения того же количества энергии, какое получают аэробы, анаэробы перерабатывают в десятки раз большие количества тех же самых органических соединений. Таким образом, дыхание микроорганизмов представляет собой совокупность биохимических аэробных и анаэробных процессов по освобождению энергии, используемой для их жизнедеятельности.
Окисление органических соединений, дающих освобождение энергии, происходит при активировании молекулярного кислорода или активировании в окисляемом соединении водорода. Известны два дыхательных фермента: оксидазы, активирующие кислород, и гидрогеназы, активирующие водород. При окислении кислорода воздуха образуются перекиси, выделяющие под влиянием пероксидаз атомы кислорода, которые окисляют используемые микробом соединения. Активирование водорода происходит при образовании перекиси водорода, губительно действующей на клетку. Перекись водорода нейтрализуется каталазой, выделяемой многими видами микроорганизмов.
Ферменты микроорганизмов. Сложные процессы питания и дыхания микроорганизмов осуществляются с помощью ферментов, или энзимов. Ферменты, выделяемые микроорганизмами в окружающую среду, называются экзоферментами, а ферменты, тесно связанные с их клеткой, — эндоферментами. Первые подготавливают питательные вещества для всасывания через оболочку клетки, вторые внутри клетки превращают поступившие вещества в составные части клетки.
Ферменты имеют белковую природу. Некоторые из них состоят исключительно из белка. В состав других ферментов, кроме белка, входит еще небелковая часть (простетическая группа), которая может содержать ион металла или органические соединения, имеющие свойства витаминов.
Ферменты делят на 6 классов: 1) оксидоредуктазы; 2) трансферазы; 3) гидролазы; 4) лиазы; 5) изомеразы; 6) лигазы (синтетазы). Согласно действующей номенклатуре ферментов, кроме названия, введено обозначение ферментов четырьмя цифрами, разделенными точками (например, каталаза — 1.11.1.6). Цифры указывают на классификацию ферментов. Первая цифра обозначает класс фермента (тип катализируемой ферментом реакции), вторая — подкласс (обозначает соединения, на которые действует фермент), третья — подподкласс, четвертая — индивидуальный номер фермента. Названия ферментов имеют окончание — аза.
Оксидоредуктазы — ферменты, осуществляющие окислительно-восстановительные реакции. Это большая группа ферментов, имеющихся во всех живых организмах, в том числе и в микроорганизмах. К данному классу ферментов принадлежат различные дегидрогеназы, которые могут окислять спирты в альдегиды или кетоны; другие дегидрогеназы могут окислять альдегиды в кислоты. В том случае, когда в реакции принимает участие кислород, активируемый во время реакции, ферменты называются оксидазами. К ним относятся, медьсодержащий фермент аскорбинат-оксидаза и железосодержащие ферменты — гидрогеназа, каталаза, пероксидаза. Гидрогеназа может использовать молекулярный водород для восстановления различных веществ, Под влиянием каталазы перекись водорода разлагается на воду и молекулярный кислород. Этим обезвреживается губительное действие перекисей. При действии пероксидазы происходит окисление ароматических аминов, фенолов и других веществ и расщепление перекиси водорода до воды.
Трансферазы — ферменты, переносящие отдельные функциональные группы веществ в реакциях между молекулами, например метальную группу — СН3, аминогруппы — Nh3 (важно в белковом обмене), альдегидные или кетоновые остатки (их роль велика в обмене углеводов, они катализируют взаимопревращение Сахаров), группы, содержащие фосфор. Так, фермент гексокиназа катализирует реакцию фосфорилирования глюкозы, фруктозы и маннозы у шестого углеродного атома, что играет большую роль в углеводном обмене.
Гидролазы — ферменты, гидролизующие жиры, углеводы и белки с присоединением воды. Гидролазы, действующие на сложноэфирные связи, называются эстеразами (от эстер — эфир). Примером эстераз может служить фермент липаза, катализирующая гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты. Под влиянием эстераз жиры, масла и воск расщепляются на жирные кислоты и спирты. Пчелиный воск, состоящий из высших жирных кислот и высшего одноатомного спирта, под действием эстеразы распадается на цериновую (C25H51COOH) и пальмитиновую (C25H51COOH) кислоты и мерициловый спирт (С32Н63ОН). Разрушают воск и образуют эстеразы следующие грибы: Aspergillus niger, A. flavus, A. fumigatus, A. versicolor, A. regulosus, A. tamarii, A. fiischeri, Penicillium rogueformii, P. chrysogenum, P. purpurescens, P. nissarum, P. oxalicum, P. decumbens, P. javanicum, P. soppi, Aureobasidium pullulans, Candida albicans, Oidium lactis, Fusarium sporotrichiella. Эстеразы образуют также некоторое бактерии, например Micrococcus cerolyticus, М. aureus, М. citreus, Proteus, Serratia marcescens. Наиболее часто микроорганизмы разрушают воск сотов и мервы.
Для определения у микробов эстеразы их выращивают на агарной среде с добавлением растительного масла и небольшого количества нильского синего. При наличии эстеразы среда из розовой становится фиолетовой в результате появления свободных жирных кислот.
Гидролазы фосфомоноэфиров называются фосфатазами, сюда же относится образуемая многими микроорганизмами дезоксирибонуклеаза (ДНК-аза).
Наиболее обширная и важная группа гидролаз — это гидролазы, действующие на гликозильные соединения. Они осуществляют гидролиз сложных углеводов (крахмала, других полисахаридов, трисахаридов и дисахаридов) до более простых. Амилазы катализируют гидролиз крахмала, причем в зависимости от конечных продуктов они подразделяются так: α-амилаза гидролизует крахмал в основном до декстринов с небольшой примесью мальтозы; β-амилаза расщепляет крахмал до мальтозы и небольшого количества декстринов; глюкоамилаза — до глюкозы; хитиназа расщепляет азотсодержащий полисахарид хитин до хитозана, вискозина и N-ацетилглюкозамина. Хитиназу образуют грибы Coprinus comatus, Phallus impudicus, Fistulina hepatica, Beauveria bassiana, Aspergillus niger, A. flavus, Ascosphaera apis. В местах скопления насекомых (пасеки, червоводни) количество хитинорасщепляющих микроорганизмов возрастает, некоторые из них усиливают свои патогенные свойства.
Дисахариды под влиянием соответствующих ферментов гидролаз расщепляются в результате присоединения воды на углевод (моносахара) и шестиуглеродный спирт. Так, под действием α-глюкозидазы (старое название мальтаза) солодовый сахар — мальтоза гидролизуется до глюкозы и спирта, β-фруктофуранозидаза (старое название сахараза или инвертаза) катализует распад сахарозы до спирта и фруктозы.
Каждый микроб имеет свой, присущий ему набор ферментов. Для определения ферментов, расщепляющих углеводы, применяют цветные среды.
Гидролазы, действующие на пептидные связи, относятся к пептид-гидролазам. Они осуществляют разложение белков и пептидов до аминокислот. Сюда относятся все протеолитические ферменты: аминопептидазы, карбоксипептидазы, протеиназы. Наличие протеаз определяют по разжижению белка желатины и пептонизации молока (молочного белка — казеина). Протеазу образуют Bacillus larvae, Вас. alvei, Вас. subtilis, Вас. mesentericus, Bacterium apisepticum, B. vulgaris.
Лиазы — ферменты, отщепляющие от субстрата различные группировки негидролитическим путем с образованием двойной связи или присоединяющие группу к двойной связи.
У микробов широко распространены декарбоксилазы, отщепляющие карбоксильную группу от оксикислот или аминокислот, в результате чего происходит укорочение углеродной цепи. Так, под действием пируватде-карбоксилазы от пировиноградной кислоты отщепляется молекула углекислоты, при этом образуется уксусный альдегид.
referat911.ru
Физиология микроорганизмов изучает процессы питания, дыхания, роста, размножения, взаимодействия микробов с внешней средой, т.е. их жизнедеятельность.
Химический состав клетки. В микробной клетке содержится в среднем 80-85 % воды и 15-20 % сухих веществ. Вода в клетке находится в свободном и связанном состоянии. В свободной воде происходит растворение наиболее важных органических и минеральных веществ. В водной среде протекают основные биохимические процессы. Связанная вода входит в состав белков, углеводов, жиров и других веществ.
В состав сухих веществ микробной клетки входят минеральные и органические вещества, основу которых составляют углерод, азот, кислород и водород. На долю минеральных (зольных) элементов приходится 3-10 %, а на долю органических - 90-97 % сухих веществ.
Важнейшей частью органического вещества микробов являются белки. Они составляют около 70-80 % сухих веществ. В состав клетки входят простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Простые белки при гидролизе (химическое расщепление в воде) дают аминокислоты: триптофан, тирозин, лейцин и др. Сложные белки являются строительным материалом для клетки, а также играют большую роль в росте и размножении. Хромопротеиды (цитохромы) являются катализаторами окислительных процессов в клетке.
В микробной клетке углеводы представлены в основном полисахаридным комплексом и продуктами их гидролиза. Углеводы входят в состав оболочки и капсул, участвуют в синтезе белков и жиров и являются основным энергетическим материалом, расходуемым в процессе дыхания.
Жиры и жироподобные вещества (липиды) входят в состав оболочки, придают клетке устойчивость при неблагоприятных условиях существования и играют роль запасных питательных веществ.
В микробной клетке содержатся витамины, микроэлементы, минеральные и другие вещества. Нуклеиновые кислоты представлены в виде ДНК и РНК. РНК управляет синтезом белка, ДНК является передатчиком наследственных свойств.
Микроэлементы (цинк, медь, молибден и др.) участвуют в синтезе ферментных белков, активизируют жизнедеятельность микроорганизмов.
Питание микроорганизмов. Между микробной клеткой и внешней средой происходит постоянный интенсивный процесс обмена. Поглощение питательных веществ и выделение продуктов жизнедеятельности происходит у микроорганизмов через всю поверхность полупроницаемой оболочки. В основе механизма проникновения питательных веществ через стенку клетки лежат сложные физико-химические явления. Через полупроницаемую оболочку в тело микробов поступают вода и растворенные в ней питательные вещества. В клетке накапливается материал, необходимый для ее роста.
В тело клетки через ее оболочку не могут проникать вещества, имеющие большие размеры молекул (коллоиды, белки и др.). Они проникают в клетку только после предварительного их расщепления ферментами, выделяемыми в питательную среду.
Для питания микроорганизмов необходимы азот и углерод. По типу усвоения углерода микробы принято делить на группы аутотрофов и гетеротрофов. Аутотрофные микроорганизмы способны усваивать углерод непосредственно из углекислоты и не нуждаются в готовых органических соединениях. К аутотрофам относятся железобактерии, серобактерии, нитрофицирующие бактерии и др. Гетеротрофы - микробы, которые для своего питания используют углерод из готовых органических соединений. К группе гетеротрофов относятся непатогенные (сапрофиты) и патогенные (паразиты) микробы. Сапрофиты живут за счет использования мертвых органических субстратов. К сапрофитам относят многие виды гнилостных микробов. Паразиты - сравнительно небольшая группа микробов, способных жить и размножаться в живых тканях животных, человека, растений и вызывать инфекционные заболевания.
По характеру усвоения азота микробы подразделяются на азотфиксирующие, способные питаться атмосферным азотом; протеолитические, расщепляющие белковые вещества, пептиды и аминокислоты; нитритно-нитратные, усваивающие окисленные формы азота.
Многие микроорганизмы для своего развития, кроме углерода и азота, нуждаются в факторах роста - витаминах, которые играют роль катализаторов биохимических процессов в клетке. Другие же виды микробов сами являются продуцентами ростовых веществ. Например, дрожжи продуцируют витамин В, биотин, пантотеновую кислоту.
Дыхание микроорганизмов. Для своей жизнедеятельности каждая микробная клетка кроме питательных веществ нуждается в энергии. Эту энергию микроорганизмы получают в процессе дыхания. Сущность дыхания у микробов заключается в окислении сложных органических соединений до более простых веществ с выделением тепловой энергии, которая и используется микробами. В большинстве случаев микроорганизмы получают энергию путем окисления углеводов и других органических соединений. За счет полученной энергии происходит синтез сложных органических соединений в самой клетке.
По типу дыхания микроорганизмы делятся на аэробы и анаэробы. Аэробы - микроорганизмы, которые для дыхания и получения необходимой энергии нуждаются в свободном доступе кислорода из воздуха. У этой группы микробов процесс дыхания аэробный. Анаэробы - микроорганизмы, которые получают энергию при дыхании без доступа кислорода воздуха путем расщепления питательных веществ. Различают облигатные (строгие) и факультативные (нестрогие) анаэробы. Облигатные анаэробы проявляют свою жизнедеятельность только при отсутствии кислорода воздуха. Факультативные анаэробы могут развиваться в средах как в присутствии кислорода воздуха, так и без него.
В химизме дыхательных процессов у аэробов и анаэробов имеется много общего. Во всех случаях первым этапом дыхательных процессов является отщепление водорода от субстрата (дегидрирование) в присутствии специфических ферментов - дегидрогеназ. Происходящие процессы носят окислительно-восстановительный характер.
Сущность окисления состоит в потере электронов окисляющимся веществом, тогда как сущность восстановления состоит в присоединении этих электронов восстанавливающимся веществом. Та или иная последовательность биохимических реакций в течение обменных процессов возможна благодаря тонким изменениям окислительно-восстановительного потенциала, под которым понимают способность вещества отдавать или получать электроны.
При аэробном типе дыхания аэробные дегидрогеназы передают отнятый от субстрата водород или непосредственно кислороду воздуха, или цитохромной системе. Это так называемое аэробное дегидрирование, при котором происходит обычно полное окисление. При полном окислении конечными продуктами являются вода и углекислота, при этом освобождается вся энергия. При неполном окислении происходит образование продуктов, в которых заключается значительная часть энергии.
В анаэробных условиях биохимические процессы происходят при отсутствии кислорода воздуха. Анаэробные дегидрогеназы не могут отдавать водород кислороду воздуха, а передают его другим веществам, от которых сравнительно легко отщепляется кислород. Это так называемое анаэробное дегидрирование, при котором происходит неполное окисление субстрата.
Размножение микроорганизмов. Бактерии размножаются делением клетки. Цитоплазматическая мемрана врастает внутрь перпендикулярно оси. Образуется перегородка, которая разделяет одну клетку на две новые. Скорость размножения у различного вида бактерий различна. Например, клетка кишечной палочки делится каждые 20-30 мин, а клетка туберкулезных бактерий - через 20-24 ч. Скорость размножения зависит от наличия питательных веществ в среде, температуры, реакции среды и других факторов.
Дрожжи размножаются простым делением, почкованием, посредством спор, а некоторые виды - слиянием двух клеток. При размножении почкованием на материнской клетке образуется небольшой бугорок - почка, которая увеличивается. В нее из материнской клетки переходит часть цитоплазмы, ядра и других клеточных элементов, затем почка отделяется от материнской клетки.
Плесневые грибы размножаются бесполым и половым путем. При бесполом размножении у многоклеточных грибов на концах плодоносящих гиф развиваются споры (конидии). После созревания споры осыпаются и прорастают в новые гифы. У одноклеточных плесневых грибов споры находятся внутри спорангия (мешочек). При созревания плесени спорангии лопаются и споры рассеиваются во внешнюю среду. В благоприятных условиях они прорастают и образуются новые особи. Некоторые виды грибов размножаются путем распада мицелия на отдельные членики. При половом размножении происходит слияние двух клеток.
biofile.ru
