Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекція №4
Тема: Живлення мікроорганізмів
План:
1. Поняття про обмін речовин в мікроорганізмах.
Найважливішою ознакою живої матерії є постійний обмін речовин між організмом і середовищем. Сукупність процесів надходження до організму речовин зовнішнього середовища, їх перетравлення, засвоєння та виділення незасвоєних решток називається обміном речовин або метаболізмом.
Метаболізм: анаболізм (конструктивний обмін, асиміляція) та катаболізм (енергетичний обмін, дисиміляція) - включає в себе процеси розпаду органічних речовин із одночасним виділенням енергії та акумуляцією її в АТФ та інші високоергічні сполуки.
У мікроорганізмів розрізняють дві форми катаболізму: дихання та бродіння.
Анаболізм та катаболізм відбуваються у клітині одночасно, проте характеризуються різноманітністю, яка є результатом здатності цих форм життя використовувати як джерела енергії і як вихідні субстрати для побудови речовин тіла – різні органічні та неорганічні речовини.
Поживні речовини проникають в середину клітини через всю її поверхню. Мікробна клітина потребує їх за добу у 20-30 разів більше своєї маси. Поступання споживних речовин – це непростий механічний рух, а складний фізико-хімічний процес, в якому велику роль відіграють їх консистенція, склад, розчинність, розміри молекул, проникливість цитоплазматичної мембрани, ферменти, рН середовища, ізоелектрична точка речовини цитоплазми та інше.
Поживні речовини поступають в мікробну клітину різними засобами. Найбільш простий з них – пасивна дифузія, за допомогою якої переміщення речовин відбувається завдяки різниці їх концентрацій по обидві сторони цитоплазматичної мембрани. Завдяки пасивній дифузії через цитоплазматичну мембрану проходить вода і деякі речовини. Інтенсивність такої дифузії невелика. Вона здійснюється без втрати енергії.
Ще однин тип – полегшена дифузія ( за допомогою молекул-переносників). Активна дифузія – із затратами енергії та рух речовин проти градієнту концентрацій.
2. Типи живлення
Мікроорганізми можуть засвоювати вуглець з неорганічних та органічних вміщуючи сполук, в зв’язку з чим їх поділяють на дві великі групи: автотрофи і гетеротрофи.
Автотрофи (хемолітотрофи, фотолітотрофи) засвоюють вуглець з диоксиду вуглецю (СО2) повітря та утворюють органічну речовину за допомогою енергії якої, що звільнилася в процесі окислення деяких мінеральних сполук (хемосинтез), або енергії Сонця (фотосинтез). Явища хемосинтезу у хемолітотрофів вперше (1887 р.) встановлено російським мікробіологом С.Н.Виноградським при вивчені безфарбних сіркобактерій, нітрифікуючих та інших мікроорганізмів. Енергія, що утворюється в процесі окислювальних реакцій, може бути використана бактеріями для засвоєння вуглецю та утворення органічних речовин.
Гетеротрофи (хемоорганотрофи) – мікроорганізми, які для засвоєння використовують вуглець з готових органічних сполук. Ця група найбільш поширена по своєму складу. Вона включає до себе як сапрофіти, так і паразити. Сапрофіти, або метатрофи споживають мертву тканину тварин і рослин. Паразити або паратрофи, використовують для харчування органічні речовини живих організмів та ведуть паразитичний образ життя. Це збудники інфекційних хвороб.
Мікроорганізми по різному реагують на наявність кисню. Одні з них можуть існувати тільки при обов’язковій його наявності, тоді як для інших – кисень шкідливий. Деякі групи мікроорганізмів можуть змінювати свій тип дихання залежно від умов зовнішнього середовища.
Дихання мікроорганізмів уявляє собою біологічне окислення різних органічних сполук та деяких мінеральних речовин. Сьогодні окислення визначають як процес відокремлення водню (дегідрування), а востановлення – його приєднування (реакції, пов’язані з переносом протонів і електронів або тільки електронів).
Таким чином, біологічні перетворення в цитоплазмі мікробної клітини, що пов’язані з рухом протонів та електронів уявляють собою складний біохімічний процес за допомогою ферментів.
По типу дихання мікробів поділяють на аероби, анаероби та факультативні анаероби.
Аеробне дихання мікроорганізмів – це процес, при якому останнім акцептором водню (протонів та електронів) є молекулярний кисень. В результаті окислення головним чином складних органічних сполук з’являється енергія, яка виділяється в навколишнє середовище або накопичується в макроенергетичних фосфатних зв’язках АТФ. Розподіляють повне та неповне окислення.
Повне окислення. Загальним джерелом у мікроорганізмів є вуглеводи. При їх розщепленні, що проходять різними шляхами, з’являється важливий проміжний продукт – піровиноградна кислота (піруват). Повне окислення піровиноградної кислоти викликає в циклі три карбонових кислот (цикл Кребса) (мал.. 3).
В результаті розщеплення в аеробних умовах процес окислення іде до кінця – одержання диоксиду вуглецю і води з виділенням більшої кількості свобідної енергії.
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О
∆G* = - 2872 кДж/маси
∆G – символ свобідної енергії.
Неповне окислення. Не всі аероби доводять реакції окислення до кінця. При надлишку вуглеводів в середовищі з’являються продукти неповного окислення, в котрих заключна енергія. Кінцевими продуктами неповного аеробного окислення глюкози можуть бути органічні кислоти: лимонна, яблучна, янтарна та інші.
Які утворюються пліснявими грибами. Наприклад: аеробне дихання (окислення етилового спирту):
1) СН3 СН2 ОН + О2→ СН3 СООН + Н2О ∆ G = (2)
= - 494 кДж∕моль
2) СН3 СН2 ОН + 3О2→ 2СО2 + 3Н2О ∆ G = (3)
= -1366 кДж∕моль
У деяких бактерій в процесі дихання проходить окислення неорганічних речовин. Прикладом окислення неорганічних сполук служать процеси нитрифікації, що супроводжуюються окисленням аміаку до азотістої, а потім до азотної кислоти. В кожному випадку виділяється енергія: в першій фазі 662 кДж/моль, в другій 202 кДж/моль.
Анаеробне дихання здійснюється без участі молекулярного кисню. Розділяють анаеробне дихання як нітратне та сульфатне бродіння. В процесі анаеробного дихання акцентором водню являється окислення неорганічних речовин, які легко віддають кисень та перетворюються у відновні форми. Так проходять денітрифікація і десульфуфікація(сульфатредукція).
Нитратне дихання – востановлення нітратів до молекулярного- проходить за схемою. (4)
5С6Н12О6 +24КNO3→ 24КНСО3 + 18Н2О + 12N2 + 6СО2 ∆ G=
= -1760кДж/моль
Сульфатне дихання- встановлення сульфатів до сірководню, яке супроводжується виділенням такої ж кількості енергії:
С6Н12О6 + 3К2SО4→ 3К2СО3 + 3СО2 + 3Н2О + 3Н2S ↑ ∆ G=
= -1760кДж/моль
Процес востановлення нитратів до молекулярного азоту індуцирується молібдеквміщующим ферментом-нітроредуктазою. Якщо в середовищі з’являється кисень, функція редуктази подавляється. Тому востановлення нітратів проходить тільки в анаеробних умовах.
3. Потреби мікроорганізмів у факторах росту
Крім елементів мінерального живлення, джерел вуглецю та енергії, які повинні входити до складу поживного середовища, багато які мікроорганізми потребують додаткових речовин, які називаються факторами росту. Ці речовини входять до основного складу клітини, але деякі організми не можуть їх самі синтезувати.
Фактори росту можна віднести до трьох груп:
Вони потрібні в дуже малих кількостях. Останні беруть участь у каталітичних процесах.
Організми, які потребують факторів росту, називаються ауксотрофами і протиставляються прототрофам.
Кількість і природа для різних мікроорганізмів різна.
Література: