Распространение микроорганизмов в природе.

Распространение микроорганизмов в природе.

1. Почва (> всего на верхнем горизонте);

2. Вода (< на поверхности);

3. Воздух (возд.палочка)

4. Пищевые продукты

5. Растения

6. организм животного и человека:

77, 5%-ЖКТ;

12%-на коже;

5%-дыхат.пути;

5%-моче-полов.сис-ма;

0, 5%-конъюктивы глаз.

Микрофлора ЖКТ:

-вес≈ 2, 5-30 кг;

-число клеток < в 10 раз общего числа клеток орг-ма;

-40% энергии трат-ся на пит. микроорг-ов

Экстремальные условия обитания

-«черные курильщики»(t=80-100˚ C);

-мертвое море (засоленные места);

-заледенелые места;

Deinococcus radioduras – самая выносливая бактерия(выдерживает высокие дозы радиации)

 

3, 4. Значение микроорганизмов в природе и жизни человека.

Положительное:

- происхождение жизни на Земле ( 3, 5 млн. лет назад)

- формирование атмосферы

- геологическая деятельность (нефть, газ, редкоземельные элементы, чёрные сланцы и т. д)

- почвообразование

- Бактерии и грибы разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ в природе.

- Человек использует бактерии для очистки сточных вод.

- Человек получает с помощью микроорганизмов множество незаменимых продуктов(хлеб и сыр, вино и кумыс, льняная пряжа).

- В кишечнике человека и других животных живут многие бактерии-симбионты, которые приносят огромную пользу организму.

- Бактерии, живущие внутри организма, выделяют дополнительное тепло.

- Человек заставил микробы вырабатывать бактериальные удобрения, антибиотики, витамины, препараты для защиты растений. Такое техническое использование микроорганизмов называется биотехнологией.

- Методом генетической инженерии получают многие белковые биологические вещества, представляющие ценность для медицины.

Отрицательное:

- Разлагая органические вещества, микроорганизмы являются причиной порчи продуктов.

- Некоторые микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности разрушают человеческие строения, чем наносят огромный ущерб.

- Некоторые микроорганизмы являются причиной инфекционных заболеваний человека.

 

 

Описательный этап в истории микробиологии

Джиромаро Фракасторо (1478-1553) писал что ннф-е заболевания вызывают маленькие тельца.

Афанасий Кирхерли и Антон ван Левенгук основоположники МБ

1676-год рождения МБ

1632-1723 Первым человеком, увидевшим микроорганизмы, был голландский учёный Антони ван Левенгук мануфактурщик из Дельф та. Заинтересовавшись, строение льна, он отшлифовал для себя несколько грубых линз которые вскоре назвал микроскопиями они давали увелечение в 200-300 раз. А. ван Левенгук рассматривал всё что попадалось под руку и обнаружил в ней огромное кол во мельчайших живых сущ-в в том числе и бактерий.

Луи Пастер(1822-1895) доказал МБ свойства брожения и т.д.

Роберт Кох(1843-1910) доказал, что болезни вызываются болезнетворными бактериями

Виноградский С.М.(1856-1953) и Мартин Бейринк(1851-1931) основоположники экологической МБ

Ценковский Л.С(1822-1916) вакцина против сибирской язвы

Мечников И.И.(1845-1916) основоположник мед. МБ

Омелянский В.Л. первый учебник МБ

Шапошников основоположник тех. МБ

Красильников определитель акциномицетов

 

6. Физиологический этап в истории развития микробиологии.

Историю развития микробиологии можно разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.

Физиологический этап развития микробиологии начался приблизительно с середины 19-го века и связан он с работами Луи Пастера и Роберта Коха см в7 и 8

 

Работы Роберта Коха.

Роберт Кох, выдающийся мастер прикладных исследований, открыл возбудителя сибирской язвы, холеры, туберкулеза и других микроорганизмов. Доказал, что болезни вызываются болезнетворными бактериями.

Постулаты:

1. микроорганизмы встречаются в организме болезнетворных людей и нет у здоровых.

2. м- м выделен чистом виде и выращен его штамм.

3. при взаимодействии с препаратом микроорганизма, здоровый человек заболевает.

Также он открыл методы борьбы с инфекционными заболеваниями, достиг успехов в микрофотографировании и раскрашивании. В 1905 году получил Нобелевскую премию.

 

Работы Луи Пастера.

Луи́ Пасте́ р (1822-1895) — французский микробиолог и химик, член Французской академии (1881). Пастер, показав микробиологическую сущность брожения и многих болезней человека, стал одним из основоположников микробиологии и иммунологии.

Работы Пастера:

- доказал МБ сущность брожения

- открыл анаэробиоз

- доказал невозможность самовозрождения жизни (на бульоне)

- заложил основы иммунологии

- показал МБ сущность многих болезней

- метод пастеризации (прогревание при высокой температуре)

 

Позднее его именем был назван род бактерий — пастерелла (Pasteurella), вызывающих септические заболевания, и к открытию которых он, по-видимому, не имел отношения.

 

Появление экологического направления в микробиологии. Работы Виноградского и Бейеринка.

Большой вклад в развитие общей МБ внесли Виноградский С.М.(1856-1953) и Мартин Бейринк(1851-1931). Оба много и плодотворно работали в разных областях МБ. Впитав, идеи Пастера о многообразии форм жизни в микромире Виноградский, ввел микроэкологический принцип в исследование микроорганизмов. Для выделения в лабораторных условиях группы бактерий с определёнными свой-ми Виноградский предложил создавать специфические элективные условия, дающие возможность преимущественного развития данной группы организмов. Поясним это примером. Виноградский предположил, что среди микроорганизмов есть виды, которые способны усваивать молекулярный азот атмосферы, являющийся инертной формой азота по отношению ко всем животным и растениям. Для выделения таких микроорганизмов в питательную среду были внесены источники углерода, фосфора и другие минеральные соли, но не добавлено никаких соединений, содержащих азот. В результате в этих условиях не могли расти микроорганизмы, которым необходим азот в форме органических или неорганических соединений, но могли расти виды, обладающие способностью фиксировать азот прямо из атмосферы. Именно так Виноградским в 1893 г. Был выделен из почвы анаэробный фиксатор. Виноградский выделил из почвы микроорганизмы, представляющие собой совершенно новый тип жизни и получившие название хемолитоавтотрофы. В качестве единственного источника углерода исполузуют углекислоту, а энергию получают в результате окисления неорганических соединений серы, азота, железа, сурьмы или молекулярного водорода.

Микроэкологический принцип был успешно развит Бейеринком и применён при выделении различных групп микроорганизмов. В частности, спустя 8 лет после открытия Виноградским анаэробного азотфиксатора, Бейеринк обнаружил в почве ещё один вид бактерий, способных к росту и азотфиксации в аэробных условиях. Круг научных интересов Бейеринка был необычайно широк. Ему принадлежат работы по исследованию физиологии клубеньковых бактерий, изучению процесса денитрификации и сульфатредукции, работы по изучению ферментов различных групп микроорганизмов.

Виноградский и Брейеринк являются основоположниками экологического направления МБ, связанного с изучением роли микроорганизмов в природных условиях и участием их в круговороте вещ-в в природе.

 

10.Вклад отечественных ученых в развитие микробиологии как науки.

Ценковский Лев Семенович: простейшие, водоросли, грибы: доказал, что малая разница между ними; предложил вакцину от сибирской язвы.

Мечников Илья Ильич: один из основоположников эволюционной эмбриологии, первооткрыватель фагоцитоза и внутриклеточного пищеварения, создатель сравнительной патологии воспаления, фагоцитарной теории иммунитета, основатель научной геронтологии.

Омелянский Василий Леонидович: автор первого учебника по микробиологии.

Гамалея Николай Федорович: основоположник вирусологии и Мб.

Надсон Георгий Адамович: директор института микробиологии.

Шапошников Владимир Николаевич: основатель технической МБ, процесс брожения.

Красильников Николай Александрович: определитель актиномицет.

Иерусалимский: особенности роста бактерий в культуре.

 

Клеточная стенка архей.

Некоторые не имеют клеточной стенки совсем, а некоторые имеют КС отличающуюся по структуре и химическому составу. КС метанообразующих архебактерий содержит пептидогликан особого хим. строения. У других представителей этой группы клеточная стенка состоит исключительно из кислого гетерополисахарида, из псевдомуреина, из гликопротеина у некоторых экстремально галофильных, метанообразующих и ацидотермофильных архебактерий только из белка. Архебактерии с клеточной стенкой белковой природы не окрашиваются по Граму, остальные типы архебактериальной клеточной стенки дают грам+ ную реакцию.

 

Отличие муреина от псевдомуреина:

компоненты муреина	компоненты псевдомуреина
N-ацетилмурам.кислота	N-ацетилтазоламинурон. кислота
D и L аминокислоты	только L амин.
бета 1, 4 гликозидная связь	бета 1, 3 гликозидные связи

 

Строение мембраны бактерий.

Оболочка бактерий состоит из азотистых веществ, углеводов и липоидов. Отличается большой прочностью, различают два слоя.

Плотный наружный слой служит опорой, придает клетке форму. Внутренний слой (цитоплазматическая мембрана) содержит активные ферментные сис-мы. Оболочка микробов полупроницаема, избирательно пропускает только истинные растворы; через толщу оболочки в клетку поступают необходимые для жизни вещ-ва и выделяются продукты обмена. Она несет защ-ую и барьерную ф-ии.

Поверхностный слой некот-ых бактерий способен к разбуханию и обильному ослизнению, в результате чего образуется чехол или футляр бактериальной клетки-капсула. Капсула слабо воспринимает краски и при обычных методах окрашивания имеет вид бледной каймы. Капсула является защитным приспособлением микробов: бактерии, имеющие капсулу, более устойчивы к неблагоприятным внеш. воздействиям (высушиванию, хим. вещ-вам, к бактериофагу и фагоцитозу).

 

S слой бактерий.

Регулярно построенный поверхностный слой белков или гликопротеидов располагается снаружи и целиком покрывает клетку. Толщина – 5 -25нм. Между центральными субъединицами 2, 2-35нм, кроем того между ними есть поры. Субъединицы связаны нековалентными связями. В S слое нет серосодержащих аминокислот. Обычно есть слабокислые белки. Поры могут занимать до 70% поверхности S слоя. На белки S слоя приходится 70% белков клетки. S слой придаёт форму клетки и выполняют функцию «сита». Кроме того защищают от фагоцитов.

 

Жгутики бактерий.

Жгутики необходимы для движения. Число, размеры – таксономический признак.

Расположение – полярное, субполярное, латеральное.

Типы бактерий-жгутиконосцев: монотрих( на полюсе 1 жгутик), лофотрих (монополярн. политрихиальн.), амфитрих (биполярное моно- или поли-трихиальное распол-ние), перитрихи ( расп-ные по всей поверхн.)

Толщина: 10-20 нм, длина: 3-15 мкм. Полярные толще перитрихиальных.

Строение: 1. Нить – белковый цилиндр (белки – флагелины, кот уложены спирально и образуют нить). Она синтезируется из белка клетки по полому цилиндру, выстраиваясь в конец. 2. Снаружи покрыт чехлом. 3. Крюк – утолщение, изогнутое под углом, обр-на из белка. 4. Базальное тело – вмантировано в ЦПМ и ЦПстенку.

Структуры: стержень=> контактирует с круком; диски, нанизанные на стержень, Белковые статоры (приводят в движение); белковый колпачок.

Диски: М ( в ЦПМ), С (в периплазме), Р (цитогликане), L (в нар. мембране, только у грам «-«).

В движение жгутик приводится с помощью трансмембранного градиента протонов.

 

Движение бактерий. Таксисы

Типы движения бактерий

1)Плавание – обеспечивается вращением жгутиков

2)Скольжение – происходит за счёт выделения слизи бактериями, за счёт внутриклеточного бак. белков встречается у цианобактерий и серных и несерных бактерий.

 

Таксис – направленное движение бактерий в ответ на одностороннее действие факторов:

- положительное (движение к фактору)

- отрицательное (от раздражителя)

Типы таксиса на различные раздражители:

1) Хемотаксис – химическое вещ-во раздражителя:

1.Инертные вещества

2. эффекторы

-аттрактанты (вызывают раздражения)

-реквеленты (вещества отпугивающие бактерии)

2)Аэротаксис – движение на молекулы кислорода

3)Фототаксис – движение темноты к свету

4)Магнитотаксис – движение по силовым линиям, магнитным, отн-ие к бактерия у которых магнитосомы

5)Вискозитаксис – увеличение или уменьшение вязкости свойство для симбионтов (патогенных)

6)Термотаксис – увеличение или уменьшение температуры

 

Размножение бактерий.

Рост бактерий – увеличение бактериальной клетки в размерах без увеличения числа особей в популяции.

Размножение бактерий – процесс, обеспечивающий увеличение числа особей в популяции. Бактерии характеризуются высокой скоростью размножения.

Рост всегда предшествует размножению. Бактерии размножаются поперечным бинарным делением, при котором из одной материнской клетки образуются две одинаковые дочерние.

Процесс деления бактериальной клетки:

1) репликация хромосомной ДНК. В точке прикрепления хромосомы к цитоплазматической мембране (точке-репликаторе) действует белок-инициатор, который вызывает разрыв кольца хромосомы, и далее идет деспирализация ее нитей. Нити раскручиваются, и вторая нить прикрепляется к цитоплазматической мембране в точке-прорепликаторе. За счет ДНК-полимераз по матрице каждой нити достраивается точная ее копия. Удвоение генетического материала – сигнал для удвоения числа органелл. В септальных мезосомах идет построение перегородки, делящей клетку пополам.

2) Двухнитевая ДНК спирализуется, скручивается в кольцо в точке прикрепления к цитоплазматической мембране. Это является сигналом для расхождения клеток по септе. Образуются две дочерние особи.

На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток – колонии, различные по размерам, форме, поверхности, окраске и т. д. На жидких средах рост бактерий характеризуется образованием пленки на поверхности питательной среды, равномерного помутнения или осадка.

Размножение бактерий определяется временем генерации. Это период, в течение которого осуществляется деление клетки. Продолжительность генерации зависит от вида бактерий, возраста, состава питательной среды, температуры и др.

Фазы размножение бактериальной клетки на жидкой питательной среде:

• 1-я — начальная, или лаг-фаза, — характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой;
• 2-я — логарифмическая, или лог-фаза, — характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и значительным увеличением числа клеток в популяции;
• 3-я — стационарная фаза — наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что наступает равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток.

• 4-я — фаза отмирания (логарифмической гибели) — характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции. Прекращение роста численности (размножения) популяции микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды или накоплением в ней продуктов метаболизма микробных клеток.

32. Периодическая культура микроорганизмов. Явление диауксии.

Периодическая культура – популяция клеток в органическом жизненном пространстве.

Кривая, описывающая зависимость логарифма числа живых клеток от времени, называется кривой роста.

фазы ростаразделяют на: начальную (или лаг-) фазу, экспоненциальную (или логарифмическую) фазу, стационарную фазу и фазу отмирания.

Начальная фаза. Эта фаза охватывает промежуток времени между инокуляцией и достижением максимальной скорости деления. Продолжительность этой фазы зависит главным образом от предшествовавших условий культивирования и возраста инокулята, а также от того, насколько пригодна для роста данная среда.

Количественное изменение состава бактериальной клетки во время начальной фазы роста сильнее всего затрагивает рибонуклеиновую кислоту: содержание РНК повышается в 8-12 раз. Это указывает на участие РНК и рибосом в синтезе ферментных белков.

Экспоненциальная фаза. Эта фаза роста характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток Численность бактерий увеличивается в геометрической прогресси, характерно постоянное деление.. Скорость во время экспоненциальной фазы зависит от вида бактерий и типа клеток, а также от среды. Величина клеток и содержание в них белка у многих бактерий тоже остаются в экспоненциальной фазе постоянными.

Стационарная фаза. наступает тогда, когда число клеток перестает увеличиваться. Скорость роста зависит от концентрации субстрата-при уменьшении этой концентрации, еще до полного использования субстрата, она начинает снижаться. Поэтому переход от экспоненциальной фазы к стационарной происходит постепенно. Скорость роста может снижаться не только из-за нехватки субстрата, но также из-за большой плотности бактериальной популяции, из-за низкого парциального давления 02 или накопления токсичных продуктов обмена. И в стационарной фазе могут еще происходить такие процессы, как использование запасных веществ, распад части рибосом и синтез ферментов. Быстро гибнут лишь очень чувствительные клетки; другие еще долго сохраняют жизнеспособность-до тех пор, пока есть возможность получать необходимую для этого энергию в процессе окисления каких-либо запасных веществ или клеточных белков.

Количество биомассы, достигнутое в стационарной фазе, называют выходом или урожаем. Урожай зависит от природы и количества используемых питательных веществ, а также от условий культивирования.

Фаза отмирания. Фаза отмирания и причины гибели бактериальных клеток в нормальных питательных средах изучены недостаточно. Сравнительно легко понять случаи, когда в среде накапливаются кислоты (при росте Escherichia, Lactobacillus). Число живых клеток может снижаться экспоненциально. Иногда клетки лизируются под действием собственных ферментов (автолиз).

У бактерий, способных использовать два различных источника углерода, наблюдают двухфазный рост (так называемая диауксия). Примером может служить рост кишечной палочки на среде с глюкозой и сорбитолом.

• Для подобных микроорганизмов характерен начальный пик роста, в течение которого бактерии утилизируют только один углевод.

• После исчерпания его запасов наступает стационарная фаза, в течение которой в культуре инициируются синтез ферментов и механизмы транспорта для утилизации второго углевода.

• Если физиологические условия удовлетворительны, в бактериальной культуре начинается фаза вторичного экспоненциального роста, инициированная утилизацией второго углевода.

Антибиотики.

Химиотерапевтические препараты – это лекарственные вещества, используемые для подавления жизнедеятельности и уничтожения микроорганизмов в тканях и средах больного, обладающие избирательным действием.

По направленности действия химиотерапевтические препараты делят на:

1) противопротозойные;

2) противогрибковые;

3) противовирусные;

4) антибактериальные.

По химическому строению выделяют несколько групп химиотерапевтических препаратов:

1) сульфаниламидные препараты (сульфаниламиды) – производные сульфаниловой кислоты. Они нарушают процесс получения микробами необходимых для их жизни и развития ростовых факторов – фолиевой кислоты и других веществ. К этой группе относят стрептоцид, норсульфазол, сульфаметизол, сульфометаксазол и др.;

2) производные нитрофурана. Механизм действия состоит в блокировании нескольких ферментных систем микробной клетки. К ним относят фурацилин, фурагин, фуразолидон, нитрофуразон и др.;

3) хинолоны. Нарушают различные этапы синтеза ДНК микробной клетки. К ним относят налидиксовую кислоту, циноксацин, норфлоксацин, ципрофлоксацин;

4) азолы – производные имидазола. Обладают противогрибковой активностью. Ингибируют биосинтез стероидов, что приводит к повреждению наружной клеточной мембраны грибов и повышению ее проницаемости. К ним относят клотримазол, кетоконазол, флуконазол и др.;

5) диаминопиримидины. Нарушают метаболизм микробной клетки. К ним относят триметоприм, пириметамин;

6) антибиотики – это группа соединений природного происхождения или их синтетических аналогов.

Принципы классификации антибиотиков.

1. По механизму действия:

1) нарушающие синтез микробной стенки.

2) нарушающие функции цитоплазматической мембраны.

3) нарушающие синтез белков и нуклеиновых кислот.

2. По типу действия на микроорганизмы:

1) антибиотики с бактерицидным действием (влияющие на клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану);

2) антибиотики с бактериостатическим действием (влияющие на синтез макромолекул).

3. По спектру действия:

1) с преимущественным действием на грамположительные микроорганизмы (линкозамиды, биосинтетические пенициллины, ванкомицин);

2) с преимущественным действием на грамотрицательные микроорганизмы (монобактамы, циклические полипептиды);

3) широкого спектра действия (аминогликозиды, левомицетин, тетрациклины, цефалоспорины).

4. По химическому строению:

1) b-лактамные антибиотики. К ним относятся:

а) пенициллины, среди которых выделяют природные (аминипенициллин) и полусинтетические (оксациллин);

б) цефалоспорины (цепорин, цефазолин, цефотаксим);

в) монобактамы (примбактам);

г) карбапенемы (имипинем, меропинем);

2) аминогликозиды (канамицин, неомицин);

3) тетрациклины (тетрациклин, метациклин);

4) макролиды (эритромицин, азитромицин);

5) линкозамины (линкомицин, клиндамицин);

6) полиены (амфотерицин, нистатин);

7) гликопептиды (ванкомицин, тейкоплакин).

Антибиоз

Антибиоз (от др.-греч. ἀ ν τ ι - — против, β ί ο ς — жизнь) — антагонистические отношения видов, когда один организм ограничивает возможности другого, невозможность сосуществования организмов, например из-за интоксикации одними организмами (антибиотиками, фитонцидами) среды обитания других организмов. Случай, когда негативное воздействие направлено лишь в одну сторону называется аменсализм, обоюдное[1] негативное влияние организмов описывается термином конкуренция.

Термин введён микробиологом Зельманом Ваксмэном в 1942 году.

Антибиоз - подавление развития или полного отмирания организмов под влиянием вещества других видов.

 

Донору электронов.

Метаболизм-совокупность всех химических превращений, происходящих в клетках, обеспечивающий все образования.

Катаболизм (диссимиляция, энергетический механизм)-расщипление разных субстратов для получения энергии.

Анаболизм (ассимиляция, конструктивный механизм)-биосинтез высокомолекулярных соединений, используемый для получения структур.

В процессе катаболизма запасание энергии идет в форме молекул АТФ. 2 способа образования АТФ: 1)мембранное фосфорилирование (дыхание-окислительное ф-е; фотосинтез-фото ф-е); 2)субстратное ф-е (брожение).

Молочнокислое брожение.

Молочнокислое брожение — процесс анаэробного окисления углеводов, конечным продуктом при котором выступает молочная кислота. Для молочнокислых бактерий является основным путем катаболизма углеводов и основным источником энергии в виде АТФ. Также молочнокислое брожение происходит в тканях животных в отсутствии кислорода при больших нагрузках.

Фермент: лактатдегидрогеназа

1) Гетероферментативное (деградация глюкозы идет по пентозофосфатному пути, окисляется до молочной кислоты, а ацетилфосфат восстанавливается до этанола. Таким образом, при гетероферментативном молочнокислом брожении образуется больше продуктов: молочная кислота, уксусная кислота, этанол, двуокись углерода. примеры гетероферментативных молочнокислых бактерий: L. fermentum, L. brevis, Leuconostoc mesenteroides, Oenococcus oeni.)

2) Гомоферментативное (углевод сначала окисляется до пирувата по гликолитическому пути, затем пируват восстанавливается до молочной кислоты НАДН+Н. Продуктом гомоферментативного молочнокислого брожения является молочная кислота, которая составляет не менее 90 % всех продуктов брожения. Примеры гомоферментативных молочнокислых бактерий: Lactobacillus casei, L. acidophilus, Streptococcus lactis.)

Глюкоза – лактат + 2 АТФ + 2 воды

Аэротолерантные анаэробы

Ипользуется при производных кисло-молочных продуктов

1) Кефир – молочнокислые палочки, молочные стрептококки, уксуснокислые бактерии

2) Ряженка – закваска лактобасилус

 

Спиртовое брожение.

Спиртовое брожение — химическая реакция брожения, осуществляемая дрожжами, в результате которой одна молекула глюкозы преобразуется в 2 молекулы этанола и в 2 молекулы углекислого газа.

Реакция спиртового брожения подобна гликолизу. Расхождение начинается только после образования пирувата.Конечный этап гликолиза заменяется двумя ферментативными реакциями. Сначала пируват подвергается декарбоксилированию, продуктом которого является ацетальдегид. Данная реакция происходит при участии пируватдекарбоксилазы, ТПФ и ионов магния.

 

 

После ацетальдегид восстанавливается водородом, который отщепляется от кофермента НАДН. При этом ацетальдегид восстанавливается до этанола. Собственно, цель спиртового брожения — это окисления NADH, чтобы он мог снова принять участие в гликолизе. Катализатором является алкогольдегидрогеназа.

 

 

Таким образом, продуктами спиртового брожения являются этанол и CO2, а не молочная кислота, как в молочнокислом брожении.

 

В результате получается реакция:

 

Возбудители спиртового брожения (прокариоты): Sarcina ventriculi

Ervinia amulovora

 

Возбудители спиртового брожения (эукариоты): - дрожжи (фак. анаэробы)

Эффект Пастера: кислород ингибирует брожение.

Производство пива: сусло этанол + СО2

 

Пропионовокислое брожение.

Пропионовокислое брожение. Род Propionibacterium: Коринеформные бактерии, включают гранположительные неподвижные палочки, не образующие спор. При не благоприятных условиях роста появляются булавовидные формы. Не растут на твердых средах при доступе воздуха, не переносят атмосферного О2, растут в анаэробных условиях, регенерируют АТР за счет энергии брожения, обладают генсодержащими ферментами.

Микроаэротолерантные формы.

Фотосинтез пурпурных бактерий:

Характеристика фототрофов, морфология и локализация фотосинтетического аппарата, механизм фотосинтеза.

Пурпурные бактерии. Жгутиковые, серные: Chromatium, Thiospirillum. Безжгутиковые Na2C2O3 Amoebabacter, Tiodictyon. Фотолитотрофы СО2: Thiopedia.

51. Маслянокислое брожение.
Превращение углеводов с образованием масляной кислоты было известно давно. Природа маслянокислого брожения как результат жизнедеятельности микроорганизмов была установлена Луи Пасте-ром в 60-х годах прошлого века.
Возбудителями брожения являются масля-нокислые бактерии, получающие энергию для жизнедеятельности путем сбраживания углеводов. Они могут сбраживать разнообразные вещества — углеводы, спирты и кислоты, способны разлагать и сбраживать даже высокомолекулярные углеводы — крахмал, гликоген, декстрины.

Маслянокислое брожение в общем виде описывается уравнением

C6H12О6 -> СН3*CН2*СООН+2С02+2Н2

глюкоза масляная кислота

При этом брожении накапливаются различные побочные продукты. Наряду с масляной кислотой, углекислым газом и водородом образуются этиловый спирт, молочная и уксусная кислоты.
Некоторые маслянокислые бактерии, кроме того, образуют ацетон, бутанол и изопропи-ловый спирт.
Брожение начинается с процесса фосфорили-рования глюкозы и далее идет по гликолитиче-скому пути до стадии образования пировиноградной кислоты. Затем образуется уксусная кислота, которая активируется ферментом. После чего при конденсации (соединении) из двуугле-родного соединения получается четырехугле-родная масляная кислота. Таким образом, при маслянокислом брожении происходит не только разложение веществ, но и синтез.
По данным В. Н. Шапошникова, в маслянокислом брожении различаются две фазы. В первой параллельно с увеличением биомассы накапливается уксусная кислота, а масляная кислота образуется преимущественно во второй фазе, когда синтез веществ тела замедляется.
Маслянокислое брожение происходит в природных условиях в гигантских масштабах: на дне болот, в заболоченных почвах, илах и всех тех местах, куда ограничен доступ кислорода. Благодаря деятельности маслянокис-лых бактерий разлагаются огромные количества органического вещества.

Цикл Кребса.

Цикл Кребса — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ.

 

Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др. У эукариот все реакции цикла Кребса протекают внутри митохондрий, причём катализирующие их ферменты, кроме одного, находятся в свободном состоянии в митохондриальном матриксе, исключение составляет сукцинатдегидрогеназа, которая локализуется на внутренней митохондриальной мембране, встраиваясь в липидный бислой. У прокариот реакции цикла протекают в цитоплазме.

 

При работе цикла Кребса окисляются различные продукты обмена, в частности токсичные недоокисленные продукты распада алкоголя, поэтому стимуляцию цикла Кребса можно рассматривать как меру биохимической детоксикации.

 

Общее уравнение одного оборота цикла Кребса:

Ацетил-КоА → 2CO2 + КоА + 8e−

 

Интегративная функция — цикл является связующим звеном между реакциями анаболизма и катаболизма.

1.Катаболическая функция — превращение различных веществ в субстраты цикла:

Жирные кислоты, пируват, Лей, Фен — Ацетил-КоА.

Арг, Гис, Глу — α -кетоглутарат.

Фен, тир — фумарат.

2.Анаболическая функция — использование субстратов цикла на синтез органических веществ:

Оксалацетат — глюкоза, Асп, Асн.

Сукцинил-КоА — синтез гема.

CО2 — реакции карбоксилирования.

3.Водорододонорная функция — цикл Кребса поставляет на дыхательную цепь митохондрий протоны в виде трех НАДН.Н+ и одного ФАДН2.

4.Энергетическая функция — 3 НАДН.Н+ дает 7.5 моль АТФ, 1 ФАДН2 дает 1.5 моль АТФ на дыхательной цепи. Кроме того в цикле путем субстратного фосфорилирования синтезируется 1 ГТФ, а затем из него синтезируется АТФ посредствам 5.трансфосфорилирования: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.

 

Аммонификация.

Аммонификация – процесс превращения органического азота (N) в NH4. (Гниение, минерализация)

Белки: экзопротеазы.

Нуклеиновые кислоты: экзонуклеазы.

Бактерии: Bacillus, Pseudomonas, Micromycetes грамполож.

Аммонификация мочевины

Уробактерии образуют фермент уреазу. Под действием фермента уреазы происходит гидролиз мочевины с образованием карбоната аммония, который почти тотчас разлагается на составные компоненты – NH₃, H₂O, CO₂.

H₂N-CO-NH₂ + H₂O → (NH₄)₂CO₃ → 2NH₃ + H₂O + CO₂

Бактерии, разлагающие мочевину, получили название уробактерий. К ним относятся Sporosarcina ureae, Micrococcus ureae, Bacillus pasteuri и Baccilus probatus.

В качестве азота они используют аммиачные соли или свободный аммиак, образующийся при гидролизе мочевины. Углерод из мочевины уробактерии использовать не могут, так как он находится в сильно окисленной форме и при гидролизе не выделяется в виде углерода диоксида. Углерод уробактерии используют из различных органических соединений (соли лимонной, янтарной, яблочной, уксусной и других кислот, а также моносахариды, сахариды и крахмал).

Нитрификация – окисление аммония (NH3) до нитрата (NO3).

В почве является нежелательным процессом.

Проходит в 2 стадии

Первая стадия — окисление аммиака до нитрит-аниона

, которое осуществляют нитрозные бактерии родов Nitrosomonas, Nitrosococcus и Nitrosospira (ранее выделялись также рода Nitrosolobus, Nitrosovibrio, но сейчас их представители включены в Nitrosospira ) по следующему механизму:

1. NH₃ + O₂ + НАДН₂ → NH₂OH + H₂O + НАД⁺

2. NH₂OH + H₂O → HNO₂ + 4H⁺ + 4e⁻

3. 1/2O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O

Ферментом для первой реакции служит аммиакмонооксигеназа. Гидроксиламин ингибирует работу фермента. В бесклеточных экстрактах восстановителем может служить НАД(Ф)·H.

Следующую реакцию осуществляет гидроксиламиноксидоредуктаза. Окислителем в них служит цитохром c, с него электрон передаётся на убихинон и далее в дыхательную цепь, на цитохромоксидоредуктазу и, в конечном итоге, на кислород. При этом запасается энергия в виде трансмембранного протонного потенциала.

Образование НАД(Ф)·H для фиксации углекислого газа в цикле Кальвина происходит путём обратного переноса части электронов.

Вторая стадия — окисление аниона азотистой кислоты до аниона азотной, производимое нитратными бактериями (почвенный род Nitrobacter и водные Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina). Процесс протекает в одну реакцию:

NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻

катализируемую нитрит: нитрат-оксидоредуктазой, локализованной в ЦПМ. Далее электроны передаются на цитохромы дыхательной цепи, в которой единственным пунктом транслокации протонов является цитохромоксидаза.

Образование НАД(Ф)·H для фиксации углекислого газа также происходит путём обратного переноса электронов.

Участвуют 2 типа бактерий: нитроазотные – грамотриц., полиморфные, подвижные (образуют слизь), аэробы; нитратные – грамотриц., полиморфные.

Бактериофаги.

Бактериофа́ ги— вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или, реже, РНК). Размер частиц приблизительно от 20 до 200 нм.

Вирулентные бактериофаги имеют следующий жизненный цикл:

12345Следующая ⇒

Поделиться: