Тема: Физиология микроорганизмов

Основу жизнедеятельности микроорганизмов составляет обмен веществ (метаболизм). У микроорганизмов есть два процесса:

• Конструктивный обмен (питание)

• Энергетический процесс (дыхание).

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.

Химический состав микроорганизмов

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.

Питание микроорганизмов

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:

1. 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.

2. 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.

3. 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:

• Размеры

• Селективность

• Температура

Ферменты делят на 6 видов:

• Аксидуктоза

• Трансфероза

• Гидролаза

• Маза

• Изомероза

• Лигоза

Культуру микроорганизмов можно заменить различными ферментами, выделенные в чистом виде.