Мікробіологія - Конспект лекцій

Подождите немного. Документ загружается.

кислотою утворюються нуклеопротеїди, з полісахарідами – глікопротеїди, з

жироподібними речовинами – ліпопротеїди. Нуклеопротеїди складають

основну масу мікробного білка, приймають активну участь в розмноженні

клітини, передачі спадкових ознак.

Велика роль в житті мікробної клітини нуклеїнових кислот. Відомі

нуклеїнові кислоти: рибонуклеїнова (РНК) та дезоксірібонуклеїнова (ДНК).

ДНК звичайно знаходяться в ядрі клітини, РНК – в цитоплазмі. Розділяють

три типа РНК:

 рібосомну;

 інформаційну;

 транспортну.

У вірусів визначена тільки одна нуклеїнова кислота: ДНК або РНК. З

інших протеїдів слід визначити хромопротеїди, які приймають участь в

процесі дихання, та ферменти, роль яких непомірно велика як каталізаторів

біологічних процесів.

Вуглеводи в мікробній клітині представлені полісахарідами. У

цитоплазмі вуглеводи зустрічаються у вигляді зерен, крохмалю та глікогену.

Вони служать головним чином енергетичним матеріалом, їх склад в

мікробній клітині від 12 до 18%.

Вуглеводами багаті капсульні мікроби: збудник сибірської язви,

лейконосток та інші. В кожному з мікроорганізмів є означений полісахарид,

що дає змогу їх диференціювати. Кількість ліпідів коливається від 3,8 до 40%

(дифтерійна бактерія вміщує 3,8%, туберкульозна – 40%). Ліпіди

підтримують структуру цитоплазми, входять до складу цитоплазматичних

мембран. В мікробній клітині ліпіди розподілені нерівномірно, їх більше

вміщується в поверхневих шарах та оболонці клітини. Ліпіди та ліпоїди

підвищують стійкість мікробів до кислот та інших речовин.

Мінеральні речовини різноманітні як за складом, так і за кількістю.

Вони уявляють золу після спалювання вегетативних форм мікробів і

складають від 2 до 14% сухої речовини клітини. В більшій кількості

зустрічаються фосфор, калій, натрій, сірка, кальцій, магній, залізо, хлор, а

також мікроелементи (цинк, мідь, кобальт, барій, марганець та інші).

Мікроелементи визначаються в золі в дуже малих кількостях вони входять до

складу ферментів, вітамінів та інших компонентів мікробної клітини.

2. Обмін речовин у мікробів

Обмін речовин – загальна властивість живого організму. Він включає

до себе два процеси:

1) потрапляння з навколишнього середовища поживних речовин,

необхідних для синтезу складових частин мікробної клітини;

2) виділення в навколишнє середовище продуктів життєдіяльності.

Обмін речовин (метаболізм) розділяють на два процеси: анаболізм

(асиміляція) і катаболізм (дисиміляція), розділення це вельми умовно, так як

в живій клітині вони взаємозв’язані.

Потребу в поживних речовинах мікроби можуть задовольнити

безпосередньо засвоюючи їх, або попередньо змінюючи таким чином, щоб

вони (поживні речовини) ставали придатними до вживання.

Мікроорганізми можуть засвоювати вуглець з неорганічних та

органічних вміщуючи сполук, в зв’язку з чим їх поділяють на дві великі

групи: автотрофи і гетеротрофи.

Схема 2 Метаболізм у мікроорганізмів

Автотрофи (хемолітотрофи, фотолітотрофи) засвоюють вуглець з

диоксиду вуглецю (СО

) 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 серобактерій,

нітрифікуючи та інших мікроорганізмів. Енергія, що утворюється в процесі

окислювальних реакцій, може бути використана бактеріями для засвоєння

вуглеця та утворення органічних речовин.

Гереротрофи (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.

Метаболізм

Анаболізм Катаболізм

Автотрофи Гетеротрофи

Хемолітотрофи

Фотолітотрофи

Фотоорганотрофи Хемоорганотрофи

Паратрофи

Метатрофи

Механізм метаболізму у мікробів

Споживні речовини проникають в середину клітини через всю її

поверхню. Мікробна клітина потребує їх за добу у 20-30 разів більше своєї

маси. Вступлення 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.

Анаболізм (конструктивний обмін) і катаболізм (енергетичний обмін)

звичайно проходять одноразово. Вони взаємозв’язані і являються складовими

єдиного процесу метаболізму.

Споживні 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.

3. Засоби біологічного окислення, що використовують

мікроорганізми

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.

+ 6О

→ 6СО

+ 6Н

∆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) СН

СН

ОН + О

→ СН

СООН + Н

О ∆ G = (2)

= - 494 кДж∕моль

2) СН

СН

ОН + 3О

→ 2СО

+ 3Н

О ∆ 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)

5С

+24КNO

→ 24КНСО

+ 18Н

О + 12N

+ 6СО

∆ G=

= -1760кДж/моль

Сульфатне дихання- встановлення сульфатів до сірководню, яке

супроводжується виділенням такої ж кількості енергії:

+ 3К

SО

→ 3К

СО

+ 3СО

+ 3Н

О + 3Н

↑ ∆ 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.

Контрольні питання:

1.У чому суть понять метаболізм,анаболізм,катаболізм?

2.Яку роль відіграють рибосоми,мітохондрії,апарат Гольджі та

нуклеотиди у забезпеченні життєдіяльності мікробної клітини?

3.Які ви знаєте біологічно активні речовини,що знаходяться в

мікробній клітині?

4.Назвіть 6 класів ферментів,дайте докладну характеристику кожного з

них.

5.Як класифікують ферменти за хімічною будувою,характером дії?

6.Чим відрізняються автотрофи від гетеротроф?

7.Яка схема засвоєння мікроорганізмами вуглеводів,білків та ліпідів?

8.Охарактеризуйте аеробний та анаеробний типи дихання?

Лекція 3.Тема: Мікробіологічні основи екології навколишнього

середовища.

Мета:вивчити мікробіологічні основи та складових навколишнього

середовища та взаємозв’язок між ними.

План

1.Мікрофлора повітря

2.Мікрофлора грунту

3.Мікрофлора води

1. Мікрофлора повітря

Проте, що в повітрі вміщуються мікроорганізми, люди знали

давно. Довести їх існування в повітрі вперше вдалося Л. Пастеру.

Мікроби розповсюджені нерівномірно. Їх більше в центрі міст і менше

на окраїнах.

В повітря мікроби попадають з грунту. Чим інтенсивніше рух, тим

більше в повітрі зважених частинок, разом з ними і мікробів. Чим далі від

житла, тим мікробів стає менше. Там діють ще й фітонциди, тому повітря в

окремих місцях буває стерильним.

Повітря-субстрат, непридатний для сприятливого розвитку

мікроорганізмів через нестачу в ньому поживних речовин, крапельної вологи

і згубного впливу прямих сонячних променів. Мікроорганізми можуть

певний час зберігати свою життєдіяльність.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

Повітря - це середовище через яке передаються патогенні мікроби, що

розповсюджуються повітряно-крапельним або повітряно пиловим методом.

Дробні краплі, що знаходяться в зваженому стані, можуть переміщатися

струмом повітря на більшу відстань, а потім осідати на поверхню різних

предметів. Повітряним шляхом розповсюджуються збудники грипу,

туберкульозу, оспи, сибірської язви, плеснявих грибів та інше.

Таким чином, мікроби в атмосфері розповсюджені нерівномірно, а їх

склад в загалі визначається середовищем. Тому в приміщеннях необхідно

підтримувати чистоту, проводити дезінфекцію, кварцевання , провітрювання.

2. Мікрофлора грунту.

Велика роль мікроорганізмів в формуванні грунту. Завдяки їм він

одержує властивості живої системи. Так, наприклад, 1г чорнозема вміщує від

десятків мільйонів до декількох мільйардів мікробних клітин при загальній їх

біомасі

3-5 т/га. Мікроби в грунті розподілені неравномірно: їх більше в

верхніх шарах грунту та поблизу рослин. Чим далі від поверхні грунту, тим

менше мікробів, а на глибині 2-3м їх взагалі не буває.

До складу мікробного населення грунту входять: ціанобактерії,

плесняві гриби, актиноміцети, мікроби та інші організми.

Водорості - перші мешканці, формуючі грунт, що вміщують хлорофіл і

розташовані в верхніх шарах грунту, де достатньо вологи та світла. До

складу водоростей входять пігменти, в зв’язку з чим їх розділяють на синє

зелені (ціанобактерії), зелені та діатомові. Вміщення пігментів дозволяє їм за

допомогою енергії сонця засвоїти вуглець з повітря, а азот та інші мінеральні

речовини- з грунту . В глибинних шарах, де відсутнє світло, вони

використовують енергію розкладення органічних сполук. Таким чином

водорості можуть жити як вищі рослини або як гриби. Живучі в грунті

водорості(ціанобактерій) синтезують органічну речовину, фіксуючи азот з

повітря та тим самим підвищуючи її родючість.

Гриби- безхлорофільні організми, що представлені багаточисленною

групою живих істот, що розповсюджені в грунті. Базідіоміцети частіше

зустрічаються в лісових грунтах, де разом з вищими рослинами утворюють

грибокорінь. Плісняві гриби найбільш розповсюджені в кислих, що багаті

органічними речовинами та добре аерируємих грунтах.

Актиноміцети розповсюджені в лужніх, добре аерируємих грунтах, а

також в грунтах, що небагаті вологою, але які вміщують достатню кількість

органічних речовин. Чисельність актиноміцетів в 1г поверхневого шару

грунту може досягати декількох десятків міліонів при їх загальній біомасі

700кг/га. Актиноміцети руйнують органічну речовину та роблять багату

кількість елементів доступними для вищих рослин. Чисельність

актиноміцетів більше у поверхневих шарах, з підвищенням глибини, вона

зменшується, але менше, ніж інших грибів. На глибині 75 см чисельність

актиноміцетів досягає 65%. Серед них багато продуцентів антибіотичних

речовин, що дозволяють їм піддержувати рівновагу мікроорганізмів в зоні

мешкання.

Грунт може бути передатчиком збудників багатьох інфекцій:

сибірської язви, емфізематозного карбункула, ботулізма, стовбняка та інших.

Деякі мікроби , особливо бацили, в грунті зберігаються протягом довгого

часу.

Збудники деяких хвороб не тільки зберігаються, але й розмножуються

в грунті. Мікробіологічні процеси найбільш інтенсивно протікають в

південних грунтах: підвищення температури на 10˚С підвищує їх біологічну

активність вдвічі. В процесі розкладу органічних речовин здійснюється зміна

мікробних асоціацій. Спочатку на рослинних залишках розвиваються гриби

та бактерії, далі- бацили та актиноміцети.

3. Мікрофлора води.

Вода - сприятливе поживне середовище для життєдіяльності мікробів.

Вони дуже поширені в озерах, ріках, морях та океанах. Їх більше буває в

прибережній зоні та на поверхні; менше - віддаллі від берега та на глибині. За

складом мікроорганізмів у воді її поділяють на три зони.

Полісапробна зона – характеризується мікробоценозів в сильно

забрудненій воді з більшою кількістю легко розкладаючих та

легкозасвоюючих речовин. Мікробіологічні протікають в анаеробних умовах,

тому що в таких умовах інтенсивно поглинається кисень. В процесі

розкладення з’являється неприємний запах в результаті утворення метану,

меркаптану, сірководню. Кількість мікробів в 1мл води досягає декількох

мільйонів.

Мезосапробна зона – мікробоценози розвиваються в середовищі з

меншим вмістом органічних речовин. В ній інтенсивніше проходить

мінералізація, а також процеси окислення і нітрифікації. Кількість кишкової

палички зменшується, а загальне число мікробів не перевищує 100 тис. в 1мл

води.

Олігосапробна зона – мікробоценози малочисленні: в 1мл води

вміщуються десятки або сотні мікробних клітин; кишкова паличка відсутня.

Мінералізація органічних речовин, самоочищення води закінчилось або

знаходиться у стадії завершення.

До складу мікро біоценозів входять різні водорості; простійші, плесняві

гриби, фаги та інші мікроорганізми. Між ними існують складні

взаємовідносини. Живі водорості- антагоністи бактерій, а після їх загибелі

являються споживними для цих же організмів. Хлорела( масовім розвитку) в

процесі масового розвитку на світу викликає інтенсивне пригнічення

кишкової палички. Єдина інфузорія здатна поглинати за годину 30 тисяч

мікробних клітин. Патогенні мікроби бистріше зачинають в забрудненій воді

та повільніше – в чистій. В забрудненій воді можуть бути мікроби –

антагоністи, фаги та інші неблагоприятні фактори. Такі взаємовідношення

сприяють підтримки рівноваги живих істот у гідросфері.