Реферат - Морфология бактерий
Подождите немного. Документ загружается.
превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту.
8. Под действием фермента энолазы 2-фосфоглицериновая кислота, теряя воду,
переходит в энольную форму фосфопировинаградной кислоты. При этом
происходит перераспределение внутримолекулярной энергии, большая часть ее
сосредоточивается в форме макроэргической фосфатной связи
фосфоэнолпировиноградной кислоты.
9. Фосфоэнолпировиноградная кислота дефосфорилируется. Богатая энергией
фосфатная группа при участии фермента пируваткиназы передается на
молекулу АДФ. В результате образуется пировиноградная кислота, а АДФ
превращается в АТФ.
Из вышеизложенного видно, что гликолитическое расщепление глюкозы до
пировиноградной кислоты происходит без участия кислорода и заканчивается выходом
двух молекул пировиноградной кислоты, двух молекул НАД • Н
2
и двух молекул АТФ.
Синтезируется четыре молекулы АТФ, две из которых расходуются на
фосфорилирование новой молекулы глюкозы.
Пировиноградная кислота занимает центральное положение в промежуточном
метаболизме, служит исходным веществом в дальнейших процессах расщепления,
преобразования и синтеза.
В процессе дыхания многих аэробных микроорганизмов пировиноградная кислота
подвергается полному окислению до СО
2
и Н
2
О. Сначала она при участии
пируватдегидрогеназной системы [комплекса ферментов и коферментов, в том числе и
кофермента А(КоА = SH)] окисляется до СО
2
, и ацетилкофермента А (СН
3
СО = S = КоА).
Последний вступает в сложный цикл реакций, называемый циклом трикарбоновых кислот
(цикл Кребса, рис. 7), с образованием три- и дикарбоновых кислот, последовательно
окисляющихся (с отщеплением 2Н) и декарбоксилирующихся (с отщеплением СО
2
).
Рис. 7. Цикл трикарбоновых кислот (Цикл Кребса).
~ 12 ~
На рис. 7 видно, что окисление одной молекулы пировиноградной кислоты
сопровождается выделением трех молекул СО
2
и пяти пар водородных атомов. Водород,
отнятый от окисляемых кислот, посредством коферментов (НАД и ФАД) соответствующих
дегидрогеназ передается по так называемой дыхательной цепи, состоящей из комплекса
ферментов, к конечному акцептору — молекулярному кислороду.
Важными компонентами дыхательной (называемой также электротранспортной) цепи,
участвующими в окислении водорода, являются флавиновые ферменты, хиноны,
цитохромы.
Из приведенной схемы дыхательной цепи видно, что водород восстановленного НАД •
2Н переносится на кофермент (ФАД) флавинового фермента, который восстанавливается
в ФАД • 2Н. С восстановленной флавиновой дегидрогеназы водород передается на
убихинон — кофермент Q (KoQ), который в свою очередь передает водород на цитохром
(Ц) цитохромной системы. Атом водорода при этом расщепляется на ион водорода (Н
+
) и
электрон (е¯). Цитохромы способны воспринимать только электроны. Цитохром из
окисленной формы превращается в восстановленную; восстановленный цитохром
передает электроны следующему цитохрому и т. д.
Цитохромы попеременно то восстанавливаются, то окисляются, что связано с
изменением валентности железа, содержащегося в их простетической группе. Последний
цитохром передает электроны цитохромоксидазе, восстанавливая ее кофермент.
Завершает реакцию окисление восстановленной цитохромоксидазы молекулой кислорода,
в результате чего образуется вода. На этом и заканчивается полное окисление исходного
органического вещества при дыхании большинства аэробных микроорганизмов.
Энергия, освобождающаяся при переносе электронов, в отдельных участках
дыхательной цепи частично затрачивается при участии фермента АТФ-синтазы на синтез
АТФ из АДФ и неор- ганического фосфата, т. е. запасается в форме богатой энергией
фосфатной связи АТФ. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием
(см. схему дыхательной цепи — рис. 8).
Рис. 8. Схема дыхательной цепи.
Компоненты дыхательной цепи у прокариотов локализованы в цитоплазматической
мембране и мезосомах, у эукариотов — в мембране митохондрий.
Некоторые аэробные гетеротрофные микроорганизмы получают энергию за счет
неполного окисления органических веществ; при этом в среде накапливаются
недоокисленные продукты, преимущественно органические кислоты.
При неполном окислении энергетического материала высвобождается соответственно
меньшее количество энергии. Часть потенциальной энергии окисляемого вещества
остается в продуктах неполного окисления. Например, некоторые мицелиальные грибы в
~ 13 ~
определенных условиях окисляют сахар с образованием воды и различных органических
кислот - глюконовой, молочной, лимонной, яблочной, щавелевой, янтарной и др. Ук-
суснокислые бактерии окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты и воды:
С
2
Н
5
ОН + О
2
= СН
3
СООН + Н
2
О + 0,48 • 10
6
Дж.
В молекуле спирта заключено энергии 1,37 • 10
б
Дж. Как видно из уравнения,
освобождается только часть энергии, много ее остается в уксусной кислоте.
Анаэробные микроорганизмы
Анаэробные микроорганизмы, к которым принадлежат многие бактерии и некоторые
дрожжи, получают необходимую для жизнедеятельности энергию в процессе брожения.
Этот энергодающий процесс протекает также путем сопряженного окисления-
восстановления, но без участия в нем кислорода.
Конечным акцептором водорода, отнятого от окисляемого органического вещества,
служат органические вещества — промежуточные продукты распада используемого
субстрата.
Анаэробные микроорганизмы подразделяют на облигатные, или безусловные,
анаэробы, для которых кислород не только не нужен, но и вреден. К облигатным
анаэробам относятся сульфатвосстанавливающие и метаногенные бактерии. И
факультативные, или условные, анаэробы, среди которых различают два типа. Одни из
них лучше развиваются в анаэробных условиях, хотя могут жить в присутствии кислорода,
но не способны его использовать (например, молочнокислые бактерии). Другие
факультативные анаэробы (например, дрожжи) способны в зависимости от условий
развития переключаться с анаэробного на аэробный тип получения энергии.
Бактерии, способные к анаэробному дыханию, имеют укороченные
электронтранспортные, или дыхательные, цепи, т. е. они не содержат всех переносчиков,
характерных для дыхательных цепей, функционирующих в аэробных условиях. Кроме того,
в дыхательных цепях анаэробов цитохромоксидаза заменена соответствующими
редуктазами. У строгих анаэробов не функционирует цикл Кребса или же он разорван и
выполняет только биосинтетические, но не энергетические функции. Основное количество
молекул АТФ при анаэробном дыхании синтезируется в процессе мембранного
фосфорилирования.
Энергетическим материалом при брожении чаще служат углеводы, из них в наибольшей
степени используется глюкоза.
Превращение глюкозы до образования пировиноградной кислоты протекает чаще, как и
у аэробов, по гликолитическому пути (см. выше); эта стадия превращения углерода и
является энергодающим этапом.
Дальнейшее превращение образующихся пировиноградной кислоты и промежуточного
переносчика водорода НАД • Н
2
у анаэробов иное, чем у аэробов. Пировиноградная
кислота в бродильных процессах является предшественником разнообразных продуктов
брожения (спиртов, органических кислот и др.).
У одних анаэробов она непосредственно служит конечным акцептором водорода от НАД
• Н
2
и восстанавливается в продукт брожения — молочную кислоту; при этом НАД • Н
2
~ 14 ~
окисляется в НАД. У других анаэробов из пировиноградной кислоты образуются различные
промежуточные продукты, которые затем служат акцепторами водорода от НАД • Н
2
.
Последний регенерируется, а акцептировавшие водород восстановленные органические
соединения, являющиеся конечными продуктами брожения, выделяются в окружающую
среду. В зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, и сам
процесс брожения имеет соответствующее название.
Примерами такого типа получения энергии могут служить следующие виды брожения.
Спиртовое брожение, которое осуществляется многими дрожжами в анаэробных условиях:
С
6
Н
12
О
6
= 2С
2
Н
5
ОН + 2СО
2
+ 0,1 • 10
6
Дж.
Молочнокислое брожение — это процесс получения энергии молочнокислыми
бактериями:
С
6
Н
12
О
6
= 2СН
3
СНОНСООН + 0,075 • 10
6
Дж.
Маслянокислое брожение вызывается облигатно-анаэробными маслянокислыми
бактериями:
С
6
Н
12
О
6
= С
3
Н
7
СООН + 2СО
2
+ 2Н
2
+ 0,063 • 10
6
Дж.
Как видно из уравнений, среди конечных продуктов брожения всегда имеются продукты
неполного окисления, сохраняющие значительное количество потенциальной энергии.
Известно много и других брожений, отдельные типы которых различаются составом
конечных продуктов, характер которых зависит от свойств возбудителя брожения и от
комплекса его ферментов
Рис. 9. Некоторые продукты анаэробного расщепления пировиноградной кислоты.
Многие бродильные процессы применяются в промышленности или являются причиной
порчи пищевых продуктов.
~ 15 ~
В анаэробных условиях некоторые микроорганизмы при окислении органических
веществ в качестве конечного акцептора водорода (в процессе транспорта электронов,
поставляющем энергию) могут использовать окисленные неорганические соединения, так
называемые вещества — «носители кислорода». Следовательно, для этих
микроорганизмов роль окислителя играет не свободный, а «связанный» кислород. Такого
рода получение энергии в принципе сходно с дыханием аэробов. Но поскольку процесс
осуществляется в анаэробных условиях, его называют анаэробным дыханием.
Этой способностью обладают, например, денитрифицирующие бактерии, использующие
в качестве конечного акцептора электронов нитраты, восстанавливая их до молекулярного
азота, — нитратное дыхание.
У десульфатирующих (сульфатредуцирующих) бактерий конечным акцептором водорода
(электронов) служат сульфаты, восстанавливающиеся при этом до сероводорода, —
сульфатное дыхание.
Таким образом, различие между аэробным и анаэробным процессом получения энергии
у хемогетеротрофов заключается в природе конечного акцептора водорода (окислителя).
Рассмотренные выше процессы (дыхание, брожение) следует расценивать не только как
процессы, обеспечивающие организм энергией. Многие промежуточные продукты распада
углеводов служат исходным материалом для синтеза различных компонентов клетки
(белков, нуклеиновых кислот, липидов и др.)
Важным поставщиком веществ для биосинтетических процессов является цикл Кребса
(см. рис. 7). Образующиеся в этом цикле ди- и трикарбоновые кислоты путем
аминирования и переаминирования далее превращаются в различные аминокислоты, из
которых синтезируются белки.
Использование энергии микроорганизмами
Свободная энергия, освобождаемая в процессах дыхания и брожения, не может быть
непосредственно использована клеткой. Она должна быть преобразована в биологически
доступную форму — в химическую энергию макроэргических фосфатных связей
фосфорорганических соединений, главным из которых является АТФ.
АТФ является универсальным переносчиком химической энергии между реакциями,
доставляющими энергию, и реакциями, потребляющими ее. АТФ называют
«энергетической валютой» клетки. Из этого своеобразного аккумулятора организм черпает
энергию для удовлетворения своих потребностей.
АТФ локализуется в особых структурах клетки — в мезосомах или в митохондриях. В
энергетическом отношении дыхание — значительно более выгодный процесс, чем
брожение.
Как указывалось ранее, в процессе брожения синтез АТФ происходит лишь путем
субстратного фосфорилирования. Полезный эффект состоит в образовании двух молекул
АТФ. Макроэргическая фосфатная связь АТФ содержит энергии около 4,2 • 10
4
Дж.
Следовательно, при использовании одного моля глюкозы (потенциальный запас энергии
2,87 • 10
6
Дж) в клетках анаэробов запасается всего лишь около 0,09 • 10
6
Дж. Большая
~ 16 ~
часть энергии остается в выделяемых в среду органических веществах — конечных
продуктах брожения, часть теряется и.в форме тепловой энергии.
У аэробов в процессе дыхания при полном окислении одного моля глюкозы
синтезируется значительно больше АТФ.
Установлено, что при продвижении по дыхательной цепи пары атомов водорода (пары
электронов) к атому кислорода — при образовании молекулы воды — синтезируется три
моля АТФ (см. схему дыхательной цепи, рис. 8).
Из приведенной схемы цикла Кребса (см. рис. 7) видно, что окисление одного моля
пировиноградной кислоты сопровождается отнятием пяти пар атомов водорода. В
процессе окисления участвует два моля пировиноградной кислоты. Кроме того, при
гликолизе глюкозы до пировиноградной кислоты (см. рис. 6) образуется 2НАД • Н
2
.
Следовательно, в дыхательную цепь поступает 12 пар атомов водорода — синтезируется
12 • 3 = 36 молей АТФ. Два моля АТФ образуются еще при гликолизе в реакциях
фосфорилирования на уровне субстрата. Всего, таким образом, синтезируется 38 молей
АТФ, т. е. резервируется около 1,6 • 10
6
Дж.
Аэробы полезно используют около 50 % энергии (заключенной в моле глюкозы) и около
50 % теряется в виде тепла. Этим и объясняется явление самосогревания навоза, зерна,
круп, рыбной муки, клубней картофеля, когда вследствие повышенной влажности в них
обильно развиваются различные микроорганизмы.
При самосогревании зерновая масса приобретает не свойственные здоровому зерну
запах и цвет. Происходит потеря массы, значительно снижаются всхожесть,
технологические качества зерна и может быть полностью потеряна потребительская
ценность продукта.
Самосогревание торфа, недостаточно просушенного сена, хлопка и других материалов,
возникающее при массовом развитии микроорганизмов, иногда приводит к
самовозгоранию.
У некоторых микроорганизмов наблюдается выделение неиспользованной энергии в
форме световой. Такой способностью обладают некоторые бактерии, грибы, протесты.
Свечение морской воды, сгнившего дерева, рыбы объясняется присутствием в них
светящихся микроорганизмов.
Вопрос 3: Микробиология баночных консервов.
~ 17 ~
Консервы — стерильный продукт. Производство их основано на принципе герметизации
и термической обработки продукта. Подготовленные продукты закладываются в жестяные
или стеклянные банки, которые герметично укупоривают и стерилизуют или пастеризуют.
Пресервы — нестерилизованные пищевые продукты (кильки, сельди и др.), залитые
маринадом или пряным рассолом и герметически укупоренные. Санитарно - тех-
нологический контроль производства обеспечивает длительную стабильность и
безопасность хранения консервов.
Однако известно, что в стерилизованных консервах обнаруживаются жизнеспособные
микробы. Объясняется это тем, что среди множества микробов, в расчете на термическую
устойчивость которых устанавливается режим стерилизации, попадаются отдельные с
более высокой устойчивостью. Они выживают, составляя, остаточную микрофлору
консервов. Чаще всего в состав ее входят споры картофельной и сенной палочек,
маслянокислых бактерий, в том числе иногда споры ботулинуса. Обнаружение
бесспоровых микробов, кокковых, кишечной палочки и других свидетельствует о
неправильном режиме тепловой обработки, о низком качества консервов. Пищевая
промышленность выпускает мясные, рыбные, овощные и другие виды консервов. При этом
микробиологическая порча консервов не всегда сопровождается изменением внешних
признаков, т.е. развитие в консервах опасных для здоровья людей микроорганизмов может
не сопровождаться бомбажем, а органолептические свойства консервированного продукта
могут быть удовлетворительными. Только тщательный микробиологический анализ
консервов может выявить опасную продукцию и предотвратить поступление ее в
реализацию и попадание к потребителю.
Различают химический, физический и биологический бомбаж.
Химический бомбаж может возникнуть при длительном хранении консервов в
результате взаимодействия продукта, с металлической поверхностью банки.
Физический бомбаж бывает ложный и термический.
Ложный бомбаж (хлопающие крышки) возникает в разутьтате переполнения банки или
неправильной ее закатки.
Термический бомбаж происходит в случае замораживания пли перегревания консервов,
когда увеличивается их объем. Несмотря на безвредность консервов с химическим и
физическим бомбажем, реализовать их через торговую сеть нельзя. Так как по внешнему
виду невозможно определить вид бомбажа, все банки со вздутыми донышками снимаются
с реализации и отправляются на исследование в лаборатории санитарно-
эпидемиологической службы.
Микробиологический бомбаж возникает в результате жизнедеятельности микробов, под
влиянием которых содержимое банки разлагается. Образующиеся при этом газы давят на
донышки банок и вызывают их вздутие.
Известны в основном три вида порчи консервов, вызываемой термофилами:
биологический бомбаж, плоскокислая порча и сероводородная порча.
Бомбаж возникает при развитии остаточной микрофлоры, которая образует газы (СО
2
,
H
2
S, NH
3
) в процессе метаболизма. Бомбаж может быть у самых разнообразных консервов
~ 18 ~
с низкой и средней кислотностью (например, консервы «Мясо тушеное», «Рыба в томатном
соусе», «Зеленый горошек», «Грибы натуральные» и т. д.). В банках постепенно
повышается давление, и донышки их вспучиваются. Возбудителями бомбажа консервов
могут быть следующие микроорганизмы: Сl. thermosaccharolyticum, CI. sporogenes, CI.
putrificum и другие, реже — маслянокислые бактерии. Кроме газов они могут образовывать
различные кислоты, летучие органические вещества и др. Содержимое банок пенится,
появляется гнилостный или кислосырный запах. Накопившиеся газы могут разорвать банку
или вызвать в ней прободение.
Бомбаж некоторых овощных и фруктовых консервов могут вызывать еще и
кислотоустойчивые мезофильные бактерии Вас. polymixa и Вас. macerans. Консервы
приобретают кислый запах, часто ослизняются. Названные бактерии обладают
пектолитической и аминолитической активностью, образуют значительное количество СО
2
,
Н
2
, этилового спирта, кислот.
Плодово - ягодные консервы нередко сбраживаются дрожжами и
гетероферментативными молочнокислыми бактериями.
Плоскокислая порча — это закисание консервов без внешних изменений тары. Этот вид
порчи может быть у всех видов консервов, но чаще всего — у овощных и
мясорастительных. Прокисший продукт разжижается. Возбудителями этого вида порчи
являются термофильные аэробные бактерии Вас. aerothermophilus и Вас.
stearothermophilus, растущие при температуре 40...82°С. Споры их выдерживают
длительное нагревание до 120 °С.
Плоскокислую порчу консервов вызывает факультативно - анаэробная термоустойчивая
бактерия Вас. coagulans. Оптимальная температура роста этой бактерии 25...37°С, но она
хорошо растет и при температуре 20...55°С.
Пастеризованные консервы (повидло, джем, варенье, компоты, соки) могут поражаться
плесневыми грибами. Продукт приобретает затхлый привкус, в нем накапливаются спирт и
кислоты. Снижается качество продукта и он может стать опасным, так как многие плесени
образуют микотоксины. Некоторые микотоксины термостойки, не разрушаются при
пастеризации и стерилизации консервов, что может стать причиной отравлений.
При нарушении герметичности банок микробная порча может иметь различный характер
в результате вторичного инфицирования консервов.
Сероводородная порча, возникает в результате накопления в консервах сероводорода
(H
2
S). Возбудителем порчи является термофильный анаэроб (Clostridium nigrificans).
Сероводород образуется в результате разложения в белках серосодержащей
аминокислоты цистеина. Содержимое банки чернеет, так как в нем растворяется
сероводород, появляется неприятный запах, бомбаж при сероводородной порче не
наблюдается. Случаи сероводородной порчи консервов редки.
Микробиологический анализ консервов. При проведении микробиологического
анализа определяют промышленную стерильность консервов, что предусмотрено
специальной инструкцией. Предварительно проводят термостатирование консервов —
выдержку их в течение определенного времени при температуре, благоприятной для
активации жизнедеятельности микрофлоры консервированного продукта. При
термостатировании устанавливают микробиологическую стабильность консервов и
~ 19 ~
выявляют отклонения показателей качества от уровня, заданного в нормативной
документации на готовую продукцию. Продолжительность и температура
термостатирования зависят от целей анализа, вида консервированного продукта, объема
тары и предполагаемых условий реализации. Продолжительность термостатирования
обычно колеблется от 3 до 10 сут. Во время термостатирования консервы ежедневно
просматривают, удаляя дефектные банки.
В большинстве консервированных продуктов промышленного изготовления выживают
единичные клетки микроорганизмов. При изготовлении консервов обычно ориентируются
на консервированный продукт, удовлетворяющий требованиям промышленной
стерильности. В консервах промышленной стерильности отсутствуют микроорганизмы,
способные развиваться при температуре хранения, установленной для данного вида
консервов. Промышленно стерильные консервы не содержат микроорганизмы и вещества
микробного происхождения, опасные для здоровья потребителя. Микробиологическая
стабильность промышленно стерильных консервов не изменяется во время хранения.
Оценка промышленной стерильности консервов приведена ниже.
По санитарно-эпидемиологическим показателям проводят выявление следующих
микроорганизмов в консервах: стафилококков, Сl. perfringens, Вас. cereus, молочнокислых
бактерий, дрожжей, плесневых грибов. Если консервы предназначены к реализации при
температуре 30°С и выше, то выявляют термофильные микроорганизмы.
Консервы, удовлетворяющие требования промышленной стерильности, не должны при
употреблении в пищу представлять опасность для здоровья потребителя и портиться во
время хранения. Они не должны обладать посторонним запахом, не свойственным
консервированному продукту; в мазках из продукта могут содержаться единичные клетки
микроорганизмов.
Если после стерилизации в консервах сохраняются жизнеспособные термофильные
бациллы или клостридии, то консервы, их содержащее, испортятся при хранении или при
реализации в районах с жарким климатом.
В овощных, плодово-ягодных, грибных консервах не допускаются кокковые
микроорганизмы.
Консервы стерилизуют по режимам, специально разработанным для каждого вида
продукции и тары, гарантирующим надежность качества их по микробиологическим и
органолептическим показателям.
~ 20 ~
Список используемой литературы:
1. Воробьев А.В., Быков А.С., Пашков Е.П., Рыбакова А.М. Микробиология: Учебник для
студ. ВУЗов, 2003.
2. Жарикова Г.Г. Микробиология продовольственных товаров. Санитария и гигиена:
Учебник для студ. Высш. Учеб. Завед. – М.: Издательский центр «Академия», 2005.
3. Лысак, В.В.Микробиология : учеб. пособие / В. В. Лысак. – Минск : БГУ, 2007.
4. Мудрецова – Висс К.А. и др. Микробиология, санитария и гигиена: учебник. – М.:
Деловая литература, 2001.
5. Панов В.П. и др.Микробиология продуктов питания и объектов окружающей среды.
– М.: Агар, 2004.
6. Шлегель Г. Общая микробиология. Перевод с немецкого. М., изд-во "Мир", 1987.
~ 21 ~