Сяючі і ароматообразующіе бактерії
Зростання і розмноження бактерій
Фізіологія вивчає життєві функції мікроорга-низмов: харчування, дихання, ріст і розмноження. В основі фізіологічних функцій лежить безперервний обмін речовин (метаболізм).
Всім мікроорганізмам для здійснення процесів харчування, дихання, розмноження необхідні поживні речовини.
Як поживних речовин і джерел енергії мікроорганізми використовують різні органічні і неорганічні сполуки, для нормальної жізнеде-ності їм потрібні також мікроелементи і фактори росту.
Процес харчування мікроорганізмів має ряд особливо-стей.
надходження поживних речовин від-ходить через всю поверхню клітини;
мікробна клітина має виняткову швидкістю метаболічних реакцій;
мікроорганізми здатні досить швидко адаптуватися до мінливих умов-ям середовища проживання.
Різноманітність умов існування мікроорганізмів обумовлює різні типи харчування.
Типи харчування визначаються за характером засвоєння вуглецю і азоту. Джерелом інших органогенов- водню і кисню служить вода. Вода необхідна мікроорганізмам і для розчинення поживних ве-вин, так як вони можуть проникати в клітку тільки в розчиненому вигляді.
Поусвоенію вуглецю мікроорганізми ділять на два типи: автотрофи і гетеротрофи.
Автотрофи здатні синтезувати складні органічні речовини з простих неорганічних сполук. Вони можуть використовувати в якості джерела вуглецю вуглекислоту та інші неорганічні сполуки вуглецю. Автотрофами є багато грунтові бактерії (нитрифицирующие, серобактерии і ін.).
Гетеротрофи для свого зростання і розвитку потребують готових органічних сполуках. Вони можуть засвоювати вуглець з вуглеводів, багатоатомних спиртів, органічних кислот, амінокислот і інших органічних речовин.
Гетеротрофи представляють велику групу мікро-організмів, серед яких розрізняють сапрофитов і пaразітов.
Сапрофіти отримують готові органічні сполуки від відмерлих організмів. Вони грають важливу роль в розлив-жении мертвих органічних залишків, наприклад бакте-рії гниття і ін.
Паразити живуть і розмножуються за рахунок органічних речовин живої кліть-ки рослин, тварин або людини. До таких мікроорганізмів відносяться рикетсії, віруси і деякі найпростіші.
За здатністю засвоювати азот мікроорганізми ділять-ся також на дві групи: аміноавтотрофи і аміногетерот-рофи. Аміноавтотрофи для синтезу білка клітини використовують молекулярний · азот повітря (бульбочкові бактерії, азотобактер) або засвоюють його з амонійних солей. Аміногетеротрофи отримують азот з органі-чеських сполук - амінокислот, складних білків. До них відносять всі патогенні мікроорганізми і більшість сапрофітів.
За джерелами енергії серед мікроорганізмів разли-ють фототрофи, що використовують для біосинтетичних реакцій енергію сонячного світла (пурпурні серобакте-рії) і хемотрофи. які отримують енергію за рахунок окислення неорганічних речовин (нитрифицирующие бактерії і ін.) і органічних сполук (більшість бактерій, в тому числі і патогенні для людини види).
Однак різкого розмежування між типами харчування мікро-бов провести не можна, так як є такі види мікроорга-низмов, які можуть переходити від гетеротрофного типу харчування до автотрофне, і навпаки.
В даний час для характеристики типів харчування введена нова термінологія: гетеротрофи називають ор-ганотрофамі, а автотрофи - літотрофи, так як подібні мікроорганізми здатні рости в чисто мінеральної середовищі.
Фактори зростання. Мікроорганізми для свого зростання і розмноження потребують особливих речовинах, які самі синтезувати не можуть і повинні отримувати їх в готовому вигляді. Ці речовини називають факторами зростання, і потрібні вони мікробним клітинам в невеликих кількостях. До них відносять різні вітаміни, деякі амінокіс-лоти (необхідні для синтезу білка), пуринові і піримідинові підстави (що йдуть на побудову нуклеїнових кислот) і ін. Багато факторів росту входять до складу різних ферментів і грають роль каталізаторів в біохімічних процесах.
Знання потреб мікроорганізмів в поживних речовинах і факторах росту дуже важливо, зокрема, для створення поживних середовищ, що застосовуються для їх вирощування.
Транспорт поживних речовин
Живильні віщо-ства можуть проникати в цитоплазму мікробних клітин тільки у вигляді невеликих молекул і в розчиненому вигляді.
Складні органічні речовини (білки, полісахариди та ін.) Попередньо піддаються впливу ферментів, що виділяються мікробної клітиною, і після цього стають доступними для використання. Транспорт поживних речовин в клітину і вихід з неї продуктів метаболізму здійснюється в основному через цитоплазматичну мембрану.
Живильні речовини проникають в клітку нескольки-ми способами:
1. Пасивна дифузія. т. е. переміщення речовин через товщу мембрани, в результаті чого вирівню-ються концентрація речовин і осмотичний тиск по обидва боки оболонки. Таким шляхом можуть проникати поживні речовини, коли концентрація в середовищі значно перевищує концентрацію речовин в клітині.
2. Спрощена дифузія - проникнення пі-тательних речовин в клітину за допомогою активного перено-са їх особливими молекулами-переносниками, званими пермеаз. Це речовини ферментної природи, кото риє локалізовані на мембрані цитоплазми і володіють специфічністю. Цей процес відбувається без використання енергії, так як переміщення речовин походить від більш високої концентрації до більш низької.
3. Активний транспорт поживних речовин здійснюється також за допомогою пермеаз, але цей процес вимагає витрати енергії. В цьому випадку живильник-ве речовина може проникнути в клітину, якщо концентрації-ція його в клітці значно перевищує концентрацію в середовищі.
Вихід речовин з мікробної клітини здійснюється або у вигляді пасивної дифузії, або в процесі полегшений-ної дифузії за участю пермеаз.
Ферменти - це речовини білкової природи, виробок-Тива живою клітиною. Вони є біологічними каталізаторами і грають важливу роль в обміні речовин мікроорганізмів.
За хімічною будовою, властивостями і механізму дії ферменти мікробів схожі з ферментами, що утворюються в клітинах і тканинах тварин і рослин. Ферменти мікробної клітини локалізуються в основному в цитоплазмі, деякі містяться в ядрі і клітинної оболонці. Мікроорганізми можуть синтезувати найрізноманітніші ферменти, що відносяться до шести відо-стнимі класам: оксіредуктази, трансферази, гідролази, ліази, ізомерази, лігази.
Характерною властивістю ферментів є специфічність дії, т. Е. Кожен фермент реагує з певним хімічною сполукою або каталізує-ет одну або кілька близьких хімічних реакцій.
Активність ферментів залежить від температури середовища, рН та інших факторів. Для багатьох патогенних мікроорганізмів оптимальне значення рН 7,2-7,4, а оптимальна температура знаходиться в межах 37-50˚С.
Ферменти мікроорганізмів класифікуються на ек-зоферменти і ендоферменти.
Екзоферменти. Виділити-Ясь в зовнішнє середовище, розщеплюють макромолекули поживних речовин до більш простих з'єднань, кото-які можуть бути засвоєні мікробної клітиною.
Ендоферменти беруть участь в ре-акціях обміну речовин, що відбуваються всередині клітини.
У мікроорганізмів розрізняють також конститутивні і індуктивні ферменти. Конститутивні фермен-ти постійно знаходяться в мікробної клітині незалежно від умов існування. Це в основному ферменти клітинного обміну: протеази, ліпази, карбогідрази і ін. Індуктивні (адаптивні) ферменти синтезуються в клітці тільки під впливом відповідного субстрату, що знаходиться в живильному середовищі, і коли мікроорга-нізм змушений його засвоювати. Таким чином, індуктивні ферменти дозволяють мікро-бной клітці пристосуватися до змінених умов існування.
Поряд з ферментами обміну багато патогенні бак-терії виробляють також ферменти агресії. які служать для подолання природних захисних бар'єрів макроорганізму і є факторами патогенності. До таких ферментів відносяться гиалуронидаза, дезоксирибонуклеаза, лецитиназа.
Дихання (або біологічне окислення) микроорганиз-мов являє собою сукупність біохімічних про-процесів, в результаті яких звільняється енергія, необхідна для життєдіяльності мікробних клітин.
За типом дихання все мікроорганізми поділяються на облігатні (строгі) аероби, облігатні анаероби і факультативні (необов'язкові) анаероби.
Облігатні аероби - живуть і розвиваються при вільному доступі кисню, т. Е. Реакції окислення здійснюються у них за участю молекулярного кисню з вивільненням великої кількості енергії. Прикладом може служити окислення глюкози в аеробних умовах:
Існують і мікроаерофіли, які потребують малих кількостях кисню.
Облігатні анаероби - здатні жити і розмножуватися тільки в відсутність вільного кисню повітря. Дихання у анаеробів відбувається шляхом ферментації субстрату з утворенням невеликої кількості енергії:
Наявність вільного кисню для облігатних анаеро-бов є згубним. Це пов'язано з тим, що в присутності кисню кінцевим продуктом окислення органічних сполук виявляється перекис водню. А оскільки анаероби не володіють здатністю продукції-царювати фермент каталазу, що розщеплює перекис водню, то вона накопичується і токсично діє на бактерії.
Факультативні анаероби можуть розмножуватися як при наявності молекулярного кисню, так і при відсутності його. До них відносять більшість патогенних і сапрофітних бактерій.
Процеси розкладання органічних речовин в бескіс-лородних умовах, що супроводжуються виділенням енер-гии, називають також бродінням. Залежно від участі певних мікроорганізмів і кінцевих продуктів розщеплення вуглеводів розрізняють кілька ти-пов бродіння: спиртове, здійснюване дріжджами; молочнокисле, яке викликається молочнокислими бактери-ями; маслянокислое, обумовлене маслянокислого бактеріями і ін.
Деякі мікроорганізми (бактерії, гриби) в про-процесі обміну речовин утворюють фарбувальні речовини - -пігменти. За хімічним складом і властивостями пігменти неоднорідні. Вони поділяються на:
- розчинні у воді;
- розчинні в спирті і нерозчинні у воді;
- нерозчинні ні у воді, ні в спирті.
Нерозчинні у воді пігменти (ліпохроми) зазвичай забарвлюють колонії бактерій, а розчини-мі - фарбують живильне середовище.
Освіта пігментів у мікробних клітин відбувається із-дит на світлі при достатньому доступі кисню і певному складі живильного середовища.
Пігментообразованія в ряді випадків є стійким ознакою мікроорганізмів, що дозволяє використовувати його в якості тесту для ідентифікації деяких бактерій (наприклад, стафілококи, синьогнійна паличка).
Пігменти захищають мікробну клітину від природного ультрафіолетової радіації, беруть участь в процесах дихання, деякі мають антибіотичну дію.
Сяючі і ароматообразующіе бактерії
Серед мікроорганізмів зустрічають-ся такі, які мають здатність світитися (люминесцировать). Світіння бактерій виникає в ре-док інтенсивних процесів окислення, що супроводжуються виділенням енергії. Всі світяться бактерії відносяться до аеробів. Біль-Шая частина їх видів живе в морській воді, так як вони краще розмножуються при підвищеній концентрації солі.
Виявлено мікроорганізми, здатні виробляти ароматичні речовини, наприклад уксусно-етиловий, оцтово-аміловий ефіри. Запахи деяких мікробів визна-ділячи ароматичні властивості вин, молока, масла, слі-вок, сирів і т. Д. Ароматообразующіе бактерії широко використовують при приготуванні різних харчових про-дуктів.
Деякі мікроорганізми в процесі жізнедеятель-ності утворюють речовини з неприємним запахом (індол, скатол, сірководень), що пов'язано з розкладанням органі-чеських речовин.
Зростання і розмноження бактерій
Одним з найважливіших проявів життєдіяльності мікробів є зростання і розмноження їх.
Зростання визначається як збільшення розмірів окремих-ної особи і впорядковане відтворення всіх клітинних компонентів і структур.
Під розмноженням розуміють здатність мікро-організмів до самовідтворення, в результаті чого збільшується число особин в популяції. Основний спо-соб розмноження у бактерій поперечноеделеніе. Перед розподілом у бактеріальних клітин, які досягли певного віку, відбувається подвоєння молекул ДНК. Кожна дочірня клітина отримує копію материн-ської ДНК. Процес поділу вважається закінченим, коли цитоплазма дочірніх клітин розділена перегород-кою. В освіті перегородки бере участь цитоплазматическая мембрана і клітинна стінка.
Розподіл коків може відбуватися в раз-особистих площинах з утворенням різноманітних соче-таний клітин. Паличкоподібні і покручені форми ділять-ся поперечно і тільки в одній площині.
Розмноження бактерій в рідкому поживному середовищі має ряд особливостей і відбувається в кілька послідовних фаз.
Фаза 1 вихідна: мікро-бние клітини адаптуються до живильному середовищі, при цьому підвищується інтенсивність обмінних процесів, увеличи-ється розмір клітин. Бактерії починають розмножуватися лише до кінця першої фази.
Фаза2 - логарифмічного зростання: бактерії енергійно розмножуються, внаслідок чого кількість клітин возра-стає в геометричній прогресії. У цій фазі бактерії володіють найбільшою біохімічної і біологічною активністю.
Фаза 3 - стаціонарна: концентрація бактеріальних клітин в середовищі залишається постійною. Це обумовлено тим, що число знов з'явилися бактерій майже дорівнює числу відмерлих клітин. Тривалість цієї фази у різних бактерій різна.
Фаза 4 - відмирання: життєздатних клітин бактерій стає все менше, і поступово вони гинуть. Причинами загибелі клітин можуть бути виснаження пита-тельной середовища, накопичення в ній шкідливих продуктів обміну.
Збільшення кількості розмножилися в рідких поживних середовищах бактерій можна спостерігати через 18-24ч. З'являється або помутніння середовища, або утворення плівки або осаду.
При розмноженні на щільних поживних середовищах бактерії утворюють на поверхні середовища і всередині неї типові для кожного мікробного виду колонії. Кожна колонія - це популяція мікроорганізмів, що розвинулася з однієї клітини певного виду бактерії. Колонії бактерій розрізняються за розміром, формою, будовою, консистенції і кольору. Зовнішній вигляд колоній у деяких бактерій настільки характерний, що може служити диференціальною ознакою для ідентифікації мікроорга-низмов.
Спірохети і рикетсії розмножуються також поперечного-ним поділом.
Перерахуйте типи харчування мікроорганізмів.
Назвіть групи мікроорганізмів за типом дихання.
Назвіть відмінності фізіології вірусів і бактерій.