Метаболизм Микроорганизмов
Под метаболизмом (от греч. metabole — изменение, превращение) понимают совокупность биохимических реакций и превращений веществ, происходящих в микробной клетке, направленных на получение энергии и дальнейшее использование ее для синтеза органических веществ. Термин «метаболизм» объединяет два взаимосвязанных, но противоположных процесса — анаболизм и катаболизм. Они присущи всем живым существам и являются основными признаками живого.
Метаболизм у микроорганизмов характеризуется интенсивным потреблением питательных веществ. Так, при благоприятных условиях в течение суток одна клетка бактерий усваивает веществ в 30 -40 раз больше величины своей массы. В обмене веществ принимают участие различные химические вещества. В зависимости от этого различают белковый, углеводный, липидный и водносолевой обмен.
Белковый обмен находится в тесной связи с углеводным обменом. Для построения белковых соединений используется пировиноградная кислота, а дикарбоновые кислоты являются активными посредниками в биосинтезе аминокислот.
Углеводный обмен. Углеводы расщепляются под действием ферментов с образованием глюкозы и мальтозы. Под влиянием ферментов мальтазы, сахаразы, лактазы дисахариды, поступившие внутрь клетки бактерии, подвергаются гидролизу и распаду на моносахариды, которые затем ферментируются с разрывом цепи молекул углевода и освобождением значительного количества энергии. Синтез углеводов у микроорганизмов происходит фото и хе мосинтетически. При фотосинтезе зеленые и пурпурные бактерии, содержащие пигменты типа хлорофилла, синтезируют глюкозу из диоксида углерода, содержащегося в воздухе. При этом для течения ндотермических реакций синтеза необходима энергия света.
Термин «рост» в применении к микроорганизмам означает увеличение размеров отдельной особи, а «размножение» — повышение числа особей в популяции. При росте микробной клетки объем ее возрастает значительно быстрее, чем поверхность, поэтому распределение питательных веществ в цитоплазме клетки становится менее эффективным и клетка делится. Перед делением ее происходит удвоение молекул ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК.
Способы размножения у различных групп микроорганизмов неодинаковы: бактерии, риккетсии, спирохеты размножаются путем поперечного деления на две равноценные особи. Грамположительные бактерии делятся путем образования перегородки, врастающей от периферии к центру. У микобактерий туберкулеза поперечная перегородка образуется внутри клетки, затем она расщепляется на два слоя и клетка делится на две части, В образовании перегородки принимает участие как цитоплазматическая мембрана, так и клеточная стенка. По видимому, в процессе деления бактерий активное участие принимает мезосома, тесно связанная с цитоплазматической мембраной. Грамотрицательные бактерии и риккетсии истончаются в центре и делятся перетяжкой на две особи. Размножение клубеньковых бактерий и фраициселл происходит путем образования почки, которая, по величине меньше исходной клетки. У бактерий существует также процесс конъюгации — временного соединения двух особей.
Рост бактерий и спирохет не всегда сопровождается их делением. Соли желчных кислот, мыла, пенициллин, ультрафиолетовые лучи задерживают деление клетки, в результате чего образуются длинные нити значительно большего размера, чем исходные клетки. При внесении бактерий в питательную среду различают фазы их роста и размножения, которые определяются наличием доступных источников питания и накоплением токсических продуктов обмена (рис. 21).
Первая фаза — латентная (лаг фаза) — соответствует приспособлению бактерий к новым условиям существования. В этот период бактерии адаптируются к питательной среде, роста их не наблюдается. Вторая фаза — логарифмического роста (экспоненциальная), когда бактерии энергично растут, увеличиваются, при достижении определенного размера начинают делиться на две дочерние клетки. Деление в этот период происходит с постоянной скоростью. Среднее время генерации (или удвоения) для каждого вида бактерий различно. В это время бактерии извлекают из среды питательные вещества, в результате чего в ней начинают накапливаться продукты обмена. Третья фаза — стационарного роста, во время которой число организмов в культуре все время остается постоянным. В этот период в питательной среде количество питательных веществ значительно уменьшается, а накопление продуктов обмена увеличивается. Условия жизни для микроорганизмов становятся все менее благоприятными. Длительность стационарной фазы у разных бактерий различная. Четвертая фаза — отмирания, когда клеток бактерий становится все меньше и они погибают. В конце этой фазы число отмирающих бактерий начинает преобладать над числом жизнеспособных клеток. Полная гибель микробов в культуре может наступить через несколько недель или месяцев, что зависит от вида микроба, реакции среды и других факторов.
Дыхание микроорганизмов — сложный процесс биологического окисления различных преимущественно органических соединений, сопровождающийся выделением энергии. Как известно, зеленые растения получают энергию от солнца, утилизируя ее посредством хлорофилла. Подавляющее большинство микроорганизмов не может пользоваться солнечной энергией, а в процессе дыхания добывают энергию посредством химических реакций. Выделенная энергия и является движущей силой для микробной клетки; за счет этой энергии происходит синтез сложных органических соединений в самой клетке. По типу дыхания микробы принято делить на две большие группы: аэробы и анаэробы. Аэробные микроорганизмы развиваются только при доступе кислорода воздуха; анаэробные — не нуждаются в кислороде воздуха. Анаэробная группа микробов подразделяется в свою очередь на облигатные анаэробы и факультативные. Облигатные анаэробы растут только в отсутствие кислорода воздуха, для них молекулярный кислород — яд; факультативные анаэробы развиваются как в присутствии, так и в отсутствие молекулярного кислорода.
Процесс питания микроорганизмов Питание — это процесс усвоения организмом веществ, необходимых для его жизнедеятельности. Микроорганизмы питаются (поглощают) и выделяют продукты обмена всей поверхностью клетки. Посредством питания осуществляется связь организма с внешней средой. Питательные вещества могут поступать в клетку только в растворенном виде, поэтому расщепление нерастворимых сложных органических соединений на более простые происходит вне клетки. На возможность проникновения питательных веществ в клетку оказывают влияние различные факторы: величина и структура молекул вещества, концентрация веществ в клетке и питательной среде, свойства клеточной стенки и цитоплазматической мембраны, через которые в клетку проникают питательные вещества. Концентрация питательной среды оказывает влияние на состояние клетки. Тургор — состояние, которое возникает при оптимальной концентрации веществ в питательной среде. Тургор характеризуется внутренним гидростатическим давлением в клетке, вызывающим напряжение в клеточной стенке. В результате цитоплазма клетки плотно прижимается к цитоплазматической мембране, растягивая ее. В состоянии тургора клетки микроорганизмов нормально осуществляют процессы жизнедеятельности.
Плазмолиз — это процесс сжимания цитоплазмы клетки в результате увеличения осмотического давления в среде и обезвоживания клетки. В результате плазмолиза происходит гибель микроорганизмов. Явление плазмолиза наблюдается при консервировании продуктов с солью и сахаром. Добавление в продукты соли или сахара повышает стойкость продуктов против микробной порчи при хранении. Высокие концентрации соли вызывают плазмолиз клеток, подавляют процесс дыхания, нарушают функции клеточных мембран. При концентрации соли 7— 10 % прекращается размножение многих гнилостных бактерий.
В зависимости от отношения к источнику углерода микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — это организмы, синтезирующие все вещества своих клеток из углерода СО 2 и из неорганических веществ. Для синтеза веществ клетки одни автотрофы используют энергию света, т. е. осуществляют фотосинтез (пурпурные серобактерии). Такие микроор ганизмы называют фототрофами. Другие автотрофы синтезируют все вещества своих клеток также из углерода СO 2, но энергию получают в результате окисления неорганических веществ — аммиака, водорода, т. е. осуществляют хемосинтез. Их называют хемотрофами (нитрифицирующие, водородные бактерии).
Химический состав микробных клеток в аналогичных условиях является постоянным, однако, он зависит от веществ, которые содержатся в питательной среде, характера обмена и других условий внешней среды.
Скачать презентацию Метаболизм Микроорганизмов Под метаболизмом от греч metabole
Метаболизм Микроорганизмов.pptx