Микробиология Значение МО в природе и для человека

Биогеохимический круговорот углерода и кислорода • Первичные продуценты – автотрофы (кислородный фотосинтез, аноксигенный фотосинтез, хемоавтотрофы) СO 2 + Н 2 O = [СН 2 O] + O 2 + ? • В каждом конкретном сообществе находятся свои автотрофы-эдификаторы • В рамках биосферы эдификаторами являются фотосинтезирующие растения и фитопланктон

Биогеохимический круговорот углерода и кислорода • Деструкторы - гетеротрофы различного уровня [СН 2 О] + О 2 → СО 2 + Н 2 О + ? • Аэробное дыхание, анаэробное дыхание, брожения, неполное окисление • Микроорганизмы-гидролитики разлагают сложные органические полимеры

Гидролитики на примере разложения глюкозы • Целлюлоза – полимер клеточных стенок растительных клеток, мономер – β-глюкоза • Грибы (Trichoderma), актиномицеты, цитофаги, миксобактерии, бациллы • Внеклеточный целлюлазный комплекс: эндо-β- 1, 4 -глюканаза, экзо-β-1, 4 -глюканаза и βглюкозидаза • Получившаяся глюкоза может окисляться как аэробно, так и анаэробно

ВНЕ КЛЕТКИ Целлюлоза эндо-β- 1, 4 -глюканаза экзо-β-1, 4 -глюканаза Целлодекстрин Целлобиоза ВНУТРИ КЛЕТКИ β-глюкозидаза Аэробное 100 глюкоза –––> 113 ацетат + 35 пропионат + СО 2 и Н 2 О дыхание 26 бутират + 104 СО 2 + 61 СН 4 + 43 Н 2 О Ацетат, лактат, муравьиная, масляная кислоты, этанол СО 2 Анаэробное дыхание Глюкоза

Гидролитики • Гемицеллюлоза, хитин, лигнин, пектиновые вещества, крахмал, белков, аминокислот, липидов, азотистых оснований • Бактерии Clostridium, Bacillus, Pseudomonas, Cytophaga, Chromobacterium, Vibrio, Aeromonas, Streptomyces, Photobacterium, Pectobacterium • Грибы Aspergillus, Phanerochaete, Armillaria, Rhizopus, Fomos, Polyporus

Органические вещества Мортмасса Оксигенный фотосинтез Аэробное дыхание СH 4 Аноксигенный фотосинтез H 2 O O 2 Анаэробное дыхание Брожения Фиксация CO 2 иными способами Разложение сложных веществ Торф Уголь Углеводороды Метаногенез Горение Метилотрофия Ca. CO 3 СО 2

Биогеохимический цикл азота • Азотфиксация: • Нитрификация N 2 → 2 NH 3 → NO 2− → NO 3 • Денитрификация NO 3 - → NO 2− → NO → N 2 • Ассимиляция NO 3 - → NH 3 → органические вещества • Аммонификация органические вещества → NH 3

Атмосфера NO 2 NO Азотфиксация Молнии NH 3 Ассимиляция Аммонификация Органическое вещество Нитрификация NO 2– Денитрификация NO 3– Почва

Биогеохимический цикл серы • Ассимиляция серы растениями и бактериями • Минерализация органических соединений • Сульфатредукция (ассимиляционная и диссимиляционная) SO 42 - S 2 • Окисление сероводорода и элементарной серы до сульфатов H 2 S S SO 42 -

Животные и Грибы Растения Ассимиляция SO 4 Минерализация Микроорганизмы Ассимиляционная сульфатредукция 2 - Продукты выделения S 2 - Диссимиляционная сульфатредукция S 0 Окисление сероводорода и серы H 2 S и другие сульфиды

Круговорот серы осуществляется • Сульфатвосстанавливающими бактериями = сульфатредукторы • Серобактериями = сульфидокисляющие = серные бактерии = тионовые бактерии = тиобактерии

Круговорот веществ в анаэробных условиях H 2 S <Биомасса CO 2 SO 42 - Ацетат <Мортмасса Органические кислоты NH 3 H 2

Круговорот веществ в геологическом прошлом Первичная атмосфера: водород и гелий Вторичная атмосфера: • Восстановительный характер • Отсутствие молекулярного кислорода • Жесткое УВ излучение, бурная вулканическая деятельность, электрические разряды • Состав: CH 4, CO 2, CO, NH 4, H 2 O, H 2 S

Эксперимент Миллера-Юри

Эксперимент Миллера-Юри • • 22 аминокислоты Рибоза Пурины и пиримидины Нуклеотиды (если есть источник фосфора) Недостатки эксперимента: • Стереоизомеры образовывались 50 на 50

Развитие атмосферы • Анаэробные условия • Источник углерода и энергии – готовые органические вещества, которые…. . • Появление первых фотосинтетиков напоминающих пурпурные и зеленые фотобактерии • Установление цикла, схожего с таковым в современных анаэробных нишах

Развитие атмосферы • Появление первых предков цианобактерий с оксигенным фотосинтезом • Появление молекулярного кислорода в атмосфере • Увеличение его концентрации • Окислительная атмосфера: O 2, нитраты, сульфаты

Значение МО для человека Дрожжи: – Производство вина, пива, хлебопечение, кормовые добавки, очистка нефти • Молочнокислые бактерии: – Молочные продукты, силосование кормов, сохранение капусты/огурцов и др. растительных продуктов •

Значение МО для человека • • • Уксуснокислые и маслянокислые бактерии – Получение уксуса, ацетона, бутанола Получение лекарственных препаратов Поддержание нормальной микрофлоры Активный ил Выщелачивание металлов Получение аминокислот, белков, ферментов, газов, полимеров и других веществ Генная инженерия Модельные объекты Создание замкнутых систем жизнеобеспечения

Значение МО для человека • Патогенные микроорганизмы • Порча продуктов питания • Биоповреждения материалов: – Древесины – Конструкции нефтегазовой промышленности – Биокоррозия металла и бетона – Порча произведений искусства