Физиология микроорганизмов

1.

Физиология
микроорганизмов
1. ХИМИЧЕСКИЙ
СОСТАВ МИКРОБОВ

2.

Вода
Вода составляет основную массу микробной клетки – в капсульных
бактериях ее больше, в бациллах меньше, в спорах – до 50 %.
Количество воды в микробной клетке в среднем колеблется от 75 до
85 %. В спорах и уплотнении цитоплазмы микробной клетки, вода
находится в связанном состоянии, у вегетативных форм – в
свободном. Больше воды содержится в молодых формах, меньше в
зрелых. Связанная вода входит в состав молекул белков, углеводов,
жиров и других соединений. Свободная вода служит средой, в
которой происходит движение ионов и электрических зарядов. С
участием воды осуществляются биохимические и физиологические
процессы в клетке. Уменьшение ее ведет к замедлению
жизнедеятельности (анабиоз), высушивание – даже к гибели
вегетативных форм. Следовательно вода – один из главных
компонентов, с которым связана жизнедеятельность микробной
клетки.

3.

Сухое вещество
Сухое вещество составляет в среднем 15-25%, в нем содержаться
органогены, входящие в состав органических веществ, и зольные
элементы. Органические вещества представлены белками,
нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами.
Белки от 50 до 80 % от массы сухого вещества. Содержание белков
зависит от виды микроба и состава питательной среды. Различают
два вида белков: протеины (простые белки) и протеиды (сложные
белки) – это комплекс простых белков с небелковыми группами,
при гидролизе дают аминокислоты. Белки участвуют в построении
клеточных
структур,
размножении
клетки,
передаче
наследственных признаков, являются запасными веществами.
Являются главной составной частью ферментов.

4.

Углеводы
в
микробной
клетке
представлены
полисахаридами.
В
цитоплазме
углеводы
могут
встречаться в виде зерен крахмала и гликогена. Они
служат главным образом энергетическим материалом, их
содержание в микробной клетке колеблется от 12 до 28 %.
В каждом из микроорганизмов имеется определенный
полисахарид,
что
дает
возможность
их
дифференцировать. Углеводы входят в состав клеточных
мембран и цитоплазмы, а так же являются запасными
веществами клетки.
Липиды. Количество липидов в микробной клетке
колеблется от 3,8 до 40 %. Липиды поддерживают
определенную структуру цитоплазмы, входят в состав
цитоплазматических мембран. В микробной клетке
липиды распределены не равномерно, их больше
содержится в поверхностных слоях и оболочке клетки
(создают
водонерастворимую
полупроницаемую
мембрану). Липиды и липоиды повышают устойчивость
микробов к кислотам и другим веществам.

5.

Минеральные вещества. Разнообразны по составу
и количеству. Они представляют золу после
сжигания вегетативных форм микробов и
составляют от 2 до 14 % сухого вещества клеток. В
большом количестве встречаются фосфор, калий,
натрий, сера, кальций, магний, железо, хлор, а
так же микроэлементы (цинк, медь, кобальт,
барий, марганец и др.). микроэлементы
обнаруживаются в золе в малых количествах, они
входят в состав ферментов, витаминов и других
компонентов микробной клетки.

6.

2.Питание микробов
Обмен веществ у микроорганизмов состоит из двух
основных процессов:
поступления из окружающей среды питательных
веществ, необходимых для синтеза составных
частей микробной клетки;
выделения в окружающую среду продуктов
жизнедеятельности.

7.

Метаболизм у микроорганизмов
Метаболизм
Анаболизм
Катаболизм
Автотрофы
Гетеротрофы
Хемолитотрофы
Фотоорганотрофы
Фотолитотрофы
Метатрофы
Хемоорганотрофы
Паратрофы

8.

Питательные вещества в микробную
поступают разными способами:
пассивная диффузия;
облегченная диффузия;
обменная адсорбция.
клетку

9.

3.Дыхание микробов
Дыхание
микробов
представляет
собой
биологическое окисление различных органических
соединений и некоторых минеральных веществ. В
итоге окислительно-восстановительных процессов
и брожения образуется тепловая энергия, часть
которой используется микробной клеткой, а
остальное количество выделяется в окружающую
среду.
По типу дыхания микробов делят на аэробов,
анаэробов и факультативных анаэробов.

10.

Аэробное дыхание микроорганизмов
Аэробное дыхание микроорганизмов – это процесс, при котором последним
акцептором водорода (протонов и электронов) является молекулярный кислород. В
результате окисления главным образом сложных органических соединений
образуется энергия, которая выделяется в среду или накапливается макроэргических
фосфатных связях АТФ. Различают полное и неполное окисление.
Полное окисление
Цикл Кребса
С6Н12О6+6О2
6СО2+6Н2О
ΔG=-2872 кДж/моль

11.

Аэробное дыхание микроорганизмов
Неполное окисление
СН3СООН+ Н 2 О Δ G =- 494 кДж/моль
идет и
до появления диоксида углерода и воды, при этом освобождается
дальше
–
Окисление
этилового спирта уксуснокислыми бактериями
большое количество энергии:
СН 3 СН 2ОН+3О2 2СО 2+3Н2О ΔG=-1366 кДж/моль
У некоторых бактерий в процессе дыхания происходит окисление
неорганических соединений. Примером окисления неорганических
соединений служат процессы нитрификации, при которых
нитрифицирующие бактерии вначале окисляют аммиак до азотистого, а
затем до азотной кислоты. В каждом случае при этом выделяется энергия.
СН 3 СН 2ОН+О 2

12.

Анаэробное дыхание
Осуществляется без участия молекулярного кислорода. Различают
собственно анаэробное дыхание (нитратное и сульфатное) и
брожение. При анаэробном дыхании акцептором водорода являются
окисленные неорганические соединения, которые легко отдают
кислород и превращаются в более восстановленные формы.
Нитратное дыхание – восстановление нитратов до молекулярного
азота происходит по схеме:
5С6Н12О6+24KNО3
кДж/моль
24KHCО3+18Н2О + 12N2 + 6СО2
ΔG=-1760
Сульфатное
дыхание – это восстановление сульфатов до
сероводорода, сопровождающееся выделением такого же
количества энергии:
С6Н12О6+3K2SО4
3K2CО3+3Н2О + 12H2S + 3СО2 ΔG=-1760 кДж/моль

13.

Брожение
Брожение
–
расщепление
органических
углеродсодержащих
соединений
в
анаэробных
условиях. Оно характеризуется тем, что последним
акцептором водорода служит молекула органического
вещества с ненасыщенными связями. Вещество при
этом разлагается до промежуточных продуктов,
представляющих
собой
сложные
органические
соединения
спирты,
органические
кислоты).
Заключенная в них энергия не используется
микробами,
а
образовавшаяся
в
небольших
количествах энергия выделяется в окружающую среду.
Анаэробные микробы чаще сбраживают безазотистые
соединения с образованием органических кислот и
других продуктов.

14.

4.Ферменты и их роль в превращении
веществ микроорганизмами
Ферменты делят на:
эндоферменты;
экзоферментры.
Свойства ферментов:
специфичность действия. Они способны реагировать только с
определенным химическим веществом или группой родственных
соединений. Например, лактаза расщепляет только молочный сахар;
ферменты
термолабильны. Они легко инактивируются при
нагревании. При 50-60°С ферменты снижают свою активность, при
80°С происходит активизация большинства из них, а при 100°
наступает полное разрушение. Это объясняется в первую очередь тем,
что большинство ферментов имеют белковую природу. Оптимальная
температура их действия 30-50°С;
ферменты действуют при определенном рН;
ферменты не изменяются к концу реакции и не входят в состав
конечных продуктов. Они не токсичны.

15.

5. Рост и размножение микробов
В результате поступления питательных веществ и синтеза
из них сложных органических соединений происходит рост
– увеличение массы микробной клетки.
Достигнув определенной стадии роста и зрелости, клетка
начинает размножаться – увеличивать количество особей.
Большинство микробов размножаются путем простого
(бинарного) деления клетки пополам (вегетативное
размножение), реже – путем почкования. Грибы
размножаются при помощи спор, половым путем и
почкованием (дрожжи).
Скорость размножения микробных клеток зависит от вида
микроба, возраста культуры, состава питательной среды,
температуры, наличия и отсутствия кислорода и др.
факторов. Большинство клеток делится через 20-30 мин.

16.

Кривая роста культуры на несменяемой среде

17.

Деление

18.

6. Культивирование микроорганизмов
Питательные среды бывают:
1. - естественные;
- искусственные.
2. - плотные;
- полужидкие;
- жидкие.
3. Питательные среды должны содержать все
необходимое для роста и развития микробов, иметь
определенные показатели рН, окислительновосстановительного потенциала, осмотического
давления и т.д.

19.

Рост микробов на среде
на плотной среде
на жидкой среде

20.

7.Образование микробами пигментов,
токсинов, ароматических и других веществ
Пигментообразующие микробы. Они способны
образовывать пигменты – красящие вещества. Это
свойство передается по наследству, что позволяет на
ряду с другими признаками быстрее определить
вид.
Много
пигментообразующих
микробов
содержится в воздухе. Чаще встречаются желтые
колонии сарцин, золотистые или белые –
стафилококки, розовые – микрококков, красные –
чудесной палочки, актиномицетов, дрожжей; реже
синие колонии синегнойной палочки и т.д.
полагают, что пигменты выполняют защитную
функция, предохраняя клетки от света и УФ лучей.
Окрашенные колонии на светы в присутствии
кислорода сохраняются лучше, чем беспигментные.
Различают водо – и спирторастворимые пигменты.
Однако есть и такие, которые не растворяются ни в
воде, ни в спирте, это черные и бурые пигменты
дрожжей
и
плесеней.
Большинство
пигментообразующих микробов – сапрфиты.

21.

Светящиеся или фотобактерии
Они излучают фосфорический свет, сила
которого хотя и не велика, но позволяет в
темноте различать многие предметы и
даже
делать
фотоснимки
без
дополнительного освещения. Свечение
бактерий связано с окислительными
процессами в теле клетки и ни когда не
наблюдается в анаэробных условиях.
Фотобактерии – обитатели морей, они
редко встречаются в пресных водоемах.
Чем сильнее приток воздуха, тем ярче их
свечение.
Среди
фотобактерий
не
обнаружено патогенных. С прекращением
свечения в мясных и других продуктах
начинают
развиваться
гнилостные
процессы.

22.

Ароматобразующие микробы
В эту группу входят дрожжи, молочнокислые
бактерии, плесневые грибы, актиномицеты. Многие
из
них
выделяют
ароматические
вещества:
уксусноэтиловый,
уксусноамиловый
эфиры,
ацетилметилкарбинол, который при окислении
переходит в диацетил, летучие кислоты и другие
вещества, придающие приятный запах пищевым
продукта и напиткам. Специфический аромат
сохраняют свежие культуры на естественных средах.
Культивирование на искусственных средах приводит к
потере таких свойств. Специфический аромат вин во
многом определяется составом бактерий и грибов.

23.

Токсинообразующие микробы
Они относятся к патогенным и
вызывают отравления. Одни микробы
выделяют токсины в внешнюю среду при
жизни, у других токсин связан с телом
микробной клетки и освобождается
после ее разрушения. В связи с этим
различают эндотоксины и экзотоксины.
Экзотоксины можно отделить путем
фильтрации
бульонных
культур
токсинообразующих микробов. Такие
фильтраты при введении животным
могут вызывать отравления и смерть.
Эндотоксины выделяются только после
разрушения
микробной
клетки
физическими,
химическими
и
биологическими методами.
Возбудитель ботулизма