Микробиология. Значение МО в природе и для человека

1. Значение МО в природе и для человека

Микробиология
Значение МО в
природе и для
человека

2. Биогеохимический круговорот углерода и кислорода

• Первичные продуценты – автотрофы
(кислородный фотосинтез, аноксигенный
фотосинтез, хемоавтотрофы)
СO2 + Н2O = [СН2O] + O2 + ?
• В каждом конкретном сообществе находятся свои
автотрофы-эдификаторы
• В рамках биосферы эдификаторами являются
фотосинтезирующие растения и фитопланктон

3. Биогеохимический круговорот углерода и кислорода

• Деструкторы - гетеротрофы различного уровня
[СН2О] + О2 → СО2 + Н2О + ?
• Аэробное дыхание, анаэробное дыхание,
брожения, неполное окисление
• Микроорганизмы-гидролитики разлагают
сложные органические полимеры

4. Гидролитики на примере разложения глюкозы

• Целлюлоза – полимер клеточных стенок
растительных клеток, мономер – β-глюкоза
• Грибы (Trichoderma), актиномицеты, цитофаги,
миксобактерии, бациллы
• Внеклеточный целлюлазный комплекс: эндо-β1,4-глюканаза, экзо-β-1,4-глюканаза и βглюкозидаза
• Получившаяся глюкоза может окисляться как
аэробно, так и анаэробно

5.

ВНЕ КЛЕТКИ
Целлюлоза
эндо-β- 1,4-глюканаза
экзо-β-1,4-глюканаза
Целлодекстрин
Целлобиоза
β-глюкозидаза
ВНУТРИ КЛЕТКИ
Аэробное
100
глюкоза
–––>
113
ацетат
+
35
пропионат
+
СО2 и Н2О
дыхание
26 бутират + 104 СО2 + 61 СН4 + 43 Н2О
Ацетат, лактат,
муравьиная,
масляная кислоты,
этанол СО2
Анаэробное
дыхание
Глюкоза

6. 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

7.

Органические вещества
Мортмасса
Аэробное
дыхание
Оксигенный
фотосинтез
СH4
Аноксигенный
фотосинтез
H2O
O2
Анаэробное
дыхание
Брожения
Фиксация
CO2 иными
способами
Разложение
сложных
веществ
Торф
Уголь
Углеводороды
Метаногенез
Горение
Метилотрофия
CaCO3
СО2

8. Биогеохимический цикл азота

• Азотфиксация:
N2 → 2NH3
• Нитрификация
NH3 → NO2− → NO3• Денитрификация
NO3- → NO2− → NO → N2O → N2
• Ассимиляция
NO3- → NH3 → органические вещества
• Аммонификация
органические вещества → NH3

9.

Атмосфера
NO2
N2
NO
Азотфиксация
Молнии
NH3
Ассимиляция
Аммонификация
Органическое вещество
Нитрификация
NO2–
Денитрификация
NO3–
Почва

10. Биогеохимический цикл серы

• Ассимиляция серы растениями и бактериями
• Минерализация органических соединений
• Сульфатредукция (ассимиляционная и
диссимиляционная)
SO42- S2• Окисление сероводорода и элементарной серы
до сульфатов
H2S S SO42-

11.

Животные
и Грибы
Растения
Продукты
выделения
Минерализация
Ассимиляция
Микроорганизмы
Ассимиляционная
сульфатредукция
SO4
S2-
2-
Диссимиляционная
сульфатредукция
S0
Окисление сероводорода и
серы
H2S и другие
сульфиды

12. Круговорот серы осуществляется

• Сульфатвосстанавливающими бактериями =
сульфатредукторы
• Серобактериями = сульфидокисляющие = серные
бактерии = тионовые бактерии = тиобактерии

13. Круговорот веществ в анаэробных условиях

H2S
<Биомасса
CO2
SO42-
Ацетат
<Мортмасса
Органические
кислоты
NH3
H2

14. 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: CH4, CO2, CO, NH4, H2O, H2S

15. Эксперимент Миллера-Юри

16. Эксперимент Миллера-Юри

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

17. 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

18. Развитие атмосферы

• Появление первых предков цианобактерий с
оксигенным фотосинтезом
• Появление молекулярного кислорода в атмосфере
• Увеличение его концентрации
• Окислительная атмосфера: O2, нитраты, сульфаты

19. 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

20. 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

21. Значение МО для человека

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