Введение в микробиологию. Основные этапы становления микробиологии. Значение работ Р. Коха и Л. Пастера

39. Особенности окислительных  процессов в живых клетках.  Структура, значение и основные  механизмы образования АТФ.

Живые клетки получают энергию из внешней среды в различной  форме:  лучистая энергия,[O], но накапливается  в виде АТФ. АТФ – главный носитель хим. клетки, энергетическая валюта клетки . АТФ представляет из себя мононуклеотид (состоит из азотистого основания  – аденина, рибозы, остатков молекулы фосфорной кислоты) Гидролиз молекулы АТФ осуществляется специальными ферментами, что приводит к отщеплению одного остатка фосфорной кислоты и  образованием АДФ, выделяется энергия. АТФ→ АДФ + Фн + Q (10 ккал – 40 кДж). Поэтому отщепление от АТФ двух остатков фосфорной кислоты будет также сопровождаться выделение энергии , которая тратится на синтез различных в-в и транспорт ионов через биологическую мембрану , которая идет против градиента концентрации. Другие нуклеоиды, отличающиеся только по азотистому основанию (ГТФ – гуанин; УТФ – уридин; ЦТФ - цитизин). Необходимы для синтеза рибо-нуклеиновых кислот, субстратное фосфолирирование РНК. Синтез АТФ, 2 механизма: 1) мембранное окислительное фосфорилирование. Осуществляется путем отнятие e- от органических или неорганических субстратов и передача их на конечные акцепторы. Конечный акцептор – кислород ( при аэробном окислении) сульфанонитраты, карбонаты при анаэробном окислении. 2) Субстратное фосфолирирование (брожение). При этом пути донорами и акцепторами e- являются органические соединениями. В соответствии с путями [О] бактерии подразделяются на несколько групп : 1)облигатные аэробы – микроорганизмы, для которых требуется кислород; 2) аэрофилы – микроорганизмы, растущие при пониженном парциальным давление О2; антибиотики микроаэрофилы – при большом снижении Р; 3) облигатные анаэробы. Растут только без свободного доступа О2 – кластридии (Clostridium batulinium). Возбудитель ботулизма, столбняка, газовой гангрены. 4) факультативные анаэробы – микроорганизмы, способные извлекать энергию из субстрата в зависимости от присутствия кислорода.

40. Мембранное окисление  и субстратное фосфорилирование.

Окислительное фосфорилирование, синтез АТФ из аденозиндифосфата и неорганического фосфата, осуществляющийся в живых клетках, благодаря энергии, выделяющейся при окислении орг. веществ в процессе клеточного дыхания. Поскольку АТФ необходим для осуществления многих процессов, требующих затраты энергии (биосинтез, совершение механической работы, транспорт веществ и др.), окислительное фосфорилирование играет важнейшую роль в жизнедеятельности аэробных организмов. Образование АТФ в клетке происходит также благодаря др. процессам, например в ходе гликолиза и различных типов брожения. протекающих без участия кислорода. Их вклад в синтез АТФ в условиях аэробного дыхания составляет незначительную часть от вклада окислительного фосфорилирования (около 5%). Субстратное фосфорилирование (биохимическое), синтез богатых энергией фосфорных соединений за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций гликолиза и при окислении a-кетоглутаровой кислоты в трикарбоновых кислотах. В отличие от фосфорилирования в цепи переноса электронов не ингибируется "разобщающими" ядами (например, динитрофенолом) и не связано с фиксацией ферментов в мембранах митохондрий.

41. Аэробное и анаэробное  дыхание. Классификация микроорганизмов  по типу дыхания.

Дыхание клеток идет с участием специфических  органелл-лизосом (прокариоты) или митохондрий (у эукариот). В аэробных условиях происходят окисление субстрата  до CO2 и H2O. К аэробным механизмам относятся микобактерии, вибрионы и для их культивирования требуются среды с высокой аэрацией.

При аэробном дыханием конечным акцептором являются органические соединения фумарат  или неорганические вещества но не кислород из воздуха.

Все виды анаэробного дыхания подразделяются по конечному акцептору электронов.

Акцептор, Восстановленный продукт, Вид анаэробного дыхания

NO3, NO2 (NO), нитратный

SO4, H2S, сульфатный

S, H2S,серное

Fe3+, Fe2+,железное

42. виды и механизмы  анаэробного дыхания

1.Нитритное дыхание. Прокариоты  используют в качестве акцептора  электроны вместо кислорода различные  окисленные соединения азота.

Осуществляется 2 путями: денитрификация и аммонификация ядра. Аммонификация  сопровождается образованием аммиака  и других азотосодержащих соединений. Денитрификация сопровождается образованием молекулярного азота.

NO3->NO2->NO->(N2O->N2)или NH2OH->NH3

Органические субстраты при  нитратном дыхании полностью  окисляются до NH3 и N2. Процесс идет с участием ферментов нитрат-редуктазы, которые индуцируются при отсутствии кислорода. Этот тип дыхания характерен для факультативных анаэробов.

2. Сульфатное дыхание у облегатных  анаэробов. Сульфатредуцирующие  бактерии и археи.

В качеств едоноров эти микроорганизмы используют органические кислоты или  спирты: хемоорганогетеротрофы (орг  кислоты, спирты) и хемолитотрофы (H2).

3. Среднее дыхание – в местах с вулканической деятельностью.

4. Железный тип дыхания –  происходит восстановление железа

5. карбонатное дыхание – такой  тип дыхания известен у микроорганизмов,  образующих метан. Самые древние  микроорганизмы – метаногены. Обитают  в болотах и образуют болотный  газ.

6. Фумаратный тип дыхания. Конечный  акцептор электронов – фумаратная  кислота. К этому типу дыхания  относятся все микроорганизмы, имеющие  ферменты сукцитат дегидроиназу.

Энергетические процессы при которых  органические соединения служат и донором  и акцептором называются брожением.

Различают:

Молочно-кислое брожение

Спиртовое-дрожжи

Масляно-кислое брожение

Пропионовокислое

43. Рост и размножение  микробов. Основные способы деления  клеток.

Рост клеток – это процесс  увеличения размеров, объемов и массы  каждой отдельной особи. Размножение  микроорганизмов – это процесс  самопроизведения, обеспечивающей сохранение вида.

Способы размножения:

1. Почкование
2. Спорообразование
3. Бинарное деление (пополам)

От роста клеток следует отличать рост популяции, т.е. увеличение количества биомассы, который обусловлен увеличением  массы и количества клеток в единице  объема питательной среды.

Рост зависит от t, pH среды, от доступности питательных веществ и от наличия ионов, облигатному аэробу обязательно нужно, чтобы его не было.

Клетка, достигнув определенного  размера, переходит к бинарному  делению. У самых быстрых микроорганизмов  деление происходит через 20-30 мин.

45.Экономический и метаболический  коэффициенты. Их понятия и определение.

МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ, удельная скорость метаболизма микроорганизмов, отнесенная к единице биомассы скорость потребления субстрата культурой. По своему физич. смыслу М.к. аналогичен ферментативной активности дрожжей  и бактерий и является постоянной величиной при постоянстве термодинамич. параметров, состава окружающей среды  и биомассы микроорганизмов. Экономический  коэффициент — отношение количества образовавшейся биомассы к количеству потребленного субстрата. Экономический  коэффициент (выход биомассы) – устанавливает  зависимость урожая бактериальных  клеток от какого то определенного  субстрата (лимитирующего). Если рост культуры ограничен лимитирующим фактором, то между начальной концентрацией  и урожаем клеток существует постоянная линейная зависимость. Поэтому масса  клеток образованная на единицу субстрата  представляет из себя константу –  экономический коэффициент. Y = (x-x0)/c. x – вес сухого вещества клеток в  одном мл культуры в стационарной фазе. х0 – вес сухого вещества клеток в одном мл после засева клеток. с – концентрация лимитирующего  субстрата.

46.Основный принципы  выращивания микробов. Синхронный  рост

Синхронный рост. Синхронная культура – популяция у которой все  клетки находятся на одной и той  же стадии развития. Способы получения  – можно индуцировать путем циклических  изменений окружающих условий (температура, внесение свежих питательных веществ). Или путем прямого отбора клеток, путем дифференциального центрифугирования  или фильтрования.

Методы культивирования анаэробов.

Для культивирования анаэробов  необходимо понизить окислительно-восстановительный  потенциал среды, создать условия  анаэробиоза, т. е. пониженного содержания кислорода в среде и окружающем ее пространстве. Это достигается  применением физических, химических и биологических методов. Физические методы. Основаны на выращивании микроорганизмов в безвоздушной среде, что достигается:

1) посевом в среды, содержащие  редуцирующие и легко окисляемые  вещества;

2) посевом микроорганизмов в  глубину плотных питательных  сред;

3) механическим удалением воздуха  из сосудов, в которых выращиваются  анаэробные микроорганизмы;

4) заменой воздуха в сосудах  каким-либо индифферентным газом.

В качестве редуцирующих веществ обычно используют кусочки (около 0,5 г) животных или растительных тканей (печень, мозг, почки, селезенка, кровь, картофель, вата). Чтобы уменьшить содержание кислорода  в питательной среде, ее перед  посевом кипятят 10—15 мин, а затем  быстро охлаждают и заливают сверху небольшим количеством стерильного  вазелинового масла. Высота слоя масла  в пробирке около 1 см.

Посев микроорганизмов в глубину  плотных сред производят по способу  Виньяль — Вейона, который состоит  в механической защите посевов анаэробов  от кислорода воздуха. Химические методы. Основаны на поглощении кислорода воздуха  в герметически закрытом сосуде (анаэро-стате, эксикаторе) такими веществами, как  пирогаллол или гидросульфит натрия Na2S204.

Биологические методы. Основаны на совместном выращивании анаэробов со строгими аэробами.

Комбинированные методы. Основаны на сочетании физических, химических и  биологических методов создания анаэробиоза.

47.Измерение роста микроорганизмов:  методы определения клеточной  биомассы и числа клеток 

Единственной прямой метод –  определение сухого вещества клеток. Т.е. берем определенный объем суспензии, сушим и вешаем. Оптический метод  – количество света рассеянного  бактериальными популяциями. Микроскопическим методом – метод основа на прямо  подсчете клеток в единице объема под микроскопом, используя счетные  камеры. Недостатки этого метода: требование к высокой частоте суспензии.

Ориентировочный подсчет числа  клеток с помощью оптического  стандарта мутности. Выпускается  стандартные растворы (например 5 или 10 единиц мутности). Берется пробирка с физраствором и добавляют исследуемую  свесь. Глазом сравнивают мутности и  доводим до мутности соответствующей  стандарту. По количеству физраствора  и исследуемой взвеси рассчитывают концентрацию биомассы.

 Определение микроорганизмов  путем высева на плотную питательную  среду (метод Коха или макрокультуральный). Единственный метод который дает  количество живых клеток. Все  остальные методы дают общую  концентрацию и живых и мертвых.  Сеют взвесь и считают полученные колонии. Зная число живых клеток и общее число клеток, можно посчитать коэффициент жизнеспособности.

48.Формы межвидовых отношений  в микробиоценозах. 

Межвидовые отношения микробных  сообществ могут быть обусловлены  экологическими, метаболическими факторами:

1. Пищевые
2. Экологические
3. Метаболические факторы

Формы межвидовых отношений:

1. Ассоциативные (симбиотические)
2. Антогонистические (конкурентные)

Совместное существование называется симбиозом. Типы симбиотических отношений, зависит от степени близости симбионтов и кроме того зависит от взаимозависимости  партнера.

Взаимозависимости от степени близости симбионтов изучают эктосимбиоз-партнеры сохраняют внешнее расположение друг от друга.

Эндосимбиоз- один из партнеров находится  внутри другого.

Факультативный- форма симбиоза, при  которой совместное существование  выгодно, но не обязательно для сожителей. (например, взаимоотношения краба и актинии: актиния защищает краба и использует его в качестве средства передвижения)

Облигатный симбиоз- форма симбиоза, при которой в естественных условиях популяции не могут существовать друг без друга (пример: симбиоз гриба и водоросли в лишайнике).

Выделяют типы симбиоза:

1. Мутуализм-взаимовыгодный симбиоз, когда каждый симбионт получает выгоду. (азотфиксирующие)
2. Комменсализм-один из организмов извлекает пользу для себя не принося вред другому организму.
3. Синергизм- усиление физиологических функций.
4. Соттелизм- спутник.

При котрых 2 вида при альфа развитие одного из спутников стимулируется  продуктами метаболизма.

5. Метабиоз- происходит последовательная смена вида в одном биополе, когда один микроорганизм использует продолжительность жизни другого.