Биохимия питания микроорганизмов

ФГОУ  ВПО «Бурятская государственная сельскохозяйственная

академия  им. В.Р. Филиппова» 
 

Кафедра органической и биологической химии 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

По дисциплине «Теоретические основы

прогрессивных технологий» 
 

Тема: Биохимия питания микроорганизмов  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                         Выполнил: ст-т 5202 гр.

Намсараева  В.В.

Проверил: Балдаев Н. С. 
 
 
 
 
 

Улан-Удэ, 2011г.

Содержание: 

Глава 1. Микроорганизмы………………………………………………………..3

1.1. Понятие микроорганизмов……………………………………………….….3

1.2. Питание микроорганизмов…………………………………………..………3 

Глава 2. Типы питания  микроорганизмов……………………………………….6

2.1. Автотрофы…………………………………………………………………….6

2.2. Гетеротрофы…………………………………………………………………..7

2.3. Азотистое питание……………………………………………………………8

Глава 3. Питательные  среды……………………………………………………9

Список используемой литературы……………………………………………14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1. Микроорганизмы

1.1. Понятие микроорганизмов

       Микробиология – наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами.

       Микроорганизмы  – наиболее древняя форма организации  жизни на Земле. По количеству они  представляют собой самую значительную и самую разнообразную часть организмов, населяющих биосферу.

       К микроорганизмам относят:

       1) бактерии;

       2) вирусы;

       3) грибы;

       4) простейшие;

       5) микроводоросли.

       Общий признак микроорганизмов – микроскопические размеры; отличаются они строением, происхождением, физиологией.

       Бактерии  – одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла и не имеющие ядра.

       Грибы – одноклеточные и многоклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла, но имеющие черты животной клетки, эукариоты.

       Вирусы  – это уникальные микроорганизмы, не имеющие клеточной структурной  организации.

       1.2. Питание микроорганизмов

       Всем  микроорганизмам для осуществления  процессов метаболизма, обеспечивающих синтез  соединений, из которых построена клетка, а также обеспечивающих расщепление веществ для получения энергии, необходимы питательные вещества.

       Процесс питания микроорганизмов имеет  ряд особенностей:

       1. поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки

       2 микробная клетка обладает исключительной быстротой метаболических реакций

       3 микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания.

 Поступление  питательных веществ в микробную  клетку может происходить за счет:

•  осмоса и диффузии по градиенту концентрации без затрат энергии;

•  пассивного   транспорта,  который   также   осуществляется   по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков, но без затрат клеткой энергии, и отличается от диффузии большей скоростью;

•  активного транспорта, который идет против градиента концентрации с затратой энергии и возможным частичным расщеплением   субстрата,   осуществляется   белками – переносчиками или ферментами — пермеазами.

       Быстрота  процесса проникновения питательных веществ через оболочку зависит от строения клетки, в том числе от концентрации питательных веществ в ней и окружающей среде, и внешних условий. Большинство микроорганизмов живет в солевых растворах, приближающихся к 0,5%-ному раствору хлористого натрия, обеспечивающих осмотическое давление клеточного сока в пределах 3—6 атмосфер. При внесении микроорганизмов в концентрированные гипертонические растворы поваренной соли или сахара вода из них отсасывается наружу и протоплазма клеток сморщивается. Это явление называется плазмолизом. В таких условиях микроорганизмы прекращают развитие и в большинстве случаев гибнут. На этом явлении основано длительное хранение продуктов: соление (грибов, мяса), консервирование (плодов, овощей), варение (фруктов в сахаре). Однако встречаются осмофильные микроорганизмы, которые переносят высокие концентрации солей, сахаров, меда. Так, некоторые микроорганизмы (например, водоросли Dunaliena salina, Asteromonas gracilis обитают в соленых озерах, бактерии (Leuconostoc mesenteroides) — в растворах сахара, дрожжи (Zygosaccharomyces mellis acidi) — в меде. У них осмотическое давление достигает 20—50 атмосфер и выше. Микроорганизмы, помещенные в гипотонические растворы (дистиллированную воду), сильно набухают под воздействием притекающей извне воды, округляются, некоторые из них разрываются. Явление набухания носит название плазмоптиса.

       Разнообразие  условий существования микроорганизмов  обуславливает различные типы питания.

       Обязательными элементами, входящими в состав основного соединения (белка) служат минеральные вещества (сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо) и четыре органогена – кислород, водород, углерод и азот.

       Источником  водорода и кислорода для микроорганизмов  служит вода. Вода необходима микробным  клеткам и для растворения питательных веществ, так как они могут проникать в клетку только в растворенном виде.

Источником азота  и углерода для большинства микроорганизмов  являются различные химические соединения (органические и неорганические).

       Углерод имеет наибольшее значение для питания микроорганизмов. Потребности различных микроорганизмов в источниках углерода разнообразны. Фотосинтезирующие организмы потребляют наиболее окисленную форму углерода – СО₂. Другие организмы получают углерод главным образом из органических веществ. При этом питательная ценность органических источников углерода зависит от строения их молекул, и связана с легкостью их перехода в углеводы или близкие к ним соединения, которые затем превращаются в вещества с тремя атомами углерода (пируват). Высокой питательной ценностью обладают вещества, содержащие спиртовые группы (-СНОН, -СН₂ОН, -СОН).

       Азот  служит материалом для образования  аминных (NH₂ ) и иминных (NH) групп в молекулах аминокислот, пуринов и пиримидинов, нуклеиновых кислот и других веществ клетки. Самый доступный источник азота для многих микроорганизмов – ионы аммония (NH₄⁺) и аммиак (NH₃). Большинство микроорганизмов способны использовать минеральные и органические соединения азота.

       Кроме того, в очень малых количествах  для нормального развития микроорганизмов требуются микроэлементы (цинк, бор, кобальт, марганец), которые содержатся в водопроводной воде и минеральных солях. Для развития некоторых микроорганизмов необходимы также особые вещества — стимуляторы роста, или ростовые вещества, которые содержатся в экстрактах дрожжей, кукурузном экстракте, проростках растений. В этих веществах имеются необходимые для жизни витамины, аминокислоты и близкие к ним вещества.  
 

       Глава 2. Типы питания микроорганизмов

   Микроорганизмы  в отношении углеродного питания разделяются на две физиологические группы: автотрофы и гетеротрофы. Питательная ценность источников углеродного питания в большой степени зависит от степени окисленности атомов углерода. Наиболее доступными источниками углерода являются полуокисленные атомы углерода - СН₂ОН, СНОН, СОН.  

       2.1. Автотрофы

       Автотрофы (от греческого autos – сам, tropha – питание) способны синтезировать сложные  органические вещества, используя для  этого простые неорганические соединения. Автотрофы используют в качестве единственного источника углерода углекислоту атмосферы. Ассимиляция СО₂ является эндотермическим процессом, поэтому требуется затрата посторонней энергии. Источником такой энергии является или солнечная энергия, как и у высших растений (фотосинтез), или химическая энергия (хемосинтез), получаемая бактериями за счет окисления некоторых минеральных веществ.

К фотоавтотрофам относятся зеленые и пурпурные  серобактерии, содержащие фотосинтезирующие  пигменты. Пурпурные серобактерии имеют  бактериохлорофилл, а зеленые - бактериовиридин. Кроме того, те и другие содержат каротиноиды.

К хемоавтотрофам относятся следующие бесцветные бактерии:

1) нитрифицирующие; 

2) бесцветные  серобактерии;

3) тионовые;

4) водородные  бактерии;

5) железобактерии.

       Явление хемосинтеза у бактерий было открыто Виноградским в 1888 г. Он показал, что в клетках нитрифицирующих бактерий сопряженно совершаются два процесса: 1) окисление аммиака в азотную кислоту с выделением энергии и 2) восстановление СО₂ до органических соединений.

Для роста  автотрофов достаточно наличие таких, например, соединений, как NaCl, K₂HPО₄, MgSО₄, FeCl₃ и (NH₄)₂SО₄. Углерод автотрофы получают из углекислоты или из карбонатов. Из этих соединений они синтезируют свои углеводы, жиры, белки, витамины, ферменты и другие соединения. Энергию для такого синтеза они получают за счет окисления таких неорганических простых соединений, как H₂S (серобактерии), NH₃, NaNО₂, NH₄OH (нитрифицирующие бактерии), FeCО₃ (железобактерии), Н₂ (водородные бактерии).

       К автотрофам относится меньшая часть микроорганизмов, большая же часть из них является гетеротрофами.

       2.2. Гетеротрофы

       Гетеротрофы (от греческого heteros – другой, tropha –  питание) способны ассимилировать углерод  только из органических соединений.

       Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ им требуются экзогенные органические вещества, т. е. произведённые другими организмами.

       Гетеротрофами являются почти все животные и  некоторые растения. По способу получения  пищи делятся на две противопоставляемые группы: голозойных (животные) и голофитных или осмотрофных (бактерии, многие протисты, грибы, растения).

       Растения-гетеротрофы  полностью (заразиха, раффлезия) или почти полностью (повилика) лишены хлорофилла и питаются, прорастая в тело растения-хозяина.

       К животным-гетеротрофам относятся все  простейшие, не способные синтезировать  органические вещества фото- или хемосинтезом. Однако существуют животные, способные в разных условиях питаться разными способами (эвглена зелёная).

       Гетеротрофы широко распространены в природе и играют очень важную роль в утилизации мертвых органических веществ растительного и животного происхождения. Они играют важную роль в разложении мертвых органических остатков в почве, в сточных водах, в открытых водоемах.

       Такие гетеротрофные микроорганизмы называются сапрофитами (от греческого sapro – гнилой, phyto – растение) или метатрофами (живут за счет инертных органических веществ). Сапрофиты играют значительную роль в процессе минерализации мертвых органических соединений.                Сапрофиты (метатрофы), питающихся мертвой тканью животных и растений.

       Большинство бактерий, дрожжей, плесеней, некоторые  простейшие принадлежат именно к  этой группе микроорганизмов.

       В ходе эволюции в результате прогрессивных  или регрессивных процессов (а может быть, тех и других) появились микроорганизмы (бактерии, простейшие, микоплазмы, вирусы и др.) способные существовать не только за счет мертвых органических остатков или продуктов обмена, но и в тканях и жидкостях живых растительных и животных организмов, осуществляя свое питание за счет активного белка высших организмов. Присутствие этих микроорганизмов может вызвать нарушение различных процессов и гибель животного или растительного организма.

       Подобные  микроорганизмы называют паратрофами или паразитическими (от греческого patogenes – способный вызвать заболевание). Среди них есть факультативные, условно – патогенные и облигатные паразиты. К облигатным (строгим внутриклеточным) паразитам относятся хламидии, риккетсии, вирусы. Паразиты (паратрофы), которые живут за счет органики живых организмов