Классификация живого мира по Виттекеру

2. Фаза – ускорение роста.

Характеризуется постоянной относительной скоростью деления клеток. В этот период число клеток возрастает по экспоненте. Удельная скорость остается постоянной и максимальной, а абсолютная скорость быстро возрастает. Скорость деления клеток в фазе ускоренного роста является максимальной для них, причем для различных видов бактерий и условий окружающей среды эта скорость различна, так например, кишечная палочка в этой фазе делится каждые 20 минут, для некоторых почвенных бактерий  время генерации 60-150 минут , а у нитрифицирующих бактерий 5-10 часов. В течении этой фазы величина клеток и их химический состав остаются постоянными.

3. Фаза – линейного роста.

Эта фаза характеризуется резким снижением  удельной скорости роста, т.е. увеличением  времени генерации. Причиной этому  служит начинающийся дефицит питательных веществ и избыточное содержание в среде продуктов обмена, которые в определенной концентрации негативно влияют на рост популяции. В этот период количество бактерий увеличивается линейно, а абсолютная скорость достигает максимума. 

4. Фаза – замедление роста.

В этот период дефицит питательных  веществ и концентрации продуктов  обмена продолжают увеличиваться, что  сказывается на падении абсолютной и относительной скоростей роста. Увеличение количества клеток постепенно замедляется и к концу фазы  и к концу фазы приближается к  максимуму. В этот период характеристика отмирания части наименее приспособленных клеток.

 II, III и IV фазы объединяются в одну фазу роста.

5. Фаза- стационарная.

В течение этой фазы количество живых клеток в культуре сохраняется примерно постоянным, т.к. число вновь образующихся клеток равно числу отмирающих. Абсолютная и относительная скорости роста приближаются к нулевой отметке. Отмирание или выживание бактерий в этой фазе не является случайными событиями. Выживают как правило те клетки, которые способны качественно перестроить свой обмен веществ. Для всех бактерий в этой фазе характерно использование запасенных веществ, распад части клеточных веществ, биомассы статической культуры в этой фазе достигает максимума и поэтому называется выходом или урожаем культуры. количество урожая зависит от видовой принадлежности микроорганизмов, от природы и количества питательных веществ, а так же от условий культивирования. В микробных производствах проточные микробные культуры поддерживают в стационарной фазе развития.

6. Фаза – отмирание.

Эта фаза наступает в тот момент когда концентрация какого либо из необходимых клеткам питательных веществ, падает до условного нуля, или когда какой-либо продукт обмена достигает такой концентрации в среде, при которой он токсичен для большинства клеток. Абсолютная и удельная скорости роста отрицательны, что говорит об отсутствии деления клеток.

 

Потребности прокариот  в питательных веществах.

Бактерии  кик и все живые организмы  нуждаються в питательных веществах необходимых для синтеза основных клеточных компонентов, которые могут быть синтезированы клеткой или поступать в готовом виде.

Чем больше готовых соединений должен получать организм извне, тем ниже уровень  его биосинтетических способностей, т.к. химическая организация всех живущих  форм одинакова.

Источники углерода.

В конструктивном метаболизме основная роль принадлежит углероду. В зависимости  от источника углерода для конструктивного  метаболизма все прокариоты делятся  на:

• Автотрофов – организмы способные синтезировать все компоненты клетки из углекислого газа, воды и минеральных веществ.
• Гетеротрофы – источником углерода для конструктивного метаболизма служат органические соединения.

 

Степени гетеротрофии.

1. Облигатные внутриклеточные паразиты, - им присуща наибольшая степень гетеротрофии. Они могут жить только внутри других клеток. Порядок:

Rickettsiales

Chlamydiales

Паразитический образ жизни  привел к редукции некоторых метаболических путей у этих прокариот, что и  обусловило полную их зависимость от метаболизма клетки хозяина.

2. Факультативные паразиты. Это паразитические прокариотные организмы, которые выращивают на искусственных средах, но состав таких сред необычайно сложен.  Они содержат как правило белки, или продукты их не глубокого гидролиза (лепиды), полной набор витаминов, фрагменты нуклеиновых кислот и т.д. Для приготовления питательной среды такого состава используют мясные гидролизаты, цельную кровь или её сыворотку.
3. Сапрофиты (сапрос – гнилой, греч.)

Гетеротрофные организмы, которые  непосредственно от других организмов не зависят, но нуждаются в готовых органических соединениях. Они используют продукты жизнедеятельности других организмов или разлагающиеся растительные и животные ткани. К сапрофитам относятся большая часть бактерий.

Степень требовательности к субстрату у сапрофитов весьма различна.

В эту группу входят организмы которые могут расти только на достаточно сложных субстратах (молоко, трупы животных, гниющие растительные остатки), т.е. им нужны в качестве обязательных элементов питания углеводы, органические формы азота в виде кабера аминокислот, пентуров, белков, все или часть витаминов, нуклеотиды, или готовые компоненты необходимые для синтеза последних (азотистые основания, пятиуглеродные сахара). Чтобы удовлетворить потребности этих гетеротрофов в элементах питания их обычно культивируют на средах содержащих мясные или рыбные гидролизаты, автолизаты дрожжей, растительные экстракты, молочную сыворотку.

Есть прокариоты требующие для роста весьма ограниченное число готовых органических соединений, в основном из число витаминов и аминокислот, хотя они не в состоянии синтезировать сами. С другой стороны есть гетеротрофы нуждающееся только в одном органическом источнике углерода (сахар, спирт, кислота или другие углерод содержащие соединения).

4. Олиготрофные бактерии (олиго – мало) обитают в водоемах, способны расти при низких концентрациях в среде органических веществ (в пределах 1-15 мг. Углерода на литр).

 

Потребности в азоте.

Азота содержится примерно 10-14% в расчете  на сухой вес клетки. В природе  азот встречаеться в окисленной, восстановленной форме и в виде молекулярного азота.

Подавляющее большинство прокариот усваивают  азот в восстановленной форме (соли аммония, мочевина, аминокислоты или продукты их неполного гидролиза).

Роль микроорганизмов в круговороте  азота.

↗	денитрофикация	↘
нитрофикация		азотофикация
↖	аммонофикация	↙

 

Источники серы и фосфора.

Сера  фосфор необходимы в небольших количествах 1-3% от сухой массы клетки. Сера входит в состав аминокислот, витаминов  и кофакторов (биотин, коферменты и т.д.). фосфор неаобходимый компонетк нуклеиновых кислот, коферментов.

В природе сера находится в форме  неорганических солей, главным образом  сульфатов, молекулярной серы или в  составе органических соединений . большинство прокариот потреляют серу в виде сульфата переводя её в сероводород. Основная форма фосфора в природе – фосфаты и прокариоты потребляют в основном одно или двузамещенные фосфаты.

Роль ионов металлов.

Металлы в форме катионов неорганических солей, как составная часть ферментов  в достаточно высоких концентрациях  необходимы: Mg, Ca, K, Fe. В небольших количествах нужны: Zn, Mn, Na, Cu, Y, Ni, Co.

Факторы роста.

Некоторые прокариоты обнаруживают потребности в одном каком-либо органическом соединении  из группы витаминов, аминокислот, или азотистых оснований, которые они по каким-либо причинам не могут синтезировать. Такие органические соединения необходимы в очень не больших количествах получили название факторов роста. Организмы которые в дополнение к основным источникам углерода необходим один и больше факторов роста называеться ауксотрофами, в отличии от прототрофов синтезирующих все необходимые органические соединения из основных источников углерода.

Общая характеристика метаболизма  прокариот.

Метаболизм (обмен веществ) – складывается из двух противоположных, но взаимосвязанных  потоков реакций.

1. Энергетический метаболизм (катоболизм) – это поток реакций сопровождающейся мобилизацией энергии и преобразованием её в электрохимическую (поток электронов) и химическую (АТФ), которая затем может использоваться во всех энергозависимых процессах.

Катоболизм характерен только для групп организмов, метаболизм который связан с превращением органических соединений.

2. Конструктивны метаболизм (анаболизм) (биосинтезы) –это поток реакций в результате которых за счет поступающих из вне  веществ строиться вещество клеток. Это процесс связанный с потреблением свободной энергией, запасенной в химической форме в молекулах АТФ или других богатых энергией соединений.

Есть прокариоты у которых функционирует один поток превращений органических соединений углерода.

Фотолитотрофы и хемолитотрофы.

Метоболические пути состоят из множества последовательных ферментативных реакций.

На  начальном этапе потребления  веществ из окружающей среды молекулы служащие исходным субстратом для питания перерабатываются в дополнительном (периферическом) метаболизме.

Связь между двумя типами метаболизма.

Катаболизм  и анаболизм связаны по нескольким каналам:

1. Основной энергетический пред. Реакции поставляют энергию необходимую для биосинтеза и других клеточных энергозависимых функций.
2. Биосинтетические реакции кроме энергии часто нуждаются в поступлении из вне восстановителей в виде протонов  H⁺ или электронов, источником которые также служат реакции энергетического метаболизма.
3. Определенные промежуточные этапы – метаболиты обеих путей могут быть одинаковыми, хотя направленность потоков реакции различно. Это создает возможность для использование общих промежуточных продуктов в каждом из метаболических путей. Промежуточные вещества называются амфиболитами, а промежуточные реакции – амфиболистическими. Ключевые метаболиты образуются на пересечении метаболистичесских путей и выполняющих многообразные функции называются центроболиты.

Ферменты.

Это катализаторы биохимических реакций  клетки, белковой природы.

Классификация:

1. По месту действия.

• Эндоферменты – ферменты которые работают внутри клетки.
• Экзофермены – ферменты которые клетка выделяет за свою мембрану для того что бы расщеплять крупные молекулы.

2. По характеру присутствия в клетке.

• Конститутивные – ферменты которые в клетке всегда есть.
• Индуцибельные – которые вырабатываются клеткой в ответ на поступление нового питательного вещества.

3. Биохимическая (международная) 1961 год.

По характеру ферментных реакций.

• Оксиредуктазы – это ферменты которые катализируют окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся переносом протонов и электронов.
• Трансферазы – это ферменты которые катализируют реакции переноса отдельных групп.
• Гидролазы – это ферменты катализирующие гидролитическое расщипление сложных органических субстратов.
• Лиазы – ферменты которые катализируют не гидролитическое расщипление субстрата.
• Изомеразы – катализируют реакции изомеризации.
• Лигазы  (синтетазы) – катализируют реакции синтеза или образов сложных органических молекул.

Механизм ферментативных реакций.

 

 

 

 

 

Особенности ферментативных реакций.

1. Особенность ферментативных раекций состоит в строгой спецефичности действия ферментов.

Специфичность – это способность  реагировать только с одним веществом  или группой веществ. Специфичность  бывает абсолютная- фермент действует только с одним веществом, и групповая – фермент катализирует реакции с группой веществ обладающих общими структурными признаками, относительная – проявляется в том случае, когда фермент действует на определенную  химическую связь, стереохимическая – когда фермент действует на определенный стереоизомер.

2. Многие ферменты образуют так называемы мультиферментные системы