Шпаргалка по дисциплине"Микробиология"

У архей отсутствуют хлорофиллы и бактериохлорофиллы, фотосинтез таким образом у архей бесхлорофилльный, фотосинтетическим пигментом является бактериородопсин— уникальный белок, имеющий сходство с родопсином в виде наличия ретиналя, однако встречающийся только у галобактерий

Для фотосинтеза архей также характерно отсутствие электрон-транспортной цепи, генерирование протонного градиента осуществляется при помощи т. н. бактериородопсиновой протонной помпы; такой способ генерации электрохимического градиента является самым примитивным, также у галобактерий присутствует галородопсиновая помпа, которая под действием света закачивает ионы хлора в клетку, при этом также генерируется электрохимический градиент, который может быть использован для синтеза АТФ

Уникальной особенностью некоторых архей является также комплекс ферментов для осуществления метаногенеза; ни эукариоты, ни бактерии не способны продуцировать метан

Так как многие археи являются экстремофилами, некоторые археи имеют термостабильные белки, более устойчивые к действию высокой температуры, а также особое строение мембраны (у экстремальных термофилов), также есть характерные адаптации для экстремальной галофилии и ацидофилии.

Bacteria (Bacterlobionta, Подцарство Настоящие  бактерии)

Мембраны двуслойные, липопротеидные. Липиды представлены триглицеридами. Чувствительны к антибиотикам, но нечувствительны к токсину дифтерии. К эубактериям относятся подцарства синезеленых, грам- положительных и грам-отрицательных бактерий.

Древнейшие эубактерии имеют возраст не менее 3,5 млр.лет.

Подцарство настоящие бактерии - Bacteria, или Bacterlobionta - это различные группы анаэробных гетеротрофных , реже автотрофных прокариот, способных к анаэробному фотосинтезу.

Известно около 3000 видов бактерий. Часть бактерий способна прямо утилизировать солнечную энергию ( автотрофы ), другие ( гетеротрофы ) получают энергию, используя органические вещества. Среди автротрофных бактерий есть фотосинтезирующие и хемосинтезирующие . Солнечную энергию способны использовать и аккумулировать зеленые и пурпурные бактерии. У зеленых бактерий окраска определяется особым веществом - бактериохлорофиллом, а не хлорофиллом а, как у синезеленых. Нет синего и бурого пигментов. При фотосинтезе не выделяется кислород.

Хемосинтез, т.е. использование энергии окислительных процессов неорганических веществ, распространен лишь среди некоторых бактерий. Хемосинтез был открыт микробиологом С.Н. Виноградским (1856-1953). Серобактерии способны окислять сероводород до серы. Нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в азот и азотную кислоту. Преобладание азота в современной атмосфере - следствие деятельности нитрифицирующих бактерий. Железобактерии превращают закисное железо в окисное.

Среди гетеротрофных бактерий одна часть использует энергию процессов брожения. Конечным продуктом процесса брожения являются органические кислоты. Наиболее известны молочнокислые, маслянокислые и уксуснокислые бактерии. Другая часть гетеротрофных бактерий - гнилостные бактерии - используют энергию, высвобождающуюся при расщеплении белков. Конечный продукт распада при таких гнилостных процессах - азотные соединения, в последующем окислении которых принимают участие нитрифицирующие бактерии.

 

31. Влияние физических  факторов на микроорганизмы. Отношение  микроорганизмов к молекулярному  кислороду. Аэробы, анаэробы, микроаэрофилы.

Кислород входит в состав молекул воды, органических и неорганических соединений, присутствует в современной атмосфере в виде молекулярного кислорода (О2), объемная доля которого составляет 21 %. Кислород является обязательным химическим компонентом любой клетки.

Подавляющее большинство организмов удовлетворяет свои потребности в этом элементе, используя обе формы кислорода. 100 %-и молекулярный кислород подавляет рост всех облигатных аэробов.

Многие аэробные бактерии могут формировать колонии на поверхности твердой питательной среды в атмосфере, содержащей 40 % О2, но рост их прекращается, когда содержание О2 в атмосфере повышается до 50 %.

В отношении к молекулярному кислороду прокариоты могут быть разделены на несколько групп:

I. АЭРОБЫ

1. ОБЛИГАТНЫЕ

а) Растущие на воздухе

б) Микроаэрофильные

2. ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ

II. АНАЭРОБЫ

1. ОБЛИГАТНЫЕ

а) Строгие

б) Аэротолерантные

2. ФАКУЛЬТАТИВНЫЕ

Облигатные (обязательные) аэробы – прокариоты, для роста которых О2 необходим. К ним относится большинство прокариотных организмов.

Микроаэрофилы – аэробы, не способные к росту при концентрации О2, равной атмосферной, но могут расти, если содержание О2 в окружающей среде будет значительно ниже (порядка 2 %).

Факультативные аэробы или анаэробы – прокариотные организмы, которые могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Бактерии этой группы не нуждаются в О2 (последний не участвует в осуществляемых ими метаболических реакциях), но способны расти в его присутствии. Примером таких организмов служат молочнокислые бактерии. Многие прокариоты, относящиеся к этой же группе, приспособились в зависимости от наличия или отсутствия О2 в среде переключаться с одного метаболического пути на другой, например с дыхания на брожение, и наоборот.

Облигатные анаэробы – прокариоты, для метаболизма которых О2 не нужен, т. е. энергетические и конструктивные процессы у них происходят без участия молекулярного кислорода. К ним относятся метанобразующие архебактерии, сульфатвосстанавливающие, маслянокислые и некоторые другие эубактерии. Облигатные анаэробы получают энергию в процессах анаэробного дыхания, т. е. переноса электронов по цепи переносчиков на СО2, SO42-, фумарат и другие акцепторы.

Строгие облигатные анаэробы – не выносят присутствия даже незначительных количеств молекулярного кислорода в среде и быстро погибают. К числу строгих анаэробов относятся представители родов Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium и др.

Аэротолерантные анаэробы - бактерии, умеренно (Clostridium tetani, С. carnis, С. tertium, С. sporogenes) или достаточно высоко (С. perfringens, С. acetobutylicuni) толерантные к О2, могут расти в присутствии воздуха.

 

32. Влияние физических  факторов на микроорганизмы. Температура. Способность к росту при различных  температурных условиях. 

Температурные условия в биосфере достаточно разнообразны. Свыше 80 % ее принадлежит к постоянно холодным областям. Значительная часть поверхности суши, включающая и континент Антарктиду, имеет низкую температуру. Средняя температура почвы в умеренной климатической зоне составляет 12 °С.

Три температурные точки, имеющие решающее значение для развития того или другого микроорганизма, называются кардинальными:

1. Максимальная температурная точка, при которой происходит замедление  и остановка развития 

2. Оптимальной называют температуру, при которой микроорганизмы развиваются наиболее интенсивно

3. Минимальная температурная точка, при которой происходит замедление  и остановка развития

По отношению к температуре все микроорганизмы условно разделяют:

1. Психрофилы (опт 15–20 °С, min 8… –1 °С, max 30–35 °С)

а) Облигатные: приспособились к устойчивым холодным условиям

б) Факультативные: приспособились к устойчивым холодным условиям; более широкий температурный

 диапазон

2. Мезофиллы (наиболее распространенная  группа микроорганизмов. Опт 28…35 °С, min 5…10 °С, max 40…50 °С. Гнилостные бактерии; патогенные бактерии; токсигенные бактерии; промышленные культуры)

3. Термофилы (опт 35…40 °С, min 10… 15 °С, max 55…60 °С)

а) Термотолерантные(опт 35…40 °С, min 10… 15 °С, max 55…60 °С. Способны расти при повышенных температурах)

б) Облигатные (опт 55…60 °С, min 40…45 °С, max 65…70 °С. эубактерии Bacillus acidocaldarius,  Synechococcus lividus, археи Methanobacterium thermoautotrophicum, Thermoplasma acidophilum)

в) Факультативные (опт 20…40 °С, min 20…25 °С,max 50…65 °С. Способность расти

в большом диапазоне)

г) Экстримальные (опт 80…105 °С, min 60…65 °С, max 110 °С. Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium)

Способность психрофилов расти в условиях низких температур объясняется:

*особенностями их ферментных белков и мембранных липидов: увеличение в мембранах содержания ненасыщенных жирных кислот позволяет им находиться в функционально активном жидко-кристаллическом состоянии при низких температурах.

*обязательное условие возможности роста психрофилов при минусовых температурах – нахождение воды в жидком состоянии.

Отмирание клеток при нагревании наступает вследствие необратимых изменений в протоплазме: инактивации ферментов, денатурации белков. Большинство вегетативных клеток погибает уже при 60–70 °С в течение 15–30 мин, а при 100 °С в течение нескольких секунд. Дрожжи и плесени также не переносят температуру 50–60 °С.

Споры бактерии вследствие своего строения, химического состава отличаются большой термоустойчивостью, многие из них выдерживают кипячение в течение 5–6 ч (споры Вас. subtilis, Cl. botulimim, Сl. sporogenes). Высокую термоустойчивость проявляют споры при воздействии сухого жара.

По отношению к низкой температуре микроорганизмы проявляют большую устойчивость, несмотря на то, что размножение и биохимическая деятельность микроорганизмов ниже минимальной кардинальной температурной точки прекращаются, гибель самой клетки может не наступать, и в таком анабиотическом состоянии многие микроорганизмы, а особенно споры, остаются жизнеспособными длительное время. 

Под воздействием низких температур, особенно ниже минус 3 – минус 8 °С, в протоплазме клетки происходит ряд необратимых изменений, нарушается обмен веществ, инактивируются ферменты, происходят структурные изменения протоплазмы. Отмечено токсичное действие ионов солей, концентрация которых увеличивается в результате вымораживания воды, имеет значение и механическое повреждение протоплазмы клеток в результате образования внутриклеточных кристаллов льда.

 

 

33. Влияние физических факторов на микроорганизмы. Температура. Способность к выживанию в экстремальных температурных условиях.

Температурные условия в биосфере достаточно разнообразны. Свыше 80 % ее принадлежит к постоянно холодным областям. Значительная часть поверхности суши, включающая и континент Антарктиду, имеет низкую температуру. Средняя температура почвы в умеренной климатической зоне составляет 12 °С.

Три температурные точки, имеющие решающее значение для развития того или другого микроорганизма, называются кардинальными:

1. Максимальная температурная точка, при которой происходит замедление  и остановка развития 

2. Оптимальной называют температуру, при которой микроорганизмы развиваются  наиболее интенсивно

3. Минимальная температурная точка, при которой происходит замедление и остановка развития

По отношению к температуре все микроорганизмы условно разделяют:

1. Психрофилы (опт 15–20 °С, min 8… –1 °С, max 30–35 °С)

а) Облигатные: приспособились к устойчивым холодным условиям

б) Факультативные: приспособились к устойчивым холодным условиям; более широкий температурный

 диапазон

2. Мезофиллы (наиболее распространенная  группа микроорганизмов. Опт 28…35 °С, min 5…10 °С, max 40…50 °С. Гнилостные бактерии; патогенные бактерии; токсигенные бактерии; промышленные культуры)

3. Термофилы (опт 35…40 °С, min 10… 15 °С, max 55…60 °С)

а) Термотолерантные(опт 35…40 °С, min 10… 15 °С, max 55…60 °С. Способны расти при повышенных температурах)

б) Облигатные (опт 55…60 °С, min 40…45 °С, max 65…70 °С. эубактерии Bacillus acidocaldarius,  Synechococcus lividus, археи Methanobacterium thermoautotrophicum, Thermoplasma acidophilum)

в) Факультативные (опт 20…40 °С, min 20…25 °С,max 50…65 °С. Способность расти

в большом диапазоне)

г) Экстримальные (опт 80…105 °С, min 60…65 °С, max 110 °С. Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium)

Термофилы

Встречаются термофилы в почве, навозе, кишечнике животных и человека.

Термофилы в большинстве своем споровые формы, причем споры их отличаются особой термоустойчивостью (Вас. stearothermophilus, Вас. aerothermophilus).

Переносят стерилизацию (особенно при большом начальном обсеменении) и вызывают плоско-кислую порчу консервов, причиняя большой вред производству пищевых консервов.

Механизмы термоустойчивости:

* Роль мембранных липидов. Насыщенные жирные кислоты, входящие в состав липидов, имеют более высокую точку плавления по сравнению с ненасыщенными.

* Роль ферментных белков. Температурные точки термофилов зависят от конформации одного или нескольких ключевых ферментов. При минимальной температуре роста происходит переход от жесткой неактивной конформации белковых молекул к конформации с ограниченной гибкостью; оптимальная температура роста определяет наиболее благоприятное конформационное состояние ферментных белков; при максимальной температуре начинаются нарушения конформации белков и снижение их ферментативной активности, а выше этой температуры рост прекращается вследствие тепловой денатурации белков.