Контрольная работа По "микробиологии"

ФГБОУ ВПО

«Курганская Государственная сельскохозяйственная академия

имени Т.С. Мальцева»

 

 

 

 

 

 

Кафедра экологии и защиты растений

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по микробиологии

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил:

студент … курса

факультета ……………………

…………………………………

заочной формы обучения

шифр …………………………

…………………………………

 

Работу проверил:

             …………………………………

 

 

 

 

 

 

 

Лесниково – 2013

Вопросы контрольной  работы:

 

14. Химический  состав клетки и потребность  микробов в воде, азотсодержащих  веществах, необходимых для их  питания

 

52. Аммонификация азотсодержащих органических соединений (белков, аминокислот, мочевины нуклеиновых кислот и др.). Возбудители. Приемы регулирования процесса в почве, при хранении навоза. Влияние на микроклимат помещений.

 

62. Инфекция  и инфекционная болезнь. Роль  микробов, восприимчивых организмов и условий внешней среды в развитии  инфекции.

 

98. Заполнение таблиц № 2-8 и рисунков № 1-7

 

99. Описание экспонатов коллекции – таблица 9

 

100.  Представление данных по использованию достижений микробиологии – таблица 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14. Химический состав клетки и потребность микробов в воде, азотсодержащих веществах, необходимых для их питания

Все клетки животных и растительных организмов, а также микроорганизмов сходны по химическому составу. В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных  химических реакциях. Сходство в строении и химическом составе разных клеток свидетельствует о единстве их происхождения.

Одни  элементы содержатся в клетках в  относительно большом количестве, другие - в малом. Особенно велико содержание в клетке четырех элементов - кислорода, углерода, азота и водорода (до 98%). Сера, фосфор, хлор, калий, магний, натрий, кальций, железо составляют вместе 1,9%. Все остальные элементы содержатся в клетке в исключительно малых  количествах (меньше 0,01%). В живых  телах наряду с веществами, распространенными  в неживой природе, содержится много  веществ, характерных только для  живых организмов.

Вода  составляет почти 80% массы клетки. Ей принадлежит существенная многообразная  роль в жизни клетки. Она определяет физические свойства клетки - ее объем, форму, упругость. Вода участвует в  образовании структурных молекул  органических веществ, в частности  структуры белков. Большинство реакций, протекающих в клетке, могут идти только в водном растворе; многие вещества поступают в клетку из внешней  среды в водном растворе и в  водном же растворе отработанные продукты выводятся из клетки. Вода является непосредственным участником многих химических реакций (расщепление белков, углеводов, жиров и др.).

Биологическая роль воды определяется особенностью ее молекулярной структуры, полярностью  молекул воды. Частица воды - диполь: в области атомов водорода (протона) преобладает положительный заряд, а в области атомов кислорода - отрицательный. Этим объясняется способность  воды к ориентированию в электрическом  поле и присоединению к различным  молекулам и участкам молекул, несущим  заряд, с образованием гидратов. Много  веществ способно растворяться в  воде: соли, кислоты, щелочи, а из органических веществ - многие спирты, амины, углеводы, белки и др.

Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными веществами. Жиры, клетчатка  и другие вещества плохо или вовсе  не растворяются в воде, их называют гидрофобными.

Гидрофильность  объясняется наличием групп атомов, способных вступать с молекулами воды в электростатическое взаимодействие или образованием с ними водородных связей. Гидрофильные вещества - это  соли, углеводы, белки, низкомолекулярные  органические соединения. Многие жиры - гидрофобны. Гидрофобные вещества входят в состав клеточных мембран, обусловливая их полупроницаемость.

Для процессов  жизнедеятельности клетки наиболее важны такие катионы, как K+, Na+, Ca2+, Mg2+, из анионов - HPO42-, Cl-, HCO3-. Концентрация анионов и катионов в клетке и  среде ее обитания, как правило, резко различна. К примеру, внутри клетки всегда довольно высокая концентрация ионов калия и очень малая - ионов натрия, а в окружающей среде (плазме крови, морской воде) мало ионов калия и много ионов натрия. Пока клетка жива, это соотношение ионов строго поддерживается, а после смерти клетки содержание ионов в среде и клетке выравнивается. Ионы клетки способствуют поддержанию постоянного осмотического давления внутри клетки и рН. В норме реакция клеток слабощелочная, почти нейтральная, обеспечиваемая содержащимися в клетке анионами слабых кислот (НСО3-, НРО4-) и слабыми кислотами (Н2СО3), которые связывают и отдают ионы водорода, в результате чего реакция внутренней среды клетки практически не изменяется. Некоторые неорганические вещества содержатся в клетке не только в растворенном, но и в твердом состоянии. Так, прочность и твердость костной ткани обеспечивается фосфатом кальция, а раковин моллюсков - карбонатом кальция. Не все вещества, содержащиеся в клетке, специфичны для живой природы. Вода и соли распространены и вне живого. Но в организмах и продуктах их жизнедеятельности обнаружено большое количество углеродсодержащих соединений, характерных только для живых клеток и организмов, получивших название органических веществ.

Из органических веществ клетки на первом месте по количеству и значению стоят белки, состоящие из крупных молекул (макромолекул, греч. “макрос” - большой). В состав всех белков входят атомы водорода, кислорода, азота; во многие белки входят еще атомы серы, а в некоторые - атомы металлов железа, цинка, меди. Белки составляют 10-20% от сырой массы  и 50-80% от сухой массы клетки. Белки  обладают большой молекулярной массой: молекулярная масса альбумина - одного из белков яйца - 36 000, гемоглобина - 152 000, миозина (одного из белков мышц) - 500 000. Тогда как молекулярная масса спирта - 46, уксусной кислоты - 60, бензола - 78. Среди органических веществ белки самые сложные, они составлены из повторяющихся сходных по структуре низкомолекулярных соединений, ковалентно связанных между собой, которые называются мономерами. Поэтому белки (как углеводы и жиры) являются полимерами. Большинство природных и искусственных (полиэтилен, лавсан, капрон и др.) полимеров построены из одинаковых мономеров. Белки же состоят из сходных, но не вполне одинаковых мономеров. Мономерами белков являются аминокислоты. Молекула аминокислоты как бы состоит из двух частей: одна часть одинаковая, состоящая из аминогруппы (-NH2) (выделена синим цветом) и находящейся рядом карбоксильной группы (-СООН); другая часть молекулы у всех аминокислот разная (выделена красным цветом) и называется радикалом (R). Имеется много разных аминокислот, но мономерами любых природных белков - животных, растительных, микробных, вирусных - являются только 20 аминокислот (их еще называют “волшебными”). Соединение аминокислот происходит через общие для них группировки: аминогруппа одной аминокислоты соединяется с карбоксильной группой другой с отщеплением молекулы воды. Между аминокислотами образуется прочная ковалентная связь -NH-CO2-, которая называется пептидной связью.

Образовавшееся  соединение аминокислот называется пептидом. Пептид из двух аминокислот  называется дипептидом, из трех - трипептидом, из многих аминокислот - полипептидом. Все белки представляют собой  полипептиды, т.е. цепи из многих десятков и даже сотен аминокислотных звеньев.

Микроорганизмы  нуждаются в воде по двум причинам:

1) Микроорганизмы  почти на 90% состоят из воды  и нуждаются во влаге для  функционирования.

2) Микроорганизмы  нуждаются в воде как среде  транспортирования, позволяющей  им двигаться среди отходов.

Удовлетворять потребности в азоте бактерии могут как за счёт его органических соединений (подобно гетеротрофным  эукариотам), так и за счёт молекулярного  азота (как и некоторые археи). Большинство бактерий используют для  синтеза аминокислот и других азотсодержащих органических веществ  неорганические соединения азота: аммиак (поступающий в клетки в виде ионов  аммония), нитриты и нитраты (которые  предварительно восстанавливаются  до ионов аммония) (http://www.wwlife.ru).

 

52. Аммонификация азотсодержащих органических соединений (белков, аминокислот, мочевины нуклеиновых кислот и др.). Возбудители. Приемы регулирования процесса в почве, при хранении навоза. Влияние на микроклимат помещений

Аммонификация - разложение микроорганизмами азотсодержащих органических соединений (белков, мочевины, нуклеиновых кислот и др.) с образованием свободного аммиака. Белки сначала  вне клетки расщепляются протеолитическими  ферментами до пептидов, которые затем  поглощаются клеткой и внутри нее пептидазами разлагаются  до отдельных аминокислот. Аминокислоты далее могут использоваться в  конструктивном метаболизме клетки микроорганизма или служить субстратом в энергетическом процессе. В последнем  случае аминокислоты подвергаются дезаминированию, в результате чего освобождается аммиак. При декарбоксилировании некоторых аминокислот возможно образование биогенных аминов, токсичных для человека и животных. Процесс аммонификации в обыденной жизни называют гниением, поскольку при этом наряду с аммиаком выделяется сероводород, метилмеркаптан и др. вещества с характерным неприятным запахом.

Аммонификация - превращение азотсодержащих органических соединений в аммиак и его соли, осуществляемое ферментами гнилостных бактерий (протей, псевдомонады, клостридии, актиномицеты и др.). Аммонификация - обязательное и важное звено круговорота азота в природе (Фирсов, 2006).

Бактерии  кишечной группы способны выделять аммиак в процессе аммонификации нитрата, когда диссимиляционная нитратредуктаза  А проводит только первый этап - восстанавливает нитрат до нитрита, а далее нитрит переходит в аммиак в процессе ассимиляции.

Выявление продуктов превращения исходных форм азота в среде культивирования может быть использовано для идентификации микроорганизмов. Например, денитрифицирующие бактерии выявляют на 5-6-е сутки культивирования по присутствию газа в поплавке (С02, N2) и отрицательной реакции на нитриты (используют реактив Грисса) и нитраты (реакция с дифениламином).

При утилизации азота из органических субстратов он включается в биомассу бактерий в  виде аминогрупп. Минерализация органических соединений происходит с выделением аммиака - аммонификация органических соединений. Выделение аммиака в ходе этого процесса используют на практике для идентификации отдельных бактерий. Выделяющийся в атмосферу аммиак меняет цвет подвешенной над средой культивирования красной лакмусовой бумажки на синий. Накопление аммиака в среде определяют реактивом Несслера. Первая реакция характерна для многих гнилостных бактерий, вторая - для бактерий кишечной группы.

Аммонификацию органических соединений можно рассматривать как промежуточный процесс между диссимиляцией (высвобождение аммиака) и ассимиляцией, поскольку часть органического азота при этом усваивают аммонифицирующие бактерии. Основной источник азота для аминогете-ротрофов - аминокислоты, менее значимы пурины и пиримидины. Потребность в азотсодержащих субстратах у бактерий варьирует.

Среди представителей рода Spirillum вид S. graniferum может утилизировать  азот мочевины, а S. annulus - нет.

 Отдельные виды (например, Agrobacterium radiobacter) могут расти на среде, содержащей одну аминокислоту (в данном примере аспарагиновую), используя её как единственный источник углерода и азота. Другие способны расти лишь при наличии всех необходимых субстратов, используемых для биосинтеза белка (например, Agrobacterium rubi). Способность разлагать определённые аминокислоты (например, фенилаланин) применяют для идентификации различных бактерий.

Высокомолекулярные  соединения не способны проходить через клеточную стенку бактерий, поэтому утилизировать белковый азот способны лишь бактерии, выделяющие экзоферменты (протеазы), расщепляющие белки до низкомолекулярных пептидов и аминокислот. Наиболее часто о протеолитической активности бактерий судят по способности гидролизовать (разжижать) желатну. При выращивании бактерий in vitro часто в качестве источников азота используют пептоны - препараты неполного гидролиза белков. Лучше усваиваются пептоны со свободными аминокислотами и низкомолекулярными пептидами. Широкое распространение получили также белковые гидролизаты, не подкисляющие среду (в отличие от неорганических аммонийных солей) и удовлетворяющие потребность в аминокислотах у видов, неспособных к их синтезу (http://meduniver.com).

Процесс минерализации азотсодержащих органических соединение с выделением аммиака  носит название аммонификации. Этому  процессу подвержены белки и их производные - пептиды и аминокислоты нуклеиновые кислоты и их производные - пуриновые и пиримидиновые основания, мочевина и мочевая кислота, азотсодержащий полисахарид хитин и гумусовые кислоты.

 
 
Рисунок 1 - Сопряжение процессов фотосинтеза и азотфиксации

(по М.  М. Умарову, 1982)

В конце  прошлого века француз Э.Маршель  показал, что процесс аммонификации  носит универсальный характер и  осуществляется многими микроорганизмами в широком диапазоне условий, за исключением мест с очень жарким и сухим климатом.

 
 
 
Рисунок 2 - Аммонификация белков (Бабьева, Зенова, 1983)

Аммонификация белков - наиболее динамичное звено в цикле азота. При внеклеточных превращениях конечным продуктом являются аминокислоты, и их накопление в почве служит одним из показателей ее биологической активности. В процессе участвуют протеазы, как микроорганизмов, так и растений. Далее аминокислоты поступают в клетки микроорганизмов, либо вовлекаются в химические реакции в почве или адсорбируются. Внутриклеточные превращения аминокислот возможны по четырем направлениям: синтез белка, переаминирование, декарбоксилирование и дезаминирование (рис. 2).

При дезаминировании  выделяется свободный аммиак. В аэробных условиях кроме аммиака при аммонификации  образуется СО₂ и окислы серы, а в анаэробных - жирные и ароматические кислоты (бензойная, ферулиновая и др.), спирты, индол, скатол, метилмеркаптан.

Образующиеся  в переувлажненных почвах при  анаэробиозе некоторые продукты аммонификации обладают фитотоксическими свойствами и могут вызывать угнетение  роста растений.

В процессе аммонификации помимо бактерий участвуют  актиномицеты и грибы, но наиболее активные возбудители известны среди бактерий родов Pseudomonas и Bacillus, например, В. putrificus и B. sporogenes. Для процесса аммонификации  большое значение имеет соотношение  С : N в разлагаемом субстрате. Чем  уже это соотношение, тем выше эффективность аммонификации, определяемая по количеству NH₂ от общего количества превращенного азота. Соотношение углерода и азота в биомассе бактерии C:N=25. При содержании в органическом веществе разлагающейся растительной массы азота менее 2%, он будет полностью иммобилизован в клетках микроорганизмов. При более высоком его содержании (C:N<25) будет выделяться аммиак. Это проявляется при использовании разных удобрений. Отношение С: N в навозе ниже 25 и его разложение поэтому сопровождается накоплением аммиака, а для соломы С: N высокое и внесение в почву соломы без минеральных азотных удобрений приводит к иммобилизации, т. е. закреплению, всего азота в микробных клетках и азотному голоданию растений.