 |
Рост и размножение микроорганизмов
|
|
|
|
Методическая разработка лекционного занятия
Тема: Физиология и биохимия микроорганизмов
План:
1. Общие понятия
2. Химический состав микроорганизмов
3. Питание и метаболизм микроорганизмов
4. Дыхание микроорганизмов
5. Пигменты микроорганизмов
6. Рост и размножение микроорганизмов
Общие понятия
Физиология изучает жизненные функции микроорганизмов: питание, дыхание, рост и размножение. В основе физиологических функций лежит непрерывный обмен веществ. Сущность обмена веществ составляет два противоположных и взаимосвязанных процесса – ассимиляция и диссимиляция.
Ассимиляция – это усвоение питательных веществ и использование их для синтеза клеточных структур. При этом происходит усложнение соединений. Так, из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов – полисахариды.
Диссимиляция – разложение и окисление питательных веществ с выделением при этом энергии. Сложные органические соединения распадаются на более простые, низкомолекулярные соединения. Часть из них выводятся из клетки, а часть снова используется в биосинтезе клетки.
Химический состав микроорганизмов
Как и все клетки, бактериальная клетка состоит из неорганических и органических веществ.
Неорганические вещества:
Вода – составляет 70-85% клетки. В ней растворяются различные химические вещества, диссоциируют электролиты, формируются коллоиды.
Сухой остаток – 15-30%. Из них 95% приходится на долю элементов: углерода (50%), кислорода (30%), азота (12%), водорода (8%). Процент остальных элементов (натрий, калий, кальций, фосфор, железо, магний и др.) составляет всего 3-10%.
Органические вещества:
Представлены белками, жирами, углеводами, а также нуклеиновыми кислотами- ДНК и РНК.
|
|
|
Белки – составляют основную часть органических веществ в клетке. Они определяют важнейшие свойства микроорганизмов. Делятся на простые (протеины) и сложные (протеиды). Они построены из аминокислот, состав которых характерен для каждого вида микроорганизмов.
Углеводы – это наиболее изменчивая часть микробной клетки. Их состав зависит от возраста и условий развития микробов. Они могут быть простыми (моно и дисахариды) и сложными (полисахариды). Функция углеводов – выполняют пластическую роль и являются источниками энергии.
Липиды – состоят из нейтральных жиров, фосфолипидов и свободных жирных кислот. Роль липидов – являются составной частью цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, определяют токсические свойства микробной клетки.
Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК являются важнейшей частью клетки. В ДНК зашифрована вся наследственная информация клетки, а РНК участвует в считывании этой информации, а также в синтезе белка.
Минеральный состав микроорганизмов - меняется в зависимости от состава питательной среды. Основные элементы для жизнедеятельности клетки – это натрий, калий, фосфор, кальций, магний, железо, медь, сера, хлор, кремний. Например, натрий играет роль в поддержании осмотического давления в клетке, медь и железо содержатся в дыхательных ферментах, фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, жиров.
Питание и метаболизм микроорганизмов
Для того, чтобы микроорганизмы росли и размножались, для них необходимы питательные вещества и доступные источники энергии. Все организмы нуждаются в достаточном количестве воды и элементах (углерод, кислород, азот, водород, фосфор, калий, натрий и др.), а также микроэлементы – железо, марганец, цинк, медь и др. и витаминов.
Источником питательных веществ могут быть различные органические и неорганические соединения. В зависимости от характера источника питания микроорганизмы делятся на аутотрофы и гетеротрофы.
|
|
|
Аутотрофы – это микроорганизмы, использующие для своего роста и размножения неорганические вещества (хлориды натрия, железа, магния, соли азотной и фосфорной кислоты). Это самые удивительные микроорганизмы – из простых неорганических соединений они сами синтезируют органические (белки, жиры, углеводы, ферменты).
Гетеротофы – в качестве источника питания они используют готовые органические соединения. В свою очередь гетеротрофы делятся на сапрофиты и паразиты.
Сапрофиты – для своей жизнедеятельности они используют мертвые органические вещества. Они широко распространены в природе и играют важную роль в разложении органических остатков в природе.
Паразиты – в отличие от сапрофитов они живут и размножаются только в тканях живого организма. Являются патогенными и могут вызывать заболевания.
Питание микробных клеток – питательные вещества представляют собой высокомолекулярные органические соединения и для проникновения внутрь клетки они должны расщепиться на более низкие. Эту функцию расщепления питательных веществ выполняет фермент пермеаза, находящийся в цитоплазматической мембране. При помощи пермеазы происходит перенос питательных веществ через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану. Питательные вещества проникают внутрь клетки путем диффузии.
Ферменты микробных клеток – это сложные белковые вещества, образующиеся живыми клетками. Являются катализаторами всех химических реакций, происходящих в живых организмах. Даже минимальное количество фермента может вызвать быстрое химическое превращение огромного количества вещества. После реакции фермент возвращается к своему исходному состоянию. Каждый вид микроорганизмов имеет свой набор ферментов, который характерен только для данного вида.
Дыхание микроорганизмов
Дыхание – это совокупность биохимических процессов, в результате чего освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов. Различают фотосинтезирующие бактерии (используют энергию солнечного света) и хемосинтезирующие (используют энергию за счет окисления неорганических и органических веществ).
|
|
|
Бывают анаэробные и аэробные типы дыхания.
Анаэробный тип – дыхание происходит без участия свободного кислорода.
Аэробный тип - дыхание происходит с участием свободного кислорода.
Облигатные аэробы – живут и развиваются при участии кислорода с выделением большого количества энергии (микобактерии туберкулеза, лептоспиры, бруцеллы).
Облигатные анаэробы – живут и развиваются при отсутствии кислорода с выделением малого количества энергии (клостридии столбняка, ботулизма).
Факультативные анаэробы – могут жить как при присутствии кислорода, так и без него. Сюда относятся большинство патогенных и сапрофитных бактерий.
Пигменты микроорганизмов
Некоторые микроорганизмы в процессе обмена веществ образуют красящие вещества – пигменты. Они по химическому составу и свойствам делятся:
1. Растворимые в воде (синий пигмент – пиоцианин, выделяется синегнойной палочкой).
2. Нерастворимые в воде, но растворимые в спирте (красный пигмент – продигиозан, выделяется чудесной палочкой).
3. Нерастворимые ни в воде, ни в спирте (черный пигмент дрожжей и плесеней)
Пигментообразование имеет определенное физиологическое значение. Они защищают микробную клетку от природной УФ-радиации, участвуют в процессе дыхания, а некоторые обладают свойствами антибиотиков (продигиозан).
Рост и размножение микроорганизмов
Рост – это увеличение размеров микроорганизма и его клеточных структур.
Размножение – самовоспроизведение, увеличение количества бактерий. Размножение бактерий происходит по принципу деления. Перед делением происходит удвоение молекул ДНК. Процесс деления считается законченным, если цитоплазма клеток разделена перегородкой. В образовании перегородки принимает участие цитоплазматическая мембрана и клеточная стенка.
Размножение бактерий может происходить в плотной и жидкой питательной среде. При размножении на плотной питательной среде бактерии образуют на её поверхности типичные для каждого вида микроорганизмов колонии. Каждая колония – это популяция микроорганизмов, выросшая из одной клетки данного вида. Внешний вид настолько характерен, что может служить дифференциальным признаком для идентификации микроорганизмов.
|
|
|
Размножение бактерий в жидкой питательной среде имеет свои особенности и проходит в несколько последовательных фаз:
Фаза 1 – исходная стационарная или латентная.
Микробы адаптируются к питательной среде, повышаются обменные процессы, увеличиваются их размеры.
Фаза 2 – фаза размножения бактерий.
Количество бактерий увеличивается в геометрической прогрессии. В этой фазе бактерии имеют наибольшую биохимическую и биологическую активность.
Фаза 3 – стационарная.
Концентрация бактерий остается постоянной. Число вновь появившихся бактерий почти равно числу отмирающих клеток.
Фаза 4 – фаза отмирания.
Бактерии погибают в связи с истощением питательных веществ в питательной среде и накоплением в ней вредных продуктов обмена.
|
|
|
