Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа вищої професійної освіти
˝ Хабаровська державна академія ЕКОНОМІКИ ТА ПРАВА ˝
Контрольна робота
Хабаровськ 2009
Зміст
Харчування бактерій
Способи надходження поживних речовин у клітину.
Класифікація бактерій за типами живлення, джерел енергії і електронам.
Пропіоновокислі бродіння, основні учасники пропіоновокислі бродіння, їх характеристика, використання пропіоновокислих бактерій в народному господарстві.
Харчування бактерій
Бактерії представляють велику групу дрібних і в більшості одноклітинних організмів. Основними елементами, що впливають на ріст і розвиток бактерій, є: азот, вуглець, кисень, водень, фосфор, сірка, які входять до складу білків, вуглеводів, жирів, нуклеїнових кислот. Ці елементи потрібні в значних кількостях - макроелементи. Мікроелементи, необхідні в мікромолярних кількостях, - це іони таких металів, як хром, кобальт, мідь, цинк, молібден, марганець, нікель, селен, вольфрам, ванадій, зазвичай входять до складу ферментів і кофакторів.
Способи надходження поживних речовин у клітину
Надходження речовин у клітину і виділення продуктів обміну в навколишнє середовище відбувається у мікроорганізмів через всю поверхню тіла. У мікроорганізмів дуже велика в порівнянні з обсягом усмоктувальна їжу поверхню клітини, що зумовлює досить активний обмін речовин. Надходження поживних речовин у клітину складний процес.
Можливість проникнення речовин ззовні в клітину обумовлена багатьма чинниками: величиною і структурою їх молекул; здатність розчинятися в компонентах цитоплазматичної мембрани або вступати з ними в хімічні сполуки; концентрацією речовин в клітині і в середовищі; електричним зарядом клітини та інше.
Речовини живильного середовища можуть вступати у клітину тільки в розчиненому стані. Нерозчинні складні органічні сполуки повинні піддатися розщеплення на більш прості поза клітини, що відбувається за допомогою екзоферментів мікроорганізмів.
Клітинна стінка проникна і затримує лише макромолекули. Цитоплазматична мембрана має напівпроникливості. Вона служить осмотичним бар'єром, проникність її для різних речовин неоднакова.
Найбільш відомі два шляхи проникнення речовин у клітину: осмос і адсорбція (специфічний перенос). Активна роль у цих процесах належить цитоплазматичній мембрані.
Про з м о з являє собою дифузію речовин в розчинах через напівпроникну перетинку (мембрану). Як відомо, через такі мембрани можуть дифундувати речовини, що знаходяться в стані істинних розчинів. Виникає осмос під дією різниці осмотичних тисків у розчинах по обидві сторони напівпроникною мембрани.
Величина осмотичного тиску розчину залежить від молярної концентрації розчинених у ньому речовин. У відносно слабких розчинах осмотичний тиск змінюється пропорційно концентрації розчинених речовин. Чим більше різниця осмотичних тисків (концентрацій розчинів) по обидві сторони напівпроникною мембрани, тим з більшою інтенсивністю осмотірует розчинник (вода) в розчин з ве ¢ льшим осмотичним тиском. Осмотіруют розчинені у воді речовини, при цьому кожне дифундує у відповідності з його власним (парціальним) осмотичним тиском, тобто в розчин з його меншою концентрацією.
Оболонка клітини проникна і затримує лише макромолекули. Цитоплазматична мембрана клітини має напівпроникливості; вона є осмотичним бар'єром, регулюючи надходження в клітину і вихід з неї розчинених речовин. Речовини, не розчинні у воді або утворюють колоїдні розчини (наприклад, білки, крохмаль), безпосередньо не можуть бути використані клітиною. Вони можуть проникнути в неї лише після розщеплення на більш прості поза клітини, що і відбувається в середовищі за допомогою екзоферментів мікробів.
Таким чином, при осмотическом проникненні поживних речовин у клітину рушійною силою служить різниця осмотичних тисків між середовищем і клітиною. Такий пасивний перенесення речовин не вимагає витрати енергії та протікає до вирівнювання концентрації з зовнішнім розчином. Оскільки надійшли в клітину речовини включаються в реакції конструктивного і енергетичного обміну, концентрація деяких з них буде нижчою, ніж у середовищі, і надходження даних речовин можливо до повного вичерпання їх з субстрату.
Якщо осмотичний тиск мікробних клітин, обумовлене розчиненими в клітинному соку речовинами, трохи вище, ніж у середовищі, то за рахунок притоку з неї води в клітині створюється певний пружне напруження, зване тургором. Протопласт клітини при цьому притискається до клітинної оболонці, злегка розтягуючи її.
Якщо мікроорганізм потрапляє в субстрат, осмотичний тиск якого вище, ніж у клітці, то цитоплазма віддає воду в зовнішнє середовище. Живильні речовини в клітку не надходять, вміст клітини зменшується в об'ємі, і протопласт відстає від клітинної оболонки. Це явище називається плазмолізу клітини.
При надмірно низькому осмотическом тиску зовнішнього середовища може наступити плазмоптіс клітини - явище, зворотне плазмолісу, коли внаслідок високої різниці осмотичних тисків цитоплазма швидко переповнюється водою. Це може призвести до розриву клітинної оболонки, що спостерігається, наприклад, при приміщенні бактерій у дистильовану воду.
Другий шлях надходження речовин у клітину - активний - шляхом переносу їх особливими, локалізованими на цитоплазматичній мембрані речовинами ферментної природи. Ці переносники, звані пермеаз, мають субстратної специфічністю. Кожен транспортує тільки певну речовину, що має схожу з білком-переносником стереохімічні структуру молекули. На зовнішній стороні цитоплазматичної мембрани переносник адсорбує речовина - вступає з ним у тимчасову зв'язок і дифундує комплексно через мембрану, віддаючи на внутрішній стороні її транспортується речовина в цитоплазму. Речовина може надходити і тоді, коли концентрація його в клітці більше, ніж в середовищі. При такому перенесенні речовин витрачається енергія. При цьому транспортується речовина може піддатися зміні, наприклад з не розчинної в мембрані переходить в розчинний стан.
Цитоплазматична мембрана, таким чином, є не тільки осмотичним бар'єром, але і володіє виборчою проникністю.
3.Классификация бактерій за типами живлення, джерел енергії і електронам.
Їжа повинна містити такі речовини, які задовольняли б потребу мікроорганізмів у хімічних елементах, що входять до складу їх тіла.
Мікроорганізми відрізняються великою різноманітністю типів харчування. Одні харчуються, подібно зеленим рослинам, мінеральними речовинами, синтезуючи з цих простих речовин всі складні компоненти клітини. Інші мікроорганізми, подібно до тварин організмам, потребують в органічних сполуках.
Вимоги різних мікроорганізмів відносно поживних речовин, особливо джерел вуглецю та азоту, вельми різноманітні і специфічні.
Вуглецеве харчування. Вуглець відноситься до числа найважливіших органогенов і, як вказувалося, становить близько 50% сухої маси клітини. За джерела вуглецевого живлення мікроорганізми можна розділити на дві групи: автотрофні і гетеротрофні.
Автотрофні (самі себе живлять) мікроорганізми здатні в якості єдиного джерела вуглецю для синтезу органічних речовин тіла використовувати вуглекислоту та її солі.
Синтез органічних речовин з мінеральних сполук вимагає витрати енергії. Серед автотрофних мікроорганізмів є види, які асимілюють вуглекислий газ, як і зелені рослини, використовуючи сонячну енергію, - їх називають фотосинтезуючими. Інші автотрофні мікроорганізми в процесі синтезу органічних сполук використовують енергію хімічних реакцій окислення деяких мінеральних речовин. Такі мікроорганізми називають хемосинтезирующих.
До фотосинтезуючим мікроорганізмам належать водорості, що володіють хлорофілом, і деякі пігментні бактерії, наприклад зелені та пурпурові серобактерии. У клітинах пурпурових бактерій знаходиться зелений пігмент бактериохлорофилла, схожий з хлорофілом вищих рослин. У клітинах зелених бактерій також знаходиться в невеликій кількості бактериохлорофилла, але є й інший фотосинтетичний пігмент (хлоробіум - хлорофіл), хімічна природа якого поки не встановлена.
; при этом в клетках накапливается сера.
Бактеріальний фотосинтез не супроводжується виділенням кисню, як у зелених рослин, а роль води (як джерела водню для відновлення СО2) у більшості виконує Н2 S; при цьому в клітинах накопичується сірка. Всі фотосинтезуючі бактерії містять також каротиноїди (від жовтого до червоного кольору). Роль пігментів аналогічна хлорофілу рослин - поглинання світлової енергії.До хемосинтезирующих мікроорганізмам відносяться бактерії, що окислюють водень з утворенням води (водневі бактерії), аміак в азотну кислоту (нитрифицирующие бактерії), сірководень до сірчаної кислоти (безбарвні серобактерии), а також закисное залізо в окисне (залізобактерій). Процес хемосинтезу у мікроорганізмів був відкритий С. Н. Виноградским.
Гетеротрофні (харчуються іншими) мікроорганізми в якості джерела вуглецю використовують органічні сполуки і перебудовують їх на речовини своїх клітин. До таких організмів належать численні бактерії, гриби і дріжджі.
Більшість гетеротрофних мікроорганізмів живе за рахунок використання органічних речовин різних субстратів тваринного і рослинного походжень. Такі організми називаються з а п р о х и т а м і. До них відносяться всі ті мікроорганізми, які розкладають різні органічні речовини в природі (у грунті, воді), викликають псування харчових продуктів або використовуються в процесах переробки рослинного і тваринного сировини.
Деякі гетеротрофи є пар а зітам і (паратрофії); вони здатні розвиватися тільки в тілі інших організмів, харчуючись органічними речовинами, що входять до складу цих організмів. До паразитам належать збудники захворювань людини, тварин і рослин.
Однак різку межу між цими підгрупами гетеротрофів не завжди можна встановити. Окремі види хвороботворних мікробів можуть існувати у зовнішньому середовищі як сапрофіти і, навпаки, деякі сапрофіти в певних умовах викликають захворювання у людей, тварин і рослин.
Багато сапрофіти «всеїдні», тобто здатні використовувати як джерело вуглецю різноманітні органічні сполуки - вуглеводи, спирти, органічні кислоти, білки та ін Деякі виявляють різко виражену специфічність (вибірковість) щодо джерела вуглецю і використовують тільки певні речовини або навіть одне з них. Такі мікроорганізми називають «субстрат-специфічними». Прикладами можуть служити целюлозні бактерії, для яких клітковина є єдиним джерелом вуглецю, а також вуглеводневі бактерії, що використовують вуглеводні. Подібна вибірковість спостерігається у дріжджів щодо цукрів.
Прикладом специфічності може також служити різне ставлення мікроорганізмів до ізомерних сполукам. iит l а t сi s
Так, гриб Оi d iіт l а t сi s засвоює ізобутіловий спирт і не засвоює нормальний бутиловий. ре rg i11и s пi ger , а изобутиловый спирт этот гриб не потребляет. Останній є хорошим джерелом вуглецю для гриба As ре rg i11і s Пi ger, а ізобутіловий спирт цей гриб не споживає. Як видно, має значення навіть структура молекули. Речовини, які є хорошим джерелом вуглецю для одних, можуть бути непридатні і навіть токсичні для інших.Гетеротрофи поряд з органічними сполуками використовують і СО2, залучаючи його в обмін речовин. Вуглекислий газ служить додатковим джерелом вуглецю для біосинтезу речовин тіла.
Специфічністю відносин мікроорганізмів до джерела вуглецевої їжі визначається круговорот вуглецю в природі. Ця особливість гетеротрофів проявляється й при псуванні багатьох харчових продуктів, при зміні розвитку одних форм іншими.
Азотне живлення. Джерела азоту - елемента, необхідного для синтезу білків, нуклеїнових кислот і інших азотовмісних речовин клітини, - у мікроорганізмів можуть бути також дуже різноманітними.
Найбільш високими вимогами мають паразити, що розвиваються тільки за рахунок органічних азотовмісних речовин того організму, в якому вони паразитують.
Відомі сапрофіти (молочнокислі та деякі гнильні бактерії), які теж не можуть синтезувати білки свого тіла з простих азотовмісних сполук. Розвиток їх можливе лише за наявності в середовищі складних органічних форм азоту (пептонов, пептидів) або повного набору амінокислот, що входять до складу білків їх клітин.
Інші сапрофіти можуть розвиватися в субстратах, що містять тільки деякі амінокислоти і навіть одну-дві з них, а всі інші синтезують самі. Вони дезамініруют взяті амінокислоти і утворений аміак використовують в реакціях амінування оксикислот або частіше кетокислот, наприклад:
Н3 + СН2ОНСНОНСООН ® СН2ОНСН N Н2СООН + Н20;
N Н3 + СН2ОНСНОНСООН ® СН2ОНСН N Н2СООН + Н20;гліцеринова кіслотасерін
Н3 + Н2 + НООССН2СОСООН ® НОО CC Н2 C Н N Н2 C ООН + H 2 O .
N Н3 + Н2 + НООССН2СОСООН ® НГО CC Н2 C Н N Н2 C ООН + H 2 O.щавелевоуксусной кислота аспарогіновая кислота
Синтез нових амінокислот може протікати і без дезамінування взятих з субстрату амінокислот (без проміжного утворення аміаку) шляхом перебудови їх (переамінування) - перенесення аміногрупи з амінокислоти на кетокислоти за участю ферментів амінотрансфераз:
1СН NH 2СООН + R 2СОСООН ® R 1СОСООН + R 2СН N Н2СООН.
R 1СН NH 2СООН + R 2СОСООН ® R 1СОСООН + R 2СН N Н2СООН.Багато сапрофіти (бактерії, гриби, дріжджі) не потребують готових амінокислотах, задовольняючись мінеральними сполуками азоту, найкращими з яких є амонійні сполуки.
Багато мікроорганізмів (переважно гриби, актиноміцети, рідше бактерії) використовують як джерело азоту нітрати, нітрити рідше. Ці окислені форми азоту попередньо відновлюються з утворенням аміаку.
Є бактерії і гриби (з класу базидіоміцетів), здатні використовувати вільний азот атмосфери. Вони переводять його в зв'язаний стан, відновлюючи в аміак, який і використовується для синтезу амінокислот. Ці мікроорганізми називають азотфиксаторами, або азотсобірателямі. Прикладом можуть служити бульбочкові бактерії, що мешкають в коренях бобових рослин, і вільно живуть у грунті азотфіксуючі бактерії. Аміак, таким чином, є проміжним продуктом асиміляції різних джерел азоту.
Засвоєння зольних елементів. Для синтезу клітинних речовин потрібні різні зольні елементи: сірка, фосфор, калій, кальцій, магній, залізо. Хоча потреба в них і незначна, однак при недоліку в живильному середовищі навіть одного з цих елементів мікроорганізми не будуть розвиватися і можуть загинути.
Більшість мікроорганізмів здатне засвоювати зольні елементи з мінеральних солей.
Мікроелементи, необхідні для росту мікроорганізмів, можуть бути використані також у вигляді мінеральних солей.
Джерелом кисню і водню є вода і різні інші речовини.
Потреба мікроорганізмів у вітамінах. У складі кожної мікробної клітини є різні вітаміни. Вони необхідні для нормальної життєдіяльності; деякі вітаміни входять до складу простетических груп ферментів.
Одні мікроорганізми повинні отримувати вітаміни в готовому вигляді. Так, для дуже багатьох бактерій необхідна наявність у середовищі нікотинової кислоти (вітамін РР), тіаміну (вітамін В1), рибофлавіну (вітамін В2), біотину, пантотенової кислоти та ін При відсутності того чи іншого вітаміну в середовищі різко порушується обмін речовин у мікроорганізмів . Додавання в живильне середовище відсутнього вітаміну ліквідує затримку росту, тому вітаміни нерідко називають «ростовими речовинами».
Інші мікроорганізми добре розвиваються і при відсутності вітамінів в середовищі. Вони здатні самі синтезувати вітаміни з речовин живильного середовища, накопичувати їх в своєму тілі і виділяти з клітини назовні. Деякі мікроорганізми синтезують вітаміни в кількостях, які значно перевищують їх потреби. Такі мікроорганізми використовуються для промислового виробництва вітамінів. ето th е cium
Так, за допомогою гриба Е r ето th е cium ashbyii отримують вітамін В2.4. Пропіоновокислі бродіння, основні учасники пропіоновокислі бродіння, їх характеристика, використання пропіоновокислих бактерій в народному господарстві
Пропіоновокислі бактерії є збудниками пропіоновокислі бродіння, при якому вуглеводи ферментують з утворенням головних продуктів бродіння - пропіонової кислоти та її солей - пропионатов.
Пропіоновокислі бродіння - це перетворення цукру або молочної кислоти і її солей в пропионовую і оцтову кислоти з виділенням вуглекислого газу і води:
3C6H12O6 - 4CH3CH2COOH + 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O;
3CH3CHOHCOOH - 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + H2O.
Деякі пропіоновокислі бактерії утворюють, крім того, трохи інших кислот (мурашину, бурштинову, ізовалеріанову).
При пропіоновокислі бродінні перетворення глюкози до піровиноградної кислоти протікає також по гликолитическому шляху. Надалі піровиноградна кислота, зазнаючи ряд перетворень, відновлюється в пропионовую. , роду Propionibacterium .
Бродіння викликають бактерії, що відносяться до сімейства Propionibacteriaceae, роду Propionibacterium. Це нерухомі, бесспоровие, грампозитивні палички, злегка викривлені. У несприятливих умовах розвитку клітини приймають булавоподібні форму.Пропіоновокислі бактерії вимогливі до їжі (джерела азоту і вітамінів).
Більшість не розвиваються при рН середовища нижче 5,0 - 4,5. Вони факультативні анаероби, можуть переносити лише низька парціональное тиск кисню. Оптимальна температура їх розвитку 30 - 350С, відмирають при температурі 60 - 700С. Ці бактерії, крім цукрів і молочної кислоти, здатні зброджувати пировиноградную кислоту, гліцерин та інші речовини. Вони розкладають (дезамініруют) амінокислоти, при цьому виділяються жирні кислоти.
Чудовий зростання всіх пропіонобактерій може бути отриманий на тріпсіново-дріжджовий екстракт-глюкозного середовищі, що містить 0,05% Твін-80. Бактерії добре ростуть у бульйоні з пептоном, дріжджовим екстракт і глюкозою в глибоких пробірках при вільному доступі повітря. Викликають помутніння бульйону і освіту часто пофарбованого осаду. .
Більшість штамів росте в глюкозно бульйоні з 20% жовчі і 6,5% NaCl.На щільному середовищі (кров'яному агарі) пропіоновокислі бактерії утворюють дрібні опуклі напівпрозорі блискучі колонії, які можуть бути білими, сірими, рожевими, червоними, жовтими або оранжевими.
Пропіонобактеріі є хемоорганотрофамі. Продукти ферментації включають великі кількості пропіонової і оцтової кислот, і менші кількості ізовалеріанової, мурашиної, янтарної, молочної кислот і діоксиду вуглецю.
У молоці пропіоновокислі бактерії розвиваються повільно і згортають його через 5 - 7 днів.
Незважаючи на слабку енергію кислотоутворення при розвитку цих бактерій, гранична кислотність молока може досягати 160 - 170 0Т.
Пропіоновокислі бродінню піддаються різні вуглеводи, в тому числі глюкоза і лактоза, а також лактати, тобто солі молочної кислоти, і пептон.
Пропіоновокислі бактерії використовують у складі заквасок при виробництві твердих сирів з тривалим терміном дозрівання.
Після закінчення молочнокислого бродіння лактози в дозріваючому сирі настає стадія пропіоновокислі бродіння, супроводжується зброджуванням молочної кислоти в оцтову і пропионовую кислоти. Ці кислоти надають сирам гострий смак, а діоксид вуглецю формує малюнок сиру (вічка). Пропіоновокислі бактерії здатні синтезувати вітамін В12 і збагачувати ним молочні продукти. Шкірні пропіонобактеріі вітаміну В12 не продукують. Проптонобактеріі утворюють аміак з білкових речовин, фермент каталазу і ферменти дегідрогенази і цитохроми.
Пропіоновокислі бродіння є одним з важливих процесів при дозріванні сичужних сирів.
Пропіонобактеріі виявляються в основному в сирі і в молочних продуктах, а також на шкірних покривах людини.
Пропіонова кислота і її солі слугують інгібіторами міцеліальних грибів і можуть бути використані для запобігання пліснявіння продуктів.
Таким чином, ми бачимо значну роль мікроорганізмів у природі та житті людини. За допомогою мікроорганізмів відбуваються важниепроізводственние процеси. Знання життєдіяльності, закономірність та умови розвитку мікроорганізмів дозволяє правильно використовувати їх у технології виробництва. Технологу в практичній діяльності постійно доводиться використовувати знання мікробіології.
Література
Мудрецова - Вісс К. А. Мікробіологія. Підручник для товарознавців і технологічних факультетів торгових вузів. М.: Економіка, 1978р.
Степаненко П.П. Мікробіологія молока і молочних продуктів: Підручник для вузів. - Сергієв Посад, 1999р.
Методичні рекомендації з організації виробничого мікробіологічного контролю на підприємствах молочної промисловості (з атласом значущих мікроорганізмів). МР 2.3.2.2327-08 ГНУ ВНИИМС 2008р.
Мудрецова - Вісс К. А., Кудряшова О. А., Дедюхіна В. П. Мікробіологія, санітарія та гігієна.