Контрольная работа по "Микробиологии"

       Установление  принципа ступенчатого действия естественного  отбора позволило разработать рекомендации для предотвращения возникновения  лекарственно устойчивых форм патогенных микроорганизмов, устойчивых к новым лекарственным веществам и антибиотикам, широко применяемым для лечения заболеваний. 

       Методы  селекции микробов постоянно совершенствуются. Благодаря им ученые смогли разработать  способы для получения новых веществ и препаратов, в которых так нуждается человечество. 
 

    2. Дыхание- окислительно- восстановительный процесс, идущий с образованием АТФ; роль доноров водорода (электронов) в нем играют органические или неорганические соединения, акцепторами водорода (электронов) в большинстве случаев служат неорганические соединения. Как уже отмечалось, если конечный акцептор электронов- молекулярный кислород, дыхательный процесс называют аэробным дыханием. У некоторых микроорганизмов конечный акцептором электронов служит не молекулярный кислород, а иные соединения, такие, как нитраты, сульфаты и карбонаты. В таком случае говорят об анаэробном дыхании.

   Аэробное дыхание. Оно присуще многим микроорганизмам. Однако есть как строгие аэробы, так и факультативные анаэробы,  способные расти и в присутствии и при отсутствии кислорода. У факультативных анаэробов возможен синтез АТФ при брожении, а в присутствии молекулярного кислорода способ получения АТФ у них меняется – начинает осуществляться дыхание. К факультативным анаэробам относятся также микроорганизмы, у которых анаэробное дыхание происходит при использовании нитратов как акцепторов электронов. Микроорганизмы, осуществляющие анаэробное дыхание, при котором акцепторами электронов служат сульфаты и карбонаты, - строгие анаэробы. Считают, что микроорганизмы могут использовать в дыхательном процессе любые природные органические соединения, однако степень окисления этих веществ должна быть меньше, чем степень окисления СО2.

   Цикл Кребса. В цепи реакции, входящих в цикл Кребса первичный распад углевода (гликолиз) идет как при брожении, но образовавшийся пируват подвергается иным превращениям. При участии мультиферментного комплекса  пируватдегидрогеназы происходит декарбоксилирование образовавшегося при гликолизе пирувата до ацетальдегида или ацетата.

   Дыхательная цепь переноса электронов. При всех реакциях дегидрирования в цикле Кребса атомы водорода, отщепляющиеся при участии специфических дегидрогеназ,  акцептируются коферментами НАД и НАДФ, затем переносятся по цепи переносчиков. Однако фактически осуществляется перенос, как атомов водорода, так и электронов. Ядра атомов водорода свободно перемещается по растворителю в виде протонов. Такую систему транспорта электронов и протонов называют дыхательной, или электротранспортной, цепью. Цепь переноса водорода и электронов содержит переносчики – молекулы различных групп, представляющие собой окислительно-восстановительные ферменты – флавопротеиды, хиноны и цитохромы.

    Цитохромы – белки относительно небольшой молекулярной массы. Простетическая группа цитохромов – гем. Данные ферменты переносят не водородные атомы, а электроны. Известны цитохромы а, а3 ,b , c , d и ряд других. В цитохромах роль переносящего электроны компонента играет железо гемма.  Обычно железо гемма находится в окислительной форме (Fe³+), но после присоединения электрона оно переходит в восстановительную форму.

  Неполное окисление органических соединений. Дыхание обычно связано с полным окислением органического субстрата. Другими словами, конечные продукты распада, например углеводов, - только СО2 и Н2О.  Некоторые бактерии, в частности представители рода Pseudomonas и ряд грибов, не до конца окисляют углеводы.  Образующиеся не полностью окисленные органические соединения, такие, как глюконовая, фумаровая, лимонная, молочная, уксусная кислоты и другие, аккумулируются в среде. Дыхание указанных организмов иногда неправильно называют аэробными, или окислительным, брожением, в то время как неполное окисление имеет гораздо меньше общего с брожением, чем с обычным дыханием. Неполное окисление, например, протекает лишь в присутствии кислорода, а брожение кислорода не требует. С энергетической точки зрения неполное окисление – выгодный для микроорганизмов процесс.

    Анаэробное дыхание. Некоторые микроорганизмы способны использовать для окисления органических или неорганических веществ не молекулярный кислород, а другие окисления соединения, например, соли азотной, серной и угольной кислот, превращающиеся при этом в более восстановленные соединения. Процессы идут в анаэробных условиях, и их называют анаэробным дыханием.

2HNO3  +  12H+  →   N2   +   6H2O  +   2H+

H2SO4   + 8H+   → H2S  + 4H2O

У микроорганизмов, осуществляющих такое дыхание, конечным акцептором электронов будет не кислород, а неорганические соединения – нитраты, сульфаты и карбонаты. Таким образом, различия между аэробным и анаэробным дыханием заключаются в природе конечного акцептора электронов. Основные типы анаэробного дыхания приведены в таблице.     
 
 
 

 Свойства  микроорганизмов переносит электроны  на нитраты, сульфаты и карбонаты  обеспечивает в достаточной степени  полное окисление органического  или неорганического вещества  без использования молекулярного  кислорода и обуславливает возможность получения большего количества энергии, чем при брожении.  При анаэробном дыхании выход энергии только на 10% ниже, чем при аэробном.  Микроорганизмы, для которых характерно анаэробное дыхание, имеют набор ферментов электротранспортной цепи, но цитохромоксидаза в них заменяется нитратредуктазой (при использовании в качестве акцептора электрона нитрата) или аденит сульфат редуктазой   (при использовании сульфата) или другими ферментами.

   Микроорганизмы, способные осуществлять анаэробное дыхание за счет нитратов, - факультативные анаэробы, они относятся главным образом к родам Pseudomonas  и Bacillus. Микроорганизмы, использующие сульфаты в анаэробном дыхании, относятся к анаэробам и подлежат к родам Desulfovibrio, Desulfomonas и Desulfotomaculum.

  Брожение, – окислительно-восстановительный процесс, проводящий к образованию АТФ, в котором окислителем и восстановителем служат органические соединения, образующиеся в ходе самого брожения. При брожении субстрат разлагается до конечных продуктов, причем суммарная степень окисления продуктов та же, что и степень окисления сбраживаемых веществ. Необходимость точного окислительно-восстановительного равновесия обуславливает ограничения соединений, которые могут подвергаться брожению: такие соединения не должны быть ни слишком сильно восстановленными, ни слишком сильно окисленными. Чаще всего при брожении микроорганизмы используют углеводы, некоторые органические кислоты, аминокислоты, пурины и пиримидины. Образование АТФ во время брожения идет путем фосфорилирования на уровне субстрата.

     Брожение  вызывают облигатные или факультативные  анаэробы, и оно, как правило,  может осуществляться только  в строго анаэробных условиях. Как установил в 1860 г. Л.Пастер, брожение-это жизнь без кислорода. Согласно современным представителям, живые организмы возникли в то время, когда кислорода в атмосфере Земли не было. Поэтому брожение необходимо рассматривать как простейшую форму биологического окисления, которое обеспечивает получение необходимой для жизни энергии в анаэробных условиях.

   Известно  много типов брожения. Каждый из них дает специфические конечные продукты и свойствен отдельной группе микроорганизмов. Многие виды брожения играют важную роль в хозяйственной деятельности человека.

   Брожение  схематично можно представить  в две стадии. Первая стадия – превращение глюкозы в пируват – включает разрыв углеродной цепи глюкозы и отщепление двух пар атомов водорода. Данная стадия составляет окислительную часть брожения и может быть изображена следующим образом:

С6Н12О6       →     2СН3СОСООН    +    [4Н]

Углевод Пируват Водород (принимаемый

акцептором, например НАД) 

  На второй, восстановительной, стадии атомы водорода используется для восстановления пируват или образованных из него соединения. Например, при молочнокислом брожении пируват восстанавливается в лактат: 

      2СН3СОСООН    +  [4Н]          →    2СН3СНОНСООН

      Пируват                           Водород Лактат 

    При  других бродильных процессах (спиртовом, маслянокислом и т.д.) вторая стадия протекает иначе. 
 
 

  Уксуснокислое брожение: 

Уксуснокислое брожение – это окисление бактериями этилового  спирта в уксусную кислоту:    СН3СН2ОН  +  О2  =  СН3СООН  + Н2О

  Такое брожение  было известно еще в глубокой  древности. В оставленном на  воздухе сосуде с виноградным  вином или пивом через день  – два на поверхности напитков появлялась сероватая пленка, при этом вина (пиво) мутнели и прокисали.

  При уксуснокислом  брожении реакция окисления этилового  спирта протекает в две стадии. Сначала образуется уксусный  альдегид, который затем окисляется  в уксусную кислоту:

2СН3СН2ОН    +О2  →  2СН3СНО   +2Н2О;

2СН3СНО   +  О2  → 2СН3СООН

  Уксуснокислые  бактерии представляют собой  грамотрицательные, палочковидные,  бесспоровые, строго аэробные  организмы. Среди них есть подвижные  и неподвижные бактерии. Они кислотоустойчивы и некоторые могут развиваться при рН среды около 3,0; оптимальное значение рН 5,4-6,3.

  Уксуснокислые  бактерии отнесены к двум родам:  Gluconobacterium – палочки с полярными жгутиками, неспособные окислять уксусную кислоту, и Acetobacter – перитрихи, окисляющие уксусную кислоту до углекислого газа и воды.

  Эти бактерии  различаются размерами клеток, устойчивостью  к спирту, способностью накапливать  в среде большее или меньшее  количество уксусной кислоты  и другими признаками. Например, А. aceti накапливает в среде до 6% уксусной кислоты, А.aceti subsp . orleanensis – до 9,5%, а A. aceti subsp. xylinum – до 4,5%. А. aceti выдерживают довольно высокую концентрацию спирта – до 9-11%, а   A. aceti subsp. xylinum – лишь 5-7%.

   Оптимальная  температура роста для уксуснокислых бактерий около 30˚С. Некоторые из них способны синтезировать витамины В1 , В2  и В12, однако многие сами нуждаются в витаминах, и прежде всего в пантотеновой кислоте.

    Уксуснокислые  бактерии часто встречаются в  виде длинных нитей, и многие образуют пленки на поверхности субстрата. Например, для А. pasteurianus характерна сухая морщинистая пленка, для A. aceti subsp. xylinum – мощная хрящевидная пленка, в состав которой входит клетчатка. Некоторые бактерии образуют лишь островки пленки на поверхности жидкости или кольцо около стенок сосуда. Появление пленок связано с ослизнением клеточных оболочек.