Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры биохимии, микробиологии и биотехнологии «20»
Скачать 2.59 Mb.
|
Гидростатическое давление. Обычное давление не оказывает существенного влияния на микробные клетки. Однако, очень высокое гидростатическое давление может остановить рост микробов. Так, при давлении выше 5*107 Па большинство микроорганизмов не растут. Умеренное давление (1*107-5*107) обычно угнетает рост и размножение микроорганизмов. В то же время существуют микроорганизмы, обитающие в грунтах и водах океана, которые могут размножаться при высоком давлении. Многие из этих организмов совершенно не размножаются при обычном атмосферном давлении, их называют барофилънымш Существуют также баротолерантные микроорганизмы, которые размножаются при нормальном атмосферном давлении, но хорошо переносят высокое давление. В настоящее время возникло новое направление в микробиологии -баробиология микроорганизмов, которая изучает роль гидростатического давления как экологического фактора, оказывающего влияние на распространение и активность микроорганизмов в глубине морей и океанов. Химические факторы. Химические ядовитые вещества, попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют с теми или иными важными составными компонентами ее и нарушают функции бактерии. Это приводит к остановке роста организма (бактериостатический эффект) или его гибели (бактерицидный эффект). Действие химических веществ на микроорганизмы зависит от природы вещества, особенностей микроорганизма и факторов внешней среды, таких как температура, состав среды, время воздействия и т. д. По характеру действия химические соединения делят на несколько групп: 1)поверхностно -активные вещества - жирные кислоты, мыла, детергенты, вызывающие повреждения клеточной стенки; 2)фенол, крезол и их производные, не только повреждающие клеточную стенку, но и воздействующие на белки цитоплазмы; 3)акридины (вещества типа дибензопиридина), обладающие сродством к нуклеиновым кислотам и нарушающие процессы клеточного деления; 4)формальдегид (40%-ный раствор формалина), вызывающий денатурацию белков; 5)соли тяжелых металлов, приводящие к коагуляции белков, а поэтому обуславливающие гибель не только микроорганизмов, но и вирусов. Характер действия ядовитого вещества (бактерицидный или бактериостатический) зависит от его концентрации, то есть его токсичность определяется дозой. Кроме того, среди микроорганизмов имеются формы, устойчивые к действию клеточных и метаболических ядовитых веществ (фенол, окись углерода, сероводород и др.), а некоторые обладают способностью использовать их в качестве источников питания. Для ряда ядовитых веществ выявлен механизм их противомикробного действия. Растворы токсических соединений применяются в качестве дезинфицирующих средств в медицине, пищевой промышленности. В сельском хозяйстве их используют для химической дезинфекции (протравливания) семян и почвы. Такого рода дезинфекция обычно направлена против определенного возбудителя заболевания и называется частичной дезинфекцией. Радиация (излучение). Свет - необходимый фактор для роста фотосинтезирующих зеленых и пурпурных бактерий, которые имеют пигменты, обеспечивающие им возможность поглощать энергию светового луча и превращать ее в химическую. Для большинства других бактерий радиация, видимая и невидимая, является или бесполезной, или вредной. Энергия излучения переноситься порциями, называемыми квантами. Количество энергии изменяется в зависимости от длины волны: большая длина волны дает немного энергии. Так, инфракрасные лучи с большой длиной волны характеризуются низким содержанием энергии, короткие ультрафиолетовые и рентгеновские лучи обладают высокой энергией. Действие, производимое квантом на материю, является функцией заключенной в нем энергии и, следовательно, длины его волны. Кванты инфракрасного света, имеющего длину волны более 1200 нм, содержат такое незначительное количество энергии, что они не способны вызывать химических изменений в поглощающей материи, и их энергия превращается в тепло. Этим объясняется хорошо известный тепловой эффект инфракрасных ламп. Энергия радиации с длиной волны от 1200 (близкая к инфракрасным лучам) до 200 нм (ультрафиолетовые лучи) достаточна для того, чтобы произвести фотохимические изменения в поглощающих молекулах или атомах. При длине волны 200 нм и менее (рентгеновские лучи, альфа- частицы, космические лучи) энергия квантов столь высока, что молекулы ионизируются. Этот род радиации часто относят к ионизирующей. Живая материя содержит многие виды молекул, химическая структура которых способствует поглощению лучистой энергии. Такие молекулы могут подвергаться фотохимическим реакциям. Нуклеиновые кислоты и белки - важнейшие составные части живой материи - обладают структурами, допускающими очень сильное поглощение ультрафиолетового света, и фотохимические изменения, возникающие при этом, очень вредны для живых клеток. Следовательно, ультрафиолетовый свет — сильный бактерицидный агент. Наиболее эффективная область спектра имеет длину волны около 260 нм и поглощается нуклеиновыми кислотами. Вероятно, гибель клетки от ультрафиолетового излучения почти всецело происходит за счет фотохимического разрушения этих соединений. Когда воздействие ультрафиолетового света не достаточно сильное, чтобы убить клетку, он может вызвать мутации. В практических целях ультрафиолетовые лампы используют для стерилизации воздуха. Видимая часть света оказывает некоторое отрицательное действие на микроорганизмы, особенно лишенные пигмента. Микробы, живущие на субстратах, которые подвергаются воздействию солнечных лучей, содержат в своих клетках каротиноидные пигменты. Эти пигменты обладают защитным свойством против ультрафиолетовых лучей и видимого излучения. Многие микрококки и сарцины, обнаруживаемые в воздухе, также содержат каротиноидные пигменты и поэтому не гибнут на солнечном свету. Ионизирующая радиация (рентгеновские лучи, альфа частицы, гамма-излучение и др.) при низких дозах оказывает мутагенный эффект, а при высоких - обладает летальным действием на микроорганизмы, что позволяет использовать ее для стерилизации различных материалов, консервирования пищевых продуктов и т. д. При этом стерилизуемого материала не изменяются. Взаимодействие факторов внешней среды. Влияние одного фактора весьма редкое явление. В природной обстановке, а нередко и в условиях искусственной культуры на микроорганизмы оказывают воздействие многие факторы среды одновременно. Подчас это резко влияет на эффективность действия основного фактора. Так, рН среды изменяет летальный эффект температуры. Бактерии гораздо легче могут быть уничтожены при нагревании в кислой среде, чем в нейтральной или щелочной. Летальный эффект рентгеновских лучей очень сильно повышается в присутствии молекулярного кислорода. Бактерии могут быть защищены от воздействия рентгеновских лучей, если они облучаются в среде, компоненты которой находятся в восстановленном состоянии. Потребности микроорганизмов в ростовом факторе могут увеличиваться с повышением температуры и т. д. Таким образом, термины «оптимальная температура» или «оптимальный рН» для роста данной бактерии имеют реальное значение, если все другие факторы внешней среды известны. Сложность взаимодействия между различными факторами внешней среды чрезвычайно затрудняет определение оптимальных условий роста микроорганизмов. Тем не менее, этот вопрос имеет не только большое теоретическое, но и практическое значение. Уровень питательных веществ имеет большое значение для сохранения тех или иных видов микроорганизмов в почве. Например, опыты, проведённые в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева, показали, что в длительно парующей почве исчезают многие сапрофитные бактерии. Это результат непоступления в почву свежих растительных остатков. В подобной обстановке вымирают типичные сапрофиты и конкурентоспособными оказываются микроорганизмы, использующие перегнойные соединения почвы. По этой же причине в почве отмирают многие грибные фитопаразиты. Определённые виды микроорганизмов могут погибать или угнетаться антибиотиками микробного происхождения. Антибиотики -химические вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, обладающие способностью подавлять рост микробов и даже убивать их. Известны антибиотики, вырабатываемые грибами (пенициллин, аспергиллин), актиномицетами (стрептомицин) и бактериями (грамицидин С), антибиотики широко применяются в медицине и в сельском хозяйстве. Лекция 7. ОСОБЕННОСТИ АНАБОЛИЗМА И КАТАБОЛИЗМА. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ Раскрытие представления о формировании особенностей метаболизма микроорганизмов для реализации их основных планетарных функций: кругооборота углерода, газообмена в атмосфере и взаимодействия с литосферой. Представления о скорости и пластичности метаболизма, разнообразии метаболических путей и способов получения энергии (фотосинтетическое, окислительное, субстратное фосфорилирование), наличии экзоферментов, конститутивных и индуцибельных ферментов. Краткая характеристика биосинтетических процессов. Особенности энергетического метаболизма: аэробное дыхание, анаэробное дыхание, брожение, хемосинтез, фотосинтез. Регуляция метаболизма через количество и активность ферментов. Индукция и репрессия синтеза ферментов. Катаболитная репрессия. Катаболизм. Ферменты. Пути катаболизма гексоз. Фруктозо-1,6- бисфосфатный путь (Эмдена-Мейергофа-Парнаса). Пентозофосфатнй путь. Путь Энтнера-Дудорофа. Цикл трикарбоновых кислот. Типы брожения. Дыхание. Кометаболизм. Анаболизм. Регуляция метаболизма. Эволюция путей метаболизма. Обмен веществ у микроорганизмов Механизм получения энергии 1 Фотосинтез (фотосинтетическое фосфорилирование). Обязательная структура-мембрана. Бактериальный фотосинтез во многом отличается от фотосинтеза у растений. Во-первых, бактерии - единственные из фотосинтезирующих организмов - не способны использовать в качестве конечного восстановителя воду. Они используют другие восстановители, которыми могут быть органические молекулы или неорганические соединения серы, и, следовательно, бактерии не выделяют кислород. Во-вторых, фиксация и метаболизм углерода у бактерий происходят не в цикле Кальвина - Бенсона, а иным путем. В-третьих, аппарат первичного улавливания света и переноса электронов у них совершенно отличен от наблюдающихся в растительных клетках; в частности, у них протекает только одна световая реакция, правда, она во многом сходна с реакцией в фотосистеме I растений. 2 Окислительное фосфорилирование (дыхание) Анаэробное дыхание, аэробное дыхание. У прокариотических клеток, способных к окислительному фосфорилированию, элементы цикла трикарбоновых кислот локализованы прямо в цитоплазме, а ферменты дыхательной цепи и фосфорилирования связаны с клеточной, плазматической мембраной. Это было вначале показано цитохимическими методами. Так, фермент сукцинатдегидрогеназа связан с плазматической мембраной и с ее выпячиваниями, выступающими внутрь цитоплазмы, с так называемыми мезосомами. Надо отметить, что такие бактериальные мезосомы могут быть связаны не только с процессами аэробного дыхания, но и у некоторых видов участвовать в делении клеток, в процессе распределения ДНК по новым клеткам, в образовании клеточной стенки и т.д. На плазматической мембране в мезосомах некоторых бактерий локализуются также факторы сопряжения окисления и синтеза АТФ. В электронном микроскопе во фракциях плазматических мембран бактерий обнаружены сферические частицы, аналогичные тем, которые были найдены в митохондриях эукариотических клеток. Таким образом, у бактериальных клеток, способных к окислительному фосфорилированию, плазматическая мембрана выполняет роль, аналогичную внутренней мембране митохондрий эукариотических клеток. 3 Субстратное фосфорилирование (брожение). Не нужно никаких дополнительных структур.
Два последних есть только у микроорганизмов. Дыхание, как способ получения энергии. При дыхании энергия образуется в форме Н+, затем используется для синтеза АТФ. Аэробное дыхание с использованием органических веществ, включает следующие этапы: S брожение пируват АцКоА ЦТК ЭТЦ О2. В процессе аэробного дыхания АТФ образуется в реакциях субстратного фосфорилирования при брожении и в реакциях мембранного фосфорилирования. При этом наибольшее количество АТФ синтезируется при мембранном фосфорилировании. Субстратами дыхания у бактерий служат не только органические вещества, но и восстановленные неорганические соединения. Если окисляемым субстратом являются биополимеры (белки, крахмал, пектиновые вещества), то процесс начинается с расщепления под действием соответствующих экзоферментов. Особенности дыхательной цепи у микроорганизмов. 1. Последовательность дыхательных переносчиков в цепи может изменяться. 2. Может содержать переносчики электронов, не встречающихся уу других организмов (менохиноны, цитохромы а, в, с, о и др.). 3. Встречаются разветвленные дыхательные цепи. 4. Дыхательная цепь может быть укороченной. Электроны сбрасываются на конечных этапах дыхательной цепи выход АТФ низкий. Дыхательная цепь. Система, транспортирующая электроны и протоны – дыхательной или электрон-транспортной цепи. Аэробные микроорганизмы осуществляют регенерацию АТФ следующим аппаратом: дыхательной (ЭТЦ) и ферментом АТФ-синтазой. От субстратов восстановленные эквиваленты (Н и электроны) в мембранах поступают в дыхательную цепь и электроны переносятся на кислород. В дыхательной цепи происходят реакции, в которых часть свободной энергии переводится в форму АТФ, другая часть рассеивается в виде тепла. Мембрана содержит фермент АТФ-синтазу, синтезирующий АТФ из АДФ и Фн. В процессе синтеза АТФ протоны переходят из наружной среды на внутреннюю. Синтез АТФ за счет энергии транспорта электронов через мембрану называют окислительным фосфорилированием или фосфорилированием в дыхательной цепи. Компоненты дыхательной цепи, участвующие в переносе - ферменты, коферменты и простетические группы, различные дегидрогеназы и транспортные системы. Компоненты, участвующие в окислении Н+ - флавопротеины, FeS-белки, хиноны и цитохромы. FeS-белки – окислительно-восстановительные системы, переносящие электроны. Способны переносить только 1 или 2 электрона – это связано с изменением валентности атомов Fe. Участвуют в фиксации N, в восстановлении сульфита и нитрита в фотосинтезе. Флавопротеины – ферменты, содержащие флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФДН). Ферменты переносят Н+. Реагирующими центрами служат 2 атома N, каждый связывается с одним Н+, связывание происходит в 2 этапа через хиноны. Являются посредниками между 2-мя типами процессов переноса Н+. Цитохромы – окислительно-восстановительные системы переноса электронов. К цитохромам электроны поступают от хинонов. Цитохромы содержат гем атом железа геминового кольца, который участвует в переносе электронов, изменяя валентность. Цитохромы отличаются друг от друга спектрами поглощения и окислительно-восстановительным потенциалом. Цитохромоксидаза реагирует с О2 и передает ему 4 электрона. Хиноны – окислительно-восстановительные дыхательные цепи, жирорастворимые соединения, переносят Н и электроны в 2 этапа, в качестве промежуточной формы служит имихинон. Наиболее распространен убихинон функционирует в дыхательной цепи на участке между ФП и Cyt. Хиноны не связаны со специфическими белками. Т. о. дыхательная цепь переноса электронов состоит из большого количества промежуточных переносчиков, осуществляющих транспорт электронов с органических субстратов на О2. Полностью сформированной системой транспорта электронов обладают фотосинтезирующие бактерии: цианобактерии, пурпурные бактерии. Все облигатные и факультативные аэробные хемотрофы имеют дыхательные цепи, которые различаются по составу: 1) замена одних переносчиков другими со сходными свойствами (убихинон – менохинон) 2) убавление или добавление какого-либо переносчика (цитохрома с) 3) разветвление дыхательной цепи связанное с присутствием 2 и более цитохромоксидаз. В полной дыхательной цепи имеются 3 участка, в которых локализована АТФ-синтаза, по мере продвижения по цепи электроны теряют свободную энергию и это изменение приводит к образованию АТФ из АДФ и Фн. 1 участок: от НАД до ФМН 2 участок: от убихинона до цитохрома 3 участок: от цитохрома до О2. Для количественной оценки эффективности работы ЭТЦ используют показатель р/о – означающий количество молекул неорганического фосфата (Р), включенного в АТФ на 1 поглощенный атом кислорода. Синтез молекулы АТФ связан с переносом 2 протонов через АТФ-синтазу, а при окислении НАДН2 молекул кислородом, выделяется 6Н+ максимальный выход АТФ составляет 3 молекулы. Р/о может быть менее 3. Окисление 2 молекул ацетил-КоА в ЦТК приводит к образованию 6 молекул НАДН2 и по 2 молекулы ФАДН2 и АТФ. Если р/о = 3, то перенос каждой пары электронов с НАДН2 приводит к синтезу 30 молекул АТФ. Перенос каждой пары электронов с ФАДН2 приводит к синтезу 2 молекул АТФ, а при 2-ух оборотах ЦТК – к 4 мол. АТФ 34 мол. АТФ + 2 мол. АТФ (гликолиз) + 2 мол. АТФ в ЦТК (превращение сукцинил-КоА в янтарную кислоту) 38 мол. АТФ при окислительном фосфорилировании. Если при прохождении электронов в ЭТЦ образуется 3 АТФ, то р/о = 3. Этот показатель может быть менее 3, Р/о = 2; = 1. Если акцепторами Н+ или электронов будет не НАД, а другой фермент ФАД, ФМН (р/о = 2) или цитохром (р/о = 1). При аэробном распаде 1 моль гексозы образуется 38 моль АТФ: 2 при гликолизе; 2 в 2-ух ЦТК при субстратном фосфорилировании и 34 в дыхательной цепи при окислительном фосфорилировании. В 38 моль АТФ концентрируется около 55% всей освободившейся в процессе дыхания энергии. Остальная часть теряется в форме тепла. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |  | Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания» Контрольный экземпляр находится на кафедре биохимии, микробиологии и биотехнологии |
| Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден и утвержден на заседании кафедры прикладной лингвистики и образовательных технологий... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «основы психотерапии» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «психическая саморегуляция» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины «психопатология» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «невропатология» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины «психогенетика» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры психологии развития и инноваций | | Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак Учебно-методический комплекс дисциплины... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «анатомия, физиология и патология... Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
