Дыхание 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.