Дыхание микроорганизмов и типы дыхания. Физиология микробов

Дыхание является источником энергии для живых существ. Происходящие в микробной клетке синтетические процессы построения протоплазмы, процессы роста, размножения, движения и др. требуют притока свободной энергии, так как эти процессы эндотермичны. Поэтому в микробной клетке постоянно совершаются одновременно с процессами ассимиляции процессы диссимиляции, освобождающие энергию для ее жизнедеятельности.

Совокупность биохимических процессов, в результате которых образуется энергия, необходимая для жизнедеятельности клетки, составляет энергетический обмен. В противоположность высшим организмам энергетический обмен у микроорганизмов имеет разнообразные формы: дыхание, брожение и др.

Дыханием называется окисление органических веществ с помощью газообразного кислорода до углекислоты и воды. Так, окисление сахара в процессе дыхания выражается уравнением С 6 Н 12 О 6 +6О 2 =6СО 2 +6Н 2 О+энергия. Это уравнение противоположно уравнению фотосинтеза 6СО 2 +6Н 2 О+энергия=C 6 H 12 О 6 +6O 2 .

В 1861 г. Луи Пастер при изучении масляно-кислого брожения установил, что возбудитель этого брожения (Вас. butyricus) нормально развивается только в отсутствие свободного кислорода, энергию он поручает за счет реакции расщепления органического субстрата. Пастер определил сущность брожения как жизнь без кислорода. Кислород воздуха не принимает участия в брожении, а органическое вещество окисляется за счет отнятия водорода, который присоединяется к продуктам распада этого же органического вещества или выделяется в газообразном состоянии.

Автотрофы получают энергию за счет окисления простых неорганических соединений: сероводорода, аммиака, водорода. Денитрифицирующие и десульфофицирующие бактерии получают энергию путем окисления соответственно нитратов и сульфатов, но они могут получать энергию и за счет окисления органических веществ. У некоторых микробов реакция окисления кислородом не доходит до конечных продуктов - СО 2 и Н 2 О. Такой неполный окислительный процесс наблюдается у уксуснокислых бактерий, окисляющих спирт только до уксусной кислоты, и некоторых видов плесеней, разлагающих сахар до щавелевой и лимонной кислот.

Гнилостные бактерии используют энергию, освобождающуюся при расщеплении ими белков, при этом энергия химических связей аминокислот превращается в энергию АТФ.

По отношению к кислороду микробы разделяются на две группы: аэробы, развивающиеся только при наличии кислорода в окружающей среде, и анаэробы, которые развиваются при отсутствии свободного кислорода. Кроме того, имеется еще одна промежуточная группа - факультативные анаэробы, способные жить как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Имеются также микроаэрофилы, развивающиеся при уменьшенном количестве кислорода в среде, например бруцеллезная палочка.

Образующаяся химическая энергия только частично рассеивается в виде тепла. Большая же часть этой энергии улавливается и сохраняется в виде макроэргических связей АТФ. Фосфатные группы связаны между собой непрочно и легко освобождают свою энергию в нужных количествах там, где она необходима для жизнедеятельности клетки. АТФ, теряя энергию, превращается в АДФ (аденозиндифосфат) и в АМФ (аденозинмонофосфат).

1. АТФ+Н 2 О→АДФ+Н 3 РО 4 +10000 кал

2. АДФ+Н 2 О→АМФ+Н 3 РО 4 +10000 кал

АТФ, АДФ, АМФ и фосфорная кислота всегда присутствуют в различных соотношениях в каждой клетке. Реакции эти обратимы, АМФ и АДФ могут присоединять к себе фосфорную кислоту и превращаться в АТФ. Так обеспечивается более или менее постоянное количество АТФ в клетке. Запас АТФ в клетке ограничен. Для восстановления макроэргических связей АТФ все время используется энергия расщепления углеводов и других веществ.

Долгое время считали, что процесс дыхания свойствен высшим организмам, а брожение только микроорганизмам. Затем было установлено, что они тесно связаны друг с другом. Дыхание и брожение представляют собой очень сложные комплексы сопряженных окислительно-восстановительных процессов, которые определяются тем или иным набором ферментов.

Во всех энергетических процессах в клетке можно различить три стадии. В первой, подготовительной стадии крупные молекулы углеводов, жиров, белков распадаются на небольшие молекулы глюкозы, глицерина, жирных кислот, аминокислот. Происходит подготовка веществ к дальнейшим превращениям, здесь не происходит заметного извлечения энергии.

В следующей стадии, называемой стадией неполного окисления, образовавшиеся глюкоза, жирные кислоты и другие вещества подвергаются сложному многоступенчатому процессу. Таково неполное окисление, которое называется гликолизом или брожением. Эта стадия анаэробная. Гликолиз представляет собой более десяти последовательных ферментативных реакций. Из глюкозы последовательно образуется десять различных промежуточных веществ (субстратов) и действует столько же специфических ферментов. Весь этот процесс идет по типу молочнокислого брожения, вызываемого молочнокислыми бактериями, и имеет много сходного со спиртовым брожением, вызываемым дрожжами.

Процесс начинает фермент гексокиназа, под влиянием которого глюкоза вступает в реакцию с АМФ и образуется гексозо-6-фосфат. Гексозо-6-фосфат под действием фермента алдолазы переходит во фруктозо-6-фосфат и т. д. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. Суммарное уравнение всего процесса выражается так: С 6 Н 12 О 6 =2С 3 H 6 О 3 .

Последней стадией процесса является полное окисление субстратов до конечных продуктов - СО 2 и Н 2 О. Эта стадия протекает в аэробных условиях. Следовательно, она имеется только у аэробов. В этой стадии участвуют органические кислоты, состоящие из трех углеродных атомов, почему и назвали ее циклом трикарбоновых кислот (Крепс, 1953).

Цикл начинается с того, что две молекулы молочной кислоты окисляются и дают две молекулы пировиноградной кислоты. Одна из молекул пировиноградной кислоты окисляется с отщеплением одной молекулы углекислоты, и образуется уксусная кислота. Углекислота связывается с другой молекулой пировиноградной кислоты, и образуется щавелевоуксусная кислота. Уксусная кислота соединяется с коферментом А, происходит конденсация ее с щавелевоуксусной кислотой и водой, и образуется лимонная кислота.

Лимонная кислота превращается в аконитовую кислоту. Далее происходит еще ряд превращений с образованием снова щавелевоуксусной кислоты, и па этом цикл заканчивается. Лимонная кислота оказывается вся разложенной. Из ферментов в цикле участвуют дегидрогеназы НАД, ФАД, цитохромы. Так, при дегидровании янтарной кислоты в цикле от нее отнимается электрон, он переносится на ФАД, и образуется ФАД-Н 2 , янтарная кислота окисляется в фумаровую кислоту. Электроны далее продвигаются по цепочке цитохромов к кислороду. Происходит соединение с активированным цитохромоксидазой кислородом с образованием воды. Непосредственно же кислород в реакциях не участвует.

Подсчитано, что в этом цикле из одной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ и в процессе гликолиза две молекулы АТФ, всего, следовательно, 38 молекул АТФ, или 380 больших калорий из 680 больших калорий, содержащихся в грамм-молекуле глюкозы, т. е. получено 55% полезной химической энергии. Это очень большой процент но сравнению с к.п.д., получаемым в технике (12-25%). Энергия выделялась постепенно по частям. Если бы она была выделена сразу, то клетка была бы повреждена.

Ферменты, принимающие участие в реакциях, расположены в митохондриях и локализованы рядами по порядку их действия в ходе гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.

Продукты распада триоз частично идут на биосинтез. Так, из пировиноградной кислоты может образоваться аланин, из кетоглутаровой кислоты - глютаминовая кислота, из щавелевоуксусной кислоты - аспарагиновая кислота путем аминирования. Уксусная кислота может пойти на синтез высших жирных кислот.

Протекающие при дыхании реакции имеют сопряженный характер окисления-восстановления. В ходе реакций окисления-восстановления развивается электродвижущая сила, которая может быть измерена в виде так называемого окислительно-восстановительного потенциала (rН 2).

Аэробы приспособлены к более высокому rН 2 (20 и выше), анаэробы - к низкому (0-12), факультативные анаэробы - 0-20. Снижая rН 2 среды, можно добиться роста анаэробов в присутствии кислорода, а повышая rН 2 , выращивать аэробы в анаэробных условиях.

В энергетическом отношении анаэробное дыхание во много раз менее эффективно, чем аэробное. Так, если при аэробном процессе окисления глюкозы до СО 2 и Н 2 О получается 674 ккал, то при спиртовом брожении - 27 ккал, при молочнокислом - 18 ккал и при масляно-кислом - всего 15 ккал. Это объясняется тем, что конечными продуктами анаэробного окисления являются органические соединения, сохранившие еще большой запас энергии. Например, спирт (продукт спиртового брожения) прекрасно горит.

Потерю тепла при брожении можно наблюдать в культурах, хорошо защищенных от потери тепла. За счет выделения этого тепла происходит самонагревание влажного сена, навоза, торфа и пр.

У светящихся бактерий потеря энергии выражается в виде свечения. Свечение морской воды, гнилого дерева, мха, рыбы объясняется присутствием на них особых светящихся бактерий аэробов. Они имеют особый фермент - люцеферазу, который химическую энергию АТФ переводит в энергию света.

К анаэробным относятся палочки столбняка, ботулинуса, масляно-кислые бактерии, возбудители газовой гангрены и др.

К аэробам относятся нитрифицирующие, уксуснокислые, азотобактерии, миксобактерии, плесени, микобактерии, холерный вибрион. Факультативные анаэробы - кишечная палочка, дифтерийная палочка, стрептококк, стафилококк, спириллы и др.

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

Аэробное дыхание – это окислительный процесс, в ходе которого расходуется кислород. При дыхании субстрат без остатка расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высоким выходом энергии. Важнейшими субстратами для дыхания служат углеводы. Кроме того, при дыхании могут расходоваться жиры и белки.Аэробное дыхание включает два основных этапа:

Бескислородный, в процессе, которого происходит постепенное расщепление субстрата с высвобождением атомов водорода и связыванием с коферментами (переносчиками типа НАД и ФАД);

Кислородный, в ходе которого происходит дальнейшее отщепление атомов водорода от производных дыхательного субстрата и постепенное окисление атомов водорода в результате переноса их электронов на кислород.

Анаэробное дыхание - биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ. Осуществляется прокариотами (в редких случаях - и эукариотами) в анаэробных условиях. При этом факультативные анаэробы используют акцепторы электронов с высоким окислительно-восстановительным потенциалом (NO3−, NO2−, Fe3+, фумарат, диметилсульфоксид и т. д.), у них это дыхание конкурирует с энергетически более выгодным аэробным и подавляется кислородом.

Большинство аэробных микроорганизмов окисляет органические питательные вещества в процессе дыхания до С02 и воды. Поскольку в молекуле СО 2 достигается высшая степень окисления углерода, в этом случае говорят о полном окислении и отличают этот тип дыхания от не полных окислений, при которых в качестве продуктов обмена выделяются частично окисленные органические соединения. Под «полным окислением» имеется в виду лишь то, что не происходит вы деления каких-либо органических веществ; но это вовсе не означает, что окисляется весь поглощенный субстрат. В каждом случае значительная часть субстрата (40-70%) ассимилируется, т.е. превращается в вещества клеток. Конечными продуктами «неполных окислений» могут быть уксусная, глюконовая, фумаровая, лимонная, молочная кислоты и ряд других со единений. Поскольку эти продукты сходны с теми, которые образуются при брожениях (пропионовая, масляная, янтарная, молочная кислоты и др.), а также в связи с тем, что при промышленных процессах брожения необходимы специальные технические устройства (ферментеры), неполные окисления называют также «окислительным брожением» или «аэробной ферментацией». Слова «брожение» и «ферментация» в этом случае отражают скорее технологический аспект.

В настоящее время известен ряд бактерий, способных окислять органические соединения или молекулярный водород в анаэробных условиях, используя в качестве акцепторов электронов в дыхательной цепи сульфаты, тиосульфаты, сульфиты, молекулярную серу. Этот процесс получил название диссимиляционной сульфатредукции, а бактерии, осуществляющие этот процесс - сульфатвосстанавливающих или сульфатредуцирующих.

Все сульфатвосстанавливающие бактерии - облигатные анаэробы. Сульфатвосстанавливающие бактерии получают энергию в процессе сульфатного дыхания при переносе электронов в электронтранспортной цепи. Перенос электронов от окисляемого субстрата по электронтранспортной цепи сопровождается возникновением электрохимического градиента ионов водорода с последующим синтезом АТФ. Подавляющее большинство бактерий этой группы хемоорганогетеротрофы. Источником углерода и донором электронов для них являются простые органические вещества - пируват, лактат, сукцинат, малат, а также некоторые спирты. У некоторых сульфатвосстанавливающих бактерий обнаружена способность к хемолитоавтотрофии, когда окисляемым субстратом является молекулярный водород.

В качестве акцептора электронов может использоваться фумарат. Фумаратредуктаза сходна с нитритредуктазой: лишь вместо молибдоптерин содержащей субъединицы в её состав входит ФАД и гистидин содержащая субъединица. Трансмембранный протонный потенциал образуется аналогичным образом: перенос протонов не происходит, однако фумаратредуктаза связывает протоны в цитоплазме, а дегидрогеназы в начале ЭТЦ выделяют протоны в периплазму. Перенос электронов с дегидрогеназ на фумаратредуктазу происходит обычно через мембранный пул менохинонов. Фумарат, как правило, отсутствует в природных местообитаниях и образуется самими микроорганизмами из аспартата, аспарагина, сахаров, малата и цитрата. В виду этого большинство бактерий, способных к фумаратному дыханию содержат фумаразу, аспартат:аммиак-лиазу и аспарагиназу, синтез которого контролирует чувствительный к молекулярному кислороду белок Fnr. Фумаратное дыхание достаточно широко распространено среди эукариот, в частности у животных (среди животных, у которых оно описано - пескожил, мидии, аскарида, печеночная двуустка.

Дыхание Карбонатное дыхание карбонатное один из видов анаэробного дыхания, при котором в качестве терминального акцептора водорода выступает СО2, который восстанавливается до метана или уксусной кислоты; осуществляют, соответственно, метаногены и ацетогенные бактерии (ацетогены).

Прокариоты обладают возможностью использовать в качестве акцептора электрона в дыхательной электронтранспортной цепи вместо кислорода различные окисленные соединения азота. Ферментом, катализирующим финальную стадию транспорта электрона - его перенос на нитрат-анион - является нитратредуктаза. итратное дыхание встречается, хотя и редко, и среди эукариот. Так, нитратное дыхание, сопровождающееся денитрификацией и выделением молекулярного азота, недавно открыто у фораминифер.

Дыхание бактерий. Необходимую для своей жизнедеятельности энергию клетка бактерии получает в процессе дыхания бактерии.

По типу дыхания все микроорганизмы делятся на две группы: микробы, у которых процесс дыхания связан с использованием свободного кислорода воздуха, и микроорганизмы, не нуждающиеся в свободном кислороде, который для них оказывается даже вредным.

Первая группа микроорганизмов получила название аэробов (тип дыхания аэробный); вторая группа - анаэробов (тип дыхания - анаэробный).

Расщепление углеводов в бескислородных условиях называется брожением. В зависимости от вида микроорганизмов, вызывающих процесс брожения, последний бывает спиртовым, уксуснокислым и др. Это значит, что в процессе брожения может образовываться либо спирт, либо уксусная кислота и т. д.

Ферменты бактерий. Процессы питания и дыхания бактерий протекают обязательно при участии ферментов - особых веществ белкового характера. Ферменты даже в самых незначительных количествах намного ускоряют соответствующие химические процессы, сами почти не изменяясь.

Без ферментов процессы питания и дыхания могли бы протекать, но очень медленно. Ферменты образуются только в живых клетках. Одна группа ферментов не связана с микробной клеткой, и они выделяются бактериями в окружающую среду. Функция этой группы заключается в том, что ферменты способствуют расщеплению сложных соединений на более простые, доступные усвоению. Другая группа ферментов (таких большинство) находится внутри бактериальной клетки и связана ней.

Кроме того, существуют ферменты, которые появляются у бактерий в процессе приспособления к изменившимся условиям питания.

Характерная особенность ферментов заключается в том, что на вещества определенного состава или групп действует свой фермент. Так, имеются ферменты для переработки сложных углеродистых соединений (сахаров), белков, жиров и т. д.

Рост и размножение бактерий. Процесс роста бактериальной клетки выражается в увеличении ее размеров. Этот процесс протекает очень быстро - в течение нескольких минут.

После того как бактерии достигают взрослого состояния, начинается процесс размножения путем простого поперечного деления. В благоприятных условиях (достаточное питание, благоприятная температура) бактериальная клетка делится каждые 50-30 мин. Подсчитано, что если бы размножение бактерий происходило беспрепятственно, то в течение 5 суток из одной клетки образовалась бы такая живая масса, которая заполнить все моря и океаны. Но такое размножение требует как указывалось выше, ряда благоприятных условий, которые во внешней среде не имеют места.

Химический состав бактерий. Бактериальная клетка содержит большое количество воды - 75-85% массы клетки. Oстальные 15% приходятся на сухой остаток, в состав которого входят белок, углеводы, жиры, соли и другие вещества.

Бактериальные белки представляют собой сложные белки, состоящие из различных химических соединений. Эти химические вещества необходимы для жизнедеятельности бактериальной клетки.

Кроме белков в состав сухого остатка бактерий входят углеводы (12-28%), нуклеиновые кислоты.

Количество жиров, входящих в состав сухого остатка, может быть различным. У некоторых форм бактерий содержание жира доходит до "/з сухого остатка. В основном жиры входят в состав оболочки, обусловливая ряд ее свойств.

Необходимой составной частью бактериальной клетки являются минеральные соли, составляющие около "/зоо всей масс клетки. В состав бактериальных клеток входят также азот, кислород, водород, углерод, фосфор, калий, натрий, магний, кальций, кремний, сера, хлор, железо.

В зависимости от условий внешней среды химический состав бактерий может изменяться как количественно, так и качественно.

Питание бактерий. Питание бактерий - весьма сложный процесс, который происходит за счет непрерывного проникновения определенных питательных веществ через полупроницаемую оболочку и выделения из клетки продуктов обмена.

Так как оболочка бактерий непроницаема для белков и других сложных соединений, необходимых для питания клетки, эти вещества усваиваются после расщепления ферментами.

Большое значение для нормального питания бактерий имеет правильное соотношение концентраций солей внутри клеток и в окружающей среде. Наиболее благоприятные условия питания создаются при концентрации солей в окружающей среде, равной 0,5% раствора хлористого натрия.

При попадании в 2-10%-ный раствор хлористого натрия происходит сморщивание бактериальной клетки - обезвоживание, которое делает ее неспособной к размножению. На этом основан способ консервирования продуктов при помощи соления.

Для питания бактериям необходимы кислород, водород, углерод и азот. Источниками снабжения этими веществами может быть вода, воздух и др.

Помимо перечисленных обычных питательных веществ для роста бактерий необходимы особые химические соединения.

Установлено, что некоторые виды стрептококков совершенно не растут при отсутствии витамина В.

Пигментообразование. Некоторые виды бактерий и грибков обладают способностью образовывать различные красящие вещества- пигменты. Большей частью этой способностью обладают бактерии, находящиеся в почве, воздухе и воде. Особенно отчетливо это качество микробов обнаруживается в лабораторных условиях. При размножении на плотных питательных средах бактерии образуют колонии, которые благодаря различным пигментам имеют окраску: красную, белую, фиолетовую, золотистую и др.

Установлено, что наилучшими условиями для образования пигмента являются достаточный доступ кислорода, света и комнатная температура.

Считают, что пигменты у микробов выполняют защитную функцию против губительного действия солнечного света; кроме того, они играют определенную роль в процессах дыхания.

Свечение. В природе существуют микробы, в том числе и бактерии, которые в процессе своей жизнедеятельности образуют вещества, способные при соединении с кислородом воздуха светиться. Явления свечения гнилушек, поверхности моря и др. объясняются развитием подобных микробов. Такие светящиеся микробы не болезнетворны для человека.

Образование запахов. Свойство микробов образовывать запахи (ароматообразование) объясняется наличием особых летучих веществ, которые по своей химической природе близки к эфирам (эфироподобные вещества). Различные ароматообразующие бактерии используются в пищевой промышленности для изготовления сыра, масла, вина и других продуктов.

Из бактерий, являющихся болезнетворными для человека и издающих запах при выращивании в лабораторных условиях, можно назвать туберкулезную палочку, запах которой приближается к запаху меда, и т. д.

Микробные яды. Попадая в организм человека, и размножаясь там, микробы вырабатывают вещества, отрицательно действующие на нервную систему, сердце, внутренние органы. Эти вредные вещества получили название токсинов. Микробные токсины - наиболее сильнодействующие яды из всех известных. Даже незначительное их количество может оказать ядовитое действие на организм. Поражения, наблюдаемые при многих инфекционных заболеваниях, связаны с действием микробных токсинов. Токсины имеются почти у всех болезнетворных микробов. Токсины бывают двух видов: экзотоксины и эндотоксины.

Экзотоксинами называются яды, которые легко выходят из микробной клетки в окружающую среду.

Экзотоксины характеризуются относительно малой устойчивостью, легко разрушаются под влиянием нагревания, действия света и различных химических веществ. Характерным свойством экзотоксинов является их действие в крайне малых дозах.

Микробные экзотоксины - это одни из наиболее сильных. Так, например, 0,00001 мл столбнячного токсина вызывает бель белой мыши, а токсин микроба ботулизма действует в меньшей дозе.

Эндотоксины прочно связаны с телом микробной клетки, освобождаются только после разрушения тела микроба. В отличие от экзотоксинов эндотоксины вызывают в организме следующие признаки отравления: головную боль, слабость, одышку т. д. Эндотоксины более устойчивы, чем экзотоксины, некоторые выдерживают даже кипячение. Токсичность для организмов у них значительно меньше, чем у экзотоксинов.

Эндотоксины имеются у всех болезнетворных микробов; экзотоксины вырабатываются только некоторыми из них - дифтерийной палочкой, стафилококком, бактерией ботулизма.

Изменчивость микробов. В естественных условиях на микробы постоянно воздействуют многие факторы, обусловливающие процесс изменчивости. К этим факторам помимо питания, температуры относится явление микробного антагонизма, влияние внутренней среды организма человека и животного.

Благодаря тесному контакту с окружающей средой и интенсивному размножению микроорганизмы быстро приспосабливаются к новым условиям, и соответственно с этим изменяются их первоначальные свойства. Например, в горячей воде гейзеров обитают бактерии, которые оформились как вид под влиянием окружающих условий. Некоторые болезнетворные микробы при взаимодействии с лекарственными веществами могут приобрести к ним устойчивость. Таким образом, огромное значение для жизнедеятельности организма имеют условия cyществования, изменяя которые (питание, температуру, влажность и др.), можно вызвать соответствующие изменения природы микроорганизма.

Изменчивость свойственна всем видам микроорганизмов. Одной из причин изменчивости микробов является бактериофаг.

Бактериофаги - это живые организмы, которые размножаются только тогда, когда проникают извне внутрь микробной клетки. Вне организма микробов бактериофаги не размножаются, а находятся в состоянии покоя. Действие бактериофага на микробную клетку заключается в следующем: окружив микробную клетку, бактериофаги постепенно проникают внутрь и размножаются. Быстрота размножения бактериофага зависит от многих условий: характера микроба, условий его существования и др. Через 1-3ч внутри микробной клетки образуется множество новых бактериофагов, оболочка этой клетки разрывается, и вся масса бактериофагов выпадает из нее.

При взаимодействии бактериофага с микробом, последний всегда гибнет. Если активность бактериофага недостаточна, отдельные микробные клетки выживают и дают начало росту новых микробных клеток, уже устойчивых к данному бактериофагу.

Под влиянием бактериофага микробы изменяют свои свойства: лишаются болезнетворной способности, теряют капсулу и др.

Для каждого вида болезнетворного микроба существует свой бактериофаг, например, дизентерийный, брюшнотифозный, стафилококковый.

Под действием света, кислорода воздуха, тепла, бактериофаг теряет активность в течение 1-2 месяцев. Ультрафиолетовые лучи разрушают бактериофаги за 15 мин. Быстрое уничтожение бактериофагов происходит в кислой среде.

Бактериофаги находятся повсюду, где есть бактерии. Различные бактериофаги можно обнаружить в сточных водах, речной воде, в выделениях человека и животного и других объектах.

Дыхание(биологическое окисление) у бактерий тесно связано с питанием и дает энергию для осуществления функций клетки. При этом в ходе биохимических реакций образуется АТФ - универсальный аккумулятор и переносчик химической энергии у живых существ. Различают аэробный и анаэробный типы дыхания. Микробы, окисляющие органические соединения с использованием кислорода воздуха (в качестве акцептора ионов Н+), называют аэробами. В отличие от них, анаэробы получают энергию в ходе окислительно-восстановительных реакций, при которых акцептором Н+ является не кислород, а нитрат или сульфат (в бескислородных условиях). Многие микробы, имея полный набор дыхательных ферментов, могут существовать как в кислородной, так и бескислородной среде - это факультативные (необязательные) анаэробы с нитратным типом дыхания. Облигагные (обязательные) анаэробы существуют лишь в строго анаэробных условиях, т.к. в аэробных условиях образуются токсичные перекиси (Н2О2 и др.), которые не разрушаются из-за отсутствия у облигатных анаэробов фермента каталазы, для них характерен сульфатный тип дыхания. Необходимыми условиями для культивирования микробов являются:

• 1) наличие подходящей по составу питательной среды;
• 2) оптимальной (по содержанию О2 и др.) атмосферы над питательной средой;
• 3) оптимальной температуры.

Выделение чистой культуры анаэробов занимает 4 дня и отличается тем, что исследование ведут в анаэробных условиях на специальных средах и материал предварительно подращивают сутки в среде для накопления анаэробов. Методы культивирования анаэробов основаны на удалении кислорода из питательной среды и из атмосферы (используют механическое и физическое удаление или замещение, химическое или биологическое связывание О2)

• - перед посевом среды регенерируют (кипятят и быстро охлаждают);
• - делают посевы в высокие столбики среды в пробирках;
• - наслаивают поверх питательной среды вазелиновое масло;
• - культивируют в анаэроостате, из которого откачан воздух и замещён инертным газом или бескислородной смесью (азот, водород, углекислый газ);
• - культивируют в эксикаторе, на дно которого помещены химические поглотители кислорода (щелочной раствор пирогаллола и др.);
• - культивируют в герметично закрытой чашке с плотной средой, на две половины которой отдельно засевают анаэробы и аэробы, которые в ходе размножения поглощают кислород (метод Фортнера).

Существует два типа дыхания мкробов – аэробное и анаэробное.

Аэробное дыхание микроорганизмов - это процесс, при котором акцептором водорода (прото­нов и электронов) является молекулярный кислород. В результате окисления, главным образом сложных орга­нических соединений, образуется энергия, которая вы­деляется в среду или накапливается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Различают полное и неполное окисление.

Полное окисление. Основной источник энергии у ми­кроорганизмов- углеводы. При их расщеплении, кото­рое происходит разными путями, получается важный промежуточный продукт - пировиноградная кислота. Полное окисление пировиноградной кислоты происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Креб-са) и дыхательной цепи. В результате расщеп­ления глюкозы в аэробных условиях процесс окисления идет до конца--до образования углерода диоксида и воды с освобождением большого количества энергии: С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 -*■ 6СО 2 + 6Н 2 О + 2874,3 к Дж.

Неполное окисление. Не все аэробы доводят реакции окисления до конца. При избытке углеводов в среде образуются продукты неполного окисления, в которых заключена энергия. Конечными продуктами неполного аэробного окисления сахара могут быть органические кислоты: лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная и другие, они образуются плесневыми грибами. Например, осуществляется аэробное дыхание уксуснокислыми бак­териями, у которых при окислении этилового спирта об­разуется уксусная кисло­та и вода:

СН 3 СН 2 ОН + О 2 -* СН 3 СООН + Н 2 О + 494,4 к Дж.

У некоторых бактерий в процессе дыхания происхо­дит окисление неорганических соединений. Примером окисления неорганических соединений могут служить процессы нитрификации, при которых нитрифицирующие бактерии вначале окисляют аммиак до азотистой кис­лоты, а затем до азотной. В каждом случае при этом выделяется энергия: в первой фазе 274,9 кДж, во вто­рой-87,6 кДж.

Анаэробное дыхание осуществляется без участия мо­лекулярного кислорода. Различают анаэроб­ное нитратное дыхание, анаэроб­ное сульфатное дыхание и брожение. При анаэробном дыхании акцептором водорода являются окисленные неорганические соединения, которые легко отдают кислород и превращаются в более восстанов­ленные формы, что сопровождается выделением энергии.

1. анаэроб­ное нитратное дыхание - восстановление нитратов до молекулярного азота

2. анаэроб­ное сульфатное дыхание - восстановление сульфатов до сероводорода.

3. Брожение - расщепление органических углеродсо-держащих соединений в анаэробных условиях. Оно ха­рактеризуется тем, что последним акцептором водорода служит молекула органического вещества с ненасыщен­ными связями. Вещество при этом разлагается только до промежуточных продуктов, представляющих собой сложные органические соединения (спирты, органиче­ские кислоты). Заключенная в них энергия в небольших количествах выделяется в окружающую среду. При бро­жении энергии освобождается меньше. Например, при брожении глюкозы освобождается в 24,5 раза меньше энергии, чем при ее аэробном окислении.

Все виды броже­ний до образования пировиноградной кислоты протека­ют одинаково. Дальнейшее превращение пировиноград­ной кислоты зависит от свойств микроба. Гомофермен-тативные молочнокислые бактерии превращают ее в молочную кислоту, дрожжи - в этиловый спирт и т. д.

Классификация микробов по типу дыхания.

По типу дыхания микроорганизмы классифицируют на четыре группы.

1. Облигатные (безусловные) аэробы растут при свободном доступе кислорода. К ним относятся уксуснокислые бактерии, возбудители туберкулеза, сибирской язвы и многие другие.

2. Микроаэрофильные бактерии развиваются при низкой (до 1 %) концентрации кислорода в окружающей атмосфере. Такие условия благоприятны для актиномицетов, лептоспир, бруцелл.

3. Факультативные анаэробы развиваются как при доступе кислорода воздуха, так и в отсутствие его. Имеют соответственно два набора ферментов. Это энтеробактерии, возбудитель рожи свиней.

4. Облигатные (безусловные) анаэробы развиваются при полном отсутствии кислорода в окружающей среде. Анаэробные условия (обходимы маслянокислым бактериям, возбудителям столбняка, ботулизма, газовой гангрены, эмфизематозного карбункула, некробактериоза.