20. Энергетич-й обмен у м-орг-ов. Аэробные и анаэробные микроорг-мы.

Источники энергии у м-орг-мов разнообразны. У фотоавтотрофов ист-ком Е служит видимый свет. Ист-ком Е для биосинтеза клеточных в-в из СО₂ у хемоавтотрофов яв-ся химич. Е, высвобож­даемая в рез-те окис-я кислородом воздуха неорг. соед-ий (NH₃, H₂S и др.).Хемоорганотрофы получают Е в пр-сах окис-я орг. соед-ий. Окис-е орг. в-в может происходить разл. путями:1Прямым, т. е. присоед-ем к в-ву кислорода.2.Непрямым. 3.Путем переноса электронов от одного в-ва к др.. хемоорганотрофные м-орг-мы делят на 2 группы: аэробы, окис-щие орг. в-ва с использ-ем молекулярн. кислорода, анаэробы, кот. в энергетич. пр-сах не исп-ют кислород. Многие аэробные м-орг-мы (грибы, некот. дрожжи и многие бактерии) окисляют орг. в-ва пол-тью до минер. В-в — СО₂ и Н₂О. Пр-с этот наз-ся дыханием. В кач. энергетич. мат-ла в пр-се дыхания м-орг-мы часто исп-ют углеводы. При этом сложные (ди-, три- и полисахариды) ферментативным путем гидролизуются до моносахаров, которые и подвергаются окислению: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О +Е.

Анаэробные м-орг-мы. Анаэробные м-орг-мы, к которым относят многие бактерии и некоторые дрожжи, получают необх. для жиз­нед-ти Е в пр-се брожения. Анаэробные микроорганизмы подразд-ют на облигатные, или безусловные, анаэробы, для которых кислород не только не нужен, но и вреден, и факультативные, или условные, анаэробы, которые могут жить как при доступе воз­духа, так и без него. Энергетическим материалом при брожении чаще служат уг­леводы, из них наиболее используемый -глюкоза. Виды брожения: Спиртовое брож-е осущ-ся многими дрож­жами в анаэробных усл-ях. Молекула глюкозы (энергетиче­ский материал) в этом процессе превращается в две молекулы этилового спирта и две молекулы углекислого газа с выделением энергии: С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + ЕДж. Молочнокислое брож-е – это пр-с получ-я Е молочнокислыми бактериями, закл-щийся в превра­щ-и молекулы сахара в 2 молекулы молочной кислоты с вы­делением Е: С₆Н₁₂О₆ = 2СН₃СНОНСООН +ЕДж. Маслянокислое брож-е вызывается облигатно ана­эробными маслянокислыми бактериями. Глюкоза в этом энерго-дающем пр-се превращается в масляную кислоту, водород и СО₂: С₆Н₁₂О₆ = С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂ +ЕДж.

21. Классификация микроогрганизмов по способу получения энергии.

Один из способо классификации бактерий основан на различиях в способе, которым бактерии получают энергию для своей жизнедеятельности. Организмы, самостоятельно получающие органические вещества, называются автотрофами. Часто они используют свет для получения АТФ — такие организмы являются фотосинтезирующими. Гетеротрофы получают энергию за счет органических веществ, которые они так или иначе поедают и должны как-то находить в окружающей среде. Соответственно микроорганизмы можно разделить на автотрофов и гетеротрофов.

Среди микроорганизмов-автотрофов можно выделить две группы в соответствии со способом получения энергии. Фотоавтотрофы содержат хлорофилл и используют энергию света, осуществляя фотосинтез. А хемоавтотрофы используют энергию какой-либо химической реакции, например окисления железа (Fe2+ —> Fe3+), для получения энергии для синтеза органических веществ.

Здесь же мы упомянем ещё об одной химической реакции, важной для всей биосферы, которую в природе могут осуществлять только бактерии. Это реакция азотфиксации. Азотфиксирующие бактерии могут поглощать газообразный азот (N2) из атмосферы и превращать его в аммиак (NH3) или ион аммония (NH4+). После этого азот может быть включен в состав органических веществ. Будучи таким образом связан, или, как говорят, «зафиксирован», азот поглощается зелёными растениями, а вслед за этим попадает и во все остальные организмы.

24.Исп-ие энергии микроорг-ми. Причины самосогревания зерна, клубней картофеля и др. органич. мат-лов. Освобождаемая в пр-сах дых-я и брож-я своб. Е не м. б. непоср-но использована клеткой. Е д. б. преобразована в биол-ки полез­н. ф-му — в химич. Е макроэргических фосфат­ных связей фосфорорганических соединений, главным из кото­рых является АТФ. Только часть Е окис-я орг. в-в переводится в доступн. для клетки ф-му (резервируется в АТФ). Значит. кол-во, преимущ-но в виде тепловой Е, теряется – рассеивается во внешней среде. АТФ является универсальным переносчиком химич. Е между р-циями как с выделением Е, так и с ее за­тратой. АТФ называют «энергетической валютой» клетки. Из этого своеобр. аккумулятора организм черпает Е для удовл-ния своих потр-тей. В энергетич. отн-ии дых-е – знач-но более выгодный пр-с, чем брож-е. У анаэробов в пр-се брож-я энергодающим этапом яв­-ся. распад глюкозы до образования пировиноградной кислоты.При использовании одного моля глюкозы (по­тенциальный запас энергии 2,87*10⁶ Дж) в клетках анаэробов запасается всего лишь около 0,09 • 10⁶ Дж. Большая часть Е остается в выделяемых в среду орг. в-вах – конеч. пр-тах брож-я, много теряется и в форме тепло­вой Е.У аэробов в пр-се дых-я при полном окис-ии одного моля глюкозы синтез-ся знач-но больше молей АТФ. Аэробами полезно исп-ся около 50 % Е и около 50 % теряется в виде тепла. Этим объясн-ся явление самосогревания навоза, силосных кормов, зерна, клуб­ней картофеля, когда вследствие повыш. влаж-ти в них обильно разв-ся разл. м-орг-мы. При самосогревании зерновая масса приобретает несвойственные здоровому зерну запах и цвет. Происходит потеря массы, знач-но снижаются всхожесть, технологические каче­ства зерна и может быть полностью потеряна потребит. ст-ть пр-та.Самосогр-е торфа, недостаточно просушенного сена, хлопка и др. мат-лов, возникающее при массовом р-тии сначала мезофильных, а затем термофильных м-орг-мов, иногда приводит к самовозгоранию.У некоторых м-орг-мов набл-ся выдел-е неис­пользованной Е в форме световой. Такой спос-тью об­л-ют некот. бактерии, грибы, протисты. Свечение морск. воды, сгнивш. дерева, рыбы обусл-но присут-ем в них светящихся м-орг-мов.

25.Влияние ф-ров внеш. среды на м-орг-мы. Происх-щие в ОС измен-я отражаются на м-орг-мах (разв-е микробов, гибель, измен-е св-в, биохимич. пр-сов.) Разв-е м-орг-мов изм-ет среду: в нее выд-ся пр-ты их жизнед-ти, из нее м-орг-мы берут необх. для жизни в-ва. Зав-сть разв-я м-орг-мов от условий среды опр-ют путем измер-я прироста живой массы – биомассы – в культуре за опр. промежуток времени. Если не добавлять пит. в-ва и не удалять конечные пр-ты обмена, то при попадании (или посеве) бактерий на питательн. субстрат разв-е их во времени подчиняется известной законом-сти. Стадии (фаз) развития: В нач. стадии – фазе задержки роста (лагфаза ) – бактерии, попав в новую среду, некот. время не размн-ся, приспосабливаясь к ней. Клетки увеличиваются в размере, в них возрастает сод-е белка и РНК. Бактерии начинают размн-ся со всевозрастающей скоростью. Затем размн-е идет с макс-ной и хар-ной для кажд- вида и данной среды постоянной скоростью. Этот период наз-ся логарифмической или экспоненциальной фазой роста. Бол-во клеток молодые, активные; в среде накапл-ся бол. кол-во пр-тов их жизнед-ти. К концу лог-кой фазы число клеток достигает максимума и наступает макс-ная стационарная фаза разв-я, когда в течение некот. времени число живых клеток остается более или менее постоянным. Число обр-щихся новых клеток соотв-ет примерно числу отмерших. Наконец наступает фаза отмирания, когда все большее число клеток теряет жизнеспос-ть и погибает. Это наступает вследствие истощения пит. среды и накоп-я в ней пр-тов метаболизма бактерий. Длит-сть отдельных фаз разв-я может значительно колебаться у разных бактерий и у бактерий одного и того же вида в зав-ти от усл-й их роста.

Изучение вл-я условий среды на м-орг-мы дает возм-ть выявить условия, огран-щие или искл-щие рост возб-лей порчи и отравлений на пр-тах питания. Регулируя усл-я сущ-ния, можно управлять разв-ем м-орг-мов. Ф-ры или усл-я внеш. среды, влияющие на разв-е микробов, могут быть подразделены на 4 осн. гр-пы: физико-химич., физич., химич. и биологические.

26.Температура среды. Т^О среды – один из осн. ф-ров, опр-щих возм-сть и интенс-сть разв-я м-орг-мов. Кажд. м-орг-м может разв-ся лишь в опр. пределах темп-ры. Для кажд. орг-ма разл-ют 3 точки: минимум, максимум, оптимум. По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы. Отн-е МО к высоким темп-рам. Повыш-е темп-ры более неблагоприятно, чем пониж-е ее. Отн-е микроорг-мов к темп-рам, превышающим макс-ную для их разв-я, хар-ет их термоустойч-ть. Гибель наступает не мгновенно, а во времени. Температуры, немного превышающие максимальную, вызывают явление «теплового шока». При недлительном пребывании в таком состоянии клетки могут реактивироваться, при длительном—наступает их отмирание. Наиболее термоустойчивыми являются бактериальные споры. Термоустойчивость одних и тех же МО может, кроме того, изменяться в зав-ти от св-в среды. На губит. д-вии выс. темп-р основаны мн. приемы уничтож-я микробов в ПП.В пищ. пром-ти широко прим-ют 2 сп-ба возд-вия выс. темп-р на МО: пастеризацию и стерилизацию. При пастеризации погибают не все микроорганизмы. пастеризованные продукты следует немедленно охлаждать до температуры не выше 10 °С и хранить на холоде, чтобы задержать прорастание спор и развитие сохранившихся клеток. Стерилизация—это нагревание при температурах, которые вызывают гибель всех вегетативных клеток микроорганизмов и их спор. Отн-е МО к низк. Темп-рам. При темп-ре среды ниже оптим-й уменьшаются скорость размн-я МО и интенс-ть их жизн. пр-сов. При темп-рах, близких к мин-ным, знач-е приобретает сниж-е даже на 1 – 2 °С. Бол-во МО не способно разв-ся при температуре ниже нуля. Многие из МО при темп-рах ниже мин-ной для их разв-я более или менее скоро погибают. Низкие темп-ры широко прим-ют для сохр-я скоропорт. пр-тов. Прим-ют 2 сп-ба холодильного хр-я: в охлажд. Сост-и—при темп-ре от 10 до —2 °С и в заморож. виде—при темп-ре от —12 до —30 °С.При хр-и пр-ов в охлаж. сост-и большое знач-е имеет отн. влаж-ть воздуха в помещении. При ее повыш-и МО разв-ся быстрее. При замораж-и пр-та отмирает значит. часть нах-щихся в нем МО. При последующем хр-и заморож. пр-та выжившие отмирают в нем медленнее.

27.Влажность среды. Влаж-ть среды оказ-ет бол. вл-е на разв-е МО.

Различают: гидрофиты – влаголюбивые, мезофиты – средневлаголюбивые и ксерофиты – сухолюбивые. Бактерии в преобл-щем бол-ве гидрофиты. Многие плесневые грибы и дрожжи мезофиты, но имеются гидрофиты и ксерофиты. Для разв-я МО имеет значение доступность сод-щейся в субстрате воды. Издавна применяется хр-е разл. ПП в сухом виде. Сухие пр-ты всегда сод-т более или менее значит. кол-во разл. МО, среди которых могут быть и патогенные формы. Увлаж-е сух. пр-тов в период хр-я выше известного предела влечет за собой их порчу вследст. разв-я сохр-шихся на них МО. Для сохр-я сухих пр-тов без порчи бол. знач-е имеют отн. влаж-ть и темп-ра воздуха при хр-и. Между влаж-тью воздуха и влаж-тью пр-та устан-ся опр. подвижное равновесие.Влагосодержание в продуктах, равновесное 70%-ной относительной влажности воздуха, является нижним критическим пределом, до которого возможен рост микроорганизмов.Большинство бактерий способно развиваться в субстратах лишь при их влажности, равновесной относительной влажности воздуха не ниже 95—90%. Для дрожжей минимум влаги в субстрате соответствует 90—85 % относительной влажности воздуха, для большинства плесеней — 80, а для некоторых ксерофитных видов пределом является относительная влажность воздуха 75—65 %• При хранении и перевозках высушенных продуктов необходимо принимать меры для предупреждения изменения их влажности. Сублимационная сушка продуктов (высушивание в вакууме из замороженного состояния) способствует значительно лучшему сохранению их качества (витаминов, вкусовых и пищевых достоинств).

28.Вл-е концентрации в-в, растворенных в среде, на м-орг-мы. Практич. исп-е этого ф-ра. Нормальное развитие м-орг-ма происходит при опр. концентрации раств-ных в субстрате вещ-в. Многие м-орг-мы весьма чувствительны даже к к небол. повыш-ю концентрации среды. Повыш-ие концентрации среды выше опр. предела вызовет обезвоживание клеток, при этом поступление в них пит. веществ приостанавливается. В таком состоянии одни м-орг-мы могут длительно сохраняться, другие – погибают. Высокие концентрации NaCl вызывают плазмолиз клеток, подавляют процесс дыхания, нарушают функции клеточных мембран. Плесени, дрожжи, бактерии, живущие в условиях невысокого осмотического давления, растут на пр-тах с отн-но высоким содержанием соли и сахара. Они наз. осмотолерантными. Осмофильные м-огр-мы, к-ые нормально развиваются только в субстратах с высоким осмотическим давлением. Осмофильные микроорг-мы, развивающиеся при высоких концентрациях поваренной соли(20% и выше)-солелюбивые. Для повышения стойкости против микробной порчи при хранении и переработке различных продуктов широко используют повар. соль и сахар. Но многие находящиеся в продуктах микроорганизмы не погибают. Известны различные виды порчи (плесневение, забраживание) меда, варенья, джема за счет осмофильных плесеней и дрожжей. Порча может явиться и результатом вторичного инфицирования продуктов микробами извне.

29.Влияние на микроорганизмы различного рода излучений и использование этого фактора в практике хранения ПП. Свет. Свет необходим для жизни только фотосинтезирующих микробов. Прямые солн. лучи губительны для м-орг-ов. ИК-лучи, их Е превращается в тепло, что и оказывает губительное действие на м-орг-мы при исп-нии ИК-излучений для термич. обработки пр-тов. Ультрафиолетовые лучи. Эфф-сть возд-вия УФ-лучей на м-орг-мы зависят от дозы облучения. Очень малые дозы д-вуют даже стимулирующе на отдельные ф-ции м-орг-ов. Более высокие вызывают тормож-е отдельных пр-сов обмена, изменяют св-ва м-орг-ов, вплоть до наследственных изменений. Это использ-ся для получ-я м-орг-ов с выс. спос-тью продуцировать антибиотики, ферменты .Дальнейшее увел-е дозы приводит к гибели. Споры бактерий знач-но устойчивее к д-вию УФ-лучей, чем вегетативные клетки. Чтобы убить споры, требуется в 4-5 раз больше Е. УФ-лучами дезинфицируют воздух холодильных камер, лечебных и производственных помещений. Лучи м.б. использованы для предотвращения инфекции извне при розливе, фасовке и упаковке ПП, лечебных препаратов, для обеззараж-я тары, обор-ия, посуды. Радиоактивные излучения. Излучения a-лучей,b-лучей,g-лучей. Хар-ной ос-стью явл. их спос-ть вызывать ионизацию атомов и молекул. Эффект ионизирующ. излучений на м-орг-мы зависит от поглощенной дозы облучения. Очень малые дозы активизируют жизненные некоторые процессы, вызывают мутации. С повыш-ем дозы облуч-я обмен в-в нарушается значительнее, приводит к отмиранию. Смертельной дозой для бол-ва грибов и дрожжей явл. дозы порядка сотен тысяч рад. Использ-ся в медецине, с/х, пром-ти. Радиоволны. Гибель м-орг-ов в электромагнит. поле высокой интенс-ти наступает в рез-те теплового эф-та. Прим-ют для пастеризации и стерилизации ПП (компотов, джемов).Ультразвук. Это механич. колебания с частотами более 20000 колебаний в секунду. УЗ-волны вызывают ряд физ, хим, биолог. явлений. Губительно действуют на м-орг-мы только при опред. мощности. УЗ малой мощности ускоряют некоторые физиологические пр-сы, повышают ферментативную активность. УЗ применяют в различных областях техники и технологии многих отраслей народного хоз-ва.

30.Влияние реакции среды(рН) на м-орг-мы. Практич. исп-е этого ф-ра при перераб-ке и хр-и ПП. Реакция среды – степень её щелочности или кислотности, оказывает большое влияние на жизнедеятельность микрорг-ов. Под влиянием рН среды м. изменяться активность ферментов, биохим. активность микробов и направленность осуществляемых ими биохимических превращений. Изменение реакции среды может влиять на электрический заряд поверхности клетки, в связи с чем изменяется проницаемость клетки для отдельных ионов. Жизнедеят-ть каждого вида микрорг-ов возможна при благоприятных условиях, лишь в более или менее определенных границах рН среды, выше и ниже которых она угнетается. Для бактерий кислая среда губительнее щелочной. Вегетативные клетки менее устойчивы, чем споры. Некоторые плесневые грибы при росте на белковых средах образуют щавельную кислоту или др.кислоты.

Неблагоприятное действие кислой среды на гнилостные бактерии положено в основу хранения некот. пищ. продуктов в маринованном и квашенном виде. Но квашенные продукты и маринады не отличаются большой стойкостью при хранении. Чтобы задержать рост микробов маринов. и кваш. продукты следует пастеризовать и хранить при пониженных температурах.

31 Окисл.-восстан. потенциал среды (rH2), практическое использование. М-орг-мы разл-ся потр-тью в усл-ях аэрации среды. Степень ее аэробности м. б. колич-но охарактеризована вел-ой окисл.-восстан. потенциала (Eh), который опр-ся обычными потенциометрич. методами. Величину Eh выражают в вольтах. Окисл.-восстан. усл.я в среде обозначают также символом rH2 (отрицательный логарифм давления молекулярного водорода в среде, взятый с обратным знаком), величина которого вычисляется по уравнению: гН2= Eh / 0,03+ 2рН (при 20°С). В среде, окислительные свойства которой соответствуют насыщению ее кислородом, гН2 равен 41. В среде с высокими восстановительными усл-ями, соотв-щими насыщению среды водородом, гН2 равен 0. При равновесии окислительных и восстановительных процессов в среде гН2 равен 28. Если гН2 ниже 28, то это указывает на большую или меньшую восстановительную способность среды, а если выше 28 — на ее окислительную способность. Облигатные анаэробы живут при гН2 не выше 12—14, но размножаются они лишь при низких значениях гН2 — не выше 3—5. Факультативные анаэробы развиваются при гН2 среды от 0 до 20—30. Для аэробов нижний предел гН2 около 12—15, а значение гН2 выше 30 неблагоприятно и для них. Окисл.-восстан. потенциал среды влияет не только на рост и размн-е аэробных и анаэробных м-орг-мов, но и на их обмен в-в. Регулируя окисл.-восстан. условия среды, можно затормозить или вызвать активное развитие той или иной группы м-орг-мов. Возможно, например, вызвать рост анаэробов в присутствии воздуха путем добавления редуцирующих в-в (например, аскорбиновой кислоты), снижающих окисл.-восстан. потенциал среды. И наоборот, можно культивировать аэробов в анаэробных усл-ях, повысив гН2 среды, вводя в нее в-ва, обладающие окислительными св-вами. В пр-се жизнед-ти м-орг-мы могут изменять окисл.-восстан. потенциал среды, выделяя в нее разл. пр-ты обмена, приспосабливая тем самым среду к своим потреб-тям.