42.Вплив фізичних факторів на життєдіяльність клітин.

Фактори середовища, які впливають на живу клітину

Це – компоненти навколишнього середовища, які впливають на стан і властивості клітини і багатоклітинного організму. За своєю природою вони можуть бути абіотичними та біотичними.

Абіотичні – усі компоненти неживої природи, серед яких найважливішими є температура, концентрація кисню, тиск, а також кислотність, вологість та інші фактори середовища.

Температура. Щодо залежності від температури мікроорганізми можна поділити на психрофілів, мезофілів і термофілів. До психрофілів (від грецьк. psychros — холод) відносять холодолюбні мікроорганізми, зокрема деякі ґрунтові і морські бактерії, а також хвороботворні для риб і водяних рослин мікроорганізми.

Багато з психрофілів добре розмножуються при температурах, сприятливих для мезофілів, однак можуть рости, хоча і повільно, при 0 °С й нижче, тому їх називають факультативними психрофілами.

Інші мікроорганізми пристосувалися до існування при досить низьких температурах (близько 0 °С і нижче), а при температурі 25 °С і вище вони гинуть. Подібні мікроорганізми належать до облігатних психрофілів.

Психрофіли зустрічаються головним чином у холодних районах зі стійким температурним режимом.

Для мезофілів оптимальна температура становить 30 – 45 °С. До цієї групи належить більшість мікроорганізмів, у тому числі патогенних для людини і тварин.

Термофіли розвиваються при високій температурі: мінімум не нижче 35 – 40 °С, оптимум 55 – 75 °С.

Здатність деяких неспороутворювальних бактерій гарячих джерел існувати при температурі 80 – 93 °С і вище дала підставу для виділення цих організмів у нову групу екстремально термофільних бактерій.

Мікроорганізми по-різному ставляться до граничних температури. Якщо низькі температури мікробні клітини переносять, після розморожування зберігаючи здатність до росту, то під впливом високих температур вони досить швидко гинуть. Високі температури (60 °С і вище) викликають коагуляцію білків та інактивацію ферментів.

Як правило, при 60 – 70 С гинуть вегетативні клітини. Нагрівання до 100 – 120 °С використовують у мікробіології для повного знищення як вегетативних форм мікроорганізмів, так і їх спор. Це найбільш зручний і надійний спосіб стерилізації.

Концентрація молекулярного кисню. По відношенню мікроорганізмів до молекулярного кисню їх прийнято поділяти на облігатних аеробів, факультативних анаеробів, аеротолерантних анаеробів та облігатних анаеробів. Більшість мікроорганізмів, як і макроорганізми, є облігатними аеробами (для росту їм необхідний молекулярний кисень). Окремі види можуть рости навіть в атмосфері чистого кисню. Поряд з цим, є мікроорганізми, що хоч і мають потребу в наявності кисню, але можуть рости чи краще ростуть тільки при низькому його вмісті (2—10 %). Такі мікроорганізми називають мікроаерофілами, а умови, у яких вони ростуть, мікроаеробними.

Факультативні анаероби ростуть як у присутності, так і за відсутності кисню_. Але залежно від умов росту відбуваються зміни в їхньому метаболізмі, насамперед в енергетичних процесах. Як правило, при наявності молекулярного кисню такі мікроорганізми переключаються на окиснювання субстрату за участю О₂, тобто на аеробне дихання, оскільки воно енергетично більш вигідно, ніж одержання енергії в результаті анаеробних процесів. До аеротолерантних анаеробів належать багато молочнокислих бактерій, здатних рости в присутності молекулярного кисню, але при цьому їхній метаболізм залишається таким же, як і в анаеробних умовах. І в тому, і в іншому разі вони здійснюють бродіння.

Гідростатичний тиск. Звичайний тиск майже не впливає на мікробні клітини. Дуже високе гідростатичний тиск може зупинити розвиток мікробів. Існують мікроорганізми, здатні розмножуватися при високому і зовсім не розмножуватися при звичайному атмосферному тиску, їх називають барофільними (від грецьк. baros – важкість). Вони живуть у ґрунтах і водах океану. Існують також баротолерантні мікроорганізми, що розмножуються при нормальному атмосферному тиску, але здатні витримувати і високий тиск.Кислотність середовища. Реакція середовища (рН), у якому живуть мікроорганізми, — один з найбільш важливих факторів, від якого залежать їхній ріст і розмноження. Для більшості мікроорганізмів оптимальна реакція середовища близько 7. Дуже кисла чи лужна реакція середовища, як правило, токсична для бактерій. При рН 1 можуть існувати лише деякі бактерії і гриби, при рН 11 – тільки деякі водорості, гриби і бактерії. За рідкісними винятками, бактерії не здатні рости при реакції середовища за межами інтервалу 4 – 9. Однак існують бактерії, що краще ростуть при лужній реакції (рН 10 і вище). Такі організми називають алкалофільними або базофільними. Знайдені також бактерії, здатні розвиватися в дуже кислому середовищі (рН 3 і менш), це ацидофільні мікроорганізми.

Гриби і дріжджі добре розмножуються як при низькому (рН 2 – 3), так і досить високому значенні рН (8 – 10). Багато грибів надають перевагу кислому середовищу і краще розвиваються при рН 5 – 6.

Частина бактерій здатна витримувати реакцію середовища зі значеннями 1, не піддаючись помітному пригніченню. Це так звані кислотостійкі мікроорганізми. До них належать тіонові бактерії, що окиснюють сірководень і сірку і деякі інші мікроорганізми.

Концентрація розчинених речовин. Якщо вона мала, розчин називають гіпотонічним. Розчин з високою концентрацією солей, тобто з великим осмотичним тиском, називають гіпертонічним.

У розчинах з осмотичним тиском, більш високим, ніж усередині мікробних клітин, останні гинуть. Це зумовлюється тим, що вода виходить із клітин назовні, клітини знезводнюються і їхній протопласт стискується. Це явище має назву плазмоліз. У середовищі з дуже низьким осмотичним тиском відбувається протилежне явище – плазмоптиз, коли вода надходить усередину клітини, викликаючи розрив клітинної оболонки. Високий осмотичний тиск середовища не перешкоджає росту лише деяких мікроорганізмів, що називаються осмофільними (від грецьк. osmos – тиск, phileo – люблю).

Організми, що можуть жити тільки при дуже високих концентраціях солей, називають галофільними, (греч. hals — сіль), тобто "люблячими" високу концентрацію солей. Вони представлені двома основними групами:

помірними галофілами, здатними розвиватися при концентрації солей 1 – 2 %, добре рости у присутності 10 % солі і витримувати 20 %-й її вміст (більшість бактерій не витримує концентрації NaCI вище 5 %);

екстремально галофільними бактеріями, що потребують концентрації солей близько 12 – 15% і здатних розвиватися в насиченому (32 %-у) розчині NaCI.

Деякі мікроорганізми ростуть на дуже складних органічних середовищах, що містять ті чи інші фактори росту, тобто речовини, необхідні їм у готовому вигляді, оскільки синтезувати їх вони самі не можуть. Найчастіше факторами росту є вітаміни, але це можуть бути амінокислоти, пурини, піримідини й інші органічні сполуки. Навіть окремі види і штами мікроорганізмів, які належать до автотрофів, виявляють таку потребу.

Організми, що мають потребу у факторах росту, називають ауксотрофами з указівкою на те, у якому чи в яких конкретно готових сполуках вони мають потребу. Відповідно види і штами, що не виявляють цю потребу, називають прототрофами. До числа мікроорганізмів, що виявляють високу вимогливість до складу середовища і факторів росту, належать багато видів молочнокислих бактерій, а також представники найпростіших. Ауксотрофні штами мікроорганізмів легко утворюються в результаті мутацій.

Вологість середовища. Вода важлива як середовище для розмноження мікроорганізмів. При її дефіциті мікроорганізми не розмножуються. Найстійкіші до зневоднювання – актиноміцети і гриби. Їхня здатність витримувати дефіцит вологи має велике значення для підтримки безперервності круговороту поживних речовин у природі.

Вплив води на розвиток мікроорганізмів пов’язаний з її поверхневим натягом. Існує багато речовин, здатних знижувати поверхневий натяг. Це так звані поверхнево-активні речовини, що не утворюють з водою гомогенних розчинів, а перебувають у більш високій концентрації в її поверхневому шарі.