Световая энергия

Не запасается клеткой впрок, т.к. Она выделяется клеткой в виде квантов света, высвечивается клеткой и не может запасаться впрок. Выделением этой энергии объясняется свечение гнилых пней обсемененных м.о, способных выделять св.энергию, а также свечение морской воды, мяса, хранящегося в холодильниках вместе с морской рыбой.

Причины самосогревания, самовозгорания органических субстратов

Большое выделение тепловой энергии, образующееся при дыхании м.о, может приводить к повышению температуры субстратов, на которых эти м.о. живут. Температура может повышаться до 40-50 С. Такой процесс называется самосогреванием субстратов. Способствует самосогреванию увлажнение субстрата и хранение его в анаэробных условиях. Самосогреванию подвергается влажное зерно, сено, торф, хлопок, навоз, грибы и ягоды. Самосогревание может приводить к самовозгоранию субстратов, когда в клетках начинаются автокаталитические процессы, температура повышается до 100 С и субстрат может вспыхнуть. Это наносит большой урон н/х. Во избежание этих нежелательных процессов необходимо:

1. хранить субстраты в сухом месте

2. тщательно перелапачивать, ворошить, аэрировать субстарты для отвода образовавшейся тепловой энергии и создания неблагоприятных аэробных условий для развития анаэробных м.о., основных поставщиков тепловой энергии.

Ферменты м.о. (кратко)

Ферменты – это специфические белки, способные ускорять химические реакции, т.е. это биокатализаторы. По своей химической природе ферменты – белки. Они могут быть однокомпонентными, состоять только из белковой 0части, называемой апоферментом, и двухкомпонентным, состоять из белковой части апофермента и небелковой части, называемой коферментом или простетич группой. Белковая часть отвечает за специфичность действия фермента, а небелковая часть обеспечивает каталитическую активность. Ферменты обладают рядом свойств, которые отличают их от неорганических катализаторов. К основным свойствам относят:

1 – специфичность действия ферментов, т.е. они катализируют либо какую то одну химическую реакцию или сходную группу реакций.

2 – активность ферментов зависит от температуры, т.е. ферменты обладают свойством термолабильности.

С увеличением температуры активность фермента возрастает, но не постоянно, а до определенной точки, а затем выходит на плато. Это связано с белковой природой ферментов, их денатурацией. Температура, при которой фермент проявляет наибольшую активность называется оптимальной температурой.

3 – активность фермента зависит от кислотности среды, т.е. рН в которой он работает.

График зависимости носит колоколообразный характер.

РН среды, при котором фермент обладает максимальной активностью называется оптимальной рН для данного фермента. Фермент активен вблизи своей изоэлектрической точки.

4 – активность фермента зависит от наличия активаторов и ингибиторов. Это очень важно для м.о, т.к. минеральные вещества, поступающие в клетку могут выступать либо в качестве активаторов, либо ингибиторов и тем самым регулируют весь ход обмена веществ. (активаторы ускоряют химическую реакцию, увеличивают активность фермента. Ингибиторы уменьшают).

Это имеет большое значение для м.о, поскольку минеральные в-ва, поступающие в клетку могут выступать как активаторы и ингибиторы и регулируют ход обмена в-в в клетке.

Все реакции, происходящие в клетке катализируются ферментами. По типу реакций, катализирующих ферментами они подразделяются на 6 классов:

1 Оксидоредуктазы – это ферменты, катализирующие рекции окислит.-восстановит.

2. Трансферазы, катализирующие пернос каких то групп.

3. Гидролазы – ферменты, катализирующие реакции гидролиза.

4. Лиазы – ферменты, катализирующие реакции негидролитического расщепления в-в, идущие без участия воды.

5. Изомеразы - ферменты, катализирующие реакции изомеризации.

6. Лигазы или синтетазы - ферменты, катализирующие реакции синтеза следующих в-в, идущих с учетом АТФ.

У м.о найдены все 6 классов ферментов. Ферменты играют исключительно важную роль в жизни клетки, т.к. ни одна реакция в клетке не может проходить без их участия. Ферменты м.о подразделяются на 2 специфические группы:

1 – по месту локализации: ферменты могут быть экзоферментами и эндоферментами.

2 – по времени их биосинтеза или образования: конституитивные и индуцибельные (адаптивные).

Экзоферменты. Это ферменты, которые могут выходить при жизни клетки в окружающую среду. Это чаще всего ферменты гидролиза, которые расщепляют сложные в-ва до низкомолекулярных, способных проходить через поры клеточной стенки, т.е. эти ферменты участвуют во внеклеточным переваривании пищи.

Эндоферменты – это ферменты, прочно связаны со структурами клетки и не способны при жизни клетки попадать в окружающую среду. Совместное действие экзо и эндоферментов может приводить к явлению автолиза микробной клетки ( авто-сам, лиз –переваривание).

Совместное действие эндо и экзоферментов может приводить к явлению автолиза микробной клетки, которое наступает после гибели микроба. Это саморастворение клетки под действием собственных ферментов наступает после гибели клетки. При этом ферменты, оставаясь некоторое время жизнедеятельными начинают переваривать структуры самой клетки, в результате чего клетка растворяется.

Ферменты из автолизировавших клеток могут поступать в окружающую среду и продолжать действовать на органические в-ва. Этим объясняется порча пищевых продуктов, густо обсемененных м.о, но хранящихся в условиях, препятствующих развитию микробов.

Конституитивные ф-ты , которые синтезируются микробной клеткой постоянно, не зависимо от присутствия в окружающей среде в-ва, на которые они действуют. К таким ферментам относят ферменты дыхания.

Индуцибельные ферменты, которые синтезируются микробной клеткой не постоянно, а лишь в ответ на присутствие в субстрате в-ва, на который они действуют. Такое в-во называется индуктором, а ферменты – индуцибельными. Например, в ответ на присутствие в питательной среде крахмала микробная клетка начинает синтезировать фермент амилазу, разлагающую крахмал. При исчезновении индуктура-крахмала – синтез фермента амилазы прекращается. Такие ферменты позволяют клетке расширить диапазон питания, приспосабливаться к новым условиям жизни. И поэтому она называются адаптивными или приспособительными.

Использование микробных ферментов в промышленности

Человек издавна использовал ферментативную активность м.о. в своих целях: получал тесто для хлеба, сквашивал овощи. В настоящее время перспективно использовать чистые ферменты, которые позволяют не только увеличить выход продуктов, но и улучшить его качество. Ферменты можно получать из растений, животных и м.о. экономически целесообразнее получать ферменты из м.о., т.к. микроорганизмы:

1 – растут на дешевых питательных субстратах, чаще всего отходах различных продуктах.

2 – быстро размножаются, накапливая биомассу.

3 – жизнедеятельностью микробов легко управлять

4 – из м.о можно получать различные ферменты.

Ферменты м.о теоретически можно получать из бактерий и плесневых грибов. Однако использование бактериальных ферментов небезопасно для здоровья человека и поэтому в настоящее время используют только ферменты плесневых грибов. Это 3 группы ферментов:

1 – грибные амилазы

2 – грибные протеазы

3 – грибные пектазы.

Грибные амилазы это ферменты, расщепляющие крахмал до декстринов и моносахаридов, которые могут сбраживаться дрожжами. Сам крахмал дрожжами не сбраживается. Поэтому грибные амилазы используют в бродильных продуктах для замены части солода богатого амилазой. Т.о. происходит экономия дорогостоящего зерна. Грибные амилазы используют в хлебопечении, а также применяют для получения искусственного меда и кристал. глюкозы.

Грибные протеазы это ферменты, вызывающие гидролих белковых веществ. Используют 1 – для обработки мяса и рыбы с целью ускорения их созревания. При этом происходит частичный распад белков и продукт приобретает приятный вкус и аромат.

2 – в сыроделии ими заменяют часть дорогостоящего сычужного фермента, получаемого из желудка двух недельного теленка.

3 - используют для получения мясных и рыбных гидролизатов, идущих на корм скоту.

4 – используют для получения наполнителей для жевательных резинок.

5 – в кожевенной промышленности для удаления щетины при выделке кож.

6 – в химчистке для удаления пятен белкового происхождения.

7 – добавляют в стиральные порошки в качестве биоактивных добавок.

Грибные пектазы – это ферменты, расщепляющие пектиновые в-ва, входящие в состав межклеточного в-ва и оболочек растений. Поэтому их применяют в сокоморсовм производстве для увеличения выхода сока, осветления сока, для получения концентратов овощных и фруктовых соков.

РОСТ, РАЗМНОЖЕНИЕ И КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Рост – это необратимое увеличение цитоплазмотической массы клетки.

Рост и размножение – увеличение количества особей – свойство присущее только живым организмам. При росте клетки претерпевают ряд морфологических и биохимических изменений. В стадии активного роста клетка быстро увеличивается в объеме. В ней нет ЗПВ. Много РНК, клетка интенсивно красится красителями.

При затухании роста, клетка меньше увеличивается в объеме, в ней появляются ЗПВ, уменьшается количество РНК, клетка хуже окрашивается красителями.

Рост клетки зависит от внутренних и внешних факторов. Внутренние факторы обусловлены физиологическими особенностями организма. К ним относят генетическую предрасположенность, возраст.

К внешним факторам относят температуру, влажность, действие солнечного света, кислотность среды, излучение, наличие химических веществ в окружающей среде и т.д.

Наиболее интенсивно клетка растет при благоприятных условиях жизни – на полноценной питательной среде, отсутствии продуктов метаболизма, оптимальной температуре, рН субстрата и т.д.

Рост клетки, как правило, сопровождается процессами размножения. При несовпадении этих процессов могут образовываться атипичные формы м.о. Для бактерий либо гигантские либо фильтрующиеся. При выращивании м.о. в лабораторных условиях, т.е. культивировании, м.о. проходят ряд одинаковых стадий. Рассматривать эти стадии можно на периодическом культивировании бактерий, т.е. культуре, живущей в замкнутом пространстве, к которым не подводятся продукты питания и не удаляются продукты жизнедеятельности. Периодическая культура проходит 4 основные стадии роста, сменяющие друг друга в определенной последовательности: начальная фаза (лаг-фаза), экспоненциальная, или логарифмическая (лог-фаза), стационарная фаза и фаза отмирания.

1. Лаг-фаза- период задержки роста микроорганизмов. Она охватывает время посева культур на питательную среду до начала его размножения ( клетка не размножается).

В этой фазе размеры клеток в 3-5 раз больше обычных, имеют большую биохимическую и энергетическую активность и повышенную чувствительность к различным бактерицидным факторам. Продолжительность лаг-фазы зависит от видовых особенностей микроорганизмов, количества засеваемого материала, питательных веществ, возраста культуры и др.

2. Фаза экспоненциального роста (лог-фаза) – все клетки в этой фазе молодые. Они живут на пит.среде, хорошо снабженной всеми необходимыми элементами. Они начинают быстро размножаться. Количество клеток увеличивается в геометрической прогрессии: (за время равное одной генерации - в 2 раза, за два срока - в 4 раза, за три генерации - в 8 раз и т. д.) время удвоения кол-ва особей минимально (20 мин). Однако к концу фазы субстрат начинает истощаться. В нем появляются продукты жизнедеятельности. Скорость размножения падает наступает

3 фаза – стационарная. В ней кол-во образовавшихся клеток равно количеству отмерших. Размножение замедлено. К концу стадии субстрат полностью истощен и начинается 4 фаза – Фаза затухания роста /(фаза отмирания (старения культуры) характеризуется превосходством количества погибающих бактерий над количеством образующихся)/В этой фазе все клетки старые, они не размножаются, кол-во особей резко падает, клетки меняют свое отношение к окрашиванию по Граму, в культуре наблюдается явление автолиза.

ПОНЯТИЕ О НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ М,О.

Наследственность- это свойство организмов передавать своему потомству присущие им признаки строения, физиологические особенности и специфический характер индивидуального развития. Другими словами, это процесс воспроизведения организмами в последующих поколениях сходного типа обмена веществ, признаков и свойств.

Изменчивость- явление противоположное наследственности. Она заключается в возникновении различий между особями по ряду признаков или свойств, а также в вариабельности их проявлений в процессе развития организмов при взаимодействии с окружающей средой, т.е. это свойство организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития.

Наследственность и изменчивость являются неотъемлемыми свойствами живого организма.

Наука, изучающая явление наследственности и изменчивости называется генетикой.

Наследование признаков осуществляется благодаря наличию у м.о. генетического аппарата. У эукариотов генетический аппарат представлен истинным ядром, состоит из парного количества хромосом (молекул ДНК). У прокариотов – одной единственной хромосомой (молекулой ДНК, скрученной в кольцо) Участки молекулы ДКН, отвечающей за развитие определенных признаков наз. генами . Совокупность генов, определяющих развитие признаков у отдельных видов м.о, наз. генотипом. Особи одного вида имеют одинаковый генотип. Однако в зависимости от условий жизни особи с одинаковым генотипом может внешне отличаться друг от друга, т.е. они имеют различный фенотип.

Фенотип – совокупность внешних признаков особей, которые складываются в результате взаимодействия внешних признаков (генотипа) с условиями внешней среды.

Исходя из этого различают 2 вида изменчивости:

1 – фенотипическая изменчивость

2 – генотипическая.

Фенотипическая изменчивость – внешне не глубокая изменчивость, не затрагивается генотип особи, не передается по наследству. Она направлена на выживание особи в изменившихся условиях жизни и исчезает при изменении этих условий. Поскольку она направлена на приспособление организма к изменившимся условиям, то она называется адаптивной или просто адаптацией.

Пример. Некоторые бесцветные бактерии при сильном освещении, кот. для них губительно, начинает вырабатывать пигменты, которые используют свет. При помещении в темноту способность вырабатывать пигмент исчезает.

Генотипическая изменчивость - глубокая изменчивость, затрагивает генетический аппарат и поэтому передается по наследству. Генотипическая изменчивость м.б. генной, когда затрагиваются изменения в одном гене и хромосомной (затрагиваются изменения в нескольких генах). Генетическая изменчивость осуществляется в виде мутаций – скачкообразное изменение в генах. Мутации м.б. самопроизвольные, когда происходят без действия видимых причин и индуцированной , возникающей вследствие воздействия индуцибельных или мутогенных факторов (УФ, радиционного излучения, хим. в-в, высушивания, низких температур и т.д.). Это нашло широкое применение в процессе получения мутантных штаммов м.о., которые обладают значительно большей активностью, чем дикие штаммы.

Пример. Действие на плесневые грибы, используемые для получения антибиотиков.

Хромосомная изменчивость – осуществляется в ходе рекомбинаций, т.е. изменения последовательности или комбинации генов, возникающей в ходе процессов обмена фрагментами ДНК 2-х бактериальных клеток..

Рекомбинация осуществляется 4 путями:

1. трансформация

2. коньюгация

3. трансдукция

4. фаговая или лизогенная конверсия.

Трансформация – изменение генотипа бактериальной клетки за счет поглощения из окружающей среды молекулы ДНК, полученной из убитой клетки близкородственного вида. Этим способом передается способность клетки образовывать жгутики и капсулы.

Коньюгация (спаривание) –передача генетического материала из одной клетки в другую путем их непосредственного спаривания. (Посредством конъюгации могут передаваться такие свойства, как способность продуцировать токсины, устойчивость к антибиотикам и дезинфицирующим средствам, и др.)

Трансдукция - перенос генетической информации из одной бактериальной клетки в другую, осуществляемый посредством бактериофагов. Бактериофаг проникая в клетку, встраивается в ее ДНК и существует в виде про-фага. Выходя из бактериальной клетки, он захватывает вместе с собой и частичку ДКН этой клетки, внедряясь во вторую клетку. Он опять встраивается в ДНК, но при последнем выходе из клетки он выщепляет только свою ДНК, оставляя во второй клетке кусочек ДНК первой клетки. Таким способом клеткой переносится устойчивость к ядам, устойчивость к антибиотикам.

Фаговая или лизогенная конверсия – изменение свойств бактериальной клетки происходит за счет ДНК б/ф, который внедряется в ДНК клетки. Клетка, зараженная б/ф, называется лизогенной. Процесс заражения клетки б/ф наз. лизогенией, а изменение свойств бактериальной клетки за счет б/ф – лизогенной конверсией. Изменение в клетке существует до тех пор, пока в ней есть б/ф. В этом отличие трансдукции от конверсии.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА Ж.Д. М.О.

М.о. в естественных условиях живут не изолированно от окружающей среды на них действуют три группы факторов: физические, химические и биологические.

Влияние ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ на ж.д. м.о.

К ним относят: влажность, температуру, осмотическое давление субстрата, на котором м.о. живут; влияние лучистой энергии, ультразвук и др.

Влажность является главным фактором, обуславлавливающих развитие м.о.. Это объясняется большой ролью воды в жизни микробной клетки (Роль воды см. выше).

По отношению к влаге м.о. делят на 3 большие группы:

1 – гидрофиты или влаголюбивые м.о. (дрожжи, плесневые грибы)

2 – мезофиты или средневлаголюбивые

3 – ксерофиты – сухолюбивые м.о.

Наиболее чувствительны к потере влаги гидрофиты. Наиболее устойчивы – ксерофиты и споры бактерий. При обезвоживании микробная клетка не погибает , а переходит в состояние анабиоза. На знании действия механизма обезвоживания м.о. основаны такие способы сохранения пищевых продуктов от микробной порчи, как сушка и вяление. При сушке – м.о. теряют свободную воду. Вяление – продукт дополнительно обрабатывают поваренной солью, увеличивается осмотическое давление. Сушат плоды, овощи , молоко . Вялят мясо, рыбу.

Поскольку м.о на таких продуктах не уничтожены, а переведены в состояние анабиоза, то такие продукты нестойки в хранении, их следует хранить в условиях пониженной влажности, постоянно понижая температуру во избежание отпотевания продукта, т.е. избегать появления в нем капельно-жидкостной влаги, т.к. это будет способствовать выходу м.о. из состояния анабиоза, вызывая порчу продукта.

Плесневые грибы начинают развиваться на продуктах питания при 15% относительной влажности, бактерии – при 30%. Перспективным способом сохранения продуктов питания является лиофильная сушка, т.е. сушка из замороженного состояния в вакууме. Однако в этом случае м.о. переходят в состояние анабиоза и поэтому таким продуктам также предъявляется повышение санитарно-гигиенические требования. Лиофильную сушку используют для хранения заквасок, дрожжей, вакцин.

Температура.

Различают три основные, или кардинальные, температурные границы, обусловливающие интенсивность развития микроорганизмов: минимальную, оптимальную и максимальную. Минимальная - самая низкая температура, при которой могут размножаться микроорганизмы; оптимальная - температура наиболее интенсивного развития микроорганизмов; максимальная - самая высокая температура, при которой еще возможно размножение микробов.

По отношению к температуре (приспособленности к жизни при определенных температурах) микроорганизмы условно подразделяют на три физиологические группы: психрофилы (холодолюбивые)

Минимальная	Оптимальная	Максимальная
0- -10	10- 15	25-30

Это м.о. снегов, льда, холодных широт, микрофлора холодильников.

Мезофилы (развивающиеся при средних температурах) – м.о. средних широт

Минимальная	Оптимальная	Максимальная
10-15	25-30	50-60

Термофилы (теплолюбивые)- м.о. горячих источников вулканов, гейзеров, теплых широт. Эти м.о. вызывают порчу продуктов, прошедших тепловую обработку.

Минимальная	Оптимальная		Максимальная
25-30	50-60	70-80

Для выращивания хозяйственно-полезных м.о. необходимо создание оптимальных температур для их развития. Для сохранения продуктов питания от микробной порчи необходимо либо повышать температуру выше макс ,либо снижать ниже минимальной.

М.о. хуже переносят повышение температур, чем ее понижение. Для м.о существует понятие термостойкости или термоустойчивости – отношение м.о. к температуре, превышающей максимальную.

Наибольшей термоустойчивостью обладает споры бактерий. Это объясняется малым содержанием влаги и наличием в клеточной оболочке дипиколиновой кислоты, поэтому споры уничтожаются при температуре выше 100⁰С.

Вегетативные клетки обладают меньшей термостойкостью и поэтому для их уничтожения необходима температура ниже 100⁰С Высокие температуры вызывают в микробной клетке денатурацию белков, инактивациею ферментов, разрушение структур клетки. Причем во влажной среде эти процессы происходят быстрее и полнее даже при более низких температурах. Для сохранения продуктов питания от микробной порчи в быту используется варка, обжарка, бланширование продуктов, а в пищевой промышленности - 2 способа обработки продуктов, основанных на знании действия на м.о.высоких температур: 1 – пастеризация; 2 – стерилизация.

При пастеризации (это тепловая обработка продуктов 60-80⁰С) она направлена на уничтожение вегетативных бесспоровых м.о. Споры при этом сохраняются. Пастеризуют молоко, вино, пиво. Поскольку при пастеризации споры остаются жизнеспособными, то для увеличения сроков хранения продуктов необходимо быстро охлаждать продукт после пастеризации, быстро реализовывать, хранить на холоду.

Стерилизация – это тепловая обработка продуктов температурой выше 100 С. Она направлена на полное уничтожение как вегетативных клеток так и их спор. В пищ.пром-ти стерилизуют баночные консервы, в медицине – инструменты, в микробиологии – посуду, питательные среды. (Способы стерилизации см. л.р.№4)

Действие низких температур

Низкие температуры – уменьшают активность ферментов, снижают интенсивность обмена в-в в микробной клетке(вязкость цитоплазмы). Все это приводит к замедляемости жизнедеятельности микроорганизмов. В пищевой промышленности используется 2 способа воздействия низких температур для предохранения продуктов питания от микробной порчи: охлаждение и замораживание.

При охлаждении температуру снижают от +10 до 0⁰С, при этом м.о. не погибают, а переходят в состояние анабиоза, поэтому охлажденные продукты не стойки в хранении (не более 2 суток), но они хорошо сохраняют свои органолептические свойства.

При замараживании температуру снижают от –2 до –10⁰С, а при глубинном замараживании – до –30⁰С. При этом большинство м.о погибает за счет разрыва клеточных оболочек образовавшимися кристаллами льда, а оставшаяся часть переходит в состояние анабиоза. Замороженные продукты более стойки в хранении (до нескольких лет) но они теряют свои органолептические свойства. Поскольку замороженный продукт не является стерильным, постольку размораживать их можно только перед непосредственным употреблением, т.к. вытекший при размораживании клеточный сок является хорошей питательной средой для развития психрофильных м.о. Причем для уничтожения этих микробов требуются более жесткие условия замараживания.