Области хозяйственного применения.

Хлорелла - зеленая водоросль- размножается половым, бесполым путем, выращивается как источник белка для сельскохозяйственного скота, используется для регенерации кислорода на космических орбитальных станциях, также используется для получения БАВ.

Другая водоросль- вольвокс - колониальная водоросль, развивается в водоёмах, бедных органическими веществами.

Сине-зелёная водоросль - спирулина имеет прокариотическое строение, хорошо развитый фотосинтетический аппарат, около 30 различных пигментов, имеет кроме хлорофилла фикоциан- пигмент голубого цвета. Благодаря наличию разнообразных пигментов сине-зеленые водоросли устойчивы к продолжительному затемнению и анаэробным условиям, поэтому они живут в пещерах, минеральных источниках, в придонном иле. Продукт фотосинтеза- гликоген, что свойственно животным клеткам. Если водоросли обитают в серных источниках, то в качестве запасного вещества - кристаллическая сера. Способ размножения - деление, некоторые образуют покоящиеся споры.

Сине-зеленая водоросль - анабена- азотфиксатор.

Триходесмус обитает в красном море, содержит красный пигмент, но относится к отделу сине-зелёных.

Спирулина- живет в состоянии симбиоза с водным папортником. Строение: клетка свернута в спираль. Её выращивают с целью получения белка, 60% массы сухих веществ спирулины приходится на долю белка, богатый комплекс витаминов гр. В и минеральных веществ, используется как источник белка, БАВ, выращивается в промышленных условиях.

Из бурых водорослей получают агар- структурообразователь для пищевых производств и загуститель для лабораторных питательных сред.

Из бурых водорослей также извлекают йод.

Многие водоросли являются составляющими активного ила и участвуют в очистке сточных вод от органических и минеральных веществ.

5. Физиология микроорганизмов

1. Химический состав микроорганизмов

2. Питание микроорганизмов

3. Дыхание микроорганизмов

Физиология - наука, изучающая жизненные функции организмов: питание, обмен веществ, способы получения энергии, взаимодействие с внешней средой. Знание особенностей физиологии микроорганизмов позволяет управлять его жизнедеятельностью и эффективно использовать его свойства в практических целях.

5.1 Химический состав микроорганизмов.

Бактерии, сине-зелёные водоросли, простейшие, низшие грибы имеют одноклеточное строение тела; растения, животные, высшие грибы – многоклеточные организмы. Независимо от того, представляет собой клетка целостную систему или её часть, она имеет набор признаков и свойств, общих для всех клеток. Химический состав клеток микроорганизмов, растений и животных представлен почти 70 элементами периодической системы Д.И.Менделеева. Все они встречаются в неживой природе, что служит одним из доказательств общности живой и неживой природы.

В составе клеток имеются 70 элементов периодической системы. 95-98 % массы элементов составляют четыре элемента – органогенные элементы (строятся основные структуры клеток):

углерод – около 50%,

кислород - около 30%,

азот – 7-14%,

водород – 6-8%.

В заметных количествах в клетке присутствуют макроэлементы клетки Na, K, Ca, Cl, Fe, Mg – 0,01 – 0,1%.

Микроэлементы Zn, I, Mn, Co, Cu, Hg, As и другие – содержаться в тысячных долях %. Они участвуют, главным образом, в образовании БАВ.

Все химические элементы находятся в организме либо в виде ионов, либо входят в состав молекул органических или неорганических веществ.

Основные органические вещества (15-25% СВ): ВМС (белки 40-80%, углеводы 10-30%, нуклеиновые кислоты (1-25%), липиды (2-60%)); НМС (гормоны, пигменты, аминокислоты, нуклеотиды, АТФ). Неорганические вещества: соли (1%), вода (75-85%).

Минеральные соединения клетки

Химический состав клеток зависит от вида микроорганизма и условия его обитания. 80-90% воды в микробных клетках - свободная вода. Она является реакционной средой для биохимических реакций и растворителем веществ. С водой из клетки удаляются продукты жизнедеятельности и поступают питательные вещества. Свободная вода удаляется путем высушивания или испарения. 10-20% - связанная вода. Она входит в структуры биополимеров, и удаление ее вызывает изменение в структуре химических веществ и приводит к гибели клеток. Вода обладает хорошей теплопроводностью и хорошей теплоемкостью, поэтому ее роль важна в поддержании температуры клетки.

Минеральные вещества находятся в клетке либо в диссоциированном (в виде ионов), либо в твердом состоянии. Катионы K, Na, Ca отвечают за раздражимость, содержание катионов в клетке и окружающей среде – регулируемый процесс. За буферные свойства клеток – способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию на постоянном уровне – отвечают анионы H₂PO₄^-, H₂PO₄^2-. Анионы слабых кислот и слабых щелочей связывают ионы H и OH, Благодаря чему реакция не меняется.

Нерастворимые соли обеспечивают прочность структурных единиц или откладываются в виде кристаллов.

Органические соединения в клетке

На долю белков приходится 40-80 % сухих веществ клетки. Их содержание зависит от типа клетки, вида микроорганизмов, состава питательной среды, в которой они находились.

Функции белков микробной клетки:

1. Строительную – входит в состав всех клеточных структур;

2. Каталитическую или ферментативная - белки являются биологическими катализаторами;

3. Двигательную функцию – сократительные белки;

4. Транспортную роль – перенос химических веществ (пермеазы);

5. Защитную (антитела, связывают и обезвреживают несвойственные организму вещества);

6. Белки могут служить источником энергии для клетки.

В биомассе на долю углеводов приходится 10-60% в зависимости от вида, морфологии и способа питания. Углеводы входят в состав капсул клеток микроорганизмов, защищающих от высыхания и неблагоприятных условий.

Функции углеводов:

1. энергетическая (служат источником энергии – 17,6 кДж из 1 г, выполняют функции запасных питательных веществ (гликоген, крахмал))

2. строительная (гликопротеиды входят в состав сложных клеточных белков, служат опорным материалом, входят в состав клеточных оболочек, определяя отношение к окраске, монозы входят в состав нуклеиновых кислот)

Липиды составляют 3-10% и состоят из многоатомных спиртов и высших жирных кислот. Содержание липидов зависит от типа клетки, вида м/о, условий культивирования. К липидам относят жиры, воски, фосфатиды, жирорастворимые пигменты (каротиноиды, хлорофилл) и стероиды.

Функции липидов:

1. Источник энергии (при сжигании 1 г жира выделяется 9 ккал);

2. Запасные вещества (в виде капель);

3. Теплоизоляция (жир обладает плохой теплопроводностью);

4. Строительная (жиры участвуют в регулировании проницаемости клеточных оболочек, так как входят в состав ЦПМ);

5. Каротиноиды и стероиды функционируют как витамины и провитамины.

Нуклеиновые кислоты составляют 1-25% от массы сухих веществ клетки, у виросов – до 60%. Они делятся на азот- и фосфорсодержащие ВМС, построенные из нуклеотидов. АТФ выполняет роль аккумулятора энергии в клетке

В состав каждого нуклеотида входит гетероциклическое соединение (А, Т, Г, Ц, У), углевод и фосфорная кислота. (строение и состав – см. лекции по «Общей биологии»).

В природе существуют нуклеиновые кислоты 2-х типов: ДНК (обычно находится в ядре) и РНК (обычно располагается в цитоплазме).

Роль нуклеиновых кислот

1. хранение и передача наследственной информации,

2. участие в обменных процессах,

3. аккумуляция энергии в живых клетках.

Витамины – органические низкомолекулярные соединения разной химической природы. Главная роль – являются коферментами сложных энзимов клетки, которые выступают как катализаторы и биорегуляторы биохимических реакций. Состав и содержание витаминов в биомассе зависит от природы клетки и условий культивирования. Самым богатым и разнообразным набором витаминов отличаются дрожжевые и растительные клетки (В1, В2, В6, В12, и т.д.).