OBSchAYa_MIKROBIOLOGIYa_EKZAMEN
.pdf
27. Различия в строении микроорганизмов прокариот и эукариот.
31
28.Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Использование микробных процессов в промышленности и сельском хозяйстве.
Широкое распространение микроорганизмов свидетельствует об их огромной роли в природе. При их участии происходит разложение различных органических веществ в почвах и водоемах,они обусловливаюткруговоротвеществ и энергии в природе; от их деятельности зависитплодородие почв,формирование каменного угля,нефти, многих других полезных ископаемых. Микроорганизмы участвуют в выветривании горных пород и прочих природных процессах.
Многие микроорганизмы используют в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Так, хлебопечение, изготовление кисломолочных продуктов, виноделие, получение витаминов, ферментов, пищевых и кормовыхбелков, органических кислоти
многих веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности и медицине, основаны на деятельности разнообразных микроорганизмов. Особенно важно использование микроорганизмов в растениеводстве и животноводстве.От них зависит
обогащение почвы азотом,борьба с вредителями сельскохозяйственных культурпри помощи микробных препаратов,правильное приготовление и хранение кормов,
создание кормового белка, антибиотиков и веществ микробного происхождения для кормления животных.
Микроорганизмы оказывают положительное влияние на процессы разложения веществ неприродного происхождения - ксенобиотиков, искусственно синтезированных, попадающих в почвы и водоемы и загрязняющих их.
32
Рассмотрим подробнее круговорот азота и углерода.
Круговоротазота
Азот (N)—важнейший биогенный элемент, входящий в состав белковой молекулы каждого живого существа.
Цикл превращений азота в природе с участием микроорганизмов состоит из четырех этапов: фиксации атмосферного азота, аммонификации, нитрификации и денитрификации.
Аммонификация, или гниение — процесс разложения белков на менее сложные соединения:пептиды, аминокислоты. Последние в свою очередь могут разрушаться до конечных продуктов — аммиака.
Впроцессах расщепления белка активное участие принимают аэробные микроорганизмы:
В. subtilis, В. mycoides, В. mesentericusи пигментообразующие бактерии:В. pseudomonas fluorescens.
Ванаэробных условиях процессы разложения белка могут осуществлятьпротей, кишечная палочка, а также актиномицеты и плесневые грибы.
Существуют бактерии, расщепляющие мочевину до аммиака. Частично он улетучивается в атмосферу, но в основном подвергается дальнейшим превращениям в почве при так называемых процессах нитрификации.
33
Процессы нитрификации, или окисления, аммиака в нитриты, а затем в нитраты
осуществляютпочвенные бактерии. В результате этого процесса растения получают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности. На первом этапе нитрификации нитрозные бактерии (нитрозомонас, нитрозоцистис, нитрозоспира)
окисляютаммиак в азотистую кислоту, получая при этом энергию, необходимую для своей жизни. На втором этапе нитратные бактерии (нитробактер) окисляютазотистую кислоту в азотную. Азотная кислота, растворяя, например, фосфат кальция, приводитк образованию фосфатов, которые легко усваиваются растениями.
Процессы денитрификации возможны в природных условиях при наличии в почве микробов-денитрификаторов, которые восстанавливают нитраты до молекулярного азота. Эти процессы протекают на глубине 10—15 см в почве в анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы нитратов. Образовавшийся азот улетучивается в атмосферу.
Круговоротуглерода складывается из двух взаимосвязанных процессов:
1)потребления углекислоты атмосферного воздуха зелеными растениями и многими аутотрофными микробами;
2)возвращения, пополнения запасов углекислоты в атмосфере
Потребление СО2 атмосферного воздуха совершается зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами.
При фотосинтезе образуются различные органические соединения.
Основная масса фиксированного углерода отлагаетсяв растениях в форме различных сахаров — полимеров (целлюлоза, крахмал, пектин) или мономеров (глюкоза, фруктоза и др.).
Образовавшиеся органические соединения используются животными и человеком для питания.
После гибели растений и животных органические вещества переходят в почву. Возвращение углекислоты в атмосферу происходит в результате процессов, в которых значительную роль играютмикроорганизмы почвы и воды.
Большое количество углекислоты поступает обратно в атмосферу при минерализации органических остатков растений и животныхпочвенными бактериями и грибами. В процессеминерализации микробы почвы и воды не только переводятуглерод органических соединений вСО2, но и возвращаютв круговоротостальные биоэлементы (азот, фосфор, сера).
Использование глюкозы в качестве основного энергетического материала при процессах биологического окисления (брожение и дыхание) приводит к высвобождению углекислоты и пополнению ее запасов в атмосфере.
Большая часть углекислоты поступает в атмосферу также при сжигании нефти, каменного угля и метана.
29.Рост и размножение бактерий. Фазы размножения.
Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом— формированием структурно-
функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а
34
также размножением — самовоспроизведением, приводящим к увеличению количества бактериальных клеток в популяции.
Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам,реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут размножатьсяспорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путемфрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки, в результате образования гантелевидных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.
Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая кудвоению молекул ДНК бактериального ядра — нуклеоида.
Репликация ДНК происходит в три этапа:инициация, элонгация, или рост цепи, и терминация.
Размножение бактерий в жидкой питательной среде.Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такойсистеме называют периодическим культивированием, а культуру — периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивирование называется непрерывным, а культура — непрерывной.
При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры.Ростпериодической
культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов:
1.лаг-фаза;
2.фаза логарифмического роста;
3.фаза стационарного роста, или максимальной концентрации бактерий;
4.фаза гибели бактерий.
35
Лаг-фаза — период между посевом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4—5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в размерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеиновых кислот, белка и других компонентов.
Фаза логарифмического роста является периодом интенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5— 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20—40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ранимы, что объясняется высокой чувствительностью компонентов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.
Затем наступаетфаза стационарного роста, при которой количество жизнеспособных клеток остается без изменений, составляя максимальный уровень(М-концентрация). Ее продолжительность выражается в часах и колеблетсяв зависимости от вида бактерий, их особенностей и культивирования.
Завершаетпроцесс роста бактерий фаза гибели, характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий. Продолжительность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель. Интенсивность роста и размножения бактерий зависит от многих факторов, в том числе оптимального состава питательной среды, окислительновосстановительного потенциала, рН, температуры и др.
Размножение бактерий на плотной питательной среде.Бактерии, растущие на плотных питательных средах,образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями (S- и R-формы), различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий.
30.Спирохеты. Характеристика. Особенности строения. Роль в патологии человека.
Спирохеты— спирально извитые одноклеточные организмы. Число витков у спирохет может достигать 10—15.
36
Величина их значительно варьирует: диаметр от 0,25 до 6 мкм, а длина от 7 до 500 мкм. Исследования в электронном микроскопе показали, что структура спирохет значительно сложнее, чем у бактерий.
Они имеютклеточные оболочки, цитоплазматическую спираль(цитоплазматический цилиндр) и осевую нить.
Внутри цитоплазмы расположены нуклеоид, образования типа мезосомы и различные
гранулы.
Клеточные оболочки спирохеты представляют собой комплекс из двух образований: наружной оболочки, очень тонкой, эластичной и гибкой (покров) и лежащей под ней клеточной стенки цитоплазматического цилиндра. В поверхностном слое клеточной стенки цитоплазматического цилиндра обнаруженыгликопептиды. Осевая нить, вокруг которой изогнуто тело спирохет, состоит из одной, нескольких или пучка слившихся фибрилл.
В фибриллах найденохитиноподобное вещество — кутин, которое обычно встречается только у животных. Спирохетыочень подвижны. Они могут сгибаться, сокращаться, совершать быстрые вращательные и прямолинейные движения за счет сокращений их фибриллярного аппарата. Размножаются спирохетыпоперечным делением на две равноценные особи.
Среди спирохет имеются возбудители инфекционных заболеваний человека: возвратного,тифа, сифилиса и лептоспирозов.
Некоторые спирохеты являются сапрофитами.
Они встречаются на слизистой оболочке полости рта и половых органов здоровых людей.
31.Способы получения энергии бактериями. Мембранное и субстратное фосфорилирование.
1. Мембранное фосфорилирование = дыхание =биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления:окисление — отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов;восстановление — присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое
дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным — нитратным, сульфатным, фумаратным).
Субстратное фосфорилирование = анаэробиоз= брожение — жизнедеятельность,
протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называетсяброжением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различаютспиртовое, молочнокислое, уксуснокислоеи другие виды брожения.
По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на триосновные группы: облигатные, т.е. обязательные,аэробы,облигатные анаэробы и факультативные
анаэробы.
37
32.Стерилизация, способы, аппаратура.
38
39
33. Структура бактериальной клетки: жгутики, пили, спора, капсула, включения. Функциональное назначение органелл.
40