Читайте также:
|
Под метаболизмом (от греч. metabole — изменение, превращение) понимают совокупность биохимических реакций и превращений веществ, происходящих в микробной клетке, направленных на получение энергии и дальнейшее использование ее для синтеза органических веществ.
Термин «метаболизм» объединяет два взаимосвязанных, но противоположных процесса — анаболизм и катаболизм. Они присущи всем живым существам и являются основными признаками живого.
Анаболизм (питание; ассимиляция; конструктивный, или строительный, обмен; обмен веществ) сводится к усвоению, т. е. к использованию микроорганизмами питательных веществ, поступивших из внешней среды, для биосинтеза компонентов (веществ) собственного тела. Это достигается чаще восстановительными эндотермическими реакциями, для течения которых требуется энергия.
Катаболизм (дыхание, диссимиляция, биологическое окисление) характеризуется расщеплением (окислением) сложных органических веществ до более простых продуктов с освобождением заключенной в них энергии, которая используется микроорганизмами для синтеза веществ данной клетки. Этот обмен называется также энергетическим.
В большинстве случаев одно и то же вещество используется как в ассимиляции, так и в диссимиляции. Исключением являются углеводы, которые подвергаются расщеплению и не принимают участия в конструктивном обмене.
Метаболизм у микроорганизмов характеризуется интенсивным потреблением питательных веществ. Так, при благоприятных условиях в течение суток одна клетка бактерий усваивает веществ в 30-40 раз больше величины своей массы.
В обмене веществ принимают участие различные химические вещества. В зависимости от этого различают белковый, углеводный, липидный и водносолевой обмен.
Белковый обмен. Распад белка вначале происходит до пептоноз под действием ферментов экзопротеаз. В дальнейшем пептоны под влиянием эндопротеаз расщепляются до аминокислот, которые поступают в клетку. Здесь аминокислоты могут подвергаться дезаминированию и декарбоксилированию.
В результате дезаминирования образуются аммиак, кетокислоты или оксикислоты, спирт и другие вещества.
Декарбоксилирование аминокислот происходит при развитии гнилостных бактерий с образованием токсичных продуктов «трупных ядов». При декарбоксилировании гистидина образуется гистамин, орнитина - путресцин, лизина - кадаверин, тирозина - тирамин. Некоторые микробы вырабатывают фермент триптофаназу, под влиянием которой аминокислота триптофан распадается с образованием индола. Наличие индолообразования используют при идентификации микроорганизмов.
Наряду с реакциями расщепления белков происходят и процессы их синтеза. Для построения белков бактерии используют аминокислоты. Бактериальные клетки удовлетворяют свои потребности в аминокислотах двумя путями: одни микроорганизмы получают аминокислоты при расщеплении белка, другие синтезируют их из простых соединений азота. Важным свойством микробов является способность синтезировать незаменимые аминокислоты (метионин, триптофан, лизин). Синтез белка совершается в рибосомах клетки.
Белковый обмен находится в тесной связи с углеводным обменом. Для построения белковых соединений используется пировиноградная кислота, а дикарбоновые кислоты являются активными посредниками в биосинтезе аминокислот.
Углеводный обмен. Углеводы расщепляются под действием ферментов с образованием глюкозы и мальтозы. Под влиянием ферментов мальтазы, сахаразы, лактазы дисахариды, поступившие внутрь клетки бактерии, подвергаются гидролизу и распаду на моносахариды, которые затем ферментируются с разрывом цепи молекул углевода и освобождением значительного количества энергии.
Расщепление микробами углеводов сопровождается образованием органических кислот, которые могут распадаться до конечных продуктов - ССЬ и Н2О.
Синтез углеводов у микроорганизмов происходит фото- и хе-мосинтетически. При фотосинтезе зеленые и пурпурные бактерии, содержащие пигменты типа хлорофилла, синтезируют глюкозу из диоксида углерода, содержащегося в воздухе. При этом для течения ндотермических реакций синтеза необходима энергия света.
Процесс фотосинтеза у бактерий (прокариот) отличается от фотосинтеза у зеленых растений (эукариоты). У растений при фотолизе донором водорода служит вода, в результате чего выделяется молекулярный кислород.
У прокариот, за исключением синезеленых водорослей, донорами водорода являются H2S, Н2, другие минеральные и органические соединения, поэтому в результате реакции фотосинтеза кислород не образуется. Главным пигментом фотосинтеза у бактерий является бактериохлорофилл, у зеленых растений - хлорофилл, находящийся в хлоропластах, каждый из которых эквивалентен прокариотической клетке. У бактерий хлоропласта отсутствуют.
Хемосинтез осуществляют микроорганизмы, синтезирующие углеводы из глюкозы, которая предварительно образуется в результате сахаролитических реакций, т. е. расщепления сложных Сахаров. Для хемосинтеза используется химическая энергия, освобождаемая при распаде аденозин трифосфорной кислоты (АТФ), т. е. энергия химических реакций.
Липидный обмен включает процессы гидролиза липидов, всасывания жирных кислот и моноглицеридов, биосинтеза специфических липидов, их расщепления и выделения конечных продуктов распада.
Большинство видов бактерий усваивают липиды в виде глицерина, который служит источником энергии. Микроорганизмы используют его также для синтеза липидов, которые в виде включений являются резервными питательными веществами (питательным материалом).
Основные процессы липидного обмена осуществляются при помощи липазы и других липолитических ферментов, прочно связанных с клеточной цитоплазмой.
Водно-солевой обмен включает поступление и выделение воды и минеральных солей, а также превращения, происходящие с ними.
Только небольшое число элементов Периодической системы Д.И. Менделеева требуется микроорганизмам в относительно высоких концентрациях - это десять главных биологических элементов (макроэлементы): С, О, Н, N, S, Р, К, Mg, Са, Fe. Основными компонентами органических соединений являются первые четыре элемента - органогены.
Сера требуется для синтеза аминокислот цистеина и метионина и некоторых ферментов. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, тейхоевых кислот, многих нуклеотидов. Остальные четыре элемента - это ионы металлов, используемые в качестве кофакторов ферментов, а также компонентов металлокомплексов.
Кроме перечисленных главных элементов микроорганизмам требуются еще десять микроэлементов: Zn, Mn, Na, CI, Mo, Se, Со, Си, W, Ni, которые участвуют в синтезе ферментов, активизируют их.
Из различных элементов и их соединений микроорганизмы синтезируют белки, нуклеопротеиды, глюцидолипиднопротеидные комплексы, нуклеиновые кислоты, ферменты, витамины и др.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИКРООРГАНИЗМОВ
Для определения потребности микроорганизмов в питательных веществах необходимо знать их химический состав, поскольку он в определенной мере зависит и от питательных веществ, требуемых для роста и размножения микробов.
Клетка микробов состоит из воды и сухих веществ. Вода содержится в основном в цитоплазме клеток. Количество ее для большинства видов бактерий колеблется от 75 до 85 %. В спорах бацилл и клостридий концентрация воды составляет 40-50 %. В молодых клетках количество воды несколько меньше, чем в старых.
Вода в клетке находится в свободном состоянии или связана другими составными частями. Свободная вода служит дисперсионной средой для коллоидов и растворителем для кристаллических веществ, источником водородных и гидроксильных ионов, а также участвует в биохимических реакциях.
Связанная вода является структурным элементом цитоплазмы и не может быть растворителем. Сухие вещества бактерий (15-20 %) состоят из органической части и минеральных элементов. Органическая часть сухого остатка состоит из белков, углеводов, жиров и других соединений.
Белок находится в основном в цитоплазме, нуклеоиде и цитоплазматической мембране, составляет 50-80 % сухого вещества бактериальной клетки. Различают простые (протеины) и сложные (протеиды) белки. Протеины расщепляются при гидролизе на отдельные аминокислоты. Протеиды состоят из простых белков, соединенных с небелковыми (простетическими) группами: с нуклеиновой кислотой (нуклеопротеиды, или ядерные белки), с полисахаридами (глюкопротеиды), с жирами и жироподобными веществами (липопротеиды).
Белки микробной клетки, участвующие в образовании клеточных структур, называют структурными белками. Различают также резервные белки, являющиеся запасными веществами клетки. Например, липопротеиды могут находиться внутри клетки в виде включений полужидкой консистенции, а на поверхности цитоплазмы они образуют цитоплазматическую мембрану, регулирующую поступление веществ внутрь бактериальной клетки. Белки входят также в состав ферментов (энзимов).
Углеводы составляют 15-20 % сухого вещества и содержатся в микробных клетках в основном в виде полисахаридов. К ним относят также многоатомные спирты. Углеводы входят в состав капсул, клеточных мембран и цитоплазмы, а также являются запасными веществами в виде включений гликогена и крахмалоподобного вещества - гранулезы.
Жиры и жироподобные вещества (липиды и липоиды) составляют 3-10 % сухого остатка, входят в состав клеточных оболочек и надежно защищают клетку от воздействия внешней среды. В клеточной стенке возбудителя туберкулеза количество липоидов может достигать 20-40 %, что обусловливает самую высокую устойчивость (среди неспорообразующих бактерий) возбудителя к высоким температурам. Поэтому режимы пастеризации молока считаются эффективными, если они обеспечивают уничтожение возбудителя туберкулеза.
Жир может содержаться в цитоплазме также в виде включений. Бактериальные липиды состоят из свободных жирных кислот (26-28 %), нейтральных жиров (2,5-12,5 %), в состав которых входят эфиры жирных кислот и углеводов, а также восков и фосфолипидов.
Минеральные элементы (зола) составляют 2-14 % сухой бактериальной массы. Среди них в наибольшем количестве содержится фосфор (50 %), калий (25 %), также магний, сера, кальций.
Химический состав микробных клеток в аналогичных условиях является постоянным, однако, он зависит от веществ, которые содержатся в питательной среде, характера обмена и других условий внешней среды.
9. Порча продуктов питания микроорганизмами. (Техническая микробиология и контроль продукции животноводства Стр.27)
10.Сходство и различия дыхания и брожения. (Практикум по микробиологии Стр. 97)
Дыхание микроорганизмов. Для своей жизнедеятельности каждая микробная клетка кроме питательных веществ нуждается в энергии. Эту энергию микроорганизмы получают в процессе дыхания. Сущность дыхания у микробов заключается в окислении сложных органических соединений до более простых веществ с выделением тепловой энергии, которая и используется микробами. В большинстве случаев микроорганизмы получают энергию путем окисления углеводов и других органических соединений. За счет полученной энергии происходит синтез сложных органических соединений в самой клетке.
По типу дыхания микроорганизмы делятся на аэробы и анаэробы. Аэробы - микроорганизмы, которые для дыхания и получения необходимой энергии нуждаются в свободном доступе кислорода из воздуха. У этой группы микробов процесс дыхания аэробный. Анаэробы - микроорганизмы, которые получают энергию при дыхании без доступа кислорода воздуха путем расщепления питательных веществ. Различают облигатные (строгие) и факультативные (нестрогие) анаэробы. Облигатные анаэробы проявляют свою жизнедеятельность только при отсутствии кислорода воздуха. Факультативные анаэробы могут развиваться в средах как в присутствии кислорода воздуха, так и без него.
В химизме дыхательных процессов у аэробов и анаэробов имеется много общего. Во всех случаях первым этапом дыхательных процессов является отщепление водорода от субстрата (дегидрирование) в присутствии специфических ферментов - дегидрогеназ. Происходящие процессы носят окислительно-восстановительный характер.
Сущность окисления состоит в потере электронов окисляющимся веществом, тогда как сущность восстановления состоит в присоединении этих электронов восстанавливающимся веществом. Та или иная последовательность биохимических реакций в течение обменных процессов возможна благодаря тонким изменениям окислительно-восстановительного потенциала, под которым понимают способность вещества отдавать или получать электроны.
При аэробном типе дыхания аэробные дегидрогеназы передают отнятый от субстрата водород или непосредственно кислороду воздуха, или цитохромной системе. Это так называемое аэробное дегидрирование, при котором происходит обычно полное окисление. При полном окислении конечными продуктами являются вода и углекислота, при этом освобождается вся энергия. При неполном окислении происходит образование продуктов, в которых заключается значительная часть энергии.
В анаэробных условиях биохимические процессы происходят при отсутствии кислорода воздуха. Анаэробные дегидрогеназы не могут отдавать водород кислороду воздуха, а передают его другим веществам, от которых сравнительно легко отщепляется кислород. Это так называемое анаэробное дегидрирование, при котором происходит неполное окисление субстрата.
Брожение — это окислительно-восстановительный процесс, приводящий к образованию АТФ, при котором роль донора и акцептора атомов водорода (или соответствующих им электронов) играют обычно органические соединения, образуемые в ходе самого брожения. Следовательно, брожение представляет собой как бы внутренний окислительно-восстановительный процесс. При брожении субстрат разлагается до конечных продуктов, причем суммарная степень окисления продуктов брожения такая же, как и степень окисления сбраживаемых веществ. Необходимость точного окислительно-восстановительного равновесия обусловливает ограничение соединений, которые могут подвергаться брожению, — такие соединения не должны быть не очень восстановленными, не очень окисленными. Чаще всего в процессах брожения микроорганизмы используют углеводы, а также некоторые другие вещества (органические кислоты, аминокислоты, пурины и пиримидины). Образование АТФ при брожении происходит путем субстратного фосфорилирования.
Процесс брожения вызывается облигатными анаэробами и может осуществляться только в строго анаэробных условиях. Как установил в 1860 г. Л. Пастер, брожение — это жизнь без кислорода. Согласно современным представлениям, живые организмы возникли в то время, когда кислорода в атмосфере Земли не было, а поэтому брожение необходимо рассматривать как простейшую форму биологического окисления, которое обеспечивает получение необходимой для жизни энергии из питательных веществ в анаэробных условиях.
В настоящее время известно много типов брожения. Каждый тип вызывается особой группой микроорганизмов и дает специфические конечные продукты. Многие виды брожения имеют важное значение в народном хозяйстве.
Любое брожение схематично может быть рассмотрено как процесс, проходящий в две стадии. Первая стадия (превращение глюкозы в пировиноградную кислоту) включает разрыв углеродной цепи глюкозы и отщепление двух пар атомов водорода. Это окислительная часть брожения, она может быть изображена следующим образом:
Во второй (восстановительной) стадии атомы водорода используются для восстановления пировиноградной кислоты или образованных из нее соединений.
11.Пороки молока микробного происхождения. (Техническая микробиология и контроль продукции животноводства Стр.56)
Гнилостные микробы проявляют свое действие в нейтральной и слабощелочной средах, т. е. до развития молочнокислых бактерий или после фазы плесневых грибов и дрожжей, а также при низкой температуре. из-за развития гнилостных бактерий молоко свертывается. В процессе разложения белков изменяется консистенция, образуются газы (аммиак), молоко приобретает горький вкус.
Маслянокислые микробы в большом количестве содержатся в почве, на растениях, на предметах ухода за животными и при несоблюдении чистоты попадают в молоко. В анаэробных условиях они разлагают молочный сахар с образованием масляной кислоты и газов. Продукт приобретает неприятный запах и прогорклый вкус. Пастеризация не предотвращает порчу молока, так как споры маслянокислых микробов при этом не погибают.
Молочнокислые стрептококки Str. cremoris и палочки Lact. acidophilum обладают способностью образовывать слизь.
Плесневые грибы, развиваясь на поверхности молока, разлагают жиры и придают ему горький вкус и травянистый запах. Споры гриба содержатся в кормах, на оборудовании, аппаратуре и часто попадают в молоко. При длительном хранении, когда повышается кислотность продукта, создаются условия для роста грибов.
Кишечная палочка (эшерихии), попадая в молоко, вызывает сбраживание лактозы с образованием кислоты и газа. Наступает быстрое свертывание молока, но его качество остается низким.. При развитии в молоке кишечные палочки разлагают азотистые вещества и образуют летучие продукты с разнообразными запахами: навозным, травяным, репным, сырным, тухлым. С накоплением газа плотная масса разрывается, а иногда вслед за этим наступает ее разжижение. Молоко, загрязненное кишечной палочкой, непригодно для изготовления сыров и других продуктов. Сыр, приготовленный из такого молока, бывает пронизан большим количеством пузырьков, при слиянии которых образуются полости. Такой продукт теряет питательную ценность и товарный вид.
Инфекционные болезни животных, передаваемые через молоко.Патогенные микробы в молоко попадают от больных животных, из окружающей среды во время его транспортирования или переработки. Микробы, передаваемые через молоко, делят на две группы. В первую группу входят возбудители зооантропонозов — болезней, общих для животных и человека. К ним относятся туберкулез, бруцеллез, ящур и др. Во вторую группу входят возбудители антропонозов — болезней, которые передаются от человека человеку (дизентерия, дифтерия, брюшной тиф, скарлатина).
Туберкулез — хроническая болезнь, возбудитель которой вместе с молоком выделяется во внешнюю среду. В такой среде микобактерии сохраняются до 10 дней, а в сливочном масле на холоде — до 300 дней, в сырах — до 200 дней. При туберкулезе вымени происходит изменение молока: оно становится зеленовато-желтоватым с хлопьями. Такое молоко подвергают кипячению и используют животным при откорме.
Бруцеллез — хроническая болезнь. В охлажденном молоке бруцеллы сохраняются до 8 дней, в замороженном — до 60, в сквашенном — до 4, в сливках — до 10, в масле — 40—60, в сырах — до 40 дней. Бруцеллы чувствительны к высокой температуре: при 65 °С они погибают через 15 мин, при 70 "С — через 5 мин. Молоко от больных животных пастеризуют при 70 °С в течение 30 мин.
Ящур — острая сильноконтагиозная болезнь. Вирус ящура в свежем молоке сохраняется до 12 ч, в охлажденном — до 2 нед. Молоко от больных ящуром животных пастеризуют при температуре 80 °С в течение 30 мин или кипятят в течение 5 мин. Обеззараженное молоко перерабатывают в топленое масло или используют в корм животным.
Салмонеллезы — острые желудочно-кишечные болезни, вызываемые салмонеллами и их токсинами, которые вместе с молоком могут попадать в организм человека. Источники загрязнения молока салмонеллами — больные животные, корма, вода, а также обслуживающий персонал. Люди, переболевшие салмонеллезом, могут оставаться длительное время бактерионосителями.
Мастит (воспаление вымени) может быть вызван микробами, которые проникли в молочную железу. Это заболевание у животных вызывают чаще всего Streptococcus agalactiae (не патогенны для человека), а также другие виды стрептококков, стафилококки, Bacillus cereus. При мастите в молоке появляются хлопья
Энтеротоксигенные стафилококки могут быть причиной тяжелых отравлений людей, особенно детей.
При мастите, туберкулезе, ящуре и некоторых других болезнях молоко приобретает желтый или голубоватый оттенок.
Дата добавления: 2015-01-29; просмотров: 149 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |