Дыхание микроорганизмов классификация по способу дыхания

Типы дыхания микроорганизмов

Существует два типа дыхания мкробов – аэробное и анаэробное.

Аэробное дыхание микроорганизмов — это процесс, при котором акцептором водорода (прото­нов и электронов) является молекулярный кислород. В результате окисления, главным образом сложных орга­нических соединений, образуется энергия, которая вы­деляется в среду или накапливается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Различают полное и неполное окисление.

Полное окисление. Основной источник энергии у ми­кроорганизмов— углеводы. При их расщеплении, кото­рое происходит разными путями, получается важный промежуточный продукт — пировиноградная кислота. Полное окисление пировиноградной кислоты происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Креб-са) и дыхательной цепи. В результате расщеп­ления глюкозы в аэробных условиях процесс окисления идет до конца-—до образования углерода диоксида и воды с освобождением большого количества энергии: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ -*■ 6СО₂ + 6Н₂О + 2874,3 к Дж.

Неполное окисление. Не все аэробы доводят реакции окисления до конца. При избытке углеводов в среде образуются продукты неполного окисления, в которых заключена энергия. Конечными продуктами неполного аэробного окисления сахара могут быть органические кислоты: лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная и другие, они образуются плесневыми грибами. Например, осуществляется аэробное дыхание уксуснокислыми бак­териями, у которых при окислении этилового спирта об­разуется уксусная кисло­та и вода:

У некоторых бактерий в процессе дыхания происхо­дит окисление неорганических соединений. Примером окисления неорганических соединений могут служить процессы нитрификации, при которых нитрифицирующие бактерии вначале окисляют аммиак до азотистой кис­лоты, а затем до азотной. В каждом случае при этом выделяется энергия: в первой фазе 274,9 кДж, во вто­рой—87,6 кДж.

Анаэробное дыхание осуществляется без участия мо­лекулярного кислорода. Различают анаэроб­ное нитратное дыхание, анаэроб­ное сульфатное дыхание и брожение. При анаэробном дыхании акцептором водорода являются окисленные неорганические соединения, которые легко отдают кислород и превращаются в более восстанов­ленные формы, что сопровождается выделением энергии.

1. анаэроб­ное нитратное дыхание — восстановление нитратов до молекулярного азота

2. анаэроб­ное сульфатное дыхание — восстановление сульфатов до сероводорода.

3. Брожение — расщепление органических углеродсо-держащих соединений в анаэробных условиях. Оно ха­рактеризуется тем, что последним акцептором водорода служит молекула органического вещества с ненасыщен­ными связями. Вещество при этом разлагается только до промежуточных продуктов, представляющих собой сложные органические соединения (спирты, органиче­ские кислоты). Заключенная в них энергия в небольших количествах выделяется в окружающую среду. При бро­жении энергии освобождается меньше. Например, при брожении глюкозы освобождается в 24,5 раза меньше энергии, чем при ее аэробном окислении.

Все виды броже­ний до образования пировиноградной кислоты протека­ют одинаково. Дальнейшее превращение пировиноград­ной кислоты зависит от свойств микроба. Гомофермен-тативные молочнокислые бактерии превращают ее в молочную кислоту, дрожжи — в этиловый спирт и т. д.

Классификация микробов по типу дыхания.

По типу дыхания микроорганизмы классифицируют на четыре группы.

1. Облигатные (безусловные) аэробы растут при свободном доступе кислорода. К ним относятся уксуснокислые бактерии, возбудители туберкулеза, сибирской язвы и многие другие.

2. Микроаэрофильные бактерии развиваются при низкой (до 1 %) концентрации кислорода в окружающей атмосфере. Такие условия благоприятны для актиномицетов, лептоспир, бруцелл.

3. Факультативные анаэробы развиваются как при доступе кислорода воздуха, так и в отсутствие его. Имеют соответственно два набора ферментов. Это энтеробактерии, возбудитель рожи свиней.

4. Облигатные (безусловные) анаэробы развиваются при полном отсутствии кислорода в окружающей среде. Анаэробные условия (обходимы маслянокислым бактериям, возбудителям столбняка, ботулизма, газовой гангрены, эмфизематозного карбункула, некробактериоза.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

ГК «Униконс»

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

«АльтерСтарт»

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

• Вы здесь:
• Библиотека технолога
• Микробиология
• Васюкова А.Т — Микробиология, физиология питания, санитария и гигиена

1.1.5. Питание, дыхание микроорганизмов

Физиология микроорганизмов изучает особенности развития, пи­тания, энергетического обмена и других процессов жизнедеятельности микробов в различных условиях среды.

Питание микробов осуществляется путем диффузии через оболоч­ку и мембрану растворенных в воде питательных веществ. Нераствори­мые сложные органические соединения предварительно расщепляются вне клетки с помощью ферментов, выделяемых микробами в субстрат.

По способу питания микроорганизмы разделяют на аутотрофные и гетеротрофные.

Аутотрофы способны синтезировать из неорганических веществ (в основном углекислого газа, неорганического азота и волы) органиче­ские соединения. В качестве источника энергии для синтеза эти микро­бы используют световую энергию (фотосинтез) или энергию окисли­тельных реакций (хемосинтез).

Гетеротрофы используют для питания в основном готовые ор­ганические соединения. Микробы, питающиеся органическими веще­ствами отмерших животных или растительных организмов, называют сапрофитами. К ним относятся бактерии гниения, грибы и дрожжи. Паратрофные микроорганизмы, или паразиты, живут за счет питательных веществ живых клеток организма хозяина. К паратрофам относится большинство болезнетворных микробов.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И СОСТАВ МИКРООРГАНИЗМОВ

Все реакции обмена веществ в микробной клетке происходят при помощи биологических катализаторов — ферментов. Большинство ферментов состоят из белковой части и простетической небелковой группы. В простетическую группу могут входить такие металлы, как железо, медь, кобальт, цинк, а также витамины или их производные. Некоторые ферменты состоят только из простых белков. Ферменты специфичны и действуют только на одно определенное вещество. Поэ­тому в каждом микроорганизме находится целый комплекс ферментов, причем некоторые ферменты способны выделяться наружу, где уча­ствуют в подготовке к усвоению сложных органических соединений. Ферменты микроорганизмов используются в пищевой и других видах промышленности.

Вода. Микробная клетка на 75-85% состоит из воды. Большая часть воды находится в цитоплазме клетки в свободном состоянии. В воде протекают все биохимические процессы обмена веществ, вода является также растворителем этих веществ, так как питательные ве­щества поступают в клетку только в виде раствора, а продукты обме­на удаляются из клетки тоже с водой. Часть воды в клетке находится в связанном состоянии и входит в состав некоторых клеточных струк­тур. В спорах бактерий и грибов количество свободной воды снижено до 50% и менее. При значительной потере связанной воды микробная клетка погибает.

Органические вещества микробной клетки представлены белками (6-14%), жирами (1-4%), углеводами, нуклеиновыми кислотами.

Белки — основной пластический материал любой живой клетки, и микробной в том числе. Белки составляют основу цитоплазмы, входят в состав оболочки клетки и некоторые клеточные структуры. Они вы­полняют очень важную каталитическую функцию, так как входят в со­став ферментов, катализирующих реакции обмена в микробной клетке.

В клетке микробов содержатся дезоксирибонуклеиновая кислота (Д11 К) и рибонуклеиновая кислота (Р11 К). ДНК находится в основном в ядре клетки или нуклеотидах, РНК — в цитоплазме и рибосомах, где участвует в синтезе белка.

Содержание жиров у различных микроорганизмов различно, у некоторых дрожжей и плесеней оно выше в 6-10 раз, чем у бактерий. Жиры (липиды) являются энергетическим материалом клетки. Жиры в виде липопротеидов входят в состав цитоплазматической мембраны, которая выполняет важную функцию в обмене клетки с окружающей средой. Жиры могут находиться в цитоплазме в виде гранул или ка­пелек.

Углеводы входят в состав оболочек, капсул и цитоплазмы. Они представлены в основном сложными углеводами — полисахаридами (крахмал, декстрин, гликоген, клетчатка), могут быть в соединении с белками или липидами. Углеводы могут откладываться в цитоплаз­ме в виде зерен гликогена, как запасного энергетического материала.

Минеральные вещества (фосфор, натрий, магний, хлор, сера и др.) входят в состав белков и ферментов микробной клетки, они необходи­мы для обмена веществ и поддержания нормального внутриклеточного осмотического давления.

Витамины необходимы для нормальной жизнедеятельности ми­кроорганизмов. Они участвуют в процессах обмена веществ, так как входят в состав многих ферментов. Витамины, как правило, должны поступать с нищей, однако некоторые микробы обладают способностью синтезировать витамины, например В₂ или В₁₂.

Процессы биосинтеза веществ микробной клетки протекают с за­тратой энергии. Большинство микробов используют энергию химиче­ских реакций с участием кислорода воздуха. Этот процесс окисления питательных веществ с выделением энергии называется дыханием. Энергия высвобождается при окислении неорганических (аутотрофы) или органических (гетеротрофы) веществ.

Аэробные микроорганизмы (аэробы) используют энергию, выделя­емую при окислении органических веществ кислородом воздуха с обра­зованием неорганических веществ, углекислого газа и воды. К аэробам относятся многие бактерии, грибы и некоторые дрожжи. В качестве источника энергии они чаше всего используют углеводы.

Анаэробные микроорганизмы (анаэробы) не используют для ды­хания кислород, они живут и раз­множаются при отсутствии кисло­рода, получая энергию в результа­те процессов брожения (рис. 1.13). Анаэробами являются бактерии из рода клостридий (ботулиновая палочка и палочка нерфрингенс), маслянокислые бактерии и др.

Рис. 1.13. Анаэробные бактерии

В анаэробных условиях проходят спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение, при этом процесс превращения глюкозы в спирт, молочную или масляную кислоту происходят с выделением энергии. Около 50% выделенной энергии рассеивается в виде тепла, а остальная часть аккумулируется в АТФ (аденозинтрифосфорная кислота).

Некоторые микроорганизмы способны жить как в присутствии кислорода, так и без него. В зависимости от условий среды они могут переходить с анаэробных процессов получения энергии на аэробные, и наоборот. Такие микроорганизмы называются факультативными анаэробами.

Источник

Дыхание микроорганизмов. Типы дыхания. Классификация микроорганизмов в зависимости от типа дыхания.

Под дыханием понимают совокупность биохимических процессов, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микроорганизмов. По источникам энергии микроорганизмы делят на:

1.фототрофы – используют энергию солнечного света благодаря пигментам, близким к хлорофиллу (пурпурные серобактерии)

2.хемотрофы – получают энергию за счет окисления неорганических и органических соединений (чаще глюкозу – нитрифицирующие бактерии)

Органеллы дыхания у бактерий – мезосомы, содержащие специальные дыхательные ферменты типа цитохромоксидаз. По типу дыхания микроорганизмы делят на:

1. облигатные аэробы – они способны получать энергию только путем дыхания и нуждаются в О₂ как акцепторе протонов и электронов в окислительно-восстановительных процессах (микобактерии туберкулеза, возбудитель холеры)

2. облигатные анаэробы – способны расти только в среде, лишенной О₂ (для них О₂ токсичен). Для них как тип окислительно-восстановительных процессов характерна ферментация (возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма).

3. Факультативные анаэробы — способны расти как при наличии О₂, так и в отсутствии его. Среди них различают:

— аэротолерантные – могут расти в присутствии атмосферного О₂, но не способны его использовать, так как получают энергию исключительно с помощью брожения (молочно-кислые бактерии)

— факультативно-анаэробные – которые в отсутствии О₂ способны перестраиваться на брожение (энтеробактерии).

Различают микроаэрофилы – нуждаются в малых количествах кислорода (лептоспиры, бруцеллы) и капнофилы – нуждаются в повышенном содержании СО₂ (менингококки, гонококки)

Источник

Классификация бактерий по типам дыхания:

Облигатные аэробы (возбудители туберкулеза, чумы, холеры) – микроорганизмы, для оптимального роста которых необходимо 21 % кислорода.

Облигатные анаэробы (возбудители столбняка, ботулизма, газовой анаэробной инфекции, бактероиды, фузобактерии) – бактерии, которые растут при отсутствии свободного молекулярного кислорода за счет процессов брожения. Они получают кислород из органических соединений в процессе их метаболизма. Некоторые из них не выносят даже незначительного количества свободного кислорода.

Факультативные анаэробы (стафилококки, ешерихии, сальмонели, шигели и другие) – приспособились, в зависимости от условий среды (наличию или отсутствию кислорода), переключать свои метаболические процессы с использованием молекулярного кислорода на брожение и наоборот.

Микроаэрофилы (молочнокислые, азотфиксирующие бактерии) – особенная группа микробов, для которых концентрация кислорода при культивировании может быть уменьшена до 2 %. Высшие его концентрации способны задерживать рост.

Капнеические (возбудитель бруцеллеза бычьего типа) – микроорганизмы, которые требуют, кроме кислорода, еще и до 10 % углекислого газа.

Культивирование облигатно анаэробных бактерий

Посевы анаэробных бактерий в жидких средах заливают вазелиновым или другим маслом. При использовании плотных сред посевы культивируют в специальных устройствах — анаэростатах (откуда откачивают воздух) либо заливают посевы тонким слоем агара. Анаэробные условия можно создать химическим путём, поместив посевы в эксикаторы, на дно которых заливают щелочной раствор пирогаллола, поглощающего кислород. Также можно использовать методы Фортнера и Малкиной.

Метод Фортнера. Посевы проводят на чашку Петри с толстым слоем среды, разделённым пополам узкой канавкой, вырезанной в агаре. На одну половину засевают культуру аэробных бактерий, на другую — анаэробных. Края чашки заливают парафином и инкубируют в термостате. Первоначально наблюдают рост аэробов, а затем (после поглощения кислорода) — рост анаэробов.

Метод Малкиной. При посеве по методу Малкиной используют 2 пробирки со скошенным МПА, соединенных трубкой. В 1ну пробирку сеют культуру аэроба, в другую анаэроба. Когда исчерпается кислород при росте аэробных бактерий, начинается рост анаэробных.

Посевы анаэробов производят на среде Китта –Тароции, состоящей из МПБ, 0,5% глюкозы и кусочков печени или мясного фарша. Перед посевом среду прогревают в водяной бане в течение 10-15 минут для удаления воздуха и остужают. После посева среду заливают слоем вазелинового масла или парафином с целью изоляции от атмос-го воздуха.

*Основные питательные среды для культивирования анаэробов: сахарный агар, сахарный кровяной агар Цейсслера, среда Китт-Тароцци, среда Вильсона-Блера, тиогликолевая среда.

Культивирование аэробных микроорганизмов

Для выращивания аэробов необходимы питательные среды, создание оптимальных температурных условий и наличие кислорода.

проводят следующим образом:

*на поверхности плотных сред или в тонком слое жидких сред, когда микроорганизмы получают кислород непосредственно из воздуха;

*в жидких средах (глубинное культивирование). В этом случае микроорганизмы используют растворенный в среде кислород. В связи с низкой растворимостью кислорода, для обеспечения роста аэробных бактерий в толще среды, требуется постоянное аэрирование.

* в простых термостатах. Обычно рост бактерий в виде помутнения жидких питательных сред или образования колоний на плотных средах наблюдается через 18—24 ч культивирования в термостате.

№ 25. Методы выделения чистых культур аэробных бактерий. Этапы выделения.

Чистая культура — это популяция микроорганизмов одного вида. Для выде­ления чистой культуры аэробов используют методы, основанные на:

1. Механическим разобщением бактериальных клеток;

2. Действии физических и химических факторов, оказывающих избира­тельное действие;

3. Способности некоторых бактерий размножаться в организме.

Метод Дригальского основан на механическом разобщение на поверхности плотной питательной среды микробов всех видов, входящих в состав исследуе­мого материала.

1. Определение микробного состава исследуемого материала (приготовле­ние мазка, окраска по Граму).

2. Посев в чашку Петри: одну каплю материала наносят на поверхность МПА и растирают шпателем. Не обжигая шпателя и не набирая нового мате­риала, засевают вторую и третью чашки.

3. Засеянные чашки переворачивают вверх дном и инкубируют в термостате 18-20 часов при температуре 37° С.

1. Микроскопическое изучение колонки по величине, форме, окраске, ха­рактеру поверхности, краев, консистенции колонии. Колонии бактерий имеют различные размеры (от 2 до 4 мм), округлую правильную или неправильную форму, гладкую или шероховатую поверхность, ровные или фестончатые края и различную консистенцию. Колонии бактерий могут быть бесцветными или имеют белый, золотистый, красный, лимонно-желтый цвет за счет образования пигмента.

2. Микроскопическое изучение одной исследуемой колонии (приготовле­ние мазка, окраска по Граму).

3. Оставшуюся часть колонии пересевают в пробирку со скошенным огаром.(МПА)

4. Пробирку инкубируют в термостате 18-20 часов при температуре 37° С. III этап.

Проверка культуры на чистоту (макроскопическим — однородный рост, микроскопическим- однородные по морфологическим признакам и тинкториальным признакам клетки). Идентификация проводится по:

— антигенным свойствам фагочувствительности токсигенности и другим признакам

Биологический метод получения чистых культур основан на заражении чувствительных экспериментальных животных исследуемым материалом, содержащим микробные ассоциации. Например, пневмококки можно выделить из мокроты, заражая чувствительную к ним белую мышь. Через 4 ч в крови мыши обнаруживают чистую культуру пневмококков, так как они опережают размножение других микроорганизмов.

Чистую культуру аэробных бактерий можно также получить, если на исследуемый материал воздействовать каким либо физическим или химическим фактором, оказывающим избирательное антибактериальное действие.

№26. Методы выделения чистых культур облигатно анаэробных бактерий. Этапы выделения.

1 этап: из исследуемого материала готовят мазок, окрашивают по Граму и микроскопируют. При обнаружении подозрительных на анаэробы микробов исследуемый материал засевают на среду Китта-Тароции. В случае необходимости предварительно исследуемый материал разводят стерильным 0,9% р-ом NaOH. заливают вазелиновым маслом или парафином, подписывают и ставят в термостат. При темп-ре 37, на 18-24ч.

2этап: на след день посевы просматривают и описывают характер роста. готовят мазок, окрашивают по Граму, микроскопируют, описывая морфологич. и тинкториаль. Свойства бактерии. Затем производят пересев в чашки Петри на сахарно – кровяной агар, для получения изолированных колоний. Чашки помещают в анаэростат и термостатируют при темп-ре 37, на 18-24ч.

3 этап: посевы просматривают, изучают изолированные колонии, описывают характер роста. Морфологию бактерий исследуют приготовлением мазка из колонии, окрашенного по Граму. Далее для выделения и накопления чистой культуры производят пересев подозрительной колонии в пробирку со средой Китта – Тароции. Пробирки термостатируют При темп-ре 37, на 18-24ч.

4 этап: отмечают визуальный характер роста чистой культуры . проводят проверку чистой культуры, для чего ее микроскопируют

1 этап: из исследуемого материала готовят мазок, окрашивают по Граму и микроскопируют. При обнаружении подозрительных на анаэробы микробов исследуемый материал засевают на среду Китта-Тароции. В случае необходимости предварительно исследуемый материал разводят стерильным 0,9% р-ом NaOH. заливают вазелиновым маслом или парафином, подписывают и ставят в термостат. При темп-ре 37, на 18-24ч. каплю материала со среды Китт — Тароцци переносят в растопленный и слегка остуженный сахарный агар, затем набирают в трубки Виньял — Вейона. Засеянные пробирки быстро охлаждают холодной водой, при этом агар застывает и фиксирует разобщенное положение отдельных микробных клеток в глубине столбика агара. инкубируют в термостате При темп-ре 37, на 18-24ч.

2 этап: выросшие в узких пробирках колонии изучают с помощью лупы. На месте отобранной подозрительной колонии делают распил пробирки, колонию отбирают и пересевают на среду Китта- Тароции. Пробирки культивируют При темп-ре 37, на 18-24ч.

Ш этап — проверяют чистоту выделенной куль­туры.

№27. Ферменты бактерий. Методы выявления сахаролитических и протеолитических ферментов.

Ферменты, образу­емые бактериальной клеткой, могут локали­зоваться как внутри клетки — эндоферменты, так и выделяться в окружающую среду — экзоферменты. Экзоферменты играют большую роль в обеспечении бактериальной клетки доступными для проникновения внутрь ис­точниками углерода и энергии. Большинство гидролаз является экзоферментами, которые, выделяясь в окружающую среду, расщепля­ют крупные молекулы пептидов, полисаха­ридов, липидов до мономеров и димеров, способных проникнуть внутрь клетки. Ряд экзоферментов, например гиалуронидаза, коллагеназа и другие, являются ферментами агрессии. Некоторые ферменты локализо­ваны в периплазматическом пространстве бактериальной клетки. Они участвуют в про­цессах переноса веществ в бактериальную клетку. Ферментативный спектр является таксономическим признаком, характерным для семейства, рода и — в некоторых слу­чаях — для видов. Поэтому определением спектра ферментативной активности поль­зуются при установлении таксономического положения бактерий. Наличие экзофермен­тов можно определить при помощи диффе­ренциально-диагностических сред, поэтому для идентификации бактерий разработаны специальные тест-системы, состоящие из набора дифференциально-диагностических сред.

Известно более 2000 ферментов. Они объединены в шесть классов:

оксидоредуктазы окислительно-восстановительные ферменты (к ним относятся дегидрогеназы, оксидазы и др.);

трансферазы, переносящие отдельные радикалы и атомы от одних соединений к другим;

гидролазы, ускоряющие реакции гидролиза, то есть расщепления веществ на более простые с присоединением молекул воды (эстеразы, фосфатазы, глюкозидазы и др.);

лиазы, отщепляющие от субстратов химические группы негидролитическим путем (карбоксилазы и др.);

изомеразы, превращающие органические соединения в их изомеры (фосфогексоизомераза и др.);

лигазы, или синтетазы, ускоряющие синтез сложных соединений из более простых (аспарагинсинтетаза, глютаминсинтетаза и др.).

В соответствии с механизмами генетического контроля у бактерий выделяют три группы ферментов:

— конститутивные, синтез которых происходит постоянно;

— индуцибельные, синтез которых индуцируется наличием субстрата;

— репрессибельные, синтез которых подавляется избытком продукта реакции.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник