МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И
НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Филиал федерального государственного
образовательного учреждения высшего
образования «Московский государственный
университет технологий и управления
имени К.Г. Разумовского (Первый казачий
университет)»
в г. Вязьме Смоленской обл.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1
Дисциплина: «Микробиология»
Тема: Вариант №4
Направление: 260100 « Продукты
питания из растительного сырья»
Профиль: «Технология хлеба,
кондитерских и макаронных изделий»
Курс: 2
Форма обучения: заочная (ППО)
Студент: Чеушева Татьяна Васильевна
Преподаватель: Дмитриев Анатолий
Иванович
Вязьма, 2014 г.
Вариант №4 .
1. Формы, размеры
и структурные особенности (прокариотной)
бактериаль-
ной клетки.
2. Факторы, определяющие
интенсивность поступления питательных
ве-
ществ в микробную
клетку. Тургор, плазмолиз, плазмоптис.
Роль ферментов
в процессе питания.
1. Формы, размеры и структурные
особенности (прокариотной) бактериаль-
ной клетки.
Строение прокариотической
клетки.
К прокариотам относятся архебактерии,
бактерии и синезеленые водоросли. Прокариоты —
одноклеточные организмы, у которых отсутствуют
структурно оформленное ядро, мембранные
органоиды и митоз.
Строение бактериальной
клетки.
Размеры
— от 1 до 15 мкм. Основные формы: 1) кокки
(шаровидные), 2) бациллы (палочковидные),
3) вибрионы (изогнутые в виде запятой),
4) спириллы и спирохеты (спирально закрученные).
Формы бактерий:
1 — кокки; 2 — бациллы; 3 — вибрионы;
4—7 — спириллы и спирохеты.
Строение
бактериальной клетки:
1 — цитоплазматическая
мембрана; 2 — клеточная стенка; 3 — слизистая
капсула; 4 — цитоплазма; 5 — хромосомная
ДНК; 6 — рибосомы; 7 — мезосома; 8 — фотосинтетические
мембраны; 9 — включения; 10 — жгутики; 11 —
пили.
Бактериальная клетка ограничена
оболочкой. Внутренний слой оболочки представлен
цитоплазматической мембраной (1), над
которой находится клеточная стенка (2);
над клеточной стенкой у многих бактерий
— слизистая капсула (3). Строение и функции
цитоплазматической мембраны эукариотической
и прокариотической клеток не отличаются.
Мембрана может образовывать складки,
называемые мезосомами (7). Они могут иметь разную форму
(мешковидные, трубчатые, пластинчатые
и др.).
На поверхности мезосом располагаются
ферменты. Клеточная стенка толстая, плотная,
жесткая, состоит из муреина (главный
компонент) и других органических веществ. Муреин представляет собой правильную
сеть из параллельных полисахаридных
цепей, сшитых друг с другом короткими
белковыми цепочками. В зависимости от
особенностей строения клеточной стенки
бактерии подразделяются на грамположительные (окрашиваются
по Граму) и грамотрицательные (не
окрашиваются). У грамотрицательных бактерий
стенка тоньше, устроена сложнее и над
муреиновым слоем снаружи имеется слой
липидов. Внутреннее пространство заполнено
цитоплазмой (4).
Генетический материал представлен кольцевыми
молекулами ДНК. Эти ДНК можно условно
разделить на «хромосомные» и плазмидные.
«Хромосомная» ДНК (5) — одна, прикреплена
к мембране, содержит несколько тысяч
генов, в отличие от хромосомных ДНК эукариот
она не линейная, не связана с белками.
Зона, в которой расположена эта ДНК, называется нуклеоидом. Плазмиды — внехромосомные генетические элементы.
Представляют собой небольшие кольцевые
ДНК, не связаны с белками, не прикреплены
к мембране, содержат небольшое число
генов. Количество плазмид может быть
различным. Наиболее изучены плазмиды,
несущие информацию об устойчивости к
лекарственным препаратам (R-фактор), принимающие
участие в половом процессе (F-фактор).
Плазмида, способная объединяться с хромосомой,
называется эписомой.
В бактериальной клетке отсутствуют
все мембранные органоиды, характерные
для эукариотической клетки (митохондрии,
пластиды, ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы).
В цитоплазме бактерий находятся рибосомы 70S-типа (6) и включения
(9). Как правило, рибосомы собраны в полисомы.
Каждая рибосома состоит из малой (30S) и
большой субъединиц (50S). Функция рибосом:
сборка полипептидной цепочки. Включения
могут быть представлены глыбками крахмала,
гликогена, волютина, липидными каплями.
У многих бактерий имеются жгутики (10)
и пили
(фимбрии) (11). Жгутики не ограничены мембраной,
имеют волнистую форму и состоят из сферических
субъединиц белка флагеллина. Эти субъединицы
расположены по спирали и образуют полый
цилиндр диаметром 10–20 нм. Жгутик прокариот
по своей структуре напоминает одну из
микротрубочек эукариотического жгутика.
Количество и расположение жгутиков может
быть различным. Пили — прямые нитевидные
структуры на поверхности бактерий. Они
тоньше и короче жгутиков. Представляют
собой короткие полые цилиндры из белка
пилина. Пили служат для прикрепления
бактерий к субстрату и друг к другу. Во
время конъюгации образуются особые F-пили,
по которым осуществляется передача генетического
материала от одной бактериальной клетки
к другой.
Спорообразование у бактерий — способ переживания
неблагоприятных условий. Споры формируются
обычно по одной внутри «материнской клетки»
и называются эндоспорами. Споры обладают
высокой устойчивостью к радиации, экстремальным
температурам, высушиванию и другим факторам,
вызывающим гибель вегетативных клеток.
Размножение. Бактерии размножаются бесполым
способом — делением «материнской клетки»
надвое. Перед делением происходит репликация
ДНК.
Редко у бактерий наблюдается
половой процесс, при котором происходит
рекомбинация генетического материала.
Следует подчеркнуть, что у бактерий никогда
не образуются гаметы, не происходит слияние
содержимого клеток, а имеет место передача
ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту.
Различают три способа передачи ДНК: конъюгация,
трансформация, трансдукция.
Конъюгация — однонаправленный перенос
F-плазмиды от клетки-донора в клетку-реципиента,
контактирующих друг с другом. При этом
бактерии соединяются друг с другом особыми
F-пилями (F-фимбриями), по каналам которых
фрагменты ДНК и переносятся. Конъюгацию
можно разбить на следующие этапы: 1) раскручивание
F-плазмиды, 2) проникновение одной из цепей
F-плазмиды в клетку-реципиента через F-пилю,
3) синтез комплементарной цепи на матрице
одноцепочечной ДНК (происходит как в
клетке-доноре (F+), так и в
клетке-реципиенте (F-)).
Трансформация — однонаправленный перенос
фрагментов ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту,
не контактирующих друг с другом. При этом
клетка-донор или «выделяет» из себя небольшой
фрагмент ДНК, или ДНК попадает в окружающую
среду после гибели этой клетки. В любом
случае ДНК активно поглощается клеткой-реципиентом
и встраивается в собственную «хромосому».
Трансдукция — перенос фрагмента ДНК от
клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью
бактериофагов.
2. Факторы, определяющие
интенсивность поступления питательных
веществ в микробную клетку. Тургор, плазмолиз,
плазмоптис. Роль ферментов в процессе
питания
Способы
поступления питательных веществ в клетку
Питание бактерий
Бактерии представляют
обширную группу мельчайших и в большинстве
одноклеточных организмов. Основными
элементами, влияющими на рост и развитие
бактерий, являются: азот, углерод, кислород,
водород, фосфор, сера, которые входят
в состав белков, углеводов, жиров, нуклеиновых
кислот. Эти элементы требуются в значительных
количествах – макроэлементы. Микроэлементы,
необходимые в микромолярных количествах,
- это ионы таких металлов, как хром, кобальт,
медь, цинк, молибден, марганец, никель,
селен, вольфрам, ванадий, обычно входящие
в состав ферментов и кофакторов.
Способы поступления
питательных веществ в клетку.
Поступление веществ
в клетку и выделение продуктов обмена
в окружающую среду происходит у микроорганизмов
через всю поверхность тела. У микроорганизмов
очень большая по сравнению с объемом
всасывающая пищу поверхность клетки,
что обусловливает весьма активный обмен
веществ. Поступление питательных веществ
в клетку сложный процесс.
Возможность проникновения
веществ извне в клетку обусловлена многими
факторами: величиной и структурой их
молекул; способностью растворяться в
компонентах цитоплазматической мембраны
или вступать с ними в химические соединения;
концентрацией веществ в клетке и в среде;
электрическим зарядом клетки и другое.
Вещества питательной
среды могут поступать в клетку только
в растворенном состоянии. Нерастворимые
сложные органические соединения должны
подвергнуться расщеплению на более простые
вне клетки, что происходит с помощью экзоферментов
микроорганизмов.
Клеточная стенка проницаема
и задерживает лишь макромолекулы. Цитоплазматическая
мембрана обладает полупроницаемостью.
Она служит осмотическим барьером, проницаемость
её для различных веществ неодинакова.
Наиболее известны
два пути проникновения веществ в клетку:
осмос и адсорбция (специфический перенос).
Активная роль в этих процессах принадлежит
цитоплазматической мембране.
О с м о с представляет собой
диффузию веществ в растворах через полупроницаемую
перепонку (мембрану). Как известно, через
такие мембраны могут диффундировать
вещества, находящиеся в состоянии истинных
растворов. Возникает осмос под действием
разности осмотических давлений в растворах
по обе стороны полупроницаемой мембраны.
Величина осмотического
давления раствора зависит от молярной
концентрации растворённых в нём веществ.
В относительно слабых растворах осмотическое
давление изменяется пропорционально
концентрации растворённых веществ. Чем
больше разность осмотических давлений
(концентраций растворов) по обе стороны
полупроницаемой мембраны, тем с большей
интенсивностью осмотирует растворитель
(вода) в раствор с большим осмотическим
давлением. Осмотируют растворённые в
воде вещества; при этом каждое диффундирует
в соответствии с его собственным (парциальным)
осмотическим давлением, то есть в раствор
с его меньшей концентрацией.
Оболочка клетки проницаема
и задерживает лишь макромолекулы. Цитоплазматическая
мембрана клетки обладает полупроницаемостью;
она является осмотическим барьером, регулируя
поступление в клетку и выход из неё растворённых
веществ. Вещества, не растворимые в воде
или образующие коллоидные растворы (например,
белки, крахмал), непосредственно не могут
быть использованы клеткой. Они могут
проникнуть в неё лишь после расщепления
на более простые вне клетки, что и происходит
в среде с помощью экзоферментов микробов.
Таким образом, при
осмотическом проникновении питательных
веществ в клетку движущей силой служит
разность осмотических давлений между
средой и клеткой. Такой пассивный перенос
веществ не требует затраты энергии и
протекает до выравнивания концентрации
с наружным раствором. Поскольку поступившие
в клетку вещества включаются в реакции
конструктивного и энергетического обмена,
концентрация некоторых из них будет ниже,
чем в среде, и поступление данных веществ
возможно до полного исчерпания их из
субстрата.
Если осмотическое
давление микробных клеток, обусловленное
растворёнными в клеточном соке веществами,
несколько выше, чем в среде, то за счёт
притока из неё воды в клетке создаётся
определённое упругое напряжение, называемое тургором. Протопласт
клетки при этом прижимается к клеточной
оболочке, слегка растягивая её.
Если микроорганизм
попадает в субстрат, осмотическое давление
которого выше, чем в клетке, то цитоплазма
отдает воду во внешнюю среду. Питательные
вещества в клетку не поступают, содержимое
клетки уменьшается в объёме, и протопласт
отстаёт от клеточной оболочки. Это явление
называется плазмолизом клетки.
При чрезмерно низком
осмотическом давлении внешней среды
может наступить плазмоптис клетки – явление,
обратное плазмолису, когда вследствие
высокой разности осмотических давлений
цитоплазма быстро переполняется водой.
Это может привести к разрыву клеточной
оболочки, что наблюдается, например, при
помещении бактерий в дистиллированную
воду.
Второй путь поступления
веществ в клетку – активный – путём переноса
их особыми, локализованными в цитоплазматической
мембране веществами ферментной природы.
Эти переносчики, называемые пермеазами,
обладают субстратной специфичностью.
Каждый транспортирует только определённое
вещество, имеющее сходную с белком-переносчиком
стереохимическую структуру молекулы.
На внешней стороне цитоплазматической
мембраны переносчик адсорбирует вещество
– вступает с ним во временную связь и
диффундирует комплексно через мембрану,
отдавая на внутренней стороне её транспортируемое
вещество в цитоплазму. Вещество может
поступать и тогда, когда концентрация
его в клетке больше, чем в среде. При таком
переносе веществ затрачивается энергия.
При этом транспортируемое вещество может
подвергнуться изменению, например из
не растворимого в мембране переходит
в растворимое состояние.
Цитоплазматическая
мембрана, таким образом, является не только
осмотическим барьером, но и обладает
избирательной проницаемостью
Роль ферментов
в процессе питания.
Процессы распада и синтеза
различных соединений, а также все химические
реакции, протекающие в живой микробной
клетке, совершаются очень легко, быстро
и с высокой эффективностью. Вне организма
эти же реакции или совсем не происходят,
или протекают с большим трудом. Высокая
скорость химических реакций в условиях
сравнительно низкой температуры возможна
только при участии катализаторов. Роль
катализаторов или биохимических ускорителей
реакций в живых микробных клетках выполняют
особые белковые вещества - ферменты, или
энзимы. Ферменты имеют сложное строение,
одни из них состоят из белка, наделенного
специфическими свойствами, другие составляются
из белковой основы и небелковой активной
группы. В составе активной группы ферментов
могут быть металлы (железо, медь), витамины
и другие соединения. Правда, точный химический
состав многих ферментов еще недостаточно
изучен.
Ферменты создаются в цитоплазме
микробной клетки. Способность синтезировать
разные по своему действию ферменты являются
видовой особенностью микроорганизмов.
.Каждый вид микроба вырабатывает свой
особый комплекс ферментов, и это передается
по наследству. Подавляющее большинство
ферментов прочно связано с телом микробной
клетки и проявляет свое действие внутри
клетки микроорганизма, поэтому их называют
эндоферментами. Ферменты, выделяемые
в окружающую среду, называют экзоферментами,
они легко растворимы, вызывают гидролиз
и распад сложных соединений (белков, углеводов
и жиров), превращают их в простые и легкорастворимые
в воде соединения, которые становятся
доступными для восприятия микробной
клеткой.