Меню

Влияние гидростатического давления на микроорганизмы

Влияние гидростатического давления на микроорганизмы. Барофильные и баротолерантные микроорганизмы. Механизмы барофилии.

Баротолерантные бактерии(от греч. baros — тяжесть и лат. tolerans, родительный падеж tolerantis — выдерживающий), способные расти и размножаться как в условиях нормального атмосферного давления, так и при давлении в несколько сот атм.Б. б. распространены преимущественно в водной толще, в илах морей и океанов; они обнаружены и в поверхностных слоях почв. Некоторые виды Б. б. размножаются при высоком давлении лучше, чем при атмосферном, и называются барофильными. Отдельные исследователи утверждают, что существуют бактерии, развивающиеся только при высоком давлении (облигатно-барофильные). При давлении выше 400—600 атм (давление в придонных слоях Мирового океана на глубине 4000—6000 м) большинство Б. б. теряет способность размножаться. Однако встречаются Б. б., которые размножаются при давлении 900—1000 атм — давлении в глубоких впадинах Мирового океана. При культивировании в условиях высокого гидростатического давления одни биохимические процессы у Б. б. усиливаются, другие подавляются.

Барофильные бактерии хорошо переносят высокие давления. Большинство наземных бактерий гибнет при гидростатическом давлении в 200–500 атм, что соответствует глубине 2–5 тыс. м, а некоторые глубоководные бактерии в таких условиях развиваются лучше, чем при нормальном давлении.При повышении гидростатического давления происходит ряд изменений в протекании биологических процессов. Замедляются реакции, приводящие к увеличению объема (например, брожения с образованием газообразных продуктов). Наоборот, усиливаются реакции поглощения газов.Химическое равновесие сдвигается в сторону субстратов реакции. При повышенном давлении происходят денатурация биологических полимеров и диссоциация сложных агрегатов клеток. Клетки после деления не расходятся (образуются филаменты).

Влияние излучений на микроорганизмы. Фотосинтетически активная радиация для разных групп фототрофов. Влияние видимого и инфракрасного излучения на микроорганизмы. УФ-излучение, ионизирующее излучение. Механизмы радиоустойчивости.

Дата добавления: 2015-04-25 ; просмотров: 2340 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Гидростатическое давление

Радиация и видимый свет.

Для большинства микроорганизмов прямые солнечные лучи, радиация являются вредными, исключение составляют пурпурные и фотосинтезирующие бактерии. Наиболее активный бактерицидный эффект оказывает коротковолновая ультрофиолетовая (УФЛ) часть спектра с длинной волны 220 нм. Это связывают с тем, что спектр их действия соответствует спектру поглощения нуклеиновых кислот. В клетке изменяется структура ДНК, нарушаются процессы размножения.

Очень активны рентгеновские лучи.

Действие всех видов излучения зависит от дозы, от физиолого-биохимического состояния микроорганизма. Многие микрококки содержат каратиноидные пигменты, защищающие от УФ излучения.

Обычное гидростатическое давление не оказывает влияния на микроорганизмы. Очень высокое –может остановить рост. Есть барофильные микроорганизмы, которые живут при обычном давлении, а размножаться при нем не могут.

Баротолерантные размножаются при нормальном давлении, но переносят высокое давление.

Ультразвуковые колебания с частотой порядка 300 кГц, подавляют жизнедеятельность микроорганизмов. Используются для стерилизации молока, фруктовых соков, воды

Радиоволны — короткие и длинные, инертны, не оказывают влияния , но ультракороткие радиоволны очень активны.

Ток переменный и постоянный не действуют, но токи высокой частоты и сверх высокой частоты (ТВЧ и СВЧ) активны.

Физико-химические факторы (рН, rH2)

рН – показатель активной кислотности среды, которая зависит от концентрации ионов водорода, изменяется в пределах от 0 до 14.

Каждый микроорганизм имеет свой максимум и минимум рН, в пределах которых он может развиваться, для большинства- оптимальное значение близко к 7. Очень кислая и щелочная среды- губительны, но для бактерий предпочтительно рН 6,5-7,5. Для большинства грибов и дрожжей оптимальное значение 4-6, однако есть алкалофильные микроорганизмы, которые предпочитают рН 9 и более, ацидофильные рН 3 и менее. Некоторые кислотообразующие бактерии (молочнокислые) синтезируют столько кислоты, что угнетают собственный рост и развитие. Концентрация ионов водорода оказывает большое влияние на направленность физиологических процессов.

Читайте также:  Норма артериального давления у младенцев

При спиртовом брожении, при рН=4-5 образуется СО2 и С2Н5ОН, а при рН: 7,5 образуется еще и СН3СООН, при рН: 8-9 образуется еще и глицерин.

Влияние рН используется в консервировании продуктов, при приготовлении маринадов, сырокапченных колбас.

rH2 – показатель степени аэробности среды. Возникает между клеточной стенкой и ионами питательной среды. Это отрицательный логарифм давления молекулярного водорода в среде. В водном растворе, насыщенном водородом
rH2=0 , а в водном растворе. rH2=41 . Интервал от 0 до 41 может выразить любую степень аэробности среды. Зависит от дыхательного коэффициента.

Для аэробов требуется rH2 от 10 до 30, для анаэробов rH2 не более 20 для жизнедеятельности и не более 3-5 для размножения.

С учетом отношения к этому фактору (к молекулярному кислороду в среде) все микроорганизмы делятся на 3 группы.

1. Облигатные аэробы (строгие аэробы) не могут жить без кислорода. Они имеют окислительный тип обмена, получают необходимую для жизнедеятельности энергию только путем дыхания. Это все грибы и большая часть бактерий.

2. Облигатные, или строгие анаэробы. Это микроорганизмы, для которых кислород токсичен. Они имеют бродильный тип обмена веществ, растут только в бескислородной среде, получают необходимую энергию только путем брожения. Пример : бактерии рода Clostridium.

3. Факультативные анаэробы. Это микроорганизмы, которые в зависимости от условий могут использовать кислород воздуха для получения энергии или обходиться без него, т. е. переключают свой метаболизм с окислительного на бродильный. Пример : дрожжи- в присутствии кислорода они дышат, размножаются, накапливают биомассу, В отсутствии кислорода превращают углеводы в спирт. Среди них выделяют молочнокислые бактерии — аэротолерантные, в присутствии кислорода они не погибают (переносят его), но не используют его в своем метаболизме, имея только бродильный тип обмена. Есть еще микроорганизмы, которые нуждаются в незначительном количестве кислорода от 0,01 до 0,03 бар. Обычное давление 0,2 бар они не переносят ( микроаэрофилы).

Источник

Тема 12 Действие физических факторов на микроорганизмы

Тема 12 Действие физических факторов на микроорганизмы

1 Влияние температуры. Влияние гидростатического давления

2 Характер действия различных видов радиации на микроорганизмы

3 Рост микроорганизмов в зависимости от концентрации растворов

4 Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду

5 Значение рН среды для роста микроорганизмов

6 Репарация повреждений ДНК у микроорганизмов

1 Влияние температуры. Влияние гидростатического давления

Все физико-химические процессы, которые обеспечивают функциональную активность клетки, а также состояние ее макромолекул, в большей или меньшей степени зависят от температуры. При высокой температуре белки, и др. компоненты клетки могут необратимо инактивироваться, что приводит к ее гибели. При низкой температуре также нарушаются процессы биосинтеза.

По отношению к температуре бактерии делят на три основные группы: мезофилы, психрофилы и термофилы.

Большинство известных видов прокариот относится к мезофилам, для них оптимальные температуры роста лежат в пределах 20–42 ºС. Типичным представителем мезофилов является E. coli.

Микроорганизмы, способные нормально расти при низких 0–20 °С температурах, называют психрофильными. Облигатные психрофилы обитают в морях Арктики и Антарктики, на вечных снегах, в воде колодцев и родников. Эти бактерии играют важную роль в круговороте веществ в регионах с низкими температурами. Факультативные психрофилы встречаются в почвах и водах холодной и умеренной зоны, вызывают порчу продуктов.

К термофильным относят микроорганизмы, которые растут при температуре выше 45–50 ºС. Примером факультативных термофилов являются гомоферментативные молочнокислые бактерии, они обитают на поверхности растений, в молочных продуктах, вине, фруктовых соках, присутствуют в микрофлоре млекопитающих. Экстремальные термофилы растут при 40-90 0С, обитают в горячих источниках, в районах вулканической деятельности.

Читайте также:  Перевод звукового давления в чувствительность

Влияние гидростатического давления

Высокие значения гидростатического давления приводят к разрушению клеточных структур, происходит денатурация белков, прекращается деление, клетки приобретают нитевидную форму. Однако выявлены бактерии, которые живут на глубине 7000 м и более, где давление достигает более 1000 атмосфер. Из осадков на дне океанов выделяют бактерии двух групп: баротолерантные и пьезофильные (барофильные). Баротолерантные бактерии размножаются как при обычном, так и при давлении в несколько сот атмосфер. Пьезофильные (менее многочисленная группа) при давлении в сотни атмосфер дают больший урожай биомассы, чем при атмосферном давлении. Пьезофильные бактерии (например, бактерии вида Bacillus submarinus) – это обитатели глубоководных впадин морей и океанов.

2 Характер действия различных видов радиации на микроорганизмы

Микроорганизмы подвержены воздействию различных видов электромагнитных излучений. Эффект воздействия зависит от дозы облучения и длины волны. Наиболее длинноволновая радиация (радиоволны – длина волны более 1100 нм) не вызывает биологического эффекта.

Инфракрасные лучи (700–1100 нм и более) оказывают тепловое воздействие на микроорганизмы, используются бактериями в процессе фотосинтеза.

Видимая часть спектра (300–700 нм) используется цианобактериями и др. фототрофными бактериями в процессе фотосинтеза.

УФ-лучи (10–300 нм) могут оказывать на микроорганизмы как микробоцидное, так и мутагенное действие, что определяется видом микроорганизмов и дозой облучения. Наибольший летальный эффект УФ-лучей наблюдается при длине волны 260 нм, при которой отмечается максимум поглощения УФ-лучей молекулами ДНК. Также УФ-лучи поглощают белки и др. макромолекулы, что приводит к нарушению их структуры и функций.

Ионизирующая радиация (рентгеновское и гамма-излучение, с длиной волны менее 10 нм), вызывает летальный для клетки эффект. Она действует на биополимеры опосредованно, вызывая образование свободных радикалов и органических перекисей, которые реагируют с нуклеиновыми кислотами и белками, вызывая одно- и двунитевые разрывы цепей ДНК, изменения азотистых оснований и т. д. Чувствительность микроорганизмов различных групп к ионизирующей радиации проявляется в разной степени. Абсолютным «чемпионом» являются бактерии Micrococcus radiodurans, которые обитают в водах атомных реакторов, встречаются в залежах урановых руд.

3 Рост микроорганизмов в зависимости от концентрации растворов

Концентрация веществ, растворенных в окружающей среде, т. е. осмотическое давление, также оказывает большое влияние на жизнеспособность микроорганизмов: чем концентрированнее раствор, тем труднее клетке поглощать из него воду. В гипертонических растворах происходит обезвоживание клеток (плазмолиз) и полное прекращение роста. Это явление называется физиологической сухостью. Однако некоторые микроорганизмы способны нормально развиваться в достаточно концентрированных растворах. Такие микроорганизмы называют осмофильными.

Осмофильные микроорганизмы, для которых требуется высокое содержание NaCl, получили название галофильных. У таких бактерий концентрация солей в цитоплазме равна концентрации внешнего раствора, однако в клетках преобладает не натрий, а калий. Галофильные бактерии обнаружены в соленых озерах (Большое соленое озеро в США, Мертвое море в Израиле), в солончаковых почвах. Они обычно вызывают порчу соленой рыбы и мяса.

4 Значение рН среды для роста микроорганизмов

Концентрация ионов водорода в окружающей среде действует на микроорганизмы двояко: 1) непосредственно на полупроницаемость цитоплазматической мембраны; 2) косвенно или опосредованно: а) через влияние на ионное состояние и доступность многих ионов и метаболитов; б) равновесие зарядов на поверхности клетки; в) стабильность макромолекул;

В зависимости от отношения к кислотности среды бактерии могут быть разделены на несколько групп:

1) нейтрофилы – оптимальное значение рН для роста составляет 6–8. К этой группе относится большинство известных микроорганизмов;

2) ацидофилы – оптимальная кислотность среды для роста при рН ниже 4. Кислые условия встречаются в ряде озер, болот, горячих источниках;

3) алкалофилы – оптимальные условия для развития находятся в пределах значений рН 9,0–10,5, которые встречаются в щелочных почвах, в местах скопления экскрементов животных.

Читайте также:  Дибазол с папаверином соотношение при давлении

Хотя микроорганизмы могут выполнять процессы жизнедеятельности в условиях различной рН среды, реакция внутри их клеток поддерживается близкой к нейтральной, что достигается из-за наличия в цитоплазме буферных систем и низкой полупроницаемости мембраны для ионов водорода.

5 Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду

Клетки микроорганизмов не могут существовать без кислорода. Основным источником кислорода является вода, он содержится в СО2 и многих органических соединениях. Многим микроорганизмам помимо этого необходим молекулярный кислород. Главная функция О2 состоит в том, что он служит конечным акцептором электронов при аэробном дыхании; при этом он восстанавливается до воды. По отношению к молекулярному кислороду все бактерии можно разделить на несколько физиологических групп:

1) облигатные аэробы – бактерии, способные получать энергию только путем аэробного дыхания и поэтому им нужен О2. Среди них следует выделить микроаэрофилы – это бактерии, которые нуждаются в О2 для получения энергии, но растут они только при низком его содержании в среде (2–5 %);

2) факультативные анаэробы (или факультативные аэробы) – бактерии, способные расти как в присутствии, так и в отсутствии О2. Они могут переключать свой энергетический метаболизм с аэробного дыхания на брожение или анаэробное дыхание. Примером таких бактерий служат некоторые виды молочнокислых бактерий. Среди факультативных анаэробов следует выделить аэротолерантные бактерии, которые могут расти в присутствии атмосферного кислорода, но не способны его использовать в качестве акцепторов электронов, получая энергию исключительно с помощью брожения;

3) облигатные анаэробы – могут расти только в среде, лишенной молекулярного кислорода, поскольку он токсичен для них. К числу строгих анаэробов относятся некоторые маслянокислые бактерии.

Токсичность молекулярного кислорода для анаэробных бактерий связана с отсутствием в их клетках механизмов, которые обеспечивают детоксикацию сильных окислителей, образующихся в его присутствии.

6 Репарация повреждения ДНК у микроорганизмов

Репарация (репаративный синтез) — восстановление нативной первичной структуры молекулы ДНК, т. е. исправление повреждений, спонтанно возникающих в процессе репликации и рекомбинации, либо вызванных действием внешних факторов. Репарация происходит с помощью набора специфических репаративных ферментов. Дефектность репарации ДНК наблюдается при некоторых наследственных кожных заболеваниях человека.

Различают три основных механизма репарации ДНК: 1) фотореактивация; 2) темновая (эксцизионная) репарация; 3) пострепликативная репарация.

1) Фотореактивация – восстановление молекул ДНК, поврежденных УФ-лучами, в результате последующего воздействия на них видимого света. Это самый простой и прямой механизм репарации.

2) Системы темновой репарации удаляют неправильно спаренные либо поврежденные основания из ДНК и затем синтезируют новую последовательность ДНК, которая замещает их.

3) Пострепликативная репарация. Восстановление повреждений происходит после репликации ДНК. Этот тип репарации не происходит в клетках, дефектных по рекомбинации, еще ее называют рекомбинационной репарацией. В результате рекомбинационной репарации у части дочерних молекул ДНК сохраняются повреждения ее первичной структуры.

У бактерий E. coli имеется особый механизм репарации. Система SOS-репарации включается тогда, когда повреждений в ДНК становится настолько много, что жизнь клетки поставлена под угрозу. В этом случае клетка мобилизует дополнительные ресурсы и спасает свою жизнь путем ошибок. Среди выживших клеток повышается уровень мутирования.

Установлено, что многие воздействия, которые повреждают ДНК либо ингибируют ее репликацию у бактерий E. coli, индуцируют серию фенотипических изменений, получивших название SOS-ответа.

В настоящее время идентифицировано 11 генов, которые участвуют в SOS-ответе в результате активации их продуктов. Некоторые из sos-генов активны только в поврежденных клетках; другие активны и в необработанных. Механизм SOS-ответа является обратимым.

Источник

Adblock
detector