Химический состав м/организмов сходен с химическим составом тела животных и растений.
Важнейшими химическими элементами, преобладающими в составе клеток м/организмов, является углерод, кислород, Н2, N2, S, Р, К, Мg, Са и Fе.
Первые из 4 элементов составляют основу органических веществ - их называют органогенными элементами. Их соединения 90-97% на сухое вещество. Другие элементы называются зольными или минеральными, на их долю приходится 3-10%. Больше всего Р, который входит в состав многих веществ цитоплазмы. В крайне малых количествах в состав входят микроэлементы, но при этом выполняют важную роль в процессах жизнедеятельности (Cu, Mn, Zn, Mo). Соотношение элементов будет зависеть от вида и роста организмов.
Вода - H2O
В составе микроорганизмов вода занимает 75-90% массы. В клетке протекает множество различных химических процессов. Одни сложные вещества разлагаются, другие образуются из более простых соединений; вода же является ой необходимой средой, в которой только и могут осуществляться все эти химические реакции, с водой же удаляются из клетки продукты обмена.
Все вещества поступают в клетку только с водой и с ней же удаляются.
Часто вода в клетке находится в связанном (с белками, углеводами) состоянии и входит в состав клеточной структуры.
Вода в свободном состоянии служит дисперсной средой для коллоидов и растворителем р. органических и минеральных соединений, которые образуются в клетке в результате обмена веществ. Учувствует во многих хим.реакциях протекающих в клетке. Содержание свободной воды в клетках может изменяться в зависимости от условий внешней среды, физиологического состояния клетки, ее возраста. Потеря свободной воды влечет за собой высыхание клетки, т.е. ее смерть.
Органические вещества
Сухое вещество тела микроорганизмов не превышает 15-25% и состоит преимущественно (до 95%) из органических соединений - белков, углеводов, жиров, лепидов и др. Минеральные соединения составляют не более 5-15% сухого вещества. Большая часть зольных элементов в клетке химически связана с органическими веществами и входит в их состав.
Содержание белковых веществ у бактерий достигает 40-80% сухого вещества, у дрожжей 60%, у грибов - 15-40%. В состав клеток микроорганизмов входят белки простые (протеины) и сложные (протеиды). Белки выполняют две основные функции: во-первых, входят в состав всех мембран клетки; во-вторых, играют роль ферментов-биохимических катлизаторов. Среди белков есть и такие, которые убивают жизнь,- токсины. Бактериальные токсины наиболее ядовитые. Благодаря тому, что микроорганизмы богаты белками возможно их пищевое и кормовое использование. Продуцентами могут быть дрожжи, бактерии и водоросли, особенно цианобактерии.
Также в состав клеток микроорганизмов входят в небелковые азотистые вещества - аминокислоты, пурины и др.
Углеводы в теле микроорганизмов используются для синтеза белков и жиров, построения клеточных оболочек и капсул, а также в качестве энергетического материала в дыхательных процессах. Углеводы как и белки могут откладываться в клетках в виде запасных питательных веществ. Содержание углеводов достигает 10-30% их сухой массы (бактерий); у грибов выше 40-60%.
В теле микроорганизмов углеводы встречаются в виде пентоз, гексоз, полисахаридов. полисахариды находятся и в связанном состоянии с белками и минералами.
Липиды (жиры, жироподобные вещества липоиды)
Обычное их содержание не превышает 3-10% сухой массы. В редких случаях у дрожжей и грибов может доходить до 40%. В клетках микроорганизмов жировые вещества находятся в свободном (как запасные вещества) и в связанном состоянии, в комплексе с белками и углеводами. Больше всего липидов сосредоточено в цитоплазматической мембране клеток.
В микроорганизмах имеются также кислоты и их соли, спирты, пигменты, витамины.
Пигменты (красящие вещества)
В значительной доли находятся в составе бактерий, дрожжей, грибов. Они содержатся главным образом в клеточном соке. Этим обуславливают окраску микроорганизмов. Пигменты могут выделяться из клеток в среду. У н. бактерий они выполняют роль хлорофила зеленых растений, учавствуя в ассимиляции углекислого газа. Они учавствуют в процессах дыхания, обладают антибиотической активностью.
Минеральные вещества
Встречаются такие минеральные вещества: сульфаты, карбонаты, фосфаты, хлориды. Они играют роль в регуляции внутриклеточного осмотического давления и коллоидного состояния цитоплазмы. Влияют на скорость и направление многих биохимических реакций, протекающих в клетке. Некоторые являются стимуляторами роста, активаторами ферментов.
РОСТ МИКРООРГАНИЗМОВ Рост микробной клетки – это увеличение размера и массы одной особи между двумя делениями. В результате обменных процессов с окружающей средой и внутриклеточного метаболизма происходит рост и развитие организма. Конечная цель развития м/организма - размножение. Под ростом подразумевается не только рост отдельной клетки, но и большее увеличение числа клеток в результате размножения, т.е. рост культуры микроорганизмов. Культура представляет собой совокупность особей, которое занимает определенное жизненное пространство. Культуру называют чистой, если она представлена м/организиами одного вида. Культуру, в которой содержится более чем один вид микробов, называют смешанной или гетерогенной.
Рост бактерий в статической культуре. Кривая роста.
При внесении бактерий в питательную среду они обычно растут до тех пор, пока содержание какого-нибудь из необходимых им компонентов Среды не достигнет минимума, после чего рост прекращается. Если на протяжении всего времени не прибавлять питательных веществ и не удалять продуктов обмена, то получится статическая бактериальная культура.
Кривая, которая описывает зависимость логарифмов числа клеток от времени – называется кривой роста. Кривая роста имеет S-образную форму. Различают несколько фаз роста, которые сменяют друг друга в определенной последовательности.
Начальная фаза (лаг фаза) охватывает промежуток времени между началом роста и достижением максимальной скорости роста. Продолжительность этой фазы зависит от предварительного культивирования, от возраста м/организма, и на сколько пригодна для роста данная питательная среда. В этот период в бактериальных клетках содержание РНК увеличивается в 8-12 раз. Это указывает на участие РНК и рибосом в синтезе необходимых ферментных белков.
Экспоненциальная (логарифмическая_ фаза роста характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток. Эта скорость деления во время этой фазы зависит от вида бактерий и от Среды. Одни представители делятся через каждые 15 мин. при температуре 37 С, другие 6-150 мин., даже 5-10 часов. Величина клеток и содержание белка в клетках остаются постоянными.
В вязи с тем что в этой фазе скорость деления клеток относительно постоянна, эта фаза наиболее удобна для определения скорости деления бактерий и для изучения влияния факторов внешней среды на данный вид.
Стационарная фаза наступает тогда, когда число клеток перестает увеличиваться. Скорость роста зависит от концентрации субстрата. Поэтому при уменьшении этой концентрации Наблюдается снижение скорости роста, Переход от экспоненциальной к стационарной фазе роста происходит постепенно. Скорость роста может снижаться и за счет большой плотности бактериальной популяции или из-за накопления токсичных продуктов обмена. В стационарной фазе могут происходить такие процессы, как использование запасных веществ, синтез ферментов, быстро гибнут очень чувствительные клетки. Количество биомассы, достигнутое в стационарной фазе, называют выходом или урожаем
Фаза отмирания: массовая гибель бактериальных клеток, выживают единничные особи, которые переходят в состояние покоя.
Причины гибели клеток:
- истощение источников питания
- накопление токсичных веществ
- нехватка пространства
Рост в непрерывной культуре.
В статической культуре условия все время изменяются: плотность популяции бактерий увеличивается, а коцентрация субстрата уменьшается.
Для многих физиологических исследований представляется дать возможность клеткам длительное время находится в фазе экспоненциального роста при постоянной концентрации субстрата и неизменных прочих условиях.
Добиться того положения можно, многократно перенося клетки на новую питательную среду. Той же цели можно добиться, если в сосуд, содержащий популяцию растущих клеток, непрерывно вводить новый питательный раствор и одновременно удалять из него соответствующее количество бактериальной суспензии. Такой метод положен в основу непрерывного культивирования в хемостатах и турбидостатах.
Хемостат состоит из сосуда-культиватора, в который из особого резервуара поступает с постоянной скоростью питательный раствор. Благодаря аэрации и механическому перемешиванию в культиваторе создаются оптимальные условия для снабжения кислородом и быстрого распределения питательных веществ. По мере поступления в сосуд питательного раствора из сосуда вытекает бактериальная суспензия.
Работа турбидостата основывается на поддержании постоянной плотности бактериальной суспензии или постоянной мутности. Фотоэлемент, который измеряет мутность, регулирует через систему реле поступление питательного раствора. В сосуде для культивирования все питательные вещества содержатся в избытке и скорость роста бактерий приближается к максимальной.
Основные различия между статической и непрерывной культурой.
1. Статическую культуру можно рассматривать как закрытую систему, которая в своем развитии проходит все фазы роста. Каждый из этих периодов характеризуется определенными условиями. Автоматическое регулирование в статической культуре невозможно.
2. Непрерывная культура представляет собой открытую систему, которая стремится к равновесию.
