Фізіологія мікроорганізмів

Фізіологія мікроорганізмів вивчає їхню функціональну актив­ність та їх взаємовідносини з навколишнім середовищем. Іншими словами, предметом фізіології мікроорганізмів є вивчення фізичних, хімічних та біологічних процесів, що відбуваються у живій клітині, а також вивчення фізичних, хімічних та біологічних перетворень, що викликаються мікробами у навколишньому середовищі.

У харчовій мікробіології при вивченні фізіології мікроорга­нізмів особливу увагу приділяють властивостям та біологічній діяль­ності мікроорганізмів, які виявляють вплив на формування якості харчових продуктів у процесі їх виробництва, а також мікро­організмів – збудників псування харчових продуктів у процесі їх зберігання, транспортування та реалізації.

Знання фізіології мікроорганізмів дозволяє керувати їх життє­діяльністю, а саме:

· ефективно використовувати корисні властивості мікробів з народногосподарською метою: посилювати накопичення мік­роб­ної маси або направляти біологічну активність відповідно до конкретних завдань виробництва (як приклад можна привести вирощування кормових дріжджів на поживних середовищах із надлишком азотистих речовин з метою отримання маси дріжджів, багатих білком), накопичення дріжджами етилового спирту із глюкози у кислому середовищі та накопичення гліцерину тими ж дріжджами, коли процес відбувається у лужному середовищі;

· пригнічувати життєдіяльність шкідливих мікробів і, таким чином, розробляти раціональні способи зберігання харчових продуктів, шляхи профілактики харчових захворювань мікробної природи, санітарний режим підприємств.

Фізіологія мікроорганізмів тісно пов’язана з іншими приро­дознавчими науками, біохімією, загальною біологією, фізичною хімією та фізикою.

Вивчення фізіології мікроорганізмів базується на глибокому знанні будови мікробної клітини. В наш час завдяки застосуванню найновіших методів дослідження – електронної мікроскопії, радіоак­тивних ізотопів, спектроскопії, електрофорезу та інших – стало можливим проводити дослідження фізіологічних процесів мікроорга­ніз­мів на молекулярному рівні.

Встановлено, що анатомічні структури у мікробів відрізняються за призначенням і виконують у клітині різні життєві функції: цитоплазматична мембрана – напів­проникна плівка, що підтримує у клітині визначений осмотичний тиск; ядерна речовина (молекула ДНК), що забезпечує передачу нащадкам спадкових особливостей; мітохондрії – своєрідні енерге­тичні станції, в яких зосереджені окисно-відновні фер­мен­ти, завдяки яким здійснюються процеси хімічного перетворення речовин і клітина отримує основну частину необхідної їй енергії; рибосоми, що є центрами синтезу білка у клітині.

В останнє десятиріччя встановлена схожість у будові та механізмі спадковості й мінливості мікробів з вищими організмами.

Поняття про обмін речовин

Спосіб життя мікроорганізмів полягає у постійному відтворенні своєї біомаси. Сукупність процесів, що протікають у клітині і забезпечують відтворення її біомаси, називають обміном речовин або метаболізмом.

Обмін речовин між живою клітиною та навколишнім середо­вищем властивий усім організмам, що живуть на Землі. Процеси росту, розвитку, розмноження організму потребують надходження харчових речовин, що використовуються клітиною як будівельний матеріал або як джерело енергії. При цьому організм виділяє в навколишнє середовище різноманітні продукти життєдіяльності.

Клітинний метаболізм складається з двох основних процесів: конструктивного та енергетичного обмінів.

Конструктивний обмін – це потік біохімічних реакцій, в результаті яких будується речовина клітини із компонентів, що надходять із зовнішнього середовища.

Конструктивний будуючий обмін забезпечується живленням – процесом надходження поживи із навколишнього середовища і засвоєнням її клітиною. Поживні речовини, що надійшли в клітину, спочатку розщеплюються на більш прості, а потім із цих низько­молекулярних сполук синтезуються складні, властиві даному організмові, клітинні речовини (тобто здійснюються процеси асиміляції). Конструктивний обмін відбувається із поглинанням вільної енергії.

Енергію необхідну для життєдіяльності, клітини мікроорганіз­мів отримують в результаті енергетичного обміну.

Енергетичний обмін – це потік біохімічних реакцій, в результаті яких із речовин, що надійшли в клітину ззовні, виділяється енергія й запасається у клітині в спеціальних з’єднаннях, що витрачаються клi­тиною у процесах біосинтезу. Енергетичний обмін забезпечується за рахунок так званого дихання.

Дихання – це процеси розщеплення речовин (дисиміляція), що супроводжуються виділенням вільної енергії. Таким чином, речовини, що надійшли у клітину, витрачаються у двох напрямках: одна частина їх використовується у біосинтезі речовин клітини, а друга витрачається у процесах, що забезпечують організм енергією.

Конструктивні та енергетичні процеси протікають у клітині одночасно. Одна і та ж речовина може служити джерелом енергії й будівельним матеріалом, але нерідко у реакціях конструктивного й енергетичного обміну використовуються різні речовини.

Таким чином, ці прямо протилежні процеси – процеси асимі­ляції та дисиміляції, є суцільним комплексом різноманітних перетво­рень речовин та енергії, що знаходяться у тісній взаємодії. Вони необхідні один одному, бо зумовлюють ріст і розвиток організму.

Основні процеси мікробного метаболізму підпорядковуються тим же закономірностям, що й метаболізм вищих організмів. Однак мікроорганізмам притаманні деякі особливості:

· метаболізм різних видів мікробів відрізняється надзвичайною різноманітністю, що пояснюється їх здатністю використо­вувати у якості джерел енергії й вихідних субстратів для будування речовин свого тіла незвичайно широкий набір органічних та неорганічних сполук;

· метаболізм одного й того ж виду мікроорганізмів також від­різняється різноманітністю, зумовленою різними шляхами мета­болізування вихідних субстратів, тобто один і той же субстрат може метаболізуватися різними шляхами в залеж­ності від умов (наприклад, окиснення дріжджами глюкози до етилового спирту у кислому середовищі і до гліцерину – у лужному);

· метаболізм мікроорганізмів характеризується високою актив­ністю: за добу одна клітина здатна споживати масу їжі у
30–40 разів більшу маси свого тіла (основна частина їжі витрачається на енергетичний обмін, і у зовнішнє середовище виділяється значна кількість продуктів обміну). Ця особли­вість мікроорганізмів використовується при переробці рослинної і тваринної харчової та нехарчової сировини, а також пояснює багато процесів псування харчових продуктів;

· особливістю обміну речовин мікроорганізмів є висока здат­ність пристосовуватись (адаптуватись) до умов зовнішнього середовища. Адаптація властива усім живим істотам. У мікро­організмів ця здатність особливо сильна: вона проявляється у зміні характеру обміну в залежності від умов середовища; мікроби здатні виробляти нові для виду, так звані присто­совані, ферменти як відповідь на появу у середовищі нових неспри­ятливих для росту речовин. Процесом пристосування пояс­нюється велика різноманітність у мікроорганізмів типів жив­лення та дихання, а також поява у процесі еволюції мікробів-пара­зитів, патогенних тільки для одного виду тварин (наприклад, патогенні тільки для людини вірус грипу, збудники кишкових інфекцій – дизентерійна та черевно­тифозна паличка та інші).