Микроорганизмдер физиологиясы

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

МИКРООРГАНИЗМДЕР ФИЗИОЛОГИЯСЫ

Микроорганизмдердің химиялық құрамы

Тіршілік әрекеті барысында мнкроорганизмдер басқа жануарлар сияқты қоректенеді, тыныс алады және көбейеді. Клеткаға келіп түскен қоректік заттар оның қабығын және цитоплазмасын құрауға және сонымен бірге энергия алуға жұмсалады. Тіршілік әрекеті барысында микроорганизмдерде ассимиляция және диссимиляция процестері дамылсыз жүріп жатады.

Микробтар клеткасы негізінен судан және құрғақ заттан тұрады. Мұнда су мөлшері 75-85% болса, құрғақ заттар үлесіне 25-15 проценттейі тиеді. Құрғақ заттар деп отырғанымыз түрлі органикалық және минералдық қосылыстар. Су мен құрғақ заттық мұндай арақатысы әр түрлі микроорганизмдерде түрліше болады.

Су - бактерия клеткаларының құрамындағы негізгі заттардың бірі. Ылғалды жерде ғана клеткада өте күрделі химиялық процестер жүреді. Қоректік заттар сумен бірге клеткаға түссе, керексіз заттар сол су молекулаларына ілесіп тыска бөлініп шығады. Микроорганизмдердің құрғақ затында негізінен төрт элемент: көміртегі, азот, оттегі және сутегі бар. Бұл элементтер құрғақ заттың 80-90 процентін алып жатады. Ал қалғандары: фосфор, күкірт, калий, кальций, магний, темір, натрий, хлор, марганец және басқалары. Негізгі төрт элементтердің ара қатысын мына деректерден байқауға болады (3-таблица) .

Құрғақ заттың ең негізгі бөлігі - белок заттары. Оның мөлшері құрғақ заттың 80 проценттейіне тең. Қоректік орта азотты заттарға бай болғанда бактериялар клеткасындағы белокта едәуір мөлшерге артады.

3-таблица

Негізгі элементтердің микробтар клеткасындағы мөлшері

(құрғақ затқа шаққанда, % есебімен)

Элементтер: Элементтер

Бактерияларда: Бактерияларда

Ашытқы саңырау-құлақтарда: Ашытқы саңырау-құлақтарда

Зең саңырауқұлақ-тарда: Зең саңырауқұлақ-тарда

Элементтер:

Көміртегі

Азот

Сутегі

Оттегі

Бактерияларда:

50, 40

2, 30

6, 78

30, 52

Ашытқы саңырау-құлақтарда:

-19, 8

12, 4

6, 7

31, 1

Зең саңырауқұлақ-тарда:

47, 90

5, 24

6, 7

40, 16

Зерттеулерге қарағанда, микробтар белогында өсімдіктер мен жануарлар белоктарында болатын амин қышқылдарының барлығы дерлік кездеседі. Бірақ та әр түрлі бактерияларда амин қышқылдарының саны мен сапасы бірдей бола бермейді.

Негізінен микробтар клеткасында жай (протеиндер) және күрделі (протеидтер) белоктар бар. Жай белоктардағы амин қышқылдары сапасы жағынан жоғары сатыдағы организмдердің амин қышқылдарына өте ұқсас. Микробтар тіршілігінде күрделі белоктардың алатын орны ерекше. Оның құрамында, белоктар мен нуклеин қышқылдарынан тұратын нуклеопротеид-тер бар. Олардың микроорганизмдер өскенде, көбейгенде зор маңызы болады.

Кейбір микроорганизмдерде кездесетін қор заты - волютин құрамында да осы нуклеопротеидтер бар.

Әр түрлі бактерияларда нуклеин қышқылының мөлшері де түрліше және ол құрғақ затқа шаққанда 10-28% шамасында болады. Нуклеин қышқылдары негізінен екі түрлі: олар РНК (рибонуклеин қышқылы) және ДНК (дезоксирибонуклеин қышқылы) . РНК көбінесе протоплазмада кездеседі де, белокты синтездеуде актив қатысады және тұқым қуалаушылық қасиетін өзінде сақтайтын химиялық қосылыс - ДНҚ-ның қызметіне көмектеседі.

Басқа күрделі белоктардан бактериялар клеткасында глюкопротеидтер, липопротеидтер, хромопротеидтер және көптеген ферменттер кездеседі.

Микроорганизмдер денесінде углеводтар негізінен полисахаридтер: гликоген, крахмал және клетчатка күйінде кездеседі. Әсіресе полисахаридтер клетка сыртында капсуласы бар, азото-бактер т. б. сияқты микроорганизм-дерде көбірек болады. Құрғақ затқа шакқанда бактериялардағы углеводтар мөлшері 30 процентке дейін, ал саңырауқұлақтарда 60 процентке дейін барады. Углеводтар клетка қабығын құрауда және тіршілікке қажетті энергиямен қамтамасыз етуде маңызы зор. Сонымен бірге олар белок пен майларды түзуге актив қатысады.

Май және май тектес заттар негізінен бактерия клеткаларының қабығында және цитоплазманың бетінде кездеседі. Май тектес заттар клетканың құрғақ затында 3-7% шамасында болады. Ашытқы саңырауқұлақтар денесіндегі май тектес заттардың мөлшері 60 проценттей.

Сонымен қатар бактерия клеткаларында минерал заттар да бар. Олар бактериялар тіршілігінде үлкен қызмет атқарады. Мәселен, фосфор клеткадағы нуклепротеидке және май тектес заттардың құрамына енсе, күкірт - кейбір амин қышқылдарын, калий - белок пен углеводтарды түзуге қатысады, темірдің тотығу және тотықсыздану реакциясында маңызы зор және кейбір ферменттердің құрамына енеді. Микроэлементтер фермент-тер мен витаминдер құрамына кіреді және белок түзілу процесіне де белсене қатысады.

Клеткадағы белоктар, углеводтар және майлардың мөлшері бактериялар-дың түріне және олардың қоректену тәсіліне тікелей байланысты. Мәселен, темір бактерияларында басқаларына қарағанда темір, күкірт бактерияларында - күкірт, теңіз микроорганизмдерінде - натрий мен хлор көбірек кездеседі, Сондықтан бұл микроорганизмдерді өсіргенде, олардың ортаға қоятын талабын ескеру қажет.

Микроорганизмдердің химиялық құрамын білудің іс жүзінде зор маңызы бар. Өйткені қандайда болмасын микробтың ортада белокты және майды көп түзетінін білу арқылы оларды өз мақсатымызға бейімдеуге болады. Мәселен, торула утилис деген ашытқы саңырауқұлақ мал азықтық сірнеге (мелясса) аммиак тұзы қосылғанда ғана жақсы көбейеді де сөйтіп, ортада белоктың көбірек жиналуына себепші болады. Бұл микроб қоректік зат жеткілікті болғанда сиымдылығы 500 гекталитр болатын заводтағы ыдыстарда 8 сағат ішінде 350 килограмға дейін белок түзе алады.

Микроорганизмдердің қоректенуі

Микроорганизмдерде қоректік заттарды қабылдайтын арнаулы орган болмайды. Сондықтан олар қоректік заттарды барлық денесі арқылы қабылдайды. Осы кезде олар клеткадағы керексіз заттарды сыртқа бөліп те үлгереді. Бұл екі процестің екеуі де өте тез жүреді. Қоректік заттарды қабылдау осмос құбылысына байланысты. Өйткені бактериялар клеткасының қабығы жартылай өткізгіш келеді де белгілі қоректік заттарды қажетті мөлшерде ғана өткізіп тұрады. Микробтар клеткасында болатын заттар ерітіндісі оған белгілі мөлшерде қысым туғызады. Оны осмос қысымы деп атайды. Оның шамасы клеткадағы еріген заттың концентрациясына тығыз байланысты. Егер еріген заттың кондентрациясы неғұрлым артық болса, қысым да соғұрлым арта түседі.

Клеткада жүретін биохимиялық процестердің нэтижесінде жиналған заттар осмос қысымының әсерінен клеткадан сыртқа бөлініп шығып отырады. Ортада су көп болғанда цитоплазма ісініп, клетка қабығын кереді. Мұны тургор құбылысы деп атайды. Клетка шамадан тыс ісінсе, жарылып кетуі де ықтимал.

Қоректік ортаның концентрациясы артқан сайын, мәселен, ас тұзы немесе қант қосылғанда бактерия клеткалары сусызданады. Цитоплазма бастапқы қалпындағыдан анағұрлым кішірейеді де жиырылып клетканың ішіне қарай тартылады. Мұны плазмолиз деп атайды. Мұнда бактерия клеткасының тіршілігі жойылады. Көптеген тағамдық заттарды сақтау үшін тұрмыста қант пен ас тұзының концентрлі ерітінділерін пайдалану осындай ерекшелігіне негізделген.

Әдетте микробтар клеткасы үшін оттегі, сутегі, көміртегі, азот, минерал заттары т. б. қажет. Оттегі мен сутегінің негізгі көзі - су. Ал көміртегінің сіңірілу тәсілдеріне қарай микроорганизмдер үлкен екі топқа бөлінеді.

1) Автотрофты организмдер көміртегін ауадағы көмір қышқыл газынан сіңіреді. Сол ортадағы түрлі минерал заттардың тотығуынан бөлінетін энергия автотрофты организмдердің көміртегін сіңіруіне көмектеседі. Сондықтан бұл құбылысты фотосинтезге керісінше, хемосинтез деп атайды. Автотрофты микроорганизмдерге С. Н. Виноградский ашқан нитрификация-лаушы бактериялар, темір бактериялары, күкірт бактериялары жатады.

Бұлардың кейбір тобына - мәселен, күкірт бактерияларына - жасыл өсімдіктердегідей фотосинтез құбылысы тән.

2) Геторетрофты организмдерге - көміртегін дайын органикалық қосылыстардан алатын микроорганизмдер жатады. Бұларға шіріту бактериялары, әр түрлі ашу процесін қоздырушылар және ауру туғызушы микробтар жатады. Сонымен қатар олар зат алмасу процесінде түзілетін көмір қышқылын да пайдалана алады. Сөйтіп, бұл микроорганизмдердің табиғаттағы өлі қалдықтарды ыдыратудағы ролі үлкен.

Гетеретрофты микроорганизмдер метатрофты және паратрофты болып екіге бөлінеді.

Метатрофтар немесе сапрофиттер өсімдіктер мен жануарлардың өлекселерімен қоректенеді. Бұларға топырақтағы және судағы әр түрлі органиалық заттарды ыдырататып және тағамдық заттарды бүлдіретін микроорганизмдер жатады. Сонымен бірге көптеген бактериялар мен ашытқы саңырауқұлақтар, зең саңырауқұлақтары да сапрофиттер болып есептедеді. Ал паратрофтылар тек тірі организмдер белогында ғана көбейе алады. Бұған адам мен жануарлардың ауру қоздырушы микроорганизмдері жатады.

Көміртегінің көзі ретінде микроорганизмдер көбінесе углеводтарды, спирттерді және түрлі органикалық қышқылдарды (сүт, пропион т. б. қышқылдарды) пайдалана алады.

Микроорганизмдердің барлығы дерлік минералдық заттар мен витаминдерді қажет етеді. Олар минералдық заттарды көп мөлшерде пайдаланбайды. Бұған 10 миллиард бактериялар клеткасында 1 миллиграмм минералдық заттың болатыны анық мысал бола алады. Бірақ минералдық заттар болмаса олар қалыпты тіршілік ете алмайды. Минералдық заттардың біразын (фосфор, күкірт, калий, магний және темір) микроорганизмдер минералдық тұздардан алады да, қалған қажетті мөлшерін органикалық заттар ыдырағанда алады.

Әр түрлі микроорганизмдердің витаминді талап етуі де түрліше. Ол қоректік ортаның құрамына және витаминдерді микроорганизмдердің сіңіру қабілетіне тікелей байланысты. Микроорганизмдердің кейбір түрі өздерінің тіршілік еткен ортасында тіршілік әрекетінің нәтижесінде едәуір мөлшерде В ₂ , В ₁₂ және Д витаминдерін өздері түзе алады. Мұндай микробтарды қазіргі кезде қажетті мөлшерде өндірістік жолмен витамин алуға пайдаланады.

Көптеген микроорганизмдер азотты күрделі қосылыстардан әрқилы дәрежеде сіңіреді. Азот-микроорганизмдер тіршілігі үшін аса маңызды қоректік зат. Ол негізінен тірі протоплазманың тірегі. Азотсыз белок та, ал белоксыз тіршілік те болуы мүмкін емес. Азотты сіңіру қабілетіне қарай микроорганизмдер үлкен екі топқа бөлінеді:

1) Аминоавтотрофты микроорганизмдер. Олар белокты азоттың минералдық және органикалық қосылыстарынан түзеді.

2) Аминогетеротрофты микроорганизмдер. Бұлардың көпшілігі жай қосылыстарда (минерал тұздарда) кездесетін көміртегі мен азоттан кейбір амин қышқылдарын түзеді. Бірақ олардың қалыпты тіршілігі үшін таза күйіндегі амин қышқылдары да қажет.

Бірінші топқа азот қышқыл аммиак тұздарындағы азотты және молекула күйіндегі атмосфера азотын сіңіретін микробтар жатады. Ал екінші топқа тірі организмнің белогынан азотты сіңіретін немесе амин қышқылдарының қосылыстарынан азот алатын түрлер жатады.

Белок заттарын ыдырататын микробтарға көбінесе спора түзуші - пішен таяқшасы, бациллус микойдес және тағы басқалары жатады. Мұнда белок алдымен микробтар ферменттері әсерінен пептонға, одан кейін түрлі амин қышқылдарына ажырайды. Соңында басқа микроорганизмдердің қатысуымен амин қышқылдары аммиакқа, органикалық қышқылдарға, спирттерге және түрлі көмірсутектеріне дейін бөлінеді. Егер амин қыш-қылдарының құрамында күкірт болса, онда ыдырау барысында ұнамсыз иісті күкіртті сутектері пайда болады. Микроорганизмдерді зерттеу және практикада қолдану үшін оларды жасанды қоректік ортада өсіре білу қажет. Бұл мақсатта өндірісте немесе лабораторияда қоректік орталар даярланады. Осындай арнайы даярланған орталар көмегімен микроорганизмдердің жеке түрлерін өсіріп алып зерттеуге мүмкіндік туады. Әдетте қоректік орталардың құрамы өсірілетін микроорганизмнің табиғатына сай болуы тиіс. Микробиологияда өте кең тараған қоректік орталардың бірі - ет сорпасынан жасалған орта. Бірақ кейбір микроорганизмдер (сүт қышқылы бактериялары) бұл ортада нашар көбейеді. Сондықтан оларға арнап сүттен, овош, және жемістен жасалған бірнеше қоректік орталар даярлайды. Микроорганизм-дерді өсіру үшін қолайлы қолдап құрастырылған жасанды қоректік орталарды да пайдаланады. Мұндай орта сұйық және тығыз болуы да мүмкін. Сұйық ортаға ет-пептонды сорпа жатады. Ал тығыз орталарды алу үшін сұйық ортаға тез арада қататын теңіз балдырларынан алынған агар-агар деген затты қосады.

Микроорганизмдердің тыныс алуы

Әр түрлі организмдер өздерінің тіршілігі және клеткада күр-делі органикалық қосылыстардың түзілуі үшін үнемі энергияны керек етеді. Жасыл өсімдіктер энергияны хлорофильдер көмегімен күн сәулесінен алады. Ал микроорганизмдердің басым көпшілігінде мұндай қасиет болмағандықтан энергияны органикалық немесе минералдық заттарды химиялық жолмен ыдырату барысында алады. Міне бұл энергия микробтар тіршілігінің негізгі көзі болып есептеледі. Тотығу процесі әрбір тірі клеткада жүретіндіктен бұл процесті тыныс алу деп атанды. Микроорганизмдердің тыныс алуы мен қоректенуі арасында тығыз байланыс болғандықтан оларды жеке қарауға болмайды. Өйткені бактерия клеткасына қоректік заттар енген кезде біраз мөлшерде энергия пайдаланылады. Ал тыныс алу кезінде энергияның сыртқа бөлініп шығатыны да белгілі. Бұл екі процесс бір мезгілде жүруі мүмкін. Мәселен, қоректік орта ретінде қант алынса, гетеретрофты микроорганизм-дер оны ез денесінің белогын құрауда көміртегінің көзі ретінде пайдаланады және энергияны да осыдан алады. Тіршілік барысында бактерия клетка-ларынан біраз мөлшерде жылу бөлінеді. Оның бірсыпырасын клетка пайдаланса, бірсыпырасы сыртқы ортаға бөлініп шығып температураның жоғарылауына себеп болады. Қанттың ыдырауы мына реакция бойынша жүреді: