Контрольная работа по «Микробиология»

Семейство сахаромикодов

Клетки лимоновидной формы, размножаются почкующимся делением, а в неблагоприятных условиях – спорообразованием. Дрожжи рода Saccharomycoides вызывают спиртовое брожение, но являются вредителями в виноделии, так как образуют продукты, придающие винам неприятный прокисший запах. Такие дрожжи называются дикими дрожжами.

По классификации Ж. Лоддера и Крегера Ван Рия несовершенные дрожжи, не способные размножаться половым путем, а также утратившие способность к спиртовому брожению, представляют собой почкующиеся или делящиеся клетки, некоторые из них образуют псевдомицелий (вытянутые клетки). Классификация основана на следующих систематических признаках: способность образовывать ложный мицелий и отношение к сахарам. К аспорогенным относятся дрожжи родов Candida, Torulopsis, Rhodotorula (дикие дрожжи).

Особенности строения дрожжевой клетки.

Дрожжевая клетка имеет сложное строение, отдельные структуры ее дифференцированы и специализированы для осуществления энергетических и синтетических процессов. Каждая дрожжевая клетка состоит из клеточной плазмы, которая окружена клеточной мембраной и в которой находится ряд  органелл, обеспечивающих реакции обмена веществ.

 Дрожжевая клетка (рис. 3) состоит из клеточной плазмы (цитоплазма) (1), которая окружена клеточной мембраной (3) и в которой находится ряд органелл, обеспечивающих реакции обмена веществ. При этом важнейшей органеллой является, естественно, клеточное ядро (нуклеус) (10) - управляющий центр клетки. Оно окружено замкнутой двойной пористой мембраной ядра. Ядро регулирует и направляет химические процессы в клетке и образует с цитоплазмой единую взаимосвязанную систему.

 Ядро клетки содержит основное вещество (плазму), матрицу ядра и хромосомы. В них каждая клетка хранит свой структурный план, закодированный в форме генов. Гены построены из полимерной молекулы, дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), информационный объем которой составляет 109 -1010 бит. ДНК управляет всеми процессами обмена веществ, роста и развития клетки. В ядре клетки размещено также ядрышко (nucleolus) (12), состоящее из рибонуклеиновой кислоты.

Рисунок 3 - Дрожжевая клетка (по Hough, Briggs и Stevens):

1 - цитоплазма; 2 - клеточная стенка; 3 - клеточная мембрана; 4 - почечный рубец;  5 - митохондрии;  6 - вакуоль;    7 - полиметафосфатная гранула; 8 - липидная гранула; 9 - эндоплазматическая сеть, 10 - клеточное ядро (нуклеус); 11 -  мембрана ядра; 12 - ядрышко

 Дрожжевая клетка содержит большое количество митохондрий (5). Митохондрии получают пируват, образующийся в цитоплазме, и разлагают его в процессе дыхания на диоксид углерода и воду с образованием аденозинтрифосфата (АТФ) и аденозиндифосфата (АДФ), представляющих собой носители энергии. Поэтому митохондрии называют иногда «энергетическими станциями клетки».

 Шероховатая эндоплазматическая  сеть (ЭС) (9) служит для синтеза  протеина, а гладкая эндоплазматическая  сеть синтезирует липиды и  отвечает за процессы освобождения от ядовитых веществ. Образующийся протеин блокируется и перемещается в предусмотренное место в везикулах, снабженных оболочкой. Эту задачу берет на себя комплекс Гольджи, представляющий собой своего рода «сортировочную станцию». Секреторная везикула с ядовитым веществом (например, со спиртом) транспортируется к клеточной мембране и выносится наружу.

 За переработку отходов клетки  отвечают лизосомы, обеспечивающие  внутриклеточное пищеварение и  разлагающие высокомолекулярные  структуры в низкомолекулярные. Рибосомы синтезируют протеин и распределяют его в клетке. Тем самым они отвечают за соединение аминокислот с образованием продуктов генного синтеза в соответствии с информацией, получаемой из ядра клетки.

 Особенно важны клеточные  мембраны, которые окружают не только всю клетку, но и ее многочисленные органеллы. ЭС осуществляет интенсивное производство этих мембран. Важными структурными элементами клеточных мембран являются фосфолипиды, структура которых имеет важное значение для их функционирования: два остатка жирной кислоты этерифицируются глицерином (С3Н5(ОН)3), на третью ОН - группу глицерина прикрепляется через фосфатный остаток аминокислота (фосфолипид). Построение клеточной мембраны из молекул фосфолипидов  обусловливает два взаимно противоположных свойства структуры: в то время как глицериновый остаток с фосфором и аминокислотным остатком притягивает воду (является гидрофильным), хвосты кислотных остатков, расположенные в клеточной мембране плотно друг к другу, а в двух слоях - друг против друга, отталкивают воду (являются гидрофобными). В результате образуется непроницаемый двойной слой (мембрана) без наличия связей между фосфолипидными молекулами.

 Клеточная мембрана дрожжевой  клетки обладает толщиной 6 нм  и составляет всего 1/1000 клеточного  диаметра, она окружает не только весь объем дрожжевой клетки, но и образует мембраны вокруг клеточных органелл, и разделяет отдельные области клетки. Поверхность дрожжевой клетки составляет около 150 мкм2, 10 г прессованных дрожжей имеют контактную поверхность около 9...10 м2.

 Энергоемкое образование липидов, представляющих собой главные  составные части мембран, зависит  от наличия кислорода. При этом  часть имеющихся жирных кислот превращается в ненасыщенные жирные кислоты, имеющие более низкую температуру плавления и соответственно обладающие более высокой текучестью. При недостатке кислорода построение клеток преждевременно прекращается.

 Стенка клетки полупроницаема. Поступление растворенных веществ (сахаров, аминокислот, жирных кислот, минеральных веществ) происходит  избирательно через нерастворимые  транспортные протеины, находящиеся  в мембране  и пропускающие  совершенно определенные группы веществ. Выделение наружу продуктов распада,  образованного спирта, происходит через мембрану при помощи так называемой везикулы Гольджи.

 К внешней поверхности клеточной  мембраны прикреплены гликолизированные  полисахаридные остатки (гликокаликс), состоящие на 30...40% из маннана и на 30...40% - из глюкана. Находящийся снаружи маннан связан сложной эфирной связью с фосфором, а находящийся внутри глюкан связан сложной эфирной связью с серой и интегрирован в общем комплексе белков и ферментов, которые обеспечивают расщепление веществ для прохода их через клеточную мембрану. Поэтому структура этих сложных образований играет большую роль. На внутренней и внешней стороне мембраны находятся периферийные протеины; на внутренней стороне расположен еще слой трегалозы.

 Совокупность оболочки, состоящей  из клеточной мембраны, прикрепленных  слоев и гликокаликса, называется стенкой клетки. Клеточная стенка представляет собой жесткую структуру толщиной 25 нм, составляет около 25% сухой массы клетки и состоит в основном из глюкана, маннана, хитина и белка. Организация клеточной стенки недостаточно изучена, однако современные теории отдают предпочтение модели трехслойной структуры, согласно которой внутренний глюкановый слой отделен от внешнего маннанового промежуточным слоем с повышенным содержанием белка.

 В цитоплазме, занимающей более 50% объема клетки, располагается  большинство путей обмена расщепленных  питательных веществ и построения  собственных элементов клетки. Весь  промежуточный обмен веществ - гликолиз, синтез жирных кислот, биосинтез протеинов и многое другое протекает здесь параллельно друг другу. В водной среде движутся рибосомы, ферменты и продукты расщепления - близко друг от друга в мощных потоках среды. Цитоплазма регулирует обмен питательных веществ и метаболитов благодаря избирательной проницаемости.

 Условия культивирования дрожжей  влияют на структуру цитоплазмы  клетки. В аэробных условиях ("дышащая" клетка) она однородна и не  содержит включений, в анаэробных  же ("бродящая " клетка) - то появляются, то исчезают мелкие вакуоли и различные органоиды. Характерной особенностью вакуолей дрожжей является наличие в них метахроматина (волютина). Он может накапливаться в больших количествах как запасное вещество, при голодании запас его быстро уменьшается, как это происходит с жиром и гликогеном.

 Морфологическое строение дрожжевой  клетки часто оказывает влияние  на физиологическое состояние. У  молодых клеток оболочка тонкая, протоплазма мелкозернистая. По  мере старения клетки протоплазма  становится крупнозернистой и количество включений и вакуолей в ней увеличивается. Старые, голодающие клетки обычно находятся в осадке и характеризуются зернистой протоплазмой; мертвые клетки имеют неправильную форму и окрашиваются метиленовым синим.

 Зачастую в клетке можно  обнаружить наполненные кислым клеточным соком и окруженные мембраной пространства - так называемые вакуоли. Здесь откладываются определенные протеины и избыточные соли. С помощью обратимой мобилизации кристаллов солей клетка может регулировать ее внутреннее давление (тургор), если, например, осмотическое дав­ление снаружи увеличится благодаря повышенному содержанию экстракта или спирта. Зрелые дрожжевые клетки содержат большую вакуоль. Считают, что при образовании почки вакуоль дробится на мелкие вакуоли, которые распределяются между материнской клеткой и почкой. В дальнейшем эти мелкие вакуоли снова сливаются, образуя по одной вакуоли в материнской и дочерней клетках. Функция вакуоли точно не установлена. В ней содержатся гидролитические ферменты, полифосфаты, липиды, ионы металлов и др. Вакуоль, возможно, выполняет функции резервуара для хранения питательных веществ и гидролитических ферментов.

 Наиболее существенными составными  частями дрожжевой клетки являются  углеводы, азотосодержащие, гуминовые  и минеральные вещества. Дрожжи содержат 24...30 % сухого вещества и 70...76 % воды. Сухое вещество на 90...95 % состоит из органических и на 5...10 % - из неорганических веществ: фосфорной кислоты и калия. Белков и других азотосодержащих веществ в дрожжах содержится 54...56 %. Иногда при снижении гликогена в клетке азотосодержащих веществ может быть до 70%, причем 90 % их являются высокомолекулярными соединениями (белки) и 10% - низкомолекулярными (аминокислоты).

 В дрожжевой клетке содержится 24...40 % углеводов в пересчете на сухое вещество. Они состоят в основном из гликогена, который вместе с трегалозой представляет собой запасные вещества. Гликоген - запасное питательное вещество в дрожжах, характеризующее их хорошее физиологическое состояние. Расщепление гликогена дает энергию для синтеза стеролов и ненасыщенных жирных кислот, которые важны для правильной работы дрожжевых мембран, особенно в анаэробных условиях. Поэтому содержание этих веществ может служить показателем жизнеспособности дрожжей.

 При избытке питательных веществ, например, после начала брожения, дрожжевая клетка запасает резервные вещества. По данным Кунце содержание гликогена может возрасти на 30 % и более от содержания СВ дрожжей; он помещается в аккумулирующих гранулах, расположенных в цитоплазме. Считается, что важна не абсолютная концентрация гликогена, а изменение относительного количества в течение той или иной стадии процесса. Существенное снижение содержания гликогена говорит о неблагополучном состоянии дрожжей.  Точно так же, как фосфаты и липиды, которые требуются дрожжам для построения новых веществ клетки, откладывается трегалоза (дисахарид).

2. Пропионовокислое брожение. Характеристика пропионовокислых  бактерий.

Пропионовокислые бактерии - неспороносные грамположительные неподвижные палочки размером 0,5—0,8 или 1,0—1,5 мкм (в молодых культурах — искривленные, слегка ветвящиеся палочки, в более старых — кокковидной формы). Образуют колонии жёлтого, оранжевого или красного цвета, растут как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

 Пропионовокислые бактерии  родственны по ряду свойств  гетероферментативным молочнокислым  бактериям Они, как и молочнокислые  бактерии, не встречаются в почве  или водоемах. Обитают в основном  в рубце и кишечнике жвачных  животных, в молочных продуктах (не  в молоке). Пропионовокислые бактерии — возбудители пропионовокислого брожения, сбраживают глюкозу, лактозу и др. углеводы, а также некоторые спирты с образованием пропионовой и уксусной кислот и CO2. После молочнокислого брожения, когда лактоза превращена в молочную кислоту, начинают размножаться.

 Пропионовокислые бактерии  применяют для микробиологического  синтеза витамина B12. Пропионовые  бактерии могут синтезировать  гемсодержащие белки. В их клетках  обнаружены цитохромы.

 Конструктивный метаболизм  пропионовых бактерий претерпел дальнейшую эволюцию в сторону большей независимости от органических соединений внешней среды. Пропионовые бактерии характеризуются хорошо развитыми биосинтетическими способностями и могут расти на простой синтетической среде с аммонийным азотом в качестве единственного источника азота при добавлении к среде пантотеновой кислоты и биотина, а для некоторых видов и тиамина. У ряда пропионовых бактерий обнаружена способность к азотфиксации.

 Местообитание пропионовых  бактерий — кишечный тракт жвачных животных, молоко, твердые сыры, в приготовлении которых они принимают участие.

Пропионовокислое брожение: химизм и особенности

 Основные продукты пропионовокислого  брожения, вызываемого несколькими  видами бактерий из рода Propionibacterium, — пропионовая (CH3CH2OH) и уксусная кислоты и CO2. Химизм пропионовокислого брожения сильно изменяется в зависимости от условий. Это, по-видимому, объясняется способностью пропионовых бактерий перестраивать обмен веществ, например, в зависимости от аэрации. При доступе кислорода они ведут окислительный процесс, а в его отсутствии расщепляют гексозы путём брожения. Пропионовые бактерии способны фиксировать CO2, при этом из пировиноградной кислоты и CO2 образуется щавелевоуксусная кислота, превращающаяся в янтарную кислоту, из которой декарбоксилированием образуется пропионовая кислота.