Состав клеток микроорганизмов вода

Химический состав микроорганизмов

Состав веществ тела микроорганизмов в принципе мало отличается от химического состава тела животных и расте­ний,

Важнейшими химическими элементами, преобладающи­ми в клетках микроорганизмов, являются углерод, кисло­род, водород, азот, сера, фосфор, калий, натрий, магний, кальций, хлор и железо. Первые четыре из указанных» эле­ментов составляют основу органического вещества, поэтому называются органогенными элементами. Они составляют 90-97% сухого вещества. Другие элементы называются зольными или минеральными, на долюих приходится 3-10%. Из них большую часть составляет фосфор, который входит в состав важных веществ клетки (нуклеиновых кислот, АТФ и др.).

В клетках микроорганизмов находятся, хотя и в крайне малых количествах, микроэлементы: медь, цинк, марганец, молибден и многие другие. Некоторые микроэлементы вхо­дят в состав ферментов, витаминов.

Соотношение отдельных химических элементов замет­но колеблется в зависимости от вида микроорганизма и ус­ловий его роста. Содержание (среднее) органогенных эле­ментов в клетках микроорганизмов (в % на сухое вещество) приведено в табл. 1.

Органогенные элементы	Бактерии	Дрожжи	Мицелиальные грибы
Углерод Азот Водород Кислород	50,4 12,3 6,8 30,5	49,8 12,4 6,7 31,1	47,9 5,3 6,5 40,2

Все элементы связаны в клетках в различные соедине­ния, среди которых преобладает вода.

Вода составляет 75-85% массы клеток. Она имеет важ­ное значение в жизни микроорганизмов. Все вещества по­ступают в клетку только с водой, с ней же удаляются и продукты обмена.

Часть воды в клетке находится в связанном Состоянии (с белками, углеводами и другими веществами) и входит в клеточные структуры. Остальная вода находится в свободном состоянии. Она служит дисперсной средой для коллои­дов и растворителем различных органических и минераль­ных соединений, образующихся в клетке при обмене ве­ществ. Вода — участник многих химических реакций, про­текающих в клетке.

Содержание воды в клетке изменяется в зависимости от условий внешней среды, физиологического состояния клетки, ее возраста и т. п. В спорах бактерий и грибов зна­чительно меньше воды, чем в вегетативных клетках, за счет низкого содержания в них свободной воды. Потеря свобод­ной воды влечет за собой высыхание клетки и более или менее глубокие изменения обмена веществ. С потерей свя­занной воды нарушаются клеточные структуры и наступает гибель клетки.

Органические вещества. Сухое вещество клеток мик­роорганизмов не превышает 15—25% и состоит преимуще­ственно (до 85-95%) из органических соединений — бел­ков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов и др.

Белковые вещества являются основными компонента­ми клетки. Содержание их в бактериях достигает 40-80% сухого вещества, в дрожжах 40-60, грибах — 15-40%. По аминокислотному составу белки микроорганизмов сходны с белками других организмов.

Некоторые белки выполняют каталитические функции: катализируют различные биохимические реакции, проте­кающие постоянно в микробной клетке. Такие белки назы­ваются ферментами.

Многие микроорганизмы накапливают большое количе­ство белков в клетке. Считается, что такие микроорганиз­мы можно рассматривать в качестве возможных продуцен­тов пищевого и кормового белка. Рентабельность промыш­ленного производства таких «белковых продуктов» опреде­ляется быстротой накопления биомассы микроорганизмов и использованием для их выращивания дешевого недефицит­ного сырья.

В клетках микроорганизмов содержатсянуклеиновые кислоты — рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибо-нуклеиновая (ДНК).

ДНК сосредоточена главным образом в ядре клеток или в нуклеоидах бактериальных клеток. В молекуле ДНК зако­дирована вся наследственная информация клетки, «записа­ны» все особенности будущего организма, выработанные в процессе длительной эволюции и свойственные данному виду. РНК преимущественно сосредоточена в цитоплазме и в рибосомах.

Углеводы входят в состав различных мембран клеток микроорганизмов. Они используются для синтеза различных веществ в клетке и в качестве энергетического материала. Углеводы могут откладываться в клетке и в виде запасных питательных веществ. В клетках большинства бактерий уг­леводы составляют 10—30% сухого вещества, у грибов со­держание углеводов выше — 40-60%. В теле микроорга­низмов углеводы встречаются преимущественно в виде полисахаридов — гликогена, гранулезы (углевод, близкий к крахмалу), декстрина, клетчатки или близких ей соедине­ний. Полисахариды находятся ив связанном состоянии с бел­ками, липидами.

Липиды в клетках большинства микроорганизмов состав­ляют 3—10% сухого вещества. Лишь у некоторых дрожжей и плесеней количество липидов может быть значительно выше — до 40—60%. Липиды входят в состав клеточной стен­ки, цитоплазматической мембраны и в состав других мемб­ран, а также откладываются в виде запасных гранул. Часть липидов связана с другими веществами клетки, образуя слож­ные комплексы.

В клетках микроорганизмов обнаруживают пигменты, витамины и другие органические вещества.

Пигменты, иликрасящие вещества, обусловливают окраску микроорганизмов, иногда они выделяются в окру­жающую среду. Фотосинтезирующие бактерии содержат особые пигменты типа хлорофилла растений — бактериохлорофилл. Фототрофные бактерии и некоторые дрожжи об­разуют, кроме того, пигменты — каротиноиды. Каротиноиды, как и бактериохлорофилл, участвуют в ассимиляции углекислого газа. У некоторых дрожжей в значительных ко­личествах образуются желто-розовые и оранжевые кароти­ноиды, которые являются провитаминами витамина А.

Минеральные вещества. Они составляют не более 5-15% сухого вещества клетки и представлены сульфатами, фосфатами, карбонатами, хлоридами и др. Фосфаты могут быть в свободном виде и входят в состав различных соеди­нений: нуклеиновых кислот, АТФ и АДФ.

Минеральные соединения играют большую роль в регу­лировании внутриклеточного осмотического давления и кол­лоидного состояния цитоплазмы. Они влияют на скорость и направление биохимических реакций, являются стимулято­рами роста, активаторами ферментов.

Источник

ГК «Униконс»

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

«АльтерСтарт»

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

3.5. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИКРООРГАНИЗМОВ

Химический состав микроорганизмов сходен с химическим составом животных и растений.

Важнейшими химическими элементами, преобладающими в составе клеток микроорганизмов, являются углерод, кислород, Н₂, N₂, S, Р, К, Mg, Са и Fe.

Первые из 4 элементов (углерод, кислород, водород и азот) составляют основу органических веществ — их называют органогенными элементами. Их содержится 90-97% на сухое вещество. Другие элементы называются зольными или минеральными, на их долю приходится 3-10%. Больше всего фосфора, который входит в состав многих веществ цитоплазмы. В крайне малых количествах в состав входят микроэлементы, но при этом они выполняют важную роль в процессах жизнедеятельности (Си, Mn, Zn, Mo). Соотношение элементов будет зависеть от вида и роста организмов.

ВОДА

В составе микроорганизмов вода занимает 75-90% массы. В клетке протекает множество различных химических процессов. Одни сложые вещества разлагаются, другие образуются из более простых соединений; вода же является той необходимой средой, в которой только и могут осуществляться все эти химические реакции, с водой 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 различных органических и минеральных соединений, которые образуются в клетке в результате обмена веществ. Участвует во многих химических 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 клетки микроорганизмов не превышает 15-25% и состоит преимущественно (до 95%) из органических соединений — белков, углеводов, жиров, липидов 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 катализаторов. 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 белка могут быть дрожжи, бактерии и водоросли, особенно цианобактерии.

Также в состав клеток микроорганизмов-входят в небелковые азотистые вещества — аминокислоты, пурины и др.

Углеводы используются микроорганизмами 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 у бактерий достигает 10-30% их сухой массы; у грибов — выше 40-60%.

В клетках микроорганизмов углеводы встречаются в виде пентоз, гексоз, полисахаридов. Полисахариды находятся также и в связанном состоянии с белками и минералами.

Количество липидов (жиров, жироподобных веществ — липоидов) обычно не превышает 3-10% сухой массы. В редких случаях у дрожжей и грибов их содержание 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 значительном количестве находятся в составе бактерий, дрожжей, грибов. Они содержатся, главным образом, в клеточном соке и этим обусловливают окраску микроорганизмов. Пигменты могут выделяться из клеток в среду. У некоторых бактерий они выполняют роль хлорофилла зеленых растений, участвуя в ассимиляции углекислого газа. Они участвуют в процессах дыхания, обладают антибиотической активностью.

Из минеральных веществ встречаются 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.

Источник

ГК «Униконс»

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

«АльтерСтарт»

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

• Вы здесь:
• Библиотека технолога
• Микробиология
• В.Н. Азаров. Основы микробиологии и санитарии

Микрофлора воды

Для ряда микроорганизмов вода является естественной средой обитания.

Особенно богата микрофлора открытых водоемов и рек. Наибольшее количество микроорганизмов находится в поверхностных слоях воды, в прибрежной зоне водоемов. С увеличением глубины количество микроорганизмов уменьшается. Содержание их в воде зависит от времени года и метеорологических условий. Осенью, а также во время разливов рек, сильных дождей, когда в воду попадают микробы, смываемые с поверхности почвы, число их бывает наибольшим. Попадая в природные водные резервуары — моря, реки, озера, пруды с поверхности земли, из воздуха с дождем и пылью, со сточными и хозяйственно-бытовыми потоками, многие микроорганизмы находят там благоприятные условия для жизни. Загрязненность в таких случаях может составлять от десятков тысяч клеток до миллиона в 1 мл.

В соленых водах морей и океанов, в минеральных источниках также обитают приспособившиеся к высокому осмотическому давлению разнообразные микроорганизмы.

Важную роль в формировании микрофлоры природных водных источников играет микрофлора придонного ила. Численность обитающих там бактерий достигает 400 млн. на 1 г ила. На поверхности ила они образуют особый слой, содержащий серобактерии, нитрифицирующие и азотофиксирующие бактерии, а также анаэробные бактерии, разлагающие клетчатку, жиры и другие вещества. Все они обеспечивают круговорот веществ в водоеме.

В воде и илистых отложениях морей, болот, горячих источников обитают древнейшие живые существа нашей планеты — метанообразующие бактерии, использующие в процессе жизнедеятельности водород и углекислоту.

В природных .водах могут активно размножаться и обитать также некоторые из случайно попадающих бактерий, способные довольствоваться минимальными количествами органических веществ.

Значительно ограничивает численность микроорганизмов в воде до глубины 1,5-3 м солнечный свет.

Беднее микрофлора почвенных вод, особенно глубоколежащих водоносных слоев, куда из-за фильтрационных свойств почвы микроорганизмы почти не попадают.

Со сточными водами, выделениями больных людей и животных в воду могут попадать и различные патогенные микробы — холерный вибрион, возбудители брюшного тифа, дизентерийные микробы, сибиреязвенные бациллы и др. Они могут сохраняться в воде длительное время. Так, холерный вибрион, например, в воде выживает до нескольких месяцев и даже перезимовывает, шигеллы — от нескольких дней до 2-6 недель. Возбудитель туберкулеза выживает в речной воде до 5 месяцев, возбудитель туляремии и сальмонеллы — до 3 месяцев. Отсюда становится ясным, что вода, загрязненная патогенными микробами, может явиться причиной массовых заболеваний людей. Поэтому при использовании воды из того или иного источника важно знать степень ее загрязнения. Воду, сомнительную по степени чистоты, следует обязательно кипятить. Особенно опасно фекальное загрязнение воды, так как именно с ним в воду могут вноситься возбудители желудочно-кишечных заболеваний.

Оценка санитарных свойств воды осуществляется с помощью физических, химических и биологических методов. Мутные, окрашенные, пахнущие различными веществами, особенно аммиаком, содержащие много органических веществ воды не должны использоваться без специальной обработки. Однако и прозрачная вода, безупречная по внешним показателям, может быть обильно обсеменена опасной микрофлорой.

Примеси в воде различных химически активных веществ, например аммиака, сероводорода, солей азотной и азотистой кислот, хлоридов и солей фосфорной кислоты, свидетельствуют о загрязнении ее промышленными стоками.

Неудовлетворительная по санитарным показателям вода может явиться не только источником различных инфекций, но и средством их распространения на другие области. Такую воду перед использованием очищают — отстаивают, фильтруют, хлорируют, озонируют, обрабатывают ультрафиолетовыми лучами. Используют другие приемы.

Загрязненные промышленными стоками и бытовыми водами естественные водоемы могут быть приведены в такое состояние, когда их дальнейшее хозяйственное использование невозможно, когда они сами становятся источником опасности — отравлений и инфекций.

В большинстве случаев при умеренном загрязнении водоемов их свойства, чистота воды через некоторое время восстанавливаются в результате естественно протекающего процесса самоочищения.

Процесс естественного самоочищения заключается в комплексе физико-химических и биохимических превращений веществ. Из физико-химических процессов важное значение имеют оседание частиц и включение их в состав ила, окисление и другие химические превращения загрязняющих веществ.

Сточные воды, попав в водоемы, оказываются значительно разбавленными. В этих условиях внесенная со стоками микрофлора, а также естественная микрофлора водоема получают возможность бурно развиваться. При этом ею утилизируются (используются вплоть до полного исчезновения) все внесенные химические загрязнения. Развивавшаяся масса микроорганизмов в свою очередь становится пищевой средой для инфузорий, простейших организмов — обитателей природных вод; она уничтожается также бактериофагами, микробами-антагонистами. В конечном счете, и эта группа организмов в свою очередь потребляется личинками насекомых, мальками рыб, и постепенно таким образом восстанавливается естественное состояние водоема. Однако такой процесс протекает с достаточной интенсивностью лишь в том случае, когда в водоемы попадают не слишком большие количества загрязнений. Сильно загрязненные органическими и другими веществами сточные воды, прежде чем они будут выпущены в водоем, должны проходить предварительную очистку.

Очистка сточных вод. Одним из методов биологической очистки сточных вод является фильтрация их через почву на специальных земельных участках, называемых полями фильтрации. Поступающая на полз фильтрации вода просачивается сквозь почву и отводится дренажными трубами в близлежащий водоем. Накапливающиеся в верхних слоях фильтрационного поля органические вещества под действием бактерий, постоянных обитателей этого слоя, подвергаются аммонификации с образованием аммонийных солей. Последние окисляются в соли азотной кислоты». Большая часть микробов, попавших в фильтрационный слой из сточных вод, задерживается им и вскоре погибает.

Более рациональный способ очистки сточных вод — обработка их на полях орошения. Принцип действия полей орошения такой же, но используются попеременно два участка — на одном идет очистка вод, другой используют для выращивания сельскохозяйственных культур. Через некоторое время функции участков меняются — первое поле используют для выращивания каких-либо культур, второе — для фильтрации. Почвы таких полей, богатые удобрительными веществами, дают отличные урожаи.

Очистка с помощью биологических фильтров заключается в фильтрации сточных вод через резервуары, заполненные пористыми материалами. На большой поверхности этих материалов в виде пленки развиваются разнообразные микроорганизмы, быстро перерабатывающие органические и другие загрязняющие вещества. На первом этапе идут процессы окисления и аммонификации этих веществ, а затем окисления уже самих аммиачных соединений в соли азотной кислоты.

Описанные способы очистки хотя и надежны, но требуют использования больших земельных площадей и времени. Быстрее очистка осуществляется в аэротэнках — проточных бассейнах, в которые вводится так называемый активный ил, в массе которого основная доля приходится на микроорганизмы. С помощью активного ила адсорбируются и перерабатываются органические загрязнения. Воздух, подаваемый под давлением снизу, способствует поддержанию частиц ила во взвешенном состоянии и очень быстрому окислению и переработке веществ.

Остатки, получаемые при отстаивании сточных вод, могут перерабатываться в анаэробных условиях в так называемых метантэнках. В результате процессов брожения и гниения осадки, содержащие клетчатку, жиры, белки и другие вещества, превращаются в простые соединения, в том числе горючие газы, используемые в промышленных целях.

Предварительно очищенные указанными способами сточные воды после этого выпускаются в природные водоемы или после дополнительной очистки вновь используются в тех же производствах. В связи с нехваткой пресной воды на ряде промышленных предприятий в процессах, не связанных непосредственно с выпуском пищевых товаров, допускается повторное использование очищенной воды.

Очистка питьевых вод. Одним из методов очистки питьевой воды является отстаивание в бассейнах-отстойниках. При этом взвешенные частицы оседают, а вместе с ними и большинство бактерий. Более полное осветление воды достигается коагуляцией ее серно-кислым алюминием. Образующиеся хлопья, оседая, увлекают взвешенные частички и микроорганизмы. Далее происходит фильтрация воды через песочные фильтры. На фильтрах задерживается до 98-99 % остававшихся в воде бактерий. Однако и после фильтрации все еще остается некоторое их количество, среди которого возможны и болезнетворные формы. Поэтому воду после фильтрации подвергают дезинфекции. Ее чаще всего осуществляют хлорированием.

Хлорирование — доступный способ обеззараживания воды, позволяющий уничтожить многие, в том числе паратифозные, бруцеллезные и другие бесспоровые патогенные микроорганизмы. При этом действие обработки на микробов оказывается в течение всего времени нахождения в ней остаточных количеств хлора. Для хлорирования используется хлорная известь. Использование ее основано на том, что активный хлор, обладая окисляющими свойствами, губительно действует на бактерии при достаточном его содержании. Может употребляться в этих целях и газообразный хлор.

Перспективной является обработка воды для обеззараживания бактерицидными ультрафиолетовыми лучами. Они в отличие от хлора не придают воде неприятного привкуса, более губительны для; спор бактерий. Недостаток этого метода, препятствующий повсеместному его использованию, — слабая эффективность при обработке вод с пониженной прозрачностью.

Питьевая вода должна удовлетворять целому ряду требований, в том числе и микробиологическим. В 1 мл водопроводной воды должно быть не более 100 микробов. В 1 мл колодезной и речной питьевой воды должно быть не более 1000 клеток. Водопроводная вода считается сомнительной, если в 1 мл содержится от 100 до 500 микробов-клеток, и загрязненной — 500 и более клеток. Коли-титр допускается в водопроводной не менее 300 мл, в колодезной и речной — не более 100 мл. В питьевой воде не должно быть патогенных бактерий. Нормируется содержание органических примесей. Вода открытых водоемов перед использованием в пищевых целях должна быть очищена и обеззаражена. Допускается использование без обработки только артезианской воды. Требования, предъявляемые по микробиологическим показателям к питьевой воде, предъявляются и к пищевому льду, как искусственному, так и естественному.

Источник