Лекция 2 ЭМ


Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере.
Текстовое содержимое слайдов презентации:

Лекция №2«Микроорганизмы и важнейшие физические факторы среды обитания» по дисциплине «Экология микроорганизмов» План лекции Влияние температур на микроорганизмы Температурные оптимумы и пределы толерантности бактерийПонятие о психрофилах, мезофиллах и термофилах Молекулярные особенности, определяющие границы температурной толерантности бактерийВлияние магнитных полей на микроорганизмы. МагнитотаксисВлияние земного тяготения на микроорганизмыВлияние гидростатического давления на микроорганизмы Аутэкология (греч. aut – внешний) – раздел экологии, изучающий действие различных абиотических (физических и химических) факторов среды на организмы.Адаптация (лат. аdaptation - приспособление, прилаживание) – совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и других особенностей данного вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды. Преадаптация (от лат. prae - впереди) – свойство организма, имеющее приспособительную ценность для еще не осуществленных форм взаимодействия его со средой. Специализация (лат. specialis- особый) – развитие особых черт, обеспечивающих приспособление организма к данным условиям существования. Гомеостаз (греч. homoios – подобный, statis - неподвижность) – относительное постоянство состава и свойства внутренней среды организма, поддержание которого зависит от способности биологических систем противостоять изменениям внутренней среды и сохранять относительное постоянство ее состава и свойств. Определение понятий Определение понятий График зависимости роста от интенсивности фактора Интенсивность фактора Скорость роста Стено- и эврибионтные организмы (узкая и широкая область толерантности)Облигатные - организмы, которые ограничиваются каким-либо одним характерным для них способом существования.Факультативные - организмы, не ограничивающиеся каким-либо одним способом существования. -фильные и -толерантные Гибель Гибель Область толерантности Минимальное значение Максимальное значение Оптимальное значение Влияние температур, температурные оптимумы и пределы толерантности В некоторых пределах зависимость скорости роста от температуры определяется уравнением Аррениуса:log µ = - △E/e2,303RT+C,где µ - константа скорости роста данной бактерии;Е – энергия активации, определяемая в нашем случае как температурная характеристика бактерии;Т – абсолютная температура;С – постоянная, отражающая влияние на скорость роста других факторов;R – газовая постоянная. увеличение степени текучести липидного бислоя мембраны, который в конце концов может стать проницаемым для ионов; возникающая при таком состоянии мембраны утечка ионов приводит к понижению эффективности ионного гомеостаза и преобразованиям энергии. возрастание активности ферментных систем (в два раза при повышении температуры на 10 градусов). В конечном итоге подъем температуры ведет к денатурации белка и потере ферментной активности. Повышение температуры вызывает: Для сохранения относительно нормального уровня жизнедеятельности при изменении температуры организмы используют:регуляцию биохимических процессов путем ускорения или замедления работы ферментов, усиления или ослабления их синтеза, изменение свойств биологических макромолекул, пуск в ход процессов, вырабатывающих или поглощающих тепло,теплоизоляцию, уход от мест с неблагоприятным температурным режимом и т.д. переход к состоянию более или менее скрытой жизни. Особенности термотолерантности По отношению к температуре бактерии делят на три группы: психрофилы (гр. psychria — холод, phileo — люблю), относительно быстро размножающиеся при температуре О °С; термофилы (гр.therme - жара, тепло), растущие при температуре выше 45—500С, мезофилы (гр. mesos — средний, промежуточный), развивающиеся в диапазоне умеренных температур. Влияние температур, температурные оптимумы и пределы толерантности Группа Температура роста, °С Минимальная Оптимальная Максимальная Психрофилы Мезофилы Термофилы Понятие о психрофилах, мезофилах и термофилах Температурные границы и оптимальные зоны роста прокариот и основнная на этом и классификацияI. Психрофилы: 1- облигатные, 2 – факультативные. II. Мезофилы. III. Термофилы. 3 – термотолерантные, 4 – факультативные, 5 – облигатные, 6 – экстремальные.Жирной линией выделены оптимальные температуры роста Молекулярные особенности термотолерантности Биомакромолекулы Психрофилы Термофилы Липиды цитоплазма-тической мембраны Ненасыщенные,разветвленные,менее 14 атомов углерода Насыщенные,неразветвленные,17-19 атомов углерода Белки Низкое количество S-S связей, содержат больше полярных групп Высокое количество S-S связей Нуклеиновые кислоты Преобладают АТ-пары Преобладают GC-пары Облигатные или истинные психрофилы - микроорганизмы, оптимальная температура жизнедеятельности которых составляет 15°С или ниже, а максимальная — не выше 200С. Могут существовать только в местах с постоянно низкой температурой. Психрофилы формируют постоянную естественную микрофлору регионов вечного холода. Представители родов Aerobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Asotobacter, Bacillus, Corinebacterium, Nitrobacter, Nitrosomonas, Nicrobacter, Proteus, Streptococcus и др. Психротрофы или факультативные психрофилы – микроорганизмы, температурный оптимум развития которых составляет 25-30 °С, максимум около 35 °С, и способные расти при 0°С. Более широко распространены, чем облигатные психрофилы. Представители родов Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter, Chromobacterium, Flavobacterium и др. Психрофилы и психротрофы снижение питательных потребностей,низкие температурные оптимумы активности и термолабильность ферментов,преобладание полярных групп над гидрофобными в структуре белков,повышенное содержание ненасыщенных кислот в ЦПМ, уменьшение длины цепи, появление ненасыщенных связей циклопропановых групп, а также ветвление цепи. Особенности метаболизма психрофилов: Мезофилы – это большинство наиболее распространенные бактерии в природе. Мезофилами являются возбудители ряда заболеваний и отравлений. Некоторые представители этой группы хорошо растут как при 25 С, так и при более высоких температурах 50 - 65С. Оптимальная и максимальная температуры у большинства мезофильных микроорганизмов меняются в зависимости от климата. В этом сказывается приспособительная реакция микроорганизмов к условиям среды. Типичным мезофилом является E. сoli: нижняя граница роста + 10 С, верхняя + 37 С при росте на богатой среде. Мезофилы В зависимости от значении кардинальных температур среди термофильных бактерий различают: термотолерантные бактерии с температурным максимумом 45—50 °С; факультативные термофилы с температурным максимумом 50—65 и минимумом менее 20 °С; облигатные термофилы, имеющие температурный оптимум 65—70°С и минимум выше 40—42 °С; экстремально термофильные с температурным оптимумом выше 70 °С. Термофилы Некоторые термофильные бактерии, для которых характерны не слишком высокие значения оптимальной и максимальной температуры, в своем распространении не связаны с каким-либо субстратом, имеющим постоянно высокую температуру. Lactobacillus - температурный максимум от 50 до 53 °С.Термофильные бактерии связанные в своем развитии с саморазогревающимися органическими субстратами. Это может быть влажное сено, торф, хлопок, зерно, табак, а также навоз, компосты, прелые листья, силос. Широко распространены Bacillus stearothermofillus (оптимум роста при 50—65), Clostridium thermocellum растущие при температуре от 45 до 70°С).Среди метанобразующих бактерий имеются термофилы и крайние термофилы Methanobacterium ruminantium (52—53°С).В горячих источниках развиваются термофильные эу- и архебактерии,, аэробные и анаэробные, фототрофные, хемолитотрофные и гетеротрофные бактерии. Термофилы Температура плавления мембранных липидов возрастает при повышенном содержании насыщенных кислот в цитоплазматических мембранах. Эти кислоты характеризуются также более длинной (17-19 атомов углерода) и неразветвленной цепью.Присутствуют специальные белки-шапероны, способствующие формированию термостабильной третичной структуры белков.Белки термофилов гораздо устойчивее к нагреванию в сравнении с соответствующими белками мезофильных организмов, вследствие усиления внутримолекулярных взаимодействий и замене отдельных аминокислот. Для некоторых термофилов характерно присутствие в клетках специфических полиаминов. Спермин, спермидин и путресцин стабилизируют ДНК B. Stearothermophillus в условиях высоких температур; термин и термоспермин стабилизируют аппарат синтеза белка у Thermus.Суперспирализация ДНК под действием специфического фермента – обратной гиразы, а также содержится повышенное количество гуанина и цитозина, присутствуют полиамины, способствующие стабилизации ДНК. Особенности метаболизма термофилов: В ответ на тепловой шок при повышении температуры до верхнего предела диапазона роста временно в 10-50 раз повышается уровень экспрессии отдельных белков, называемых белками теплового шока. Белки теплового шока Все живые организмы находятся в области магнитного поля Земли (25-50 А/м). Воздействие дополнительными более мощными полями иногда приводит к стимуляции их роста. Так, воздействие магнитным полем напряженностью в 12 · 103 А/м приводило к некоторому ускорению роста Pseudomonas aeriginosa, Staphilococcus epidermidis, Halobacterium salinarium. В магнитном поле напряженностью в 24 · 103 или 50 · 103 А/м наблюдали их угнетение. Замедление роста Micrococcus denitrificans наблюдали при 40 · 104 - 64 · 104 А/м, Staphilococcus aureus и Serratia marcescens – при 120 · 104 А/м. Действие переменных магнитных полей обычно более эффективно, чем постоянных. В естественной среде обитания бактерий магнитные поля такой напряженности не встречаются. Влияние магнитных полей Магнитотаксис - способность регулировать направление своего движения в соответствии с направлением силовых линий магнитного поля. Магнитосомы - кубические или октаэдрические кристаллы магнетита (Fe3O4). У спирилл по длинной оси клетки расположено около 22 кристаллов с гранями порядка 50 нм длиной. Содержание железа в клетках довольно велико, до 3,8%, тогда как у обычных бактерий – не более 0,025%. Магнитобактерии Магнитобактерия Цепочки магнитосом в живых клетках Отдельная магнитосома Магнитобактерии Теоретически невесомость на микроорганизмы может влиять через перераспределение внутриклеточных частиц или в результате изменения взаимодействия между клетками популяции в жидкой среде. Заметное влияние только для клеток, размеры которых превышают 10 мкм. Невесомость может влиять на бактерии изменяя лишь скорость их осаждения. Гравитаксиса нет Влияние земного тяготения К атмосферному давлению бактерии, а особенно споры, очень устойчивы. Ряд бактерий (пьезотолерантные) хорошо переносят как обычное атмосферное давление ( 1 атм.), так и повышенное (500-600 атм.). Пьезофилы лучше развиваются при давлении выше обычного, а при снижении давления замедляют свою скорость роста.Облигатные пьезофилы не растут при обычном давлении.Экстремально пьезотолерантные хорошо растут при давлении больше 600 атм.Механизм влияния давления на метаболическую активность не выяснен, однако, оно непосредственно влияет на липидный состав мембран и белковый состав клеток.Пьезофилия + психрофилияСочетанное действие повышенных температур и повышенного давления используется в паровых стерилизаторах для стерилизации паром под давлением. Влияние давления

Приложенные файлы

  • ppt 898441
    Размер файла: 706 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий