ТЕМА: Физиология микроорганизмов. Генетика микроорганизмов. Формы взаимоотношений микроорганизмов

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ЛЕКЦИЯ №2

ТЕМА: Физиология микроорганизмов. Генетика микроорганизмов. Формы взаимоотношений микроорганизмов.

Вопросы лекции:

1. Химический состав микробной клетки.

2. Механизмы поступления питательных веществ в клетку: особенности метаболизма у бактерий, источники углерода и типы питания, источники энергии и доноры электронов, транспорт питательных веществ.

3.Дыхание микроорганизмов (биологическое окисление или энергетический метаболизм).

4. Ферменты микроорганизмов.

5. Основные методы культивирования микроорганизмов.

6.Преимущества работы с микроорганизмами.

7. Организация генетического аппарата микроорганизмов.

8. Механизмы, вызывающие изменение генетической информации.

9.Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генная инженерия в микробиологии.

10.Симбиотические, антагонистические и паразитические взаимоотношения у микроорганизмов. Типы симбиоза.

11. Межвидовая конкуренция.

12 Классификация межвидовых связей в сообществе.

По источникам углерода бактерии делятся на: аутотрофы и гетеротрофы

1) аутотрофы (aytos – сам, trophe – пища), способны получать углерод из неорганических соединений. Они способны синтезировать все необходимые соединения из простых веществ. Аутотрофами являются нитрифицирующие бактерии, которые находятся в почве, серобактерии (живущие в теплых источниках с содержанием сероводорода), железобактерии ( живущие в воде с закисным железом). Аутотрофы получают углерод из углекислоты (СО₂) или ее солей, восстанавливая его водородом, отщепленным от воды или другого органического вещества.

2) гетеротрофы (heteros – другой), которые питаются за счет готовых органических соединений, окисляя их.

По способности усваивать азот бактерии делятся на: аминоаутотрофы и аминогетеротрофы.

Аминоаутотрофы используют молекулярный азот воздуха. Бактерии этой группы - азотфиксирующие почвенные и клубеньковые бактерии - принимают активное участие в круговороте азота в природе.

Аминогетеротрофы получают азот из органических соединений - сложных белков. К аминогетеротрофам относятся все патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитов.

Брожение (субстратное фосфорилирование).

Брожение - это разновидность анаэробного дыхания, при котором и донором и акцептором водорода является органическое вещество.

При брожении происходит расщепление сложных органических веществ до более просто устроенных с выделением относительно небольшого количества энергии. При поступлении глюкозы в клетку, происходит гликолиз и образуется ПВК. Дальнейшие ее превращения предопределяются набором ферментов анаэробных бактерий.

По конечному продукту расщепления углеводов различают спиртовое, бутиленгликолевое, молочнокислое, уксуснокислое, муравьинокислое, маслянокислое и пропионовокислое брожение. Наличие свободного кислорода для строгих анаэробов является губительным.

Ферменты микроорганизмов

Микроорганизмы синтезируют различные ферменты. Ферменты - это высокомолекулярные соединения белковой природы, которые являются катализаторами биологических процессов (т. е. оказывают влияние на скорость протекающей реакции).

Ферменты классифицируются на:

Экзоферменты – катализирующие процессы расщепления сложных веществ вне клетки. Это ферменты, не связанные с цитоплазмой клетки, они свободно выделяются во внешнюю среду или субстрат и осуществляют внеклеточное переваривание. Чаще всего они участвуют в питании микроорганизмов. Способность к образованию экзоферментов во многом определяет инвазивность бактерий- способность проникать через тканевые барьеры.

Эндоферменты – это ферменты, которые прочно связаны с цитоплазмой клетки, они катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки.Чаще всего они участвуют в обмене веществ. Для их выделения клетку предварительно нужно разрушить.

По объекту действия ферменты подразделяются на:

а) ферменты белкового синтеза – связаны с рибосомами;

б) окислительно-востановительные ферменты - ферменты энергети-ческого обмена и транспорта питательных веществ, располагаются в ЦПМ и мезосомах;

в) протеолитические ферменты - ферменты расщепления белка;

г) сахаролитические ферменты - расщепляющие углеводы;

д) защитные ферменты;

е) ферменты агрессии.

В соответствии с механизмами генетического контроля у бактерий ферменты можно разделить на конститутивные и адаптивные.

Конститутивные ферменты продуцируются клеткой постоянно (это в основном ферменты клеточного обмена – протеазы, оксидазы, липазы, карбогидразы и др.)

Адаптивные ферменты, в свою очередь, подразделяются на:

· индуцируемые Продукция индуцируемых ферментов происходит в присутствии субстрата. Например, ферменты, расщепляющие лактозу, образуются в клетке в только присутствии этого углевода.

· ингибируемые Продукция ингибируемых ферментов, напротив, подавляется присутствием в среде конечного субстрата в достаточно большой концентрации (например, триптофана).

Мутации

Мутации – это передаваемые по наследству структурные изменения генов.

Крупные мутации (геномные перестройки) сопровождаются выпадением или изменением относительно крупных участков генома и такие мутации, как правило, необратимы.

Мелкие (точковые) мутации связаны с выпадением или добавлением отдельных оснований ДНК. При этом изменяется лишь небольшое число признаков. Такие измененные бактерии могут полностью возвращаться в исходное состояние.

Бактерии с измененными признаками называются мутантами. Факторы, вызывающие образование мутантов, носят название мутагенов.

Бактериальные мутации делят на спонтанные и индуцированные.

Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают под влиянием неконтролируемых факторов, т. е. без вмешательства экспериментатора.

Индуцированные (направленные) мутации появляются в результате обработки микроорганизмов специальными мутагенами (химическими веществами, излучением, t и др.).

В результате бактериальных мутаций могут отмечаться: изменение морфологических и культуральных свойств; возникновение у микроорганизмов устойчивости к лекарственным препаратам; ослабление болезнетворных свойств и т. д.

Если мутация приводит к тому, что мутагенные клетки обретают по сравнению с остальными клетками популяций преимущества, то формируется популяция из мутантных клеток и все приобретенные свойства передаются по наследству. Если же мутация не дает клетке преимуществ, то мутантные клетки, как правило, погибают.

Генетические рекомбинации

Трансдукция - это перенос генетической информации (ДНК) от бактерии донора к бактерии реципиенту при участии бактериофага. Различают три типа трансдукции: общую, специфическую и абортивную.

1. Общая трансдукция - это передача различных генов, локализованных на разных участках бактериальной хромосомы. При этом бактерии доноры могут передать реципиенту разнообразные признаки и свойства - способность образовывать новые ферменты, устойчивость к лекарственным препаратам и т. д.

2. Специфическая трансдукция - это передача фагом только некоторых специфических генов, локализованных на специальных участках бактериальной хромосомы. В этом случае передаются только определенные признаки и свойства.

3. Абортивная трансдукция - перенос фагом какого-то одного фрагмента хромосомы донора. Обычно этот фрагмент не включается в хромосому клетки реципиента, а циркулирует в цитоплазме. При делении клетки реципиента этот фрагмент передается только одной из двух дочерних клеток, а второй клетке достается неизмененная хромосома реципиента.

Конъюгация - это передача генетического материала от одной бактерии к другой при непосредственном контакте клеток. Клетки, передающие генетический материал, называются донорами, воспринимающие его - реципиентами. Этот процесс носит односторонний характер - от клетки донора к клетке реципиента.

Межвидовая конкуенция.

Конкуренция - это взаимоотношения видов со сходными экологическими требованиями существующих за счет общих ресурсов, имеющихся в недостатке. Когда такие виды обитают совместно, каждый из них находится в невыгодном положении, так как присутствие другого уменьшает возможности в овладении пищей, убежищами и прочими средствами к существованию, которыми располагает местообитание. Конкуренция – это единственная форма экологических отношений, отрицательно сказывающаяся на обоих взаимодействующих партнерах.

Формы конкурентного взаимодействия могут быть самыми различными: от прямой физической борьбы до мирного совместного существования. Тем не менее если два вида с одинаковыми экологическими потребностями оказываются в одном сообществе, рано или поздно один конкурент вытесняет другого. Это одно из наиболее общих экологических правил, которое получило название закона конкурентного исключения.

Победителем в конкурентной борьбе оказывается, тот вид, который в данной экологической обстановке больше приспособлен к условиям окружающей среды.

Причины вытеснения одного вида другим могут быть различны. Даже если такие виды мирно уживаются вместе, но интенсивность размножения одного чуть больше, чем другого, то постепенное исчезновение из сообщества второго вида лишь дело времени. Часто, однако, конкуренты активно воздействуют друг на друга.

У растений подавление конкурентов происходит в результате перехвата минеральных питательных веществ и почвенной влаги корневой системой и солнечного света – листовым аппаратом, а также в результате выделения токсичных соединений.

Химические взаимодействия растений через продукты их обмена веществ получили название аллелопатии. Высшие растения с низкой потребностью в азоте, первыми появляющиеся на залежных почвах, корневыми выделениями подавляют образование клубеньков у бобовых и деятельность свободноживущих азотфиксирующих бактерий. Предотвращая тем самым обогащение почвы азотом, они получают преимущества в конкуренции с растениями, нуждающимися в большом его количестве в почве.

12. Классификация межвидовых связей в сообществе.

Отношения между видами в сообществе делятся на прямые и косвенные.

Прямые связи возникают при непосредственном контакте организмов.

Косвенные связи представляют собой влияние видов друг на друга через среду обитания или путем воздействия на третьи виды.

Прямые и косвенные межвидовые отношения подразделяются на четыре типа: трофические, топические, форические, фабрические.

1. Трофические связи возникают, когда один вид питается другим – либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами жизнедеятельности. Например: стрекозы, ловящие на лету других насекомых, и жуки-навозники, питающиеся пометом крупных копытных, и пчелы, собирающие нектар растений.

2. Топические связи характеризуют любое, физическое или химическое, изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Особенно большая роль в создании или изменении среды для других организмов принадлежит растениям, которые являются мощным фактором перераспределения тепла у поверхности Земли и создания микроклимата.

3. Форические связи – это участие одного вида в распространении другого, где в роли транспортировщиков выступают животные. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называют зоохорией, перенос других, более мелких животных – форезией.

Перенос осуществляется двумя способами: пассивным и активным. Пассивный перенос происходит при случайном соприкосновении тела животного с растением; активный - при поедание плодов и ягод.

4. Фабрические связи – это такой тип биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений продукты выделения, либо мертвые остатки, либо живых особей другого вида. Например, птицы употребляют для постройки гнезд ветви деревьев, шерсть млекопитающих, траву, листья, пух и перья других видов птиц и т.п.