Микроорганизмы и важнейшие физические факторы среды обитания. Лекция 2 презентация

к.б.н., доцент

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Химико-биологический факультет
Кафедра биохимии и микробиологии

о психрофилах, мезофиллах и термофилах
Молекулярные особенности, определяющие границы температурной толерантности бактерий
Влияние магнитных полей на микроорганизмы. Магнетотаксис
Влияние земного тяготения на микроорганизмы
Влияние гидростатического давления на микроорганизмы

абиотических (физических и химических) факторов среды на организмы.

График зависимости роста от интенсивности фактора (минимальное, оптимальное и максимальное значения, область толерантности)








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

Определение понятий

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.

Жизнедеятельность каждого микроорганизма ограничена определенными температурными границами. Оптимальная температура обычно приравнивается к температуре окружающей среды. На графике показано, что для каждого организма существует минимальная температура, ниже которой рост не наблюдается; максимальная температура, выше которой рост невозможен, а оптимальная температура всегда ближе к максимальной, чем к минимальной.

Влияние температуры

© http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biology/© http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biology/2545/Температурные

прокариот и основнная на этом и классификация
I. Психрофилы: 1- облигатные, 2 – факультативные.
II. Мезофилы.
III. Термофилы. 3 – термотолерантные, 4 – факультативные, 5 – облигатные, 6 – экстремальные.
Жирной линией выделены оптимальные температуры роста

© http://evolution.powernet.ru/library/micro/09.html

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.

Приспособление к температурному фактору вовлекает все уровни организации живого, начиная с молекулярного и кончая биоценотическим.

Молекулярные особенности термотолерантности

которых составляет 15°С или ниже, а максимальная — не выше 200С. Они могут существовать только в местах с постоянно низкой температурой. Психрофилы формируют постоянную естественную микрофлору регионов вечного холода. Психрофильные бактерии живут в условиях Арктики и Антарктики, их находят в пробах из горных ледников, морей, наносов холодных пещер, в воде колодцев и родников.
Представители родов Aerobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Asotobacter, Bacillus, Corinebacterium, Nitrobacter, Nitrosomonas, Nicrobacter, Proteus, Streptococcus и др.

Психротрофы растут при 0°С, но температурный оптимум их развития составляет 25—30 °С и максимум около 35 °С, их называют иногда факультативными психрофилами. Психротрофы более широко распространены, чем облигатные психрофилы. Представители родов Pseudomonas, Alcaligenes, Acinetobacter, Chromobacterium, Flavobacterium и др.

Психрофилы и психротрофы

в добавочных факторах роста, что позволяют им длительно размножаться в окружающей среде при низкой температуре.
Ферменты имеют низкие температурные оптимумы активности и обладают термолабильностью – разрушаются при более высоких температурах. Установлено, что это аминоацилсинтетазы.
В целом белки содержат больше полярных групп, чем гидрофобных,
Повышенное содержание ненасыщенных кислот в цитоплазматических мембранах, уменьшение длины цепи, появлением ненасыщенных связей циклопропановых групп, а также ветвление цепи.

Психрофилия определяется комплексом причин, причем приспособленность психрофилов к существованию в условиях низких температур объясняется исключительно их физиолого-биохимическими свойствами. Не обнаружено каких-либо цитоморфологических особенностей, характеризующих психрофильные бактерии.

Особенности метаболизма психрофилов:

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

© http://www.bacteriainphotos.com/bacteria%20under%20microscope.html#

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

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

ЦПМ. Эти кислоты характеризуются также более длинной (17-19 атомов углерода) и разветвленной цепью.

Могут существовать две формы одного и того же фермента, различающиеся термоустойчивостью вследствие усиления внутримолекулярных взаимодействий и замене отдельных аминокислот.
Присутствуют специальные белки-шапероны, способствующие формированию термостабильной третичной структуры белков.

Характерно присутствие в клетках специфических полиаминов (спермина, спермидина и путресцина), стабилизирующих ДНК в условиях высоких температур.
Суперспирализация ДНК под действием специфического фермента – обратной гиразы, а также содержится повышенное количество Г и Ц.

Для стабильности рибосом большое значение имеет комплектование РНК с рибосомными белками, повышенное содержание Г-Ц пар и наличие модифицированных оснований.

Особенности метаболизма термофилов:

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

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

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

(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 + психрофилия

Сочетанное действие повышенных температур и повышенного давления используется в паровых стерилизаторах для стерилизации паром под давлением.

Влияние давления

2 - умеренные пьезофилы. 3 - экстремальные пьезофилы.

http://www.ngpedia.ru/pg061HO1e3P6e9d9t6Y7y10008270197/

Влияние давления

факторы окружающей среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, можно разделить на три группы: физические, химические и биологические, благоприятное или губительное действие которых зависит как от природы самого фактора, так и от свойств микроорганизма.
Из физических факторов наибольшее влияние на развитие микроорганизмов оказывает температура.
Также бактерии и особенно их споры устойчивы к механическому давлению.