1
Mikrobiologia ogólna - egzamin
1.
Życie – to układ samoodtwarzalny, w którym niezbędne są enzymy (kierują metabolizmem) oraz materiał
genetyczny (warunkuje potomstwo). Pierwsze bakterie pojawiły się 3 mld lat temu
(beztlenowe).
2.
Twórcy mikrobiologii:
Ludwik Pasteur (1822-1895) – fermentacja, podłoża agarowe, sterylizacja, szczepionka przeciw wąglikowi.
Robert Koch (1843-1910) – definicja choroby (źródło, droga przenoszenia), gruźlica, metody barwienia.
Ilja Miecznikow (1845-1916) – wyjaśnił fagocytozę (immunologia).
Leon Cienkowski (1822-1887) – szczepionka przeciw wściekliźnie (uratował rosyjski sektor cukru).
3.
Znaczenie mikrobiologii:
Produkcja żywności (białka, pasze dla świń), witamin (głównie B), wina, piwa, sery.
Rozkład materii organicznej, w tym żywności – w celach zapobiegawczych stosujemy wymienione niżej procesy:
a.
Suszenie, wędzenie (usuwanie wody).
b.
Kandyzacja konfitur (cukier zwiększa ciśnienie osmotyczne).
c.
Kiszenie kapusty:
-wytworzenie środowiska beztlenowego dla bakterii beztlenowych (szatkowanie i ubijanie),
-utlenianie cukrów (głównie celulozy),
-fermentacja (powstaje kwas mlekowy),
-obniżenie pH (zabicie bakterii chorobotwórczych).
d.
Peklowanie (wstrzykiwanie azotynów, saletry).
e.
Obniżenie temperatury (hamowanie metabolizmu).
f.
Sterylizacja (w autoklawie).
Oczyszczanie wody i rozkład detergentów (biodegradacja).
Produkcja antybiotyków, surowic, szczepionek.
4.
Procaryota i eucaroyta:
Procaryota
Eucaryota
Mezosomy – wpuklenia błony komórkowej
Brak
Brak
Otoczka jądrowa
Brak
Mitochondrium + plastydy
Brak
Wodniczki
Ściana komórkowa zbudowana z mureiny, peptydoglikanu
Ściana komórkowa zbudowana z celulozy, chityny
Jeden typ rybosomów – 70s
Dwa typy rybosomów – 70s i 80s
Brak
ER i aparat Golgiego
Chromosomy bezpośrednio kontaktują się z cytoplazmą
Chromosomy są otoczone dwuwarstwową błoną jądrową
Prosta struktura chromosomu (nazywany genoforem)
Złożona struktura chromosomu
Brak
Jąderko
Podział przez amitozę
Podział przez mitozę, mejozę
Brak
Histony
5.
Podział królestwa Procaryota:
•
Eubacteria – większa grupa:
a.
Zawiera wszystkie bakterie ważne w medycynie.
b.
Niewielka grupa żyje w środowiskach ekstremalnych.
c.
Niektóre gatunki fotosyntetyzują: sinice, b. purpurowe i zielone.
d.
Brak bakterii wytwarzających metan.
•
Archebacteria – mniejsza grupa:
a.
Dużo przedstawicieli żyje w warunkach ekstremalnych.
b.
Należą bakterie wytwarzające metan.
c.
W ścianie komórkowej zamiast mureiny występuje pseudomureina.
d.
W błonie komórkowej posiadają estry kwasów tłuszczowych zamiast fosfolipidów.
e.
Informacja genetyczna podzielona jest intronami, co świadczy o większym pokrewieństwie z Eukaryota.
6.
Systematyka Bergey’a:
a.
Vol I (11 sekcji) - gramujemne bakterie o znaczeniu medycznym i przemysłowym:
•
Sekcja 2 – Pałeczki gramujemne tlenowe/mikroaerofilne, ruchliwe: Helicobacter pylori.
•
Sekcja 4 – Gramujemne tlenowe pałeczki i ziarniaki: Pseudomonas, Xantomonas, Zooglea, Azotobacter Rhizobium, Halobacterium, Aetobacter, Flavobacterium.
•
Sekcja 5 – Pałeczki gramujemne względnie beztlenowe: Escherichia, Schigella, Salmonella, Yersinia, Zymomonas.
•
Sekcja 6 – Pałeczki gramujemne beztlenowe.
•
Sekcja 7 – Bakterie dysymilujące siarczyny oraz redukujące siarkę: Desulfovibrio.
b.
Vol II (6 sekcji) - gramdodatnie bakterie o znaczeniu medycznym i przemysłowym:
•
Sekcja 12 – Ziarniaki gramdodatnie: Staphylococcus, Streptococcus, Lactococcus, Leuconostoc, Pediococcus.
•
Sekcja 13 – Pałeczki, laseczki i ziarniaki gramdodatnie wytwarzające przetrwalniki: Bacillus, Clostridium.
•
Sekcja 14 – Pałeczki nieprzetrwalnikujące, gramdodatnie, regularne: Lactobacillus.
•
Sekcja 15 – Pałeczki nieprzetrwalnikujące, gramdodatnie, nieregularne: Bifidobacterium, Propionibacterium, Cellulomonas.
c.
Vol III (8 sekcji) - pozostałe gramujemne bakterie i archebakterie:
•
Sekcja 18 – Bakterie fotosyntezy anoksygenowej (beztlenowej): bakterie purpurowe i bakterie zielone.
•
Sekcja 19 – Bakterie fotosyntezy oksygenowej (tlenowej): grupa Cyanobacteria (sinice).
•
Sekcja 20 – Tlenowe bakterie hemolitotroficzne: bakterie nitryfikacyjne.
•
Sekcja 21 – Bakterie tworzące wyrostki, wypustki i pączkujące.
•
Sekcja 22 – Bakterie pochewkowe.
•
Sekcja 23 – Bakterie niefosfosyntetyzujące, o ruchy ślizgowym, nie wytwarzające ciał owocowych: Cytophaga.
•
Sekcja 25 – Archebakterie: bakterie metanogenne, halofilne, termo-acidofilne.
d.
Vol IV (8 sekcji) - strzępkowe Actinomycetales i pokrewne bakterie:
•
Sekcja 26 – Nokardie.
•
Sekcja 27 – Promieniowce tworzące sporangia: Actinomyces.
•
Sekcja 28 – Promieniowce i pokrewne rodzaje.
•
Sekcja 29 – Streptomycetes i pokrewne rodzaje: Streptomyces.
7.
Skład chemiczny bakterii:
Woda (73-86%).
Sucha masa (14-27%):
-węgiel (50-64%),
-azot (7-12%),
-popiół (1-14%).
Białka czyli enzymy, przeciwciała i hormony (42-63%).
Lipidy, brak nienasyconych kwasów tłuszczowych i steroli (10%, ale waha się 3-23%).
Wielocukry, kwas tejchojowy, lipopolisacharydy, peptydoglikan (10%).
RNA (15%), DNA (2%).
Witaminy (nie potrzebują A, C, D) – głównie witaminy z grupy B (składnik FAD, NAD, NADP, enzymów).
8.
Zawarto
ść witamin w drobnoustrojach:
Bakterie wykorzystują głównie witaminy grupy B:
2
Nazwa
Funkcja
Ilo
ść
Tiamina - wit. B1
Stanowi część enzymów dekarboksylujących, bierze udział w utlenianiu pirogronianu i cyklu pentozowym, jest dawcą grup
dwuwęglowych.
< 132
Ryboflawina – wit. B2
Składnik enzymów flawinowych – FAD – biorących udział w przenoszeniu elektronów i wodoru w czasie oddychania.
< 350
Kwas nikotynowy - niacyna
Składnik NAD i NADP, bierze udział w przenoszeniu elektronów i wodoru.
< 77
Pirydoksal – wit. B6
Bierze udział w metabolizmie aminokwasów jako część transaminaz, bierze udział w dekarboksylacji i tworzeniu wiązań C-C.
Kwas pantotenowy
Wchodzi w skład koenzymu A, który bierze udział w cyklu Krebsa – jest przenośnikiem grup acylowych.
Biotyna
Bierze udział w heterotroficznym wiązaniu CO2, reakcji de- i karboksylacji.
0,5-2,3
Kwas foliowy i związki
pokrewne
Występuje w enzymach przenoszących grupę formylową i metylową; bierze udział w jej utlenianiu, syntezie puryn, seryny,
histydyn.
Cyjanokobalamina – wit. B12
Występuje w enzymach przenoszących grupę metylową oraz redukujących grupę formylową do metylowej, bierze udział w
syntezie tyminy.
3,3-5
Kwas lipoinowy
Bierze udział w aktywnej dekarboksylacji β-ketokwasów i przenoszeniu grup acylowych.
Kwas paraaminobenzoesowy -
PABA
Jest prekursorem kwasu foliowego.
Koenzym M
Redukuje CO2 do metanu.
Ilość witamin podana jest w mikrogramach na 1 gram suchej masy bakterii.
9.
Barwienie zło
żone metodą Gramma:
Najpierw nakładamy na preparat fiolet krystaliczny na 2 minuty, po czym spłukujemy go wodą. Następnie nakładamy płyn Lugola. Fiolet oraz płyn lugola wnikają w ściane bakterii G+ oraz G-
. Następnie płuczemy preparat w alkoholu z acetonem przez około 30 sekund, co powoduje wypłukanie barwników z cienkiej ściany bakterii gramujemnych. Następnie nakładamy na płytkę
fuksynę zasadową na 30 sekund, która barwi bakterie G- na różowo, nie zmieniając przy tym granatowego zabarwienia bakterii G+.
10.
Morfologia bakterii:
+ziarniaki (Micrococcus flavus)
+paciorkowce (Strepthococcus)
+gronkowce (Staphylococcus)
+pakietowce (Sarcina lutea)
+laseczki (Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Corynebacterium, Cellulomonas)
-pałeczki (Escherichia, Salmonella, Shigella, Serratia, Thiobacillus, Proteus, Klebsiella, Pseudomonas)
-śrubowce (Spirillum volutans)
-przecinkowce (Vibrio cholerae)
11.
Struktury komórkowe bakterii:
Flagella (wić) – zbudowane głównie z filamentów tubulinowych, zakotwiczonych w mechanizmie biochemicznym w błonie komórkowej.
Pili (wypustki cytoplazmatyczne) – funkcja adhezyjna (czepna do pyłków), koniugacyjna (do łączenia dwóch haploidów i wymiany fragmentu genomu).
Otoczka śluzowa – funkcja ochronna przed fagocytozą, suszą i wydalonymi, toksycznymi, metabolitami.
Ściana komórkowa:
Gram+:
Gram–:
-wąska przestrzeń peryplazmatyczna,
-duża przestrzeń peryplazmatyczna,
-duża ilość mureiny (kilkanaście warstw), -mała ilość mureiny (1-2 warstwy),
-kwas tejchojowy, lipotejchojowy,
-brak,
-brak,
-błona zewnętrzna (lipopolisacharydy),
-protoplast podatny na działanie lizozymu, -sferoplast niepodatyny na działanie lizozymu i czynnika chelatującego
-PI na powierzchni 2-3 pH,
-PI na powierzchni – wyższy,
-wrażliwe na barwniki anilinowe
-mało wrażliwe,
-wrażliwe na penicylinę,
-mało wrażliwe,
-wrażliwe na detergenty,
-mało wrażliwe,
Bakterie mogą żyć bez ściany komórkowej (w środowisku izotonicznym).
Protoplastyzacja – niszczenie ściany komórkowej przez penicylinę (funkcje zapobiegawczą pełni penicylinaza).
Błona cytoplazmatyczna – odpowiada głównie za selektywne przepuszczanie substancji niezbędnych w procesie oddychania oraz odżywiania; z racji braku wakuol magazynujących substancje
odżywcze specjalne białka wychwytują substancje odżywcze na bieżąco.
Cytoplazma – zbudowana z wody, soli mineralnych, aminokwasów i witamin – substancja koloidalna, nieruchoma.
Genofor (chromosom) nie posiada otoczki jądrowej, jąderka i histonów – jak w przypadku komórek eukariotycznych. Rdzeń białkowy przytwierdza od 40 do 40 domen – superskręconych pętli
DNA, z których każda składa się z około 100 kb. Pętle te mogą się rozkręcać lub kondensować przy udziale odpowiednich białek, co umożliwia lub uniemożliwia ekspresje genomu.
Plazmid (podrzędny DNA komórki):
-zbudowany z DNA, uzupełnia funkcje jądra,
-pełni
funkcje
kodujące
(odporność
na
antybiotyki;
coraz
częściej
można
usłyszeć,
że
plazmidy
kodują
białka
metabolizmu
podstawowego),
-pełni funkcje koniugacyjne (wymieniany pomiędzy komórkami w celu zwiększenia różnorodności genetycznej).
Rybosomy (bardzo dużo - 5000 – 50000 w komórce):
-zbudowane z RNA (70%) i białek zasadowych (30%),
-ich funkcja jest synteza białek,
-mogą tworzyć polisomy – zgrupowania kilku rybosomów przeprowadzających proces translacji na jednej nici mRNA).
Mezosomy (wpuklenie błony cytoplazmatycznej):
-spełnia funkcje w procesie oddychania (transport elektronów i protonów) oraz syntezie lipidów,
-zbudowane z białek i lipidów,
-przenoszenie endospor,
-występują głównie u bakterii gramdodatnich (brak u niektórych gramujemnych).
Rapidosomy (250 µm) – defektywne bakteriofagi.
Aparat fotosyntetyczny:
-zbudowane z tylakoidów (lamelarne, tabularne, pęcherzykowate) lub mezosomów,
-zawiera bakteriochlorofil, chlorofil a i/lub fikobiliny.
Wakuole gazowe - występują u bakterii fototropicznych, służą do utrzymywania bakterii na powierzchni wody, np. Clostridum, Halobacterium.
Endospory (ich tworzenie jest uwarunkowane genetycznie – występuje tylko u Clostridum i Bacillus):
3
a.
Budowa:
-zagęszczona cytoplazma,
-błona cytoplazmatyczna,
-ściana komórkowa komórki wegetatywnej,
-kora (cortex),
-wewnętrzna osłona spory,
-zewnętrzna osłona spory,
-egzosporium.
b.
Skład chemiczny w porównaniu do komórki wegetatywnej:
-mniej cukrów (jedynie kwas dipikolinowy, ze względu na jego ciepłostabilność),
-więcej białek, aminokwasów ( głównie cysteiny), Ca
2+
, DPA, PHB,
-niski pobór O
2
.
Jeśli nie ma zagrożenia ze strony niesprzyjających warunków środowiska, wtedy następuje powrót do formy wegetatywnej, sporulacja (nawet w ciągu godziny).
12.
Rozkład białek:
Na zewnątrz enzymami proteolitycznymi do oligopeptydów oraz peptydazami do aminokwasów, po czym aminokwasy są przyswajane na drodze transportu aktywnego.
Wewnątrz następuje deaminacji, dekarboksylacja lub bezpośrednie wykorzystanie do biosyntezy.
13.
Transport pokarmu i metabolitów:
Na drodze dyfuzji, osmozy, pod wpływem zmiany składu chemicznego otoczenia, co wywołuje zmianę ciśnienia osmotycznego:
-duże ciśnienie wewnątrz komórki (dopływ substancji z otoczenia do wewnątrz) – pęcznienie,
-małe ciśnienie wewnątrz komórki (odpływ substancji na zewnątrz) – kurczenie.
Rozpuszczanie w lipidach błony komórkowej (głównie witaminy A, D, E, K).
Wybiórcze pobieranie jonów wywołane potencjałem elektrycznym bez nakładu energii.
Fagocytoza – pobieranie substancji stałych otoczonych fragmentami błony komórkowej.
Pinocytoza – pochłanianie cieczy otoczonej fragmentami błony komórkowej.
Aktywnie przy pomocy białek zwanych permeazami – transporterem jest walinomycyna, z wykorzystaniem ATP.
Aktywnie przez związki chelatujące – kleszczowe wiązanie jonów przez siderochromy (enterocholina u E. coli), z wykorzystanie ATP.
14.
Rozmnażanie bakterii (rozmnażają się tylko bezpłciowo):
Fragmentacja nitek lub wypustek cytoplazmatycznych – proces przypominający pączkowanie,
Podział komórki na drodze amitozy (średni czas podziału waha się u konkretnych gatunków od 15 do 30 minut – w idealnych warunkach środowiskowych):
-Streptococcus pyogenes (32)
-Staphylococcus aureus (27-30)
-Pseudomonas aeruginosa (34)
-Escherichia coli (16,5-17)
-Salmonella typhi (23,5)
-Bacillus mycoides (28)
W przypadku skrajnych warunków środowiska, nieodpowiednich, następuje tworzenie przetrwalników, jednak nie służą one do rozmnażania ale do umożliwienia przeżycia.
15.
Replikacja DNA (średni czas replikacji to około 40 minut) – proces semikonserwatywny, w którym podwójna nić DNA ulega powieleniu:
Inicjacja - miejsce ori C (u procaryota) lub ore (u eucaryota) na cząsteczce DNA; procaryota posiadają 1 miejsce ori C.
Elongacja – na nici wiodącej polimeryzacja przebiega w sposób ciągły, na opóźnionej – fragmentarycznie (powstają fragmenty Okazaki):
-topoizomerazy DNA – rozcinanie nici DNA (typ I – jednej, typ II – dwóch);
-helikazy - rozrywanie wiązań wodorowych, rozkręcanie helisy i umożliwienie rozpoczęcia procesu;
-białka wiążące ssDNA - SSB (procaryota), zapobieganie skręcaniu się nici DNA;
-prymaza - synteza starterów (krótkich cząsteczek RNA, które zapewniają wolną gr. -OH polimerazom);
-polimerazy DNA – synteza DNA.
Terminacja – koniec replikacji następuje w momencie, gdy zostanie zreplikowany cały genom.
16.
Ekspresja genów:
Replikacja - podwojenie materiału genetycznego (w jądrze komórkowym lub cytoplazmie u procaryota).
Transkrypcja - przepisywanie informacji genetycznej z DNA na RNA (w jądrze komórkowym lub cytoplazmie u procaryota), po czym może nastąpić (u archebacteria i eucaryota) obróbka
potranskrypcyjna – składanie genów (wycinanie intronów, scalanie egzonów).
Translacja – biosynteza białka (w cytoplazmie, przy udziale rybosomów):
a.
Inicjacja:
-połączenie podjednostki małej z dużą,
-do mRNA przyłącza się aminokwas startowy (metionina).
b.
Elongacja:
-aminokwas startowy opuszcza rybosom,
-do mRNA zostają przyłączone kolejne aminokwasy.
c.
Terminacja:
-po trafieniu na kodon „stop”,
-białko odłącza się od mRNA i zaczyna pełnić przypisaną funkcję.
17.
Nukleoid - nić DNA. Nukleotydy - estry nukleozydów i kwasu fosforowego. Nukleozyd - połączenia zasady azotowej z rybozą lub deoksyrybozą poprzez wiązanie N-β-glikozydowe.
18.
Wzrost na podłożach stałych (hodowla płytkowa):
Opis powinien zawierać przejrzystość, średnicę, barwę oraz:
Kształt – kropkowy, okrągły, włóknisty, nieregularny, korzeniowy, wrzecionowaty,
Profil – płaski, uniesiony, wypukły, poduszkowaty, guzowaty,
Brzeg – pełny, pofalowany, płatkowy, ząbkowaty, włóknisty, kręty.
Wyróżniamy trzy typy wzrostu: S – gładki, R – szorstki i M – śluzowaty.
19.
Wzrost na podłożach płynnych:
Dyfuzyjny (całkowite zmętnienie) – świadczy o tym, że bakterie są względnymi beztlenowcami.
4
Agregacyjny (zmętnienie na dnie) – charakterystyczny dla bezwzględnych beztlenowców.
Kożuszkowy (na powierzchni) – charakterystyczny dla bezwzględnych tlenowców.
20.
Oddychanie – proces kataboliczny – egzoenergetyczny; polegający na oderwaniu i przenoszenia elektronów oraz protonów, w wyniku czego dochodzi do utlenienia i redukcji - zostaje
uwolniona energia (w procesach tych uczestniczą dehydrogenazy i oksydazy). Wyróżniamy następujące etapy oddychania tlenowego:
Glikoliza (cytoplazma) - rozkład glukozy do pirogronianu, z zyskiem 2 ATP, uwalnia się wodór (zarówno w warunkach tlenowych jak i beztlenowych).
Tworzenie acetylo-CoA (matriks mitochondrium lub macierz mezosomowa) - pirogronian ulega degradacji i łączy się z koenzymem A, w wyniku czego powstaje acetylo-CoA i uwalnia się
wodór oraz CO
2
.
Cykl kwasu cytrynowego (matriks mitochondrium lub macierz mezosomowa) – ciąg reakcji, w których grupa acetylowa z acetylo-CoA jest degradowana do CO
2
; uwalnia się wodór związany
w postaci NADH2 i FADH2 oraz GTP.
Łańcuch oddechowy – (błona mitochondriów lub mezosomów) wodór (i jego elektrony) są przenoszone wzdłuż łańcucha (FAD, NAD, cytochromy, ubichinon); po każdym przejściu wyzwala
się energia ATP, końcowym akceptorem wodoru jest tlen.
21.
Oddychanie tlenowe opisany jest powyżej, w jego procesie z jednej cząsteczki glukozy są uwalniane 32 cząsteczki ATP.
Bacillus, Penicillium.
22.
Oddychanie względnie beztlenowe – bakterie oddychające w ten sposób w większości oddychają tlenowo, jednak z tą różnicą, że przy braku tlenu mogą one przechodzić na oddychanie
beztlenowe.
Pseudomonas, Escherichia, Salmonella, Shigella, Staphylococcus, Strepthococcus.
23.
Oddychanie beztlenowe:
Oksydoredukcyjne (fermentacyjne) – ostatecznym akceptorem jest związek organiczny, występuje krótki łańcuch oddechowy (tylko FAD i NAD, ubichinon), mało energii (1-3 ATP / 1 cz.
glukozy):
a.
Mlekowa:
-homofermentacja (powstaje tylko kwas mlekowy), np. Streptococcus lactis, Lactobacillus lactis.
-heterofermentacja (powstaje bezużyteczna kwasów i wodoru), np. Lactobacillus brevis, E. coli.
b.
Alkoholowa (S. cerevisiae).
c.
Masłowa (Clostridum butulicum):
-oprócz kwasu masłowego powstaje dużo CO
2
i wodoru.
d.
Propionowa (Clostridum propionicum):
-oprócz kw. propionowego powstaje dużo CO
2
; wykorzystywany do produkcji produkcja serów z dziurami.
e.
Acetonowobutanolowa (Clostridium):
-wykorzystywana podczas II WŚ do produkcji acetonu (materiał wybuchowy); wykorzystywana do produkcji butanol (produkcja przy produkcji kauczuku),
-występują w przewodzie pokarmowy (podnoszą pH, stabilizują funkcjonalność enzymów).
Redukcyjne – występuje, gdy brak jest związków organicznych, akceptorem jest związek nieorganiczny; występuje długi łańcuch oddechowy (układ cytochromów), dużo energii (jednak mniej
niż u tlenowców):
a.
Azotanowe (denitryfikacja): azotany → azotyny, ditlenek azotu, azot;
-bakterie tlenowe i mikroaerofile: Thiobacillus denitrificans, Paracoccus denitrificans,
b.
Siarczanowe (desulfurykacja): siarczany → siarkowodór, siarka;
-bakterie beztlenowe: Desulfococcus, Desulfovibrio, Desuflobacillus,
c.
Siarkowe: siarka kopalna → siarkowodór;
-bakterie mikroaerofile lub beztlenowce: Pyrodictium, Desulfuromonas,
d.
Węglanowe: węglany, CO
2
→ kwas octowy lub aceton;
-Acetobacterium, Clostridum aceticum,
e.
Metanogenne: węglany, CO
2
(z fermentacji związków organicznych) → metan;
-Methanobacterium,
f.
Żelazowe: Fe
3+
→ Fe
2+
;
-Alteromonas.
g.
Manganowe: Mn
4+
→ Mn
2+
.
Endogenne (wykorzystywanie substancje budulcowe własnego organizmu do produkcji energii i ochrona genoforu w warunkach ekstremalnych).
24.
Podział organizmów ze względu na sposoby odżywiania:
Autotrofy (fotosynteza, utlenianie związków organicznych)
Heterotrofy (chemosynteza, utlenienie związków nieorganicznych):
-prototrofy (utleniają jeden związek),
-auksotrofy (utleniają więcej niż jeden związek).
Oligotrofy (odżywianie się śladowymi ilościami pokarmu, np. wodą).
25.
Energia:
Fizyczna (słoneczna) – organizmy ją wykorzystujące to fototrofy,
Chemiczna – organizmy ją wykorzystujące możemy podzielić na:
-chemoorganotrofy – gdy źródło energii pochodzi z rozkładu związków organicznych,
-chemilitotrofy – gdy źródło energii pochodzi z rozkłądu związków nieorganicznych.
26.
Fotosynteza anoksygeniczna – proces anaboliczny, endoenergetyczny; w wyniku którego, przy pomocy energii i odpowiednich struktur komórkowych powstają związki organiczne;
beztlenowa, nie powstaje tlen.
Niezbędne czynniki:
-CO
2
(niezbędny do syntezy asymilatów),
-dawca protonów (związek dostarczający jonów wodorowych, np. H2S),
-obecności światła (450-750nm odpowiedzialne za wybijanie elektronów z fotosystemów i aktywację kaskady enzymów),
-chlorofil (wraz z innymi barwnikami pomocniczymi buduje fotosystemy).
PRZEBIEG:
Rodzaje fosforylacji:
-cykliczna (powstaje tylko energia),
-niecykliczna (powstaje tzw. siła asymilacyjna – ATP i NADPH2 oraz związek uwolniony pod wpływem fotolizy dawcy wodoru, np. siarka).
Cykl Calvina:
-karboksylacja RuBP przy pomocy CO2 w wyniku czego powstaje PGA,
-redukcja PGA, z wykorzystaniem siły asymilacyjnej, do PGAld,
-regeneracja PGAld do RuBP w pięciu etapach przejściowych, z uwolnieniem asymilatów i poborem ATP.
Bakterie fotosyntezujące (tylko beztlenowce lub względne beztlenowce):
a.
Beztlenowe (wykorzystują nawet słabe oświetlenie, nie przeprowadzają fotolizy wody, donorem wodoru jest H
2
S z oddychania redukcyjnego, tj. desulfurikacji oraz wodór z
procesu fermentacji):
-purpurowe bakterie siarkowe (powodują odkładanie siarki wewnątrz komórki bakteryjnej): Chromatium,
-zielone bakterie siarkowe (powodują odkładanie siarki na zewnątrz organizmu): Chlorobium,
-purpurowe bakterie bezsiarkowe (powodują odkładanie siarki na zewnątrz komórek): Rhodospirillum,
-bakterie zielone: Chloroflexus.
b.
Wyjątki!
Tlenowe (przeprowadzają fotolizę wody, wiążą azot z pomocą którego tworzą białka, węglowodany):
-sinice (cyjanobakterie) – produkują cysty, formy przetrwalne oraz toksyny,
-Halobacterium (Archeae) – na błonie cytoplazmatycznej posiadają „purpurowe plamki” (bakteriorodopsyna) – przeprowadzają tylko fosforylację cykliczną (wykorzystują ją do produkcji
energii).
27.
Chemosynteza jest to występujący tylko u bakterii proces anaboliczny służący do syntezy związków złożonych ze związków złożonych przy udziale energii chemicznej:
Bakterie chemosyntezujące:
a.
Nitryfikacja:
Nitrosomonas
kcal
O
H
HNO
O
NH
158
2
2
3
2
2
2
2
2
+
+
→
+
Nitrobacter
kcal
HNO
O
HNO
36
2
2
3
2
2
+
→
+
b.
Sulfurykacja:
5
Beygiatoa
kcal
S
O
H
O
S
H
65
2
2
2
2
2
2
+
+
→
+
Thiorix
kcal
SO
H
O
H
O
S
284
2
2
3
2
4
2
2
2
+
→
+
+
c.
Utlenianie żelaza:
Ferrobacillus
(
)
(
)
E
CO
OH
Fe
O
H
O
HCO
Fe
+
+
→
+
+
2
3
2
2
2
3
4
2
2
1
2
d.
Utlenianie wodoru:
Hydrogenomonas
kcal
O
H
O
H
114
2
2
2
2
2
+
→
+
e.
Utlenianie matanu:
Bakterie matanowe
kcal
O
H
CO
O
CH
106
2
2
2
2
2
4
+
+
→
28.
Bakterie a grzyby:
Grzyby
Bakterie
Jądro
Eukariontyczne
Genofor prokariotyczny
Cytoplazma
Posiadają
mitochondria
i
siateczkę
śródplazmatyczną
Brak mitochondriów i siateczki śródplazmatycznej
Błona plazmatyczna
Posiadają w składzie sterole
Brak steroli
Podstawowy składnik ściany
komórkowej
Chityna
Peptydoglikan (mureina)
Spory
Do rozmnażania bezpłciowego
Do przetrwania, nie do reprodukcji
Dymorfizm
Tak
Nie
Metabolizm
Brak bezwzględnych beztlenowców
Dużo bezwzględnych beztlenowców
29.
Grzyby strzępkowe:
Cechy fizjologiczne:
-optymalne pH 5,5-6,5 (niektóre gatunki mają optimum pH przy 3-11);
-optymalna temperatura 25˚C / czas inkubacji to 5-7 dni;
-środowisko wilgotne (w suchym powstają formy przetrwalnikowe);
-odżywianie heterotroficzne (glukoza, sole amonowe);
-oddychanie tlenowe (wzrost powierzchniowy);
-bogate kompleksy enzymów rozkładających ligninę, celulozę;
-przeprowadzaja reakcje syntezy czego produktami ubocznymi są wytwarzają mykotoksyny lub antybiotyki.
Budowa:
-ściana komórkowa zbudowana z celulozy, glukanu, chityny (brak mureiny),
-budowa komórki charakterystyczna dla każdego eucaryota,
-mogą występować w formie komórczaków.
Rozmnażanie wegetatywne:
Rozszczepianie fragmentów strzępek grzybni:
a.
Atrospory (Geotrichum).
Zarodnikowanie:
b.
Sporangialne - z grzybni wyrastają sporangiofory, na ich końcach tworzą się sporangia, na których wytwarzają się endospory:
-Mucor (sporangiofory się rozgałęźniają),
-Rhizopus (wszystkie sporagiofory wyrastają z jednego miejsca, występują ryzoidy przytwierdzające grzybnię do podłoża).
c.
Konidialne:
-Fialokonidia (z grzybni wyrasta konidiofor, który może mieć różną budowę, na jego końcu znajdują się egzospory,
np. Aspergillus, Penicillium);
-Aleurospory: mikrokonidia, makrokonidia (Alternaria, Trichoderma, Fusarium),
-Artrospory (fragmenty strzępek lub pojedynczych komórek).
d.
Zarodniki pływkowe – przystosowane do środowiska wodnego, otoczone tylko błoną (brak ściany komórkowej), np. Oomycetes.
e.
Przetrwalnikowe, przetrwalniki wytwarzane są w niesprzyjających warunkach środowiskowych:
-Chlamydospory (grzybnia luźna);
-Sklerocja (grzybnia zbita).
Rozmnażanie generatywne:
a.
Plazmogamia (połączenie 2 protoplastów przez włostek lub przez zanikanie ściany poprzecznej).
b.
Kariogamia (połączenie 2 zróżnicowanych genetycznie jąder),
c.
Mejoza (powstaje jądro o pojedynczej liczbie chromosomów)
Formy rozmnażania płciowego:
a.
Gametogamia - proces prowadzący do zespolenia gamet haploidalnych, wytworzonych w procesie mejozy,
b.
Somatogamia - zrastanie się strzępek haploidalnych. Polega na kopulacji wegetatywnych strzępek różniących się pod względem płciowym. Najpierw następuje plazmogamia,
natomiast łącznie się jąder w diploidalne - kariogamia zachodzi po pewnym czasie.
30.
Drożdże:
Cechy fizjologiczne:
-optymalne pH 5-6 (dla niektórych gatunków waha się od 3 do7,5);
-optymalna temperatura 30˚C (2˚C-46˚C) / czas inkubacji 48 h;
-środowisko wilgotne (w suchym powstają formy przetrwalnikowe);
-odżywianie heterotroficzne;
-oddychanie względnie beztlenowe.
Rozmnażanie wegetatywne (determinowane przez kształt):
Pączkowanie:
a.
Na całej powierzchni – wielostronne, z każdej strony może powstać pączek, lecz tylko raz, tworząc bliznę pourodzeniową, w efekcie powstają komórki macierzysta i potomna lub
zespoły pączków, które tworzą psuedogrzybnię, która jest pozbawiona sept (Saccharomyces);
b.
Jedno lub dwubiegunowe (Kloeckera).
Przez podział – przed podziałem rosną na długość, po czym na środku tworzy się przegroda, zamykająca dośrodkowo światło komórki, następnie komórki się rozdzielają
(Schizosaccharomyces). Przez podział w niekorzystnych warunkach powstają formy przetrwalne.
Przez artrospory – odcinanie fragmentów grzybni, zawierającej septy (Trichosporon);
Przez ballistospory – wyrasta sterigma - pęcherzyk wydzielający płyn, w którym zbiera się komórka potomna, która następnie jest wystrzeliwana (nawet na 1,5 cm).
Rozmnażanie generatywne:
-mating - zachodzi pomiędzy haploidami przeciwnych typów koniugacyjnych a (MATa) i α (MATα), prowadzi do powstania diploida; etapy: spotkanie się, wydzielanie feromonów,
wytworzenie wypustek (shmooing), koniugacja;
-starvation - w niesprzyjających warunkach następuje mejoza, powstaje haploid (tetrametr).
31.
Oddziaływanie bakterii na człowieka:
Pozytywne:
-pomoc w trawieniu (rozkład celulozy przez E. coli – celuloza);
-dostarczanie witamin, przyswajalnych białek.
Negatywne:
-powodowanie wielu chorób, w tym sepsy (ogólnego zakażenia całego organizmu poprzez krew),
-wytwarzanie toksyn (egzotoksyny, czyli metabolity oraz endotoksyny, czyli część ściany komórkowej).
Cecha
Endotoksyny
Egzotoksyny
6
Źródło
Skład chemiczny
Toksyczna cząsteczka
Cząsteczka antygenowa .
Wrażliwość na temperaturę
Swoistość gatunkowa
Uwalnianie z komórki
bakterie Gram- (Enterobacteriacea)
lipopolisacharyd
lipid A
lipopolisacharyd
stabilna
brak
liza bakterii
bakterie Gram+ i Gram-
białko
domena aktywna
białko
labilna
tak
aktywne
Właściwości oddzielania się od komórki
bakteryjnej
trudno
łatwo
Właściwości uodparniające
słabe
silne
Okres inkubacji
od kilkunastu minut do kilku godzin
od kilkunastu do kilkudziesięciu godzin
Czas trwania choroby
od kilkunastu godzin do
kilku dni
od kilku minut do kilkunastu godzin
Działanie chorobotwórcze po podaniu
doustnym
działają z reguły
wyjątkowo (toksyna botulinowa) działają po podaniu doustnym
Toksyczność
stosunkowo mała
bardzo duża
Możność odtoksycznienia
aldehydem mrówkowym
brak
istnieje
32.
Minimalna dawka śmiertelna jest to minimalna dawka danej toksyny potrzebna do wywołania śmierci osobnika ludzkiego, podana w µg:
-toksyna botulinowa (0,00012),
-toksyna tężcowa (0,0033),
-jad kobry (0,002),
-strychnina (0,06),
-cyjanek potasowy (1,9),
-toksyna błonicza (2,0).
33.
Bakterie wywołujące infekcje i wytwarzające toksyny:
Bakteria
Choroba
Toksyna, atakowana tkanka
Clostridium botulinum
botulizm
neurotoksyna
Clostridium perfringens
zgorzel gazowa, zatrucie
pokarmowe
a-toksyna, tkanki łączne
Clostridium tetani
tężec
neurotoksyna
Helicobacter pylori
zapalenie żołądka i jelit,
zapalenie wątroby
wytwarzanie kwasu
Mycobacterium leprae
trąd
skóra i inne tkanki
Mycobacterium tuberculosis
gruźlica
płuca i inne tkanki
Pseudomonas aeruginosa
zakażenia skóry i płuc
Rickettsia prowazekii
dur plamisty
naczynia włosowate
Salmonella paratyphi
dur rzekomy
LPS
Shigella dysenteriae
czerwonka, biegunki
neurotoksyna
Staphylococcus aureus
ropnie, zatrucia
pokarmowe
a-toksyna (enterotoksyna)
Streptococcus pyogenes
szkarlatyna
streptolizyny
Yersinia pestis
dżuma gruczołowa i płucna
toksyna dżumy
34.
Mikotoksyny:
Aflatoksyny B1, G1, M1 (Aspergillus flavus, Aspergillus parasiticus) – gromadzą się w wątrobie, nerkach, mięśniach, tkance tłuszczowej (nowotwory),
Ochratoksyny (Aspergillus, Penicillium),
Zearalenon (Fusarium) – bezpłodność u trzody,
Trichoteceny (Fusarium, Myrothecium, Trichoderma, Stachybotrys) – zapalenie skóry, wymioty,
Patulina (Aspergillus, Byssochlamys) – antybiotyczne względem E. coli, Streptococcus aureus oraz Rhizopus; fitotokysczne, hamuje rozwój siewek ogórków, grochu, pomidorów, pszenicy.
35.
Dezynfekcja - proces zabicia wszystkich form wegetatywnych mikroorganizmów chorobotwórczych i niechorobotwórczych za pomocą metod fizycznych, chemicznych i mechanicznych.
36.
Sterylizacja - proces polegający na zabiciu wszystkich mikroorganizmów - niezależnie od stadium rozwojowego, a więc zarówno form wegetatywnych, jak też form przetrwalnych.
37.
Środki antyseptyczne - substancje, które stosuje się miejscowo na tkanki ludzkie, hamują wzrost drobnoustrojów, albo je zabijają, bez uszkadzania tkanek ludzkich, na które je zastosowano.
38.
Środki dezynfekcyjne - substancje, które zabijają drobnoustroje (z wyjątkiem spor), stosowane wyłącznie do dezynfekcji przedmiotów.
39.
Metody jałowienia
Na sucho:
-wyżarzanie - ezy, igły;
-opalanie – probówki;
-sterylizacja w suszarce - szkło laboratoryjne oraz niektóre związki chemiczne, czynnikiem wyjaławiającym jest suche, gorące powietrze o temperaturze 160
0
C, przez 2 godziny.
Na mokro:
-sterylizacja w autoklawie – pożywki oraz drobny sprzęt laboratoryjny, czynnikiem wyjaławiającym jest przegrzana nasycona para wodna pod zwiększonym ciśnieniem (1 at., 121°C, przez 20 – 30
min);
7
-w aparacie Kocha (pasteryzcja) – pożywki, czynnikiem wyjawiającym jest gorąca woda o temperaturze około 85
0
C przez 30 minut,
-w aparacie Kocha (tyndalizacja) – trzykrotna pasteryzacja (w 100
0
C), I - giną formy wegetatywne, II - giną formy wegetatywne, które rozwinęły się z form przetrwalnych, III - upewnia nas o zabiciu
wszystkich drobnoustrojów;
-UHT - błyskawicznym pasteryzacja, 1-2 sekundowym podgrzaniu do temp. ponad 100°C (135-150°C dla mleka) i równie błyskawicznym ochłodzeniu do temperatury pokojowej.
Promieniowanie:
-UV - lampy kwarcowe są wypełnione oparami rtęci, które emitujące w 95% promieniowanie o długości fali 258 nm, tą część widma, która jest najsilniej absorbowane przez kwasy nukleinowe,
stosowane do zabijania mikroorganizmów w powietrzu oraz na odkrytych powierzchniach,
-X - promieniowanie jonizujące zabija mikroorganizmy oraz formy przetrwane (pożywki).
Filtrowanie – pożywki zawierające witaminy, aminokwasy, surowicę; filtrowanie jest prowadzone na zimno, dzięki porom, które są mniejsze od rozmiarów bakterii, odfiltrowane drobnoustroje
osadzają się na filtrze, a uzyskany filtrat jest jałowy.
Wirowanie – pożywki, następuje oddzielanie komórek mikroorganizmów od zawiesiny – służy do otrzymywania superlatantów.
Ultradźwięki – dźwięki w zakresie 20-100 kHz są stosowane do rozbijania komórek bakteryjnych.
40.
Środki chemiczne do jałowienia:
Kationowe – czwartorzędowe związki amoniowe.
Anionowe – mydła i kwasy tłuszczowe.
Niejonowe – etanol, fenol.
41.
Czynniki wpływające na sterylizację:
Rodzaj i stężenie środka.
Wrażliwość drobnoustrojów.
Temperatura i wilgotność środowiska.
Czas działania środka.
Obecność substancji organicznych w dezynfekowanym otoczeniu.
42.
Czas śmierci termicznej – określony czas do zniszczenia drobnoustrojów w danej temperaturze.
43.
Temperatura śmierci termicznej – najniższa temperatura, w które giną drobnoustroje w ciągu 10 minut.
44.
Czas 10 x krotnej redukcji drobnoustrojów – czas do dziesięciokrotnego zmniejszenia populacji drobnoustrojów.
45.
Czynniki środowiskowe wpływające na bakterie (badaniem tej zależności zajmuje się synekologia):
Obecność związków organicznych w glebie.
Wilgotność.
Ciśnienie osmotyczne.
Odpowiednie pH.
Dostępność tlenu wywołuje aerotaksję.
Temperatura.
Toksyczność (obecność substancji powierzchniowo czynnych uszkadzających błonę komórkową - głównie).
Odpowiednie związki chemiczne – wywołują chemotaksje – dążenie do atraktanta lub ucieczka od repelenta. .
Natężenie światła powoduje fototaksję – dążenie do światła, np. dzięki wakuolom powietrznym (beztlenowce oraz sinice).
Pole magnetyczne wywołujące magnetaksje.
Promieniowanie wywołujące tigmotaksje – przyczepienie się do kurzu, aby zabezpieczyć się przed promieniowaniem, np. Zooglea.
46.
Czynniki hamujące metabolizm mikroorganizmów:
Niedobór związków odżywczych:
-obniżenie rozmnażania z 20 minut do 800 minut,
-często prowadzi do utleniania związków, z których są zbudowane w celu uzyskania energii i ochrony genoforu.
Ciśnienie osmotyczne:
-słone morza, zasolone gleby (przetrwają tylko bakterie Halofilne),
-stosowane w konserwacji powideł, peklowaniu.
Ciśnienie mechaniczne:
-bakterie wytrzymują do 600 at.,
-endotoksyny wytrzymują do 12 000 at.,
-enzymy wytrzymują do 17 000 at.,
-endospory wytrzymują do 20 000 at.
Ciśnienie hydrostatyczne (przetrwają tylko bakterie Barofilne).
Wysuszenie, utrata wody:
-stosowane podczas wędzenia.
Temperatura:
-psychrofilne (10deg) – Bacillus, Galionella, grzyby pleśniowe,
-mezofilne (36deg) – Escherichia, Pseudomonas, Staphylococcus,
-termofilne (60deg) – Thermoactinomyces vulgaris (zawiera dużo kwasów tłuszczowych).
Wymagania tlenowe:
-tlenowe – Nitrosomonas, Thiobacillus, Nitrobacter,
-beztlenowe – Clostridum,
-względnie beztlenowe – Escherichia, Pseudomonas, Staphylococcus.
pH:
-acidofile – Thiobacillus, Sulfolobus;
-neutrofile – Alcaligenes, Pseudomonas;
-alkalofile – Bacillus.
47.
Czynniki denaturujące białko:
Temperatura.
Stężone kwasy i zasady.
Alkohole.
Metale ciężkie i ich sole.
Związki aromatyczne.
48.
Czynniki uszkadzające ścianę komórkową:
Lizozym (usuwa).
Antybiotyki (Penicillium).
Barwnik (fiolet krystaliczny).
Pierwiastki (jony magnezu i wapnia).
49.
Czynniki uszkadzające błonę cytoplazmatyczną:
Substancje powierzchniowo czynne:
-anionowe (mydła),
-kationowe (detergenty).
Antybiotyki i ich metabolity.
Rtęć, Kobalt oraz Nikiel.
50.
Czynniki uszkadzające DNA:
Antybiotyki (Streptomycyna) – hamują replikację, blokują rybosomy.
Promieniowanie jonizujące oraz UV – powstają dimery tyminy oraz wolne rodniki.
51.
Wpływ bakterii na środowisko:
Podnoszenie temperatury, na przykład podczas kompostowania następuje wzrost temperatury, co jest wywołaneobecnością i działalnością bakterii beztlenowych, co może powodować
samozapłon siana.
Są źródłami światła widzialnego (dzięki luminescencji zachodzącej wewnątrz komórek) – Vibrio posiadają lucyferynę (nieszkodliwe).
Obniżenie potencjału redoks.
Wpływa na pH gleby:
-rozkład białka, przemiany azotu – alkalizacja środowiska,
-fermentacja kwasowa, acetonowo-butolowa, utlenienie siarki – obniżenie pH.
8
Biorą udział w procesie tworzenia gleb, skał (głównie warstwy ornej do 40 cm).
Tworzenie humusu.
Powstawanie kopalin, na przykład siarki kopalnej.
Źródło siarkowodoru (desufurikacja, rozkład białek, siarka pochodzenia wulkanicznego).
Powstawanie saletry azotowej:
-saletra chilijska powstała, wskutek rozkładu białka (guano), następnego utlenienie amoniaku do azotanów.
Pełnią funkcję bioindykatorów.
52.
Wzajemne oddziaływanie bakterii:
Antagonistyczne:
a.
Bezpośrednie:
-pasożytnictwo
(przejściowe
–
Lactobacillus,
względne
-
E.
coli,
bezwzględne
-
dwoinka
rzeżączki),
-drapieżnictwo.
b.
Pośrednie:
-fizyczne (oddziaływanie poprzez modulacje czynnikami środowiska - pH, tlen, temperatura),
-chemiczne (poprzez wytwarzanie metabolitów, czynników wzrostowych, czynników szkodliwych, np. H2S),
-antybioza (poprzez wytwarzanie antybiotyków), np. Streptomyces hamuje wzrost G+.
Mutualistyczne:
a.
Bezpośrednie:
-symbioza, np. Desulfovibrio (dostarcza donor wodoru) i Chromatium (dostarcza akceptor wodoru).
b.
Pośrednie:
-synergizm (rozkład związku przez kilka rodzajów bakterii),
-metabioza (następstwo gatunków).
53.
Metabioza w butelce mleka:
Streptococcus lactis rozkłada laktozę.
Następuje obniżenie pH.
Aktywacja Lactobacillus lactis produkującego kwas mlekowy - znaczne obniżenie pH.
Kwaśnienie mleka.
Aktywacja dzikich drożdży.
Wzrost pH.
Aktywacja E. coli rozkładającej białka i wydzielającej H
2
S.
54.
Przemiany związków azotowych:
N
2
→ N
org.
:
a.
Wiązanie symbiotyczne (Rhizobium i rośliny motylkowe)
-mechanizm polega na wniknięciu bakterii do korzenia i przekształcenie się w bakterioidy;
-efektywny, wydajny i tani – w ciągu 1 roku 100 kg azotu na powierzchni 1 ha.
b.
Wiązanie symbiotroficzne (mieszane), np. Clostridium, Rhizobium.
c.
Wiązanie asymbiotyczne (niezależnie, co rośnie):
-heterotrofy tlenowe (Azotobacter, Azotomonas), beztlenowe (Clostridium, Desulfovibrio), mikroaerofilne (Arthobacter, Aerobacter, Pseudomonas),
-autotrofy tlenowe (Sinice), beztlenowe (Rodospirillum).
N
org.
→ NH
3
:
a.
Rozkład białek (proteoliza przez proteazy) poprzez polipeptydy (deamonifikacja) do amoniaku, np. Bacillus.
b.
Rozkład kwasów nukleinowych (przez rybonukleaze) poprzez zasady azotowe, kwasy organiczne, mocznik, aminokwasy do amoniaku, np. Clostridium, Corynobacterium,
Pseudomonas.
c.
Rozkład mocznika (przez ureaze) do dwutlenku węgla i amoniaku, np. Helicobacter pylori, Urobacillus.
NH
3
→ NO
2
-
→ NO
3
-
:
a.
Chemosynteza (nitryfikacja): amoniak do azotanów (Nitrosomas), azotany do azotynów (Nitrobacter).
NO
2
-
→ N
2
:
a.
Oddychanie redukcyjne (denitryfikacja): azotany do azotu cząsteczkowego.
55.
Przemiany związków węglowych:
C
org.
→ CO
2
:
a.
Oddychanie zwierząt i roślin.
b.
Mineralizacja przez heterotrofy (fermentacja).
c.
Spalanie węgla.
CO
2
→ C
org.
:
a.
Fotosynteza przez rośliny.
b.
Chemosynteza oraz fotosynteza przez bakterie (autotrofy).
c.
Oddychanie redukcyjne do metanu (metanogenne) lub acetonu (węglanowe).
56.
Przemiany tlenu:
Fotosynteza (przeprowadzana przez rośliny, protisty roślinopodobne i sinice) uwalnia tlen związany w związkach nieorganicznych oraz wiąże go w postaci związków organicznych
Oddychanie tlenowe powoduje uwalnianie tlenu związanego w postaci organicznej, w postaci dwutlenku węgla oraz wiązanie tlenu cząsteczkowego w postaci wody.
57.
Przemiany siarki:
S
org.
→ H
2
S:
a.
Mineralizacja (rozkład białek), np. Serratia, Bacillus, Proteus, grzyby.
H
2
S → siarczany:
a.
Chemosynteza – sulfurykacja, np. Thiobacillus
Siarczany → H
2
S:
a.
Oddychanie redukcyjne – desulfurykacja, np. Bacillus, Desulfovibrio.
H
2
S → S
2
→ siarczany:
a.
Utlenianie, np. Chromatium, Thiobacillus.
S
2
→ H
2
S:
a.
Oddychanie redukcyjne, siarkowe, np. Pyrodictium, Desulfuromonas,
Siarczany → S
org.
:
a.
Asymilacja, np. Escherichia, Neurospora, drożdże.
58.
Przemiany fosforu:
Mineralizacja (resztek roślin i zwierząt, próchnicy) powoduje przekształcenie organicznej formy fosforu do łatwo przyswajalnych przez rośliny i bakterie fosforanów.
59.
Wpływ roślin na mikroorganizmy
Dodatni:
-dostarczanie pokarmów w postaci wydzielin korzeniowych i obumarłych tkanek,
-produkcja substancji biologicznie czynnych stymulujących wzrost,
-wpływ na warunki fizyczne środowiska.
Ujemny:
-produkcja inhibitorów wzrostu,
-konkurencja w pobieraniu składników pokarmowych.
60.
Wpływ mikroorganizmów na rośliny:
Dodatni:
-eliminowanie drobnoustrojów chorobotwórczych ze środowiska,
-udostępnianie składników pokarmowych,
-produkcja stymulatorów,
-odtruwanie środowiska.
Ujemny:
-produkcji inhibitorów,
9
-uwstecznianie składników pokarmowych.
61.
Ryzosfera – strefa przykorzenna, mająca kilka mm grubości. W niej zachodzi najintensywniejsza symbioza i występują duże ilości mikroorganizmów:
Bakterie: 1 200 mln, w tym 500 mln to amonifikatory (53 mln / 4 mln w zwykłej glebie).
Promieniowce: 46 mln (7 mln w zwykłej glebie).
62.
Warstwa orna – jest to warstwa gleby do głębokości około 30-40 cm:
Część stała (50%), w tym:
-związki organiczne (napływające do gleby, np. w postaci humusu),
-związki mineralne (glinokrzemiany).
Część zmienna (roztwór glebowy, około 15%):
-odpowiedzialny za transport substancji odżywczych,
-wymianę gazową,
-regulacja pH oraz ciśnienia osmotycznego,
-rozpuszczanie CO
2
.
Powietrze (około 35%):
-CO
2
(10-20%), O
2
(10-15%), H
2
S, NH
3
, N
2
, CH
4
.
63.
Oddziaływanie wody na mikroorganizmy w glebie:
Gleba przesuszona (zawierająca dużo powietrza) powoduje:
a.
Rozwój grzybów, drożdży, promieniowcy, bakterii (tlenowych).
b.
Mineralizacja (zanik próchnicy, jałowienie).
W celach zapobiegawczych ziemi takiej nie należy spulchniać tylko ubijać!
Gleba podmokła (zawierająca mało powietrza, dużo wody) powoduje:
a.
Wzrost bakterii beztlenowych, mikroaerofilnych.
b.
Fermentacja (co z kolei powoduje zakwaszanie gleby).
W celach zapobiegawczych ziemi takiej nie należy ubijać tylko spulchniać!
64.
Drobnoustroje glebowe:
Grupa funkcjonalna
Rodzaje reprezentatywne
Bakterie
Promieniowce
Grzyby
Rozkładające celulozę
Rozkładające pektyny
Rozkładające ligniny
Rozkładające chitynę
Nitryfikatory
Redukujące siarczany
Utleniające siarkę
Cytophaga
Cellulomonas
Achromobacter
Bacillus
Clostridium
Erwinia
Achromobacter
Bacillus
Pseudomonas
Nitrosomonas
Nitrobacter
Desulfovibrio
Beggiatoa
Thiobacillus
Chlorobium
Nocardia
Streptomyces
Micromonospora
Streptomyces
Streptomyces
Micromonospora
Nocardia
Chaetomium
Mycogone
Trichoderma
Fusarium
Verticillium
Polyporus
Trichoderma
Fusarium
Aspergillus
Mucor
65.
Systematyka Vinograckiego:
Vinogradzki nadawał bakteriom nazwy rodzajowe związane z morfologią i ekologią, a nazwy gatunkowe związane ze specjalnymi uzdolnieniami konkretnych gatunków. Np.: nazwy powstałe dzięki
przeprowadzanym procesom – Azotobacter, od zabarwienia komórek – Chromobacterium, od używanych składników pokarmowych – Haemophilus jak również od właściwości patogennych –
Pneumococcus
.
66.
Grupy fizjologiczne bakterii możemy podzielić, ze względu na ich zależności względem następujących składników/procesów:
Odżywianie (autotrofy, heterotrofy, w tym prototrofy i auksotrofy).
Pobierane źródło energii (fototrofy, chemotrofy, chemorynatrofy).
Oddychanie (tlenowe, beztlenowe, względnie beztlenowe).
Temperaturofilność (psychrofilne, mezofilne, termofilne).
Wytwarzanie konkretnych enzymów litycznych (Cellulomonas).
67.
Metody liczenia mikroorganizmów:
Metoda bezpośrednia (mikroskopowa) – służą do oznaczania sumy żywych i martwych komórek, stosowana do liczenia dużych mikroorganizmów (grzybów). Stosuje się komory Thoma i
Burkera:
-1-3 mld / 1 g gleby (wg Clarka).
Metoda pośrednia (płytkowa) - opiera się na obserwacji wzrostu żywych komórek, określa się liczbę jednostek zdolnych do tworzenia koloni, na selektywnym podłożu, (stosuje się również
metodę 10-krotne rozcieńczenie Kocha):
-5-50 mln / 1 g gleby (wg Clarka).
68.
Produkty rozkładu glukozy w procesie oddychania u poszczególnych mikroorganizmów:
Bakterie tlenowe - kwas pirogronowy, mlekowy i octowy oraz aldehyd octowy;
Bakterie beztlenowe - kwasy tłuszczowe, kwas mlekowy, wodór, metan;
Grzyby pleśniowe, tlenowce - kwasy organiczne;
Drożdże, względne beztlenowce - alkohol etylowy.
69.
Rozkład celulozy:
Celuloza (przez enzym - celulaza) poprzez celobioze, celotriozę, celotetrozę (β-glukozydaza) jest rozkładana do glukozy.
Następnie glukoza w warunkach tlenowych do CO
2
, H
2
O (czasem do kwasów uronowych, hemicelulozy, barwników):
- A. fumigatus, Chaetmium globosum, Fusarium, Cytophaga, Pseudomonas fluorescens, Celumononas fimi,
Następnie glukoza w warunkach beztlenowych do CO
2
, H
2
(czasem do metanu , kwasów organicznych):
-Clostridium thermocellum, Clostridium cellobioparum.
70.
Rozkład hemicelulozy:
Hemiceluloza (poprzez pektyny, chityna) do glukanu, np. Bacillus, Propionium bacterium, Penicillium, Mucor
71.
Rozkład lipidów:
Lipidy do kwasów tłuszczowych, np. Candida, Penicillium, Mucor, Aspergillus, Pseudomonas.
72.
Humifikacja – procesy tworzenia humusu polegające na przekształceniu materii organicznej gleb, rozkładzie pierwotnych związków organicznych (szczątków roślinnych) i wtórnej syntezie:
Substraty:
-celuloza, hemiceluloza, skrobia,
-kwasy organiczne, tłuszcze,
-białka, aminokwasy, amidy,
-lignina,
-związki azotowe.
73.
Humus – amorficzna substancja organiczna, powstała ze szczątek roślin w różnym stadium mikrobiologicznego procesu rozkładu:
Skład:
-tłuszcze i woski (0,5-5%),
-żywice (0,5-3%),
-hemiceluloza (5-13%),
-błonnik (3-5%),
-humus liginiowy (wanilina) (35-50%),
-białka glebowe (30-35%).
10
Rodzaje:
-czarnoziemy, słodkie (zawiera głównie kwasy huminowe),
-bielicowe, kwaśne (zawiera głównie kwasy fulwowe).
74.
Mikroflora płodów rolnych i ogrodniczych (epifityczna):
Pożyteczne
Szkodliwe
Chorobotwórcze dla roślin
Chorobotwórcze dla zwierząt
Bakterie ferm. mlekowej:
Streptococcus
Lactobacillus
Bakterie ferm. octowej:
Acetobacter
Drożdże:
Saccharomyces
Torula
Candida
Bakterie rozkładające białka:
Pseudomonas
Bacillus
Micrococcus
Bakterie ferm. masłowej:
Clostridium
Pleśnie:
Mucor
Rhizopus
Aspergillus
Penicillium
Bakterie:
Erwinia
Pseudomonas
Pleśnie:
Fusarium
Alternaria
Cladosporium
Bakterie:
Escherichia
Shigella
Salmonella
Promieniowce:
Actinomyces
75.
Wpływ wilgotności ziarna na ilość występujących w nim drobnoustrojów (dopuszczalna granica wynosi około 15%):
13% - 2 mln / 1 g ziarna,
17% - 50 mln / 1 g ziarna,
23% - 2900 mln / 1 g ziarna.
Bytujące bakterie: Pseudomonas, Lactobacillus, Bacillus, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Alternaria, Actinomyces.
Kiszonka: Bakterie fermentacji mlekowej.
Mikroflora siana: Bakterie fermentacji mlekowej., Pseudomonas, Clostridium, Penicillium, Aspergillus, Rhizopus.
Mikroflora ro
ślin okopowych: Bakterie fermentacji mlekowej, octowej. Pseudomonas, Clostridum, Alternaria.
Mikrofolora owoców, warzyw: Bakterie fermentacji octowej. Erwinia, Pseudomonas, Shigella, Salmonella (sałata 3 000 tys. – 250 000 tys. w 1 g).
Także mrożonki (Bacillus do -20deg) oraz przyprawy (grzyby).
76.
Udział mikroorganizmów w poszczególnych mikroflorach:
Zboża: promieniowce > pleśnie > bakterie > drożdże.
Zielonki i warzywa: bakterie > pleśnie > promieniowce > drożdże.
Owoce: drożdże > pleśnie > promieniowce = bakterie.
Mikroflora mleka: Bakterie fermentacji mlekowej i pseudomlekowej (brak form przetrwalnych):
-Strepthococcus lactis, cremoris,
-Lactobacillus lactis,
-Thermobacterium lactis.
Bakterie alkalizujące i gnilne, np. Clostridium, Bacillus.
Bakterie fermentacji masłowej, np. Clostridium.
Bakterie chorobotwórcze, np. Mycobacterium bovis (prątki gruźlicy), E. coli.
77.
Zmiany w mikroflorze mleka w czasie przechowywania (w 1 ml):
3 h – 195 tys.
24 h – 59 000 mln.
48 h – 1 023 000 mln
72 h – 687 000 mln.
78.
Szkodliwe drobnoustroje występujące w kiszonkach:
Grupa drobnoustrojów
Właściwości biochemiczne
Sposób ochrony
Gnilne
Clostridium
Drobnoustroje celulolityczne i
pektynolityczne
Bakterie rzekomej fermentacji mlekowej
Pleśnie
Tlenowy i beztlenowy rozkład białka
Fermentacja masłowa.
Rozkład celulozy i pektyn.
Wytwarzanie indolu i acetoiny
(wskaźniki złego stanu sanitarnego).
Rozkład kwasów i mineralizacja masy roślinnej do H
2
O i CO
2
wytwarzanie substancji toksycznych.
Zakwaszenie przez zabezpieczenie minimum cukrowego:
warunki beztlenowe.
Szybkie obniżenie pH poniżej 4,2
zabezpieczenie minimum cukrowego.
Ochrona kiszonki przed zanieczyszczeniem glebą i nawozem.
Zachowanie warunków beztlenowych.
79.
Obornik:
Skład (woda 77%, związki organiczne około 20%):
-kał (w ty pierwiastki: azot, wapń, potas, fosfor),
-mocz (w tym: azot, fosfor),
-ściółka.
Mikroflora:
-Streptococcus (45%), E. coli (20%), drożdże, pleśnie, Micrococcus (śladowe ilości).
Mezofauna (na powierzchni 1 m
2
):
-roztocza (50 000), larwy muchówek (500-1500), chrząszcze i ich larwy (4000), dżdżownice (70).
80.
Gnojowica:
Skład: kał,mocz.
Bakterie chorobotwórcze: E. coli, Klebsiella, Bacillus, Proteus, Shigella, Salmonella.
Dopuszczalne miano E. coli wynosi nie mniej niż 0,01.
81.
Zanieczyszczenia wód powierzchniowych (związki powodujące: H
2
O
2
, Cl
2
, KCN, fenole, detergenty, siarczany, siarczki):
Ścieki komunalne, przemysłowe.
Wody opadowe
Powietrze (CO, NO, pyły).
Obumierające organizmy.
82.
Samooczyszczanie wód:
Mechaniczne:
-cedzenie,
-rozcieńczanie,
-flotacja,
-sedymentacja.
Fizykochemiczne:
-utlenianie,
-redukcja,
-koagulacja (sole glinu i żelaza),
-sorpcja (wprowadzanie węgla aktywnego).
Biologiczne:
-biosorpcja (przyczepianie bakterii),
-mineralizacja (rozkład materii przez bakterie),
-biokumulacja (wprowadzanie metali ciężkich),
-immobilizacja (unieruchomienie, wbudowywanie zanieczyszczeń w bakterie).
83.
Fazy oczyszczenia ścieków:
11
Usuwanie zanieczyszczeń stałych (mechanicznie),
Usuwanie zanieczyszczeń rozpuszczonych (biologicznie, chemicznie),
Usuwanie związków biogennych tzn. związków azotu i fosforu (biologicznie, chemicznie),
Usuwanie resztkowych zanieczyszczeń, ten stopień oczyszczania bywa określany mianem odnowy wody, gdyż uzyskana woda może ponownie służyć do zaopatrzenia przemysłu lub ludzi
(fizykochemicznie).
84.
Osad czynny (tlenowe):
Mechanizm:
-Ścieki surowe → osadnik wstępny → komora napowietrzająca → osadnik wtórny.
-Osad z bakteriami wędruje do komory regeneracyjnej i powrotem do komory napowietrzające.
Uczestniczące mikroorganizmy (wykorzystują następujące procesy: odżywianie, oddychanie, chemosynteza):
- Pseudomonas, Bacillus, Thiobacillus (wbudowywanie metali ciężkich),
- E. coli, Lactobacillus, Cytophaga,
-Aerobacter, Zooglea, Xanthomonas, Arthrobacter (flotacja, dużo śluzu).
Czynniki wpływające na efektywne oczyszczanie:
-temperatura 10-20deg (właściwa lepkość wody, stężenie tlenu, rozwój bakterii, rozpuszczalność substratów, opadanie),
-pH 6-9,
-oksydoredukcja,
-aeracja (1,8 mg tlenu / 1 g suchej masy / 1 h),
-mieszanie (ujednorodnienie masy, temperatury i pH – rozbijanie kłaczków),
-substancje odżywcze.
Puchnięcie osadu – może zahamować proces.
85.
Sposobu najlepszej utylizacji ścieków (jest to problem środowiskowy):
Połączenie oczyszczalni tlenowej z beztlenową (rozkład totalny i dodatkowo biogaz).
Spalanie (dioksyny, metoda stanowi mały problem).
Bioutylizacja (kompostowanie i dodatkowo otrzymanie obornika).
Nawadnianie pól, łąk i lasów (ścieki muszą być mikrobiologicznie czyste).
86.
Uzdatnianie wody pitnej - proces polegający na doprowadzeniu zanieczyszczonej wody do stanu czystości wymaganego dla danego zastosowania:
Odżelazienie - zmiękczanie (zmiękczanie jonitowe)
Demineralizacja (np. poprzez destylację),
Filtracja (mineralna, węglowa, mechaniczna),
Dezynfekcja (chemiczna, promieniowaniem UV),
Proces odwróconej osmozy (RO).
87.
Stawy przetrzymujące:
Stawy osadcze - głównie do. oddzielenia materiału sedymentującego od reszty ścieku. Z uwagi na dużą zawartość zanieczyszczeń, w tego typu stawach panują warunki beztlenowe;
Stawy nienapowietrzane (beztlenowe) - podobne do osadczych; napowietrzanie następuje przez powierzchnię. Są to sztuczne bądź naturalne zbiorniki. Głębokość dochodzi do 3-4 m. Ścieki po
kilku dobach zatrzymywania w takim stawie nie zawierają tlenu. Zatrzymane zostają zawiesiny oraz zapoczątkowana hydroliza wielkocząsteczkowych związków organicznych;
Stawy napowietrzane - są to zbiorniki ze sztucznym napowietrzaniem i wymuszoną cyrkulacją ścieku. Stężenie aktywnego osadu jest znacznie niższe niż w zbiornikach osadu czynnego.
Zwykle po stawie napowietrzanym stosuje się staw osadczy do oddzielenia biomasy mikroorganizmów.
Stawy końcowego oczyszczenia - do końcowego oczyszczania ścieków po złożach zraszanych lub zbiornikach osadu czynnego. Są to zwykle płytkie stawy napowietrzane.