Реферат: Реферат студента 4 курса кафедры физиологии микроорганизмов Беликова А. В


Устойчивость микроорганизмов к недостатку и избытку воды


Реферат студента 4 курса кафедры физиологии микроорганизмов Беликова А. В.


Вода имеет важнейшее значение для всего живого, и для микроорганизмов в том числе. Она является средой, объединяющей все части клетки, выполняя, таким образом, транспортную функцию. Она является средой для биохимических реакций, то есть растворителем. Она обеспечивает поддержание оптимальной конформации макромолекул, в том числе ферментов. Она является причиной осмоса и тургора, поддерживая с их помощью форму клетки. За счет своей низкой теплопроводности она является хорошим терморегулятором, оберегая клетку от резких колебаний температур и перегрева. И, наконец, она является одним из важнейших метаболитов, участвуя во множестве реакций, например в фотолизе.

Недостаток или избыток воды в среде можно измерить различными способами. В качестве таких способов выступает измерение следующих параметров среды: активность и потенциал воды, осмотическое давление, температуры кипения и замерзания, молярность, ионная сила. Непосредственным фактором, влияющим на доступность воды для микроорганизмов, является молярность раствора, т.е. количество растворенных в нем веществ. Чем больше разность молярностей среды и клетки – тем труднее микроорганизму поглощать воду. Остальные параметры – это производные молярности. Однако непосредственное измерение молярности крайне неудобно, поэтому прибегают к измерению производных параметров – в основном это активность и потенциал воды и осмотическое давление.

^ Активность воды обозначается как aw и измеряется как отношение давления водных паров над средой к давлению водных паров над чистой (дистиллированной) водой. Чем больше молярность среды, тем ниже активность воды. Интервал значений aw: 0 – 1. Тесно связанный с активностью воды параметр – водный потенциал. Он обозначается ψ и равен ψ = 1000 RT/aw. Микроорганизмы способны существовать в интервалах значений активности воды в среде от 0,6 до 0.998. В таблице 1 приводятся значения минимальных активностей воды в среде для отдельных микроорганизмов.


Таблица 1


Микроорганизм

Тип микроорганизма

^ Минимальная aw в среде

Caulobacter

Бактерия

1,00

Basidiomyces

Дрожжи

0,95

Rhodobacillus

Бактерия

0,90

Debacyomyces

Актиномицет

0,85

Penicillum

Гриб

0,80

Aspergillus

Гриб

0,75

Halobacterium

Архей

0,70

Xeromyces

Гриб

0,65



^ Осмотическое давление обозначается как π и определяется как давление, которое необходимо приложить к полупроницаемой мембране, разделяющей среду и чистую (дистиллированную) воду, чтобы прекратить ток воды через мембрану. Чем больше молярность среды, тем больше осмотическое давление. Микроорганизмы способны существовать при осмотических давлениях среды до 150 атм. Для сравнения: осмотическое давление в клетках растений – 5-20 атм (у видов, обитающих в пустыне – 170 атм), в плазме крови человека – 7,7 атм. В таблице 2 приводятся значения максимальных осмотических давлений сред для различных групп микроорганизмов.


Таблица 2


^ Группа микроорганизмов

Максимальное ψ среды

Грибы (Penicillum, Aspergillus)

150 атм

Актиномицеты

55 атм

Бактерии (предел)

40 атм

Бактерии (наиболее благоприятно)

0,1 атм

Бактерии (анаэробы, денитрификаторы)

< 0.1 атм



Где же в природе встречаются местообитания с экстремальными значениями активности воды, водного потенциала и осмотического давления? Прежде всего это водоемы различной солености. Таблица 3 демонстрирует распределение различных групп микроорганизмов по степени солености заселяемых ими водоемов.


Таблица 3


^ Тип местообитания

Соленость

Тип микроорганизмов

Примеры микроорганизмов

Ультрапресная вода (сфагновые болота)

< 0,01%

Ультрапресноводные

Мало изучены

Пресная вода, почва

0,01 – 3%

Пресноводные, галотолерантные

Большинство

Морская вода

3 – 5%

Морские

Alteromonas, Vibrio, Photobacterium

Сильносоленая вода (морские лагуны, солончаки, солеварни)

5 – 30%

Умеренные и экстремальные галофилы

Dunaliella, Desulfovibrio, Methanohalophilus, Methanohalobium, Methanolobus, Acetohalobium, Halobacterium, Halococcus, Haloarcula



Экстремально низкие значения активности воды наблюдаются также в концентрированных растворах органических веществ. Это, например, нектар, мед, сироп, варенье. Микроорганизмы, обитающие в таких условиях, называются осмофилами. К ним относятся спироплазмы, различные грибы. Очень низка активность воды в тонких пленках и капиллярах. В аэрозолях (пар) и льду микроорганизмы существовать не могут.

Микроорганизмы выработали различные способы выживания при недостатке влаги. Прежде всего это накопление низкомолекулярных веществ с высокой растворимостью – осмопротекторов (осмолитов). Они позволяют уравнять молярности клетки и среды. Такой способ использует большинство экстремальных микроорганизмов. В качестве осмопротекторов могут выступать следующие вещества: аминокислоты (в основном глутамат), их производные (глицин-бетаин), сахара (сахароза, трегалоза), многоатомные спирты (глицерол), диметилсульфопропионат.

Другой способ уравнять молярности клетки и среды, используемый микроорганизмами, - закачивание с помощью ионных насосов К+ внутрь клетки. Этот способ используется, например, Salinibacter (бактерия), Halobacterium (архей).

Чтобы пережить кратковременную нехватку влаги, например при временном пересыхании среды, у микроорганизмов существуют другие приспособления. Это наличие толстых клеточных стенок, слизистых капсул, аккумулирующих воду, использование метаболической воды (С6Н12О6 + 6 О2 = 6 СО2 + 6 Н2О), и, конечно, переживающие клетки – споры, цисты, акинеты и др. Основная группа микроорганизмов, приспособившаяся к жизни в часто пересыхающей среде (на суше) - это грамположительные актиномицеты.

Актуальность изучения проблемы адаптаций микроорганизмов к экстремальным значениям водного потенциала можно оценить, ознакомившись, например, со следующей статьей: Unexpected Thermal Destruction of Dried, Glass Bead-Immobilized Microorganisms as a Function of Water Activity, C Laroche, P Gervais, Applied and Environmental Microbiology, 2003, May; 69(5): 3015–3019.
еще рефераты
Еще работы по разное