азот

Распространение микроорганизмов в природе. Участие микроорганизмов в круговороте углерода и азота.

Постоянные среды-естественные, где микроорганизмы живут, размножаются

Во временных средах микроорганизмы не размножаются (отсутствие питательных веществ, воздействие неблагоприятных факторов (солнечные лучи, высушивание)), а только временно сохраняют свою жизнеспособность

В воздухе микроорганизмы могут находиться на частичках пыли или на аэрозольных частичках влаги, в том числе аэрозоли водные с микроорганизмами могут выделяться от человека при разговоре, кашле

Дольше всего в воздухе свою жизнеспособность могут сохранять микроорганизмы, образующие пигменты, спорообразующие микроорганизмы (споры бацилл, грибов)

Аллохтонные микроорганизмы попадают в почву и воду извне, со всевозможными загрязнениями

Почва является самым населенным биотопом на земле

Бактерии: первую очередь высшие актинобактерии, скользящие бактерии, представители родов протеус, цирация, в анаэробных условиях клостридии

Простейшие: жгутиковые простейшие

Почва-главный природный резервуар и естественная среда обитания микроорганизмов, которые принимают активное участие в процессах формирования и самоочищения почвы, в круговороте веществ (азота, углерода, серы, железа)

В почве есть:

• Микроорганизмы, расщеляющие растительные остатки (целлюлозу, гемицеллюлозу, крахмал, пектины)

• Аммонифицирующие микроорганизмы

• Нитрифицирующие бактерии

• Денитрифицирующие бактерии

• Азотфиксирующие бактерии

• Серобактерии

• Железобактерии

Микробиота воды:

• Микрококки, сарцины

• Цианобактерии

• Бактерии родов Pseudomonas, Bacilus, Proteus

• Сапрофитные амёбы, инфузории, жгутиковые простейшие

• Низшие грибы (оомицеты, хитридиомицеты)

• Спирилла, спирохеты сапрофитные

• Анаэробные бактерии рода Clostridium (в придонных осадках)

Аутохтонная- совокупность микроорганизмов, постоянно живущих и размножающихся в воде (нормальная микробиота воды)

Возможно загрязнение почвы и воды патогенными и условно-патогенными микроорганизмами(опасность возникновения инфекционных заболеваний). Это так называемые аллохтонные (временные микроорганизмы), они попадают в почву и воду с выделениями человека и животных, хоз отходы, промышленные. Почва и вода факторы передачи инфекционных заболеваний. Вода-кишечные инфекции( дизентирия, холера), почва-спорообразующие бактерии,столбняк, сибирская язва, газовая гангрена

Эпифитные в симбиозе с растениями(бацилиус субтилис, дрожжи родоторула)

Крцговорот углерода в природе можно разделить на 3 этапа

!. Фиксация СО2 с образованием орг соединений-фотосинтез,фототрофные бактерии, некоторые хемотрофные-нитрофицирующие, водородные

2.Расщепление орг веществ до СО2 и воды называется минерализация

В воздухе 3% СО2,запасы постоянно пополняются

Основная масса орг веществ-вещества растительного происхождения-60% фиксированной угольной кислоты идёт на образование орг полимеров, растительные остатки состоят из полисахаридов

В процессе минерализации эти орг вещества подвергаются расщеплению с участием аэробным и анаэробных организмов

В аэробных условиях в-ва разлагаются до СО2 и Н2О

В анаэробных СО2, орг кислоты, спирты, продукты брожения

В составе целлюлозы находится около 50% углерода биосферы

Расщепление происходит с помощью комплексов ферментов-целлюлаз

1 этап фермент катализирует расщепление бета-1,4 гликозидной связи, образуются большие фрагменты с разрушенными концами

2 этап фермент катализирует отщепление от конца полисахаридной цепочки дисахарид-целлобиоза

3 этап гидролиз целлобиозы с образованием глюкозы

Кто расщепляет целлюлозу:

Почвенные микробы-миксобактерии(скользящие бактерии)-образуют слизь, Г- палочковидные бактерии, колонии окрашенные от желтого до ярко-оранжевого цвета, слизистые

Цитофага и спороцитофага редко образуют микроцисты, тесно прилегают в целлюлозному волокну и выделяют ферменты при тесном контакте с целлюлозой

Целлюломонас(Г+, палочковидные неправильной формы), высшие актино(стрептомицес, микроминоспора)

Грибы: базидиомицеты

Бактероидес и Руминококкус у жвачных животных

Активно расщепляют целлюлозу:

В растительных остатках занимает 2-ое место

Гемицеллюлозы- запасные или опорные ткани, гетерополисахариды состоящие из пентоз и гексоз, полимеры ксилозы(ксиланы)

Среденена бетаа 1 4 гликозидная связь

Расщепление протекает быстрее чем у целлюлозы, комплекс ферментов- ксиланазы на слайде(1- расщепление внутри цепи на крупные фрагменты,

2 фермент- отщепление остатков гемицеллюлозы от концов полисахаридной цепи)

Расщепляют гемицеллюлозу: Цитофага, спороцитофага, актиномицеты, зигомитецы, базидиомицеты, аспергиллы

Для грибов расщепление гемицеллюлозы правило, а не исключение

В межклеточном веществе растительных тканей, много пектинов содержат ягоды и косточковые плоды, по хим составу пектины-полигалактоураниды(альфа 1 4 гликозидные связи) кароксильные группы полностью или частично метилированны

Комплекс ферментов-пектиназы( эстеразы и гидролазы)

Эстеразы-расщепление эфирных связей, образование метанола

Гидролазы-расщепление полисахаридной молекулы до олиго и моно сахаридов

Расщепляют пектины: Бациллус матеренс,бациллус лихимиформис,бациллус полимикса, пектобактерии, ксантомонас кампестрис, грибы фузариум, пенициллы, триходерма, ризопус, аспергилы

Анаэробные- клостридии , кластридиум пектиноворум, кластридиум фернезеум(мочка льна)

Пектиназы-осветление фруктовых соков

Главное запасное вещество растений

Может быть представлен амилозой, амилопектином

Гидролиз под действием амилаз(комплекс ферментов на слайде написан)

Расрушают крахмал: бациллиус трихомиформис,бациллиус матеренс,бациилиус субтилис, стрептомицес, эрвиния амиловора

Некоторые грибы способны расщеплять крахмал до глюкозы(оризе)

Клостридиум бутиликум, клостридиум целобиопала

Производные фенилпропана-лигнин, растительные клеточные стенки

Продукты неполного разложения лигнина-гуминовые кислоты(почвообразование)

Расщепление лигнина: базидиомицеты

Ф иксация азота-образуется ион аммония, который учувствует в метаболизме, синтезе аминокислот,затем белком

Аммонификация- разрушение белков и других субстратов, в которых есть азот до иона аммония

Нитрификация-окисление иона аммония до нитратов через нитриты

Денитрификация- нитрат ион восстанавливается до свободного азота

Аммонификация- процесс разложения органических азотсодержащих соединений(НК,белки, аминокислоты, мочевина) с выделение иона аммония

Белки расщепляются до полипептидов, потом образуются аминокислоты, затем ион аммония

Мочевины много в природе-распространенный субстрат(образуется при распаде аргинина, содержится в моче, синтезируется растениями)

Белки расщепляется под действие протолетических ферментов до поли и олиго пептидов, а затем до аминокислот а амино кислоды подвергаются дезаммиинированию, образование аммония

Если в аэробных-СО2 ион аммония6 вода, сероводород (серосодержащие аминокислоты)

Анаэробные-СО2, иона аммония, индол, меркоптаны, биогенные амины ( катоверин)-неприятный запах, процесс гниения,условно)

Представители на слайде

Псевдомонас аерогеноза,псевдомонас флуоресценс, ентеробактериация, актиномицеты

Уреаза-споросарцина уриа, протеус вулгарис, бациллиус пастеурия,хеликобактерпилори

Происходит в два этапа

1 этап- нитрит анион

2 этап-нитрат анион(нитробактер винограцки)

Эти микроорганизмы: Аэробы, Г- , полиморфные(палочки, удлиненные, грушевидные), хемолитоавтотрофы(фиксация СО2 из воздуха, донор электронов неорг соединения) Нитрат анион легко вымывается, восстанавливается до свободного азота(потеря азота)

Процесс нитрификации играет важную роль в самоочищении воды

Денитрификация делится на ассимиляционную и на деассимиляционную

Ассимиляционная- синтез азот содержащих соединений

Деассимиляционная- образование свободного азота

При отсутствии кислорода(анаэробное) нитрат ион превращается в молекулу свободного азота(нитратное дыхание)

Ферменты-1 этап-нитратредуктаза А, 2 этап-нитрит редуктаза, находятся в мембране клеток и индуцируются только в анаэробных условиях при наличии нитрат аниона(индуцибельные ферменты)

Побочка-закись азота

В данном процессе участвуют факультативные анаэробы, в присутствии нитратов в анаэробных условия они осуществляют анаэробное нитратное дыхание

Данный процесс осуществляют псевдомонас стуцери,тиобациллус нитротрификанс

энтеробактериация может осуществлять только 1 стадию данного процесса

Денитрификация азота вызывает потерю азота, единственный процесс когда связанный азот превращается свободный

Данный процесс осуществляют только бактерии

Из атмосферно азота строятся азотсодержащие соединения6 в процессе азотфиксации образуется ион аммония, который далее идёт на синтез аминокислот

При азотфиксации происходит обогащение почвы азотом

Симбиотичнские 100-300 кг азота на 1 га

Свободноживущие фиксируют молекулярный азот при отсутствии более доступных источников азота, азотобактер(Г- палочки6 образуют мощную капсулу и цисты-плотные структуры,защита от неблагоприятных факторов), Азомонас(Г- палочки), цианобектерии, анаэробные-клостридии, спириллы,азоспириллиум(корневая зона),артобактер

Симбиотические (клубеньковые бактерии): ризобиум,франкиа(не бобовые)

Нужна энергия АТФ(дыхание, брожение, фотосинтез)

Фермент-нитрогеназа (чувствителен к кислороду, процесс анаэробен)

Необходимы ионы магния

Образуется аммоний

На слайде механизм клубеньковых бактерий

Леггемоглобин образуется симбиозом растений и бактерий, он хорошо связывается с кислородом и так кислород поступает в клубеньки

Защита нитрогеназы от молекулярного кислорода -образование слизистых капсул и цист(азотбактер), некоторые микроорганизмы быстро используют кислород для дыхания