Потребность в энергии обеспечивается процессами энергетического обмена, сущность которых заключается в окислении органических веществ, сопровождаемом выделением энергии. Получаемые при этом продукты окисления выделяются в окружающую среду.
Окисление веществ может происходить разными путями:
прямым, т.е. присоединением к веществу кислорода;
непрямым, т.е. дегидрогенированием (отнятием водорода).
Схематично реакцию окисления-восстановления при участии фермента дегидрогеназы можно представить следующим образом:
АН + В А + ВН + энергия
Донор акцептор окисленное восстановленное
водорода водорода вещество вещество
Способы получения энергии у микроорганизмов разнообразны.
В 1861 г. Французский ученый Л. Пастер впервые обратил внимание на уникальную способность микроорганизмов развиваться без доступа кислорода, в то время как все высшие организмы - растения и животные - могут жить только в атмосфере, содержащей кислород.
По этому признаку (типам дыхания) Л. Пастер разделил микроорганизмы на две группы - аэробы и анаэробы.
Аэробы для получения энергии осуществляют окисление органического материала кислородом воздуха.
К ним относятся грибы, некоторые дрожжи, многие бактерии и водоросли. Многие аэробы окисляют органические вещества полностью, выделяя в виде конечных продуктов СО и Н О.
Этот процесс в общем виде может быть представлен следующим уравнением:
С Н О + О = СО + Н О + 2822 кДж
При неполном окислении энергетического материала высвобождается соответственно меньшее количество энергии. Часть потенциальной энергии окисляемого вещества остается в продуктах неполного окисления. Например, уксуснокислые бактерии окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты и воды:
С Н ОН + О = СН СООН + Н О + 504 кДж.
Анаэробы - Это микроорганизмы, способные к дыханию без использования свободного кислорода. Анаэробный процесс дыхания у микроорганизмов происходит за счет отнятия у субстрата водорода. Типичные анаэробные дыхательные процессы принято называть брожениями. Примерами такого типа получения энергии могут служить спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение.
С Н О = С Н ОН + СО + 118 кДж.
Отношение анаэробных микроорганизмов к кислороду различно. Один из них совсем не переносят кислорода и носят название облигатных, или строгих, анаэробов. К ним относят возбудители маслянокислого брожения, столбнячная палочка, возбудители ботулизма. Другие микробы могут развиваться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их называют факультативными, или условными анаэробами; это молочнокислые бактерии, кишечная палочка, протей, дрожжи и др.
В энергетическом отношении аэробное дыхание во много раз выгоднее анаэробного. Так, при аэробном процессе окисления глюкозы до углекислого газа и воды высвобождается примерно в 25 раз больше энергии, чем при анаэробном процессе) например, спиртовом брожении). Это объясняется тем, что конечные продукты, получающиеся в результате анаэробного окисления, всегда представляют собой сложные органические соединения, имеющие большой запас энергии - спирты, кислоты и др.
В связи с этим многие процессы брожения находят применения для получения ценных пищевых и технических продуктов.
В природных условиях микроорганизмы сталкиваются с действием разнообразны биотических факторов. Биотические факторы - это все формы воздействие микроорганизмы друг на друга, а также на растение, животных и человека. При симбиозе (совместном существовании) микроорганизмы оказывают воздействие в основном в результате влияние продуктов своей жизнедеятельности, которые могут проявлять либо благоприятное (например, витамины), либо губительное (например, антибиотики, токсины) воздействие.
Формы симбиотических взаимоотношений чрезвычайно разнообразны. Их можно разделить на две группы: ассоциативные (благоприятствующие) и антагонистические (конкурентные) взаимоотношения.
Ассоциативные формы симбиоза. Ассоциативные взаимоотношения широко распространёны в природе. Именно на них основан круговорот веществ в природе. К ассоциативным взаимоотношениям относятся метабиоз, мутуализм, синергизм и комменсализм.
Метабиоз - это такой вид симбиоза, создаются условия последовательного развития одних микроорганизмов за счёт продуктов жизнедеятельности других. Например, порча сахарсодержащих субстратов (плодово-ягодных соков, повреждённых плодов, ягод), когда на них сначала развиваются дрожжи, окисляющие спирт до уксусной кислоты и, наконец, мицеальные грибы, окисляющие уксусную кислоту. Метабиоз - наиболее распространённый вид ассоциативных взаимоотношений.
Мутуализм - это сожительство, основанное на взаимной выгоде, например совместное существование в природе аэробных и анаэробных бактерий. Аэробы, поглощая кислород, создают необходимые для анаэробов восстановительные условия.
Синергизм - усиление физиологических функций микроорганизмов при совместном культивировании. В молочнокислых заквасках для кефира используются дрожжи и молочнокислые бактерии. Витамины, синтезируемые дрожжами, стимулируют развитие молочнокислых бактерий, чрезвычайно требовательных к дополнительным фактором роста, а молочная кислота создаёт благоприятные значения рН для развитие дрожжей.
Комменсализм - форма сожительства, когда один организм живёт за счёт другого, не причиняя ему вреда. Примером комменсалов могут служить бактерии нормальной микрофлоры тело человека.
Антагонистические формы симбиоза. Это группа симбиотических взаимоотношение, которые выражаются в явлениях антагонизма, антибиоза, паразитизма и хищничества.
Антагонизм - это такой тип взаимоотношений, когда один из организмов подавляет или прекращает развитие другого в основном за продукты жизнедеятельности. Примером микробов - антагонистов являются молочнокислые и гнилостные бактерии. Молочнокислые бактерии, вырабатывая молочную кислоту, создают кислую реакцию среды, препятствуя развитую гнилостных бактерий. Явление антагонизма между ними используют, например, при квашении капусты.
Антибиоз связан со способностью одного вида микроорганизмов, выделять в окружающую среду специфические вещества, угнетающие жизнедеятельность других - антибиотики. Они обладают либо широким спектром действия в отношении ряда микроорганизмов, либо избирательным действием к одному из них.
Продуцентами антибиотиков могут быть мицелиальные грибы (например, пенициллиновые, аспергилловые), бактерии (продуценты грамицидина) и чаще всего актиномицина (продуценты стрептомицина, окситетрациклина биомицина, тетрациклина и др.).
Антибиотики применяются в качестве эффективных лечебных препаратов. Антибиотики используются также в лечебных целях в качестве добавок в корм молодняку животных, птиц и т.п. Например, добавление кормового биомицина повышает привесы животных, яйценоскость кур.
Паразитизм - это такой тип взаимоотношений, при котором совместное существование одному из симбионтов приносят выгоду, а другому причиняет вред. Примером могут служить болезнетворные микроорганизмы и вирусы, являющиеся возбудителями инфекционных заболеваний человека, животных и растений, фаги. Бактериофаги наблюдаются в сыроделии и производстве маргарина, актинофаги - в производстве антибиотиков, что приводят к утрате ценных производственных культур микроорганизмов.
Хищничество - это внеклеточный паразитизм. Хищные бактерии образуют подвижную колонию - сетку, улавливающую крупные бактериальные клетки других видов, которые лизируются (разрушаются) и используются ими внутри колонии, а остатки выбрасываются. Хищные бактерии чаще обитают в илах водоёмов.
Пищевыми отравлениями следует считать такие заболевания, которые вызываются употреблением в пищу продуктов или кулинарных изделий, получивших токсические свойства в результате инфицирования их микроорганизмами или вследствие содержания в них токсических веществ, попавши в них в процессии обработки, хранения, транспортировки и др.
К пищевым отравлениям относятся интоксикации ядовитыми веществами и растениями, которые попадают в продукты в процессе культивирования или на отдельных этапах их обработки. К таким отравлениям относятся заболевания вызванные содержанием в муке семян ядовитых растений (например, горчана, протравленное зерно).
К пищевым отравлениям относятся заболевания, вызванные употреблением ядовитых грибов, плодов и корневищ, ошибочно принимаемые за съедобные.
К пищевым отравлениям относятся также интоксикации различными металлами (свинцом, медью, цинком), связанные с хранением продуктов или головой пищи в таре, содержащей эти металлы.
Различают отравления бактериального и небактериального происхождения и микотоксикозы.
1. Классификация отравлений небактериального происхождения:
Отравления продуктами, ядовитыми по своей природе
а) животного происхождения (ядовитые грибы, надпочечники);
б) растительного происхождения (некоторые грибы, ядра косточковых плодов, фасоль и т.п.).
2. Отравления продуктами, временно приобретшими токсические свойства (соланин картофеля, органы некоторых рыб)
3. Отравления ядовитыми примесями, содержащимися в продуктах
а) отравления примесями растительного происхождения (различные сорняки - куколь, горчак, плевел опьяняющий и льновый, гелиотроп и др.);
б) отравлениями примесями химической природы - органическими и неорганическими (мышьяк, соли тяжёлых металлов, пестициды, тетраэтилсвинец).