• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Хімічні фактори.

Промениста енергія. Енергія, що поширюється у просторі у вигляді електромагнітних хвиль, називається променистою. Різні спектри променистої енергії мають різну довжину хвилі, яка визначає характер електромагнітної хвилі. Електромагнітні хвилі — це радіохвилі, світлові промені (інфрачервоні, види­мі та ультрафіолетові), іонізуюча радіація.

Найбільшу довжину (понад 1500 нм) мають радіохвилі. Інфрачервоні промені мають довжину до 760 нм, видимі — 760-380, ультрафіолетові — 380-200 нм. Найбільш короткохвильо­вою є іонізуюча радіація.

Різні спектри променистої енергії по-різному діють на мікро­організми. Радіохвилі не чинять біологічної дії, адсорбція орга­нізмом інфрачервоних променів спричиняє його нагрівання. Час­тина інфрачервоних променів з довжиною хвилі менше 1000 нм і видиме світло сприятливо діють на фототрофні мікроорганізми, оскільки вони є основним джерелом світла. Нефототрофи краще розвиваються в темноті. Навіть розсіяне світло затримує розви­ток бактерій, а видиме світло значної інтенсивності може спри­чиняти пошкодження і навіть загибель клітин. Від згубної дії видимого світла мікроорганізми захищають пігменти.

Найбільш згубним для мікроорганізмів є ультрафіолетове опромінення, яке спричиняє або летальну, або мутагенну дію, залежно від дози і природи мікроорганізму.

Іонізуюча радіація діє на мікроорганізми менш специфіч­но, ніж УФ опромінення, хоча також впливає на ДНК і спричи­няє або бактерицидний, або мутагенний ефект. При у-опроміненні великого спектра мікроорганізмів було показано, що LD₉₀ становить, кГр: для кишкової палички (та інших грамнегативних бактерій) — 0,03-0,04, для стафілококів — 0,17-0,19, грампозитивних паличок — 0,4, дріжджів — 0,39-0,15, сарцин — до 0,5. LD₉₀ — це доза опромінення, після якої виживає 10 % клітин. Сублетальна доза (виживання становить менше 1 %) для спор Bacillus subtilis становить 8-10 кГр. Серед бактерій є чут­ливі до іонізуючої радіації (Pseudomonas fluorescens), резистентні (Micrococcus, Streptococcus) та високорезистентні (високорадіостійкі бактерії).

Вперше радіостійкі бактерії (червонопігментовані коки Micrococcus radlodurans) були ізольовані у 1956 р. з консерво­ваного м'яса, простерилізованого рентгенівськими променями. Пізніше такі бактерії були виділені з природних місць з підви­щеним радіаційним фоном, а також з попередньо опромінених зразків. Усі ці радіостійкі бактерії виявились схожими за свої­ми властивостями і були віднесені до роду Deinococcus. Це грампозитивні нерухомі аеробні коки з вмістом ГЦ в ДНК від 62 до 70 %, колонії рожевозабарвлені (містять каротиноїди). Сублетальна доза для них становить близько 15 кГр. У 1981 р. радіо­стійкі бактерії були відділені від роду Micrococcus, і Micrococcus radtodurans був перейменований у Deinococcus radtodurans, У 80-х роках XX ст. рід Deinococcus був узаконений, 111 види D. radiodurans, D. radiophilus, D. proteolyticus та ін.

Останнім часом підвищений інтерес до радіостійких бак­терій зумовлений аварією на ЧАЕС. Мікробіологічний аналіз ґрунтів 10-кілометрової зони ЧАЕС, проведений у 1993-1996 pp., показав, що кількісний та якісний склад бактерій у них бідні­ший, ніж в аналогічних контрольних ґрунтах. Типовими пред­ставниками радіаційно забруднених ґрунтів були рожевозабарв­лені факультативні метилотрофи — представники роду Methylobacterium, а також спороутворювальні бактерії Bacillus subtilis та Bacillus cereus. Сублетальна доза для деяких бактерій роду Methylobacterium становила 9-10 кГр.

Електрика. Короткочасне проходження постійного чи змін­ного струму через суспензію мікроорганізмів спричиняє лише слабку дію. Але тривале проходження струму високої напруги може спричинити електроліз деяких компонентів середовища і утворення при цьому сполук, які згубно діють на мікроорганіз­ми. Крім того, проходження струму супроводжується виділен­ням тепла, яке також може впливати на мікроорганізми.

Мікроорганізми при суспендуванні у водних розчинах несуть на своїй поверхні електричний заряд. Тому при проходженні струму через таку суспензію частини з негативним зарядом спря­мовуються до анода (позитивного електрода), а частини, заряд­жені позитивно, — до катода (негативного електрода). Такий рух частин в електричному полі отримав назву електрофорезу. Це явище покладено в основу багатьох аналітичних методів, що дає можливість здійснити виділення речовин із суміші. У мікро­біології цей метод використовується для аналізу продуктів мета­болізму мікроорганізмів.

Ультразвук. Оскільки бактерії мають відносно малу масу і жорстку ригідну оболонку, низькочастотні коливання (зона звукових коливань 100-10 000 Гц) діють на них слабко. Але якщо бактерії занурити в рідину, в якій поширюються високо­частотні коливання (ультразвук — УЗ), бактерії руйнуються і гинуть. Існує думка, що руйнування клітин під дією ультра­звуку зумовлено утворенням всередині клітини піни, яка скла­дається з найдрібніших бульбашок газу, що міститься в розчи­неному стані в протоплазмі чи в рідині на поверхні клітини.

Бактерицидний ефект УЗ зменшується, якщо пригнічуєть­ся кавітація (розрив рідини). Це відбувається при дегазації, зану­ренні об'єкта в гель чи інше в'язке середовище. Бактерицидний ефект УЗ посилюється при насиченні суспензії, що озвучується, азотом, повітрям, киснем, оскільки це підсилює кавітацію.

Дія УЗ спричиняє не тільки механічне пошкодження клі­тин. При цьому спостерігаються біохімічні та функціональні зміни, які не приводять до загибелі організму (можуть вивіль­нятися біологічно активні речовини — вітаміни, ферменти та ін.). Тому УЗ використовують для одержання певних клітинних фрак­цій, для стерилізації субстратів, які пошкоджуються при теп­ловій обробці. До УЗ чутливі всі мікроорганізми, в тому числі й спорові, але за ступенем чутливості вони відрізняються.

Концентрація іонів водню (рН середовища).Іони Н' та ОН найбільш рухомі з усіх іонів, тому найменші зміни їх кон­центрації сильно діють на мікроорганізми. У зв'язку з цим вста­новлення і підтримання оптимального значення рН середовища має велике значення для росту того чи іншого мікроорганізму.Більшість організмів найкраще ростуть за нейтрального рН, або в середовищах, значення рН яких близькі до нейтраль­ного (рН 6-7) (табл. 3.1). Такі мікроорганізми називаються нейтрофілами.

Таблиця 3.1 Відношення мікроорганізмів до рН середовища

Мікроміцети, дріжджі і деякі бактерії добре розвивають­ся в кислому середовищі (рН 5-6). їх називають ацидофіль­ними. Серед бактерій — це лактобацили, бактерії роду Acetobacter, деякі види Thiobacillus. Багато які бактерії (нітрифікатори, актиноміцети) краще ростуть у лужних середовищах, їх називають алкалофільними. Наприклад, холерний віб­ріон має оптимум рН 9,0.

Підтримання рН під час росту особливо важливе для тих мікроорганізмів, які хоча і синтезують кислоти, але не є толе­рантними до них (лактобацили; молочна кислота, яку вони син­тезують, пригнічує їх ріст). Тому у таких випадках використо­вують забуферені середовища.

Вплив рН на мікробну клітину може бути як прямим, так і опосередкованим. В останньому випадку рН впливає не на мікро­організм, а на певні компоненти середовища, дисоціація яких залежить від рН, що впливає на проникнення сполук у кліти­ну. Від величини рН залежить також утворення та активність мікробних ферментів.

Кисень та аерація, окисно-відновний потенціал середо­вища.Молекулярний кисень є життєво важливим і необхідним усім мікроорганізмам (але різною мірою). Щодо кисню всі мікро­організми поділяються на кілька груп:

облігатні аероби — здатні отримувати енергію тільки шляхом дихання і тому потребують кисень, який є терміналь­ним (кінцевим) акцептором електронів при аеробному диханні. Вони не здатні одержувати енергію у процесі бродіння;

облігатні анаероби — можуть рости тільки в середовищі, яке не містить кисню. Більше того, кисень для них є токсич­ним. Багато які ферменти цих мікроорганізмів денатуруються при контакті з молекулярним киснем. Згубна дія кисню на облі­гатні анаероби зумовлена тим, що в клітині у присутності кис­ню утворюється перекис водню, який у великих концентраціях може спричинити загибель клітини. У аеробів є ферменти Kamaлаза або пероксидаза, які розкладають перекис водню. У анае­робів ці ферменти відсутні;

факультативні анаероби — ростуть як у присутності кис­ню, так і без нього. Серед них розрізняють два типи: аеротолерантні молочнокислі бактерії можуть рости в присутності кис­ню, але не здатні його використовувати; вони отримують енергію тільки за допомогою бродіння. Факультативні анаероби другого типу (дріжджі, кишкова паличка) можуть переключатися з дихан­ня (у присутності кисню) на бродіння (за відсутності кисню);

мікроаерофіли — живуть за низьких концентрацій кис­ню. Вони потребують кисень для отримання енергії, але не пере­носять того парціального тиску О_2,, який існує у повітрі (0,02МПа): їм потрібно від 0,001до 0,003 МПа.

Аерація.Для облігатних аеробних мікроорганізмів, які рос­туть на агаризованих середовищах, кисню достатньо. У рідких сере­довищах з великим об'ємом рідини аеробні бактерії можуть рости тільки на поверхні, оскільки з віддаленням від поверхні умови наближаються до анаеробних. Для нормального росту аеробів у гли­боких шарах рідкої культури необхідна аерація. Мікроорганізми здатні використовувати тільки розчинений кисень, але розчинність його дуже низька. Так, 1 л води при 20 "С за умови рівноваги з атмо­сферним повітрям містить усього 6,2 мл кисню (0,28 моль). Такої кількості кисню достатньо для окиснення всього 8,3 мг глюкози (тобто однієї тисячної від загальної кількості глюкози, яка містить­ся в нормальному поживному середовищі).

Швидкість розчинення кисню підвищується при збільшенні поверхні розділення між газовою та рідкою фазами, а також із збіль­шенням парціального тиску кисню в газовій фазі. Для збільшен­ня поверхні розділення фаз застосовують такі прийоми:

культивування в тонкому шарі;

перемішування рідини струшуванням (пряме чи кругове);

обертання посудини, що лежить, навколо поздовжньої осі;

пропускання повітря через рідину за допомогою газороз­подільника (скляні фільтри, колби Клюйвера):

механічне перемішування.

Вирощування анаеробних культур. Для вирощування стро­го анаеробних культур необхідно виключити доступ кисню. Тех­ніка анаеробних культур передбачає:

використання прокип'ячених поживних середовищ і посу­дин, закритих, без бульбашок повітря;

створення безкисневої атмосфери у вакуумних ексикаторах;

застосування адсорбентів кисню (пірогалол, дитионіт, хло­рид одновалентної міді);

внесення в середовище відновників (аскорбінова кислота, тіогліколят, цистеїн або навіть сульфід, якщо організм його пере­носить);

безперервне продування азоту чи інертного газу (наприк­лад, аргону) через культуральні посудини (навіть під час посіву на повітрі можна запобігти контакту середовища з повітрям). Це так звана техніка Хангейта;

використання анаеробних боксів, заповнених азотом, вод­нем, аргоном;

застосування кольорових індикаторів (резазурин у присутності кисню має рожеве забарвлення, в анаеробних умовах безбарвний; метиленова синька в анаеробних умовах також знебарвлюється).

Окисно-відновний потенціал. Ступінь аеробності чи анаеробності середовища може бути охарактеризований кількісно за допомогою окисно-відновного потенціалу (гН₂). У водному роз­чині, повністю насиченому киснем, гН₂ = 41, а в умовах повного насичення середовища воднем — 0. Отже, шкала від 0 до 41 харак­теризує будь-який ступінь аеробності. Нижньою межею гН₂ для облігатних аеробів є 10, проте величини понад ЗО для них несприятливі. Облігатні анаероби залишаються життєздатними при гН₂ не вище 18-20, але розмножуватись вони можуть тільки при зна­ченнях гН₂ не вище 3-5. Факультативні анаероби зберігають мета­болічну активність у широкому діапазоні гН₂, — від 0 до 30.

Хімічні сполуки. Дія хімічних речовин на мікроорганізми може бутистимулювальною (сприяє росту та розмноженню), бактеріостатичною, фунгістатичною(затримує ріст і роз­множення бактерій і грибів відповідно) та бактерицидною, фунгіцидною(викликає загибель бактерій і грибів відповідно). Прикладом стимулювальної дії на мікроорганізми може бути дія на них вітамінів та інших ростових факторів.

Багато які хімічні речовини згубно впливають на мікроорга­нізми, їх називають а н т и м і к р о б н и м и.. Вони можуть бути орга­нічної (етиловий спирт, формальдегід, фенол) та неорганічної при­роди (солі важких металів — свинцю, ртуті, срібла, міді). Антимік­робні речовини, які використовуються у практиці для пригнічен­ня патогенних мікробів, називаються д е з і н ф і к у в а л ь н и м и (0,5-5,0 %)- не хлорне вапно, 2%-й розчин йоду, 1-5% -й розчин фенолу — карболова кислота), а прийом їх використання — дезінфекцією.

Антимікробні речовини спричиняють такі пошкодження клітини:

пошкодження поверхневих структур чи оболонок кліти­ни (етанол, фенол, крезоли, детергенти, поліпептидні антибіо­тики — поліміксин, бацитрацин, субтілін);

пошкодження ферментів і порушення метаболізму (важкі метали зв'язують SH-групи білків і тим самим глибоко зміню­ють їх третинну та четвертинну структури; ціанід (дихальний яд), зв'язуючи залізо, блокує функцію цитохромоксидази; арсе­нат пригнічує фосфорилювання на рівні субстрату; фторацетат блокує цикл трикарбонових кислот);

порушення синтезу клітинних компонентів. Існують сполуки, які називаються структурними аналогами, або антиметаболітами. Вони схожі за своєю структурою на нормальні клітинні метаболіти. Нормальний метаболіт кон­курує зі своїм структурним аналогом за каталітичний центр фер­менту. Так, сульфонамід є структурним аналогом п-амінобензойної кислоти, яка в свою чергу входить до складу коферменту тетрагідрофолієвої кислоти. У більшості бактерій тетрагідрофолієва кислота синтезується з простіших компонентів. Проникаючи в клітину, сульфонамід включається у фолієву кислоту. При цьому утворюється кофермент, який не здатний функціо­нувати, в результаті чого ріст припиняється;

пригнічення синтезу білка антибіотиками. Дія антибіо­тиків у прокаріот спрямована на функцію 70S рибосом. Стрепто­міцин та неоміцин гальмують процес зв'язування амінокислот, еритроміцин порушує функцію субодиниці 50S. Хлорамфенікол (левоміцетин) пригнічує включення амінокислот у білки;

пригнічення синтезу нуклеїнових кислот антибіотика­ми. Мітоміцин С перешкоджає синтезу ДНК, актиноміцин D пору­шує синтез РНК, ріфампіцин діє на ДНК-залежну РНК-полімеразу і тим самим пригнічує синтез матричної РНК у бактерій;

гальмування синтезу клітинних стінок. Синтез пептидоглікану пригнічується пеніциліном, цефалоспоринами, бацитрацином.

Читайте також:

1. Абіотичні та біотичні фактори.
2. Біохімічні зміни в організмі при розтренуванні і перетренуванні
3. Біохімічні основи розвитку витривалості
4. Біохімічні основи розвитку силових і швидкісних якостей
5. Біохімічні чинники виникнення втоми при виконанні короткочасних вправ максимальної і субмаксимальної потужності
6. Будова атомів та хімічний зв’язок між атомами визначають будову сполук, а отже і їх фізичні та хімічні властивості.
7. Вікові особливості системи кровотворення (фізико-хімічні, транспортні, захисні, особливості зсідання).
8. Вторинні хімічні джерела постійного струму
9. Геохімічні процеси і глобальна тектоніка
10. Економічне зростання, його суть,типи і фактори.
11. ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ГАЗОАНАЛІЗАТОРИ
12. Електрохімічні резистивні перетворювачі

Переглядів: 1690