Контрольная работа по "Биологии"

     Бактерицидная активность едких щелочей зависит  от степени диссоциации и концентрации ОН-ионов. Наибольшей бактерицидной  силой обладает КОН, затем следуют NaOH и другие щелочи. Так же как и в отношении кислот, бактерии обладают определенной щелочной устойчивостью.

     Спирты. При разведении спирт приобретает бактерицидные свойства, причем наибольшей бактерицидностью обладает 70 %-ный спирт. Более высокие концентрации свертывают белок, который выпадает на поверхности бактерий и уменьшает проникновение спирта в глубь клетки. Бактерицидность спиртов увеличивается с возрастанием молекулярной массы в ряду: метиловый — этиловый — пропиловый — бутиловый — амиловый и т.д.

     Поверхностно-активные вещества — это жирные кислоты, мыла, детергенты. Все они изменяют энергетические соотношения на поверхности раздела, устремляются к поверхности раздела  клетки и повреждают клеточную оболочку, не затрагивая внутренних структур клетки.

     Красители. К красителям с бактерицидными свойствами относят бриллиантовый зеленый, этакридин, флавакридин и др. В основе их действия лежит выраженное сродство с фосфорнокислыми группами нук-леопротеидов.

     Фенолы  и их производные первоначально повреждают клеточную стенку, а затем и белки бактериальной клетки.

     Соли  тяжелых металлов (свинец, медь, цинк, серебро, ртуть) и их соли оказывают  коагулирующее влияние на цитоплазму либо на ферментные системы, связывая их сульфгидрильные группы.

     Окислители — хлор, йод, марганцовокислый калий, перекись водорода и др., окисляют существенные компоненты цитоплазмы (сульфгидрильные группы активных белков, фенольные, тиоэтильные, индольные, аминные).

     Формальдегид  также денатурирует белки, он убивает  как вегетативные формы, так и споры. Его применяют для обезвреживания дифтерийного и столбнячного токсинов, благодаря чему они превращаются в анатоксины.

     Химические  вещества (хлор, формальдегид, щелочи, кислоты, фенол и др.) используются в практике в качестве дезинфицирующих веществ. Дезинфекция заключается в уничтожении патогенных микробов. К ней обычно прибегают для обеззараживания помещений, скотных дворов, территории.

     Химиотерапевтические  средства проявляют избирательное  противомикробное действие.

     По  механизму действия противомикробные вещества разделяются на:

     а) деполимеризующие пептидогликан клеточной  стенки,

     б) повышающие проницаемость клеточной  мембраны,

     в) блокирующие те или иные биохимические  реакции,

     г) денатурирующие ферменты,

     д) окисляющие метаболиты и ферменты микроорганизмов,

     е) растворяющие липопротеиновые структуры,

     ж) повреждающие генетический аппарат  или блокирующие его функции.

     У микроорганизмов химической деструкции, прежде всего, подвергаются белки и  липиды цитоплазматической мембраны, белковые молекулы жгутиков, фимбрий, секс-пили, порины клеточной стенки грамположительных бактерий, связывающие белки периплазмы, протеиновые капсулы, экзотоксины, ферменты-токсины и ферменты питания. Деструкция гетерогенных полимеров (белки, полиэфиры и др.) происходит как при действии окислителей, так и при действии гидролизующих и детергентных антисептиков (кислоты, щелочи, соли двух- и поливалентных металлов и др.).

     3. Биологические факторы

     К биологическим средствам могут  быть отнесены препараты, содержащие живых особей - бактериофагов и бактерий, обладающих выраженной конкурентной активностью по отношению к патогенным и условно-патогенным для человека и животных видам микробов. Они вводятся в организм в жизнеспособном состоянии. Фаги и антагонисты оказывают прямое повреждающее действие на патогенных и условно-патогенных микробов; изготовленные из них лекарственные препараты предназначены для местного применения, для них характерна специфичность действия на микроорганизмы и безвредность для пациента; целью их внесения в организм человека и животных является лечение или профилактика инфекционных заболеваний. По механизму действия они близки к химическим антисептикам.

     Необходимо  также помнить и о молочнокислых бактериях, которые вызывают процесс молочнокислого брожения. Некоторые молочнокислые бактерии способны синтезировать антибиотики и с их помощью подавлять развитие болезнетворных микробов.

     Препараты, содержащие бактерии (эубиотики или пробиотики): колибактерин, лактобактерин, бифидумбактерин, бификол, микрококкобактерин, линекс, бактисубтил и другие.

     Препараты, содержащие бактериофаги: бактериофаг брюшнотифозный, бактериофаг дизентерийный, бактериофаг сальмонеллезный, бактериофаг коли-протейный, бактериофаг стафилококковый, бактериофаг стрептококковый, бактериофаг пиоцианеус, бактериофаг синегнойный, бактериофаг клебсиеллезный, пиофаг комбинированный и другие.

     Микроорганизмы  подвержены постоянному воздействию  факторов внешней среды. Неблагоприятные  воздействия могут приводить  к гибели микроорганизмов, то есть оказывать микробицидный эффект, либо подавлять размножение микробов, оказывая статическое действие. Некоторые воздействия оказывают избирательный эффект на отдельные виды, другие - проявляют широкий спектр активности. На основе этого созданы методы подавления жизнедеятельности микробов, которые используются в медицине, быту, сельском хозяйстве и др. 

52. Спиртовое брожение. Химизм процессов.  Морфологические,  физиологические  особенности возбудителей. Значение в природе  производстве. Вклад  ученых в раскрытие химизма процесса.

     Брожение спиртовое, брожение алкогольное, биохимический процесс расщепления сахаров, происходящий в результате жизнедеятельности микроорганизмов или под влиянием выделенных ими ферментов.

     Приготовление спиртных напитков, основанных на брожении спиртовом, было известно людям в глубокой древности. Однако суть процесса превращения сахаров в спирт выяснена только в сер. 19 в. Химическое уравнение брожения спиртового дано французскими химиками А.Лавуазье (1789) и Ж.Гей-Люссаком (1815). Разноречивые мнения о сущности брожения привели к длительному научному спору между Л. Пастером и Ю. Либихом. Согласно химической теории Ю. Либиха молекулярные колебания белковых веществ передаются сахару, расшатывают его молекулу, превращая ее в молекулы спирта и диоксида углерода. Убедительные опыты Пастера в 1857 с использованием микроскопических организмов — дрожжей отвергли несостоятельную теорию Либиха. Пастером была защищена биологическая теория, определяющая брожение как результат анаэробного обмена веществ дрожжей. Работами С. П. Костычева и В. И. Палладина доказано, что анаэробный распад молекулы сахара является начальным этапом кислородного дыхания. В 1871 рус. врач-биохимик М. М. Манассеина первая указала на возможность бесклеточного брожения спиртового, а в 1897 братьями Э. и Т. Бухнер была раскрыта ферментативная сущность реакций процесса благодаря использованию простого метода получения бесклеточного дрожжевого сока, разработанного русским биохимиком А.Н. Лебедевым. Процесс брожения спиртового исследовался многими выдающимися отечественными и зарубежными биохимиками и физиологами: Л. А. Ивановым, А. Гарденом, К. Нёйбергом, Г. Эмбденом, О. Мейергофом, Я. Парнасом и др. Первый значительный шаг в изучении химизма брожения спиртового был сделан Ивановым и Лебедевым, доказавшими участие фосфатов в брожении сахарных растворов. Большое значение имело открытие Иванова, доказавшего, что анаэробному распаду при брожении подвергается не свободная молекула гексозы, а предварительно образующийся ее фосфорный эфир. Последующее изучение механизма Б. с. показало, что первым этапом химических реакций является гликолиз, объединяющий реакции, протекающие в живых клетках до образования пировиноградной кислоты. Эти реакции осуществляются с тем же запасом энергии и тем же ферментативным путем как в анаэробных (спиртовое брожение), так и в аэробных условиях (дыхание).

     Последовательность  и взаимосвязь отдельных реакций, протекающих на промежуточных этапах брожения, схематически представлена ниже (молекула глюкозы для простоты изображена в виде цепи).

     1. Фосфорилирование D-глюкозы за счет  АТФ с образованием глюкозо-6-фосфата.  Эта первая реакция гликолиза  катализируется тексокиназой. В  клетке количество свободной  D-глюкозы сравнительно невелико; большая ее часть находится  в фосфорилированной форме: АТФ + D-глюкоза - АДФ + D-глюкозо-б-фосфат. 2.Превращение D-глюкозо-б-фосфата во фруктозо-6-фосфат в результате реакции изомеризации, катализируемой фосфогексозоизомеразой: D-глюкозо-б-фосфат # D-фруктозо-б-фосфат. 
3.Фосфорилирование D-фурктозо-б-фосфата путем присоединения 
еще одного остатка фосфорной кислоты с образованием фруктозо-1, 
6-дифосфата. В этой второй „пусковой" реакции используется еще 
одна молекула АТФ при участии фермента фосфофруктокиназы. Доказано, что суммарная скорость гликолиза лимитируется именно 
этой реакцией, катализируемой фосфофруктокиназой: 
АТФ + D-фруктозо-б-фосфат -> АДФ + О-фруктозо-1, 6-дифосфат. 
4.Расщепление фруктозо-1, 6-дифосфата на 2 фосфотриозы: глицер- 
альдегид-3-фосфат и диоксиацетонфосфат. Реакция катализируется 
альдолазой: 0-фруктозо-1, 6-дифосфат «^диоксиацетонфосфат + D-глицеральде-гид-3-фосфат. 
5. В последующие реакции гликолиза может непосредственно включаться только одна из двух образующихся фосфотриоз, а именно глицеральдегид-3-фосфат. Однако и диоксиацетонфосфат благодаря присутствию в клетке специфическ. фермента триозофосфатизомеразы полностью преобразуется в глицеральдегид-3-фосфат. В результате 
этой реакции обеспечивается полное использование глюкозы в энергетическом обмене клетки: 
диоксиацетонфосфат «± D-глицеральдегид-З-фосфат.

     6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата  до 1,3-дифосфоглицерата. Реакция катализируется  специфической дегидрогеназой триозофосфата  (глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназой) и называется реакцией гликолитического  окисления-восстановления. Окисление глицеральдегид-3-фосфата, катализируемого дегидрогеназой, является единственный окислительным этапом на всем протяжении гликолиза. Однако кислород в этой реакции не участвует. Требуется лишь присутствие окислителя НАД + , который при этом восстанавливается до НАД • Н (символом НАД обозначается окислительно-восстановительный кофермент никотинамид-адениндинуклеотид, НАД+ — его окисленная форма, НАД-Н— восстановленная): D-глицеральдегид-З-фосфат  + НАД+  + Фн -> 1,3-дифосфоглицерат +НАДН + Н + .

     7.Перенос  фосфатной группы от 1,3-дифосфоглицерата  на АДФ. Под действием двух  ферментов (глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназы  и фосфоглицераткиназы) энергия,  высвобождающаяся при окислении  альдегидной группы до карбоксильной,  запасается в форме энергии фосфатных связей АТФ.

     1,3-Дифосфоглицерат  + АДФ # 3-фосфоглицерат + АТФ. Глицеральдегид-3-фосфат + Фн + АДФ + НАД+ <* 3-фосфоглицерат  + + АТФ + НАД-Н + Н+.         (к реакциям 1 и 3) 
8Превращение 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат катализируется 
фосфоглицеромутазой: 3-фосфоглицерат <± 2-фосфоглицерат. 
9. Дегидратация 2-фосфоглицерата с образованием фосфоенолпирувата катализируется енолазой: 2-фосфоглицерат # фосфоенолпируват + N20. 
10. Перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата на,АДФ с 
образованием пирувата и АТФ катализируется пируваткиназой (АТФ: 
пируват-фосфотрансферазой): фосфоенолпируват + АДФ ^ пируват + АТФ. Образование пировиноградной кислоты — поворотный этап анаэробного расщепления сахара, являющийся общим для дыхания, гликолиза и брожения всех видов. Основное значение гликолиза состоит в перестройке структуры молекулы глюкозы в высокоактивный и лабильный в химическом отношении пируват, что облегчает биохимическ. превращение исходного субстрата на последующих этапах окислительно-восстановительных процессов.

     11. Если кислород отсутствует, то  дальнейшие превращения пировиноградной  кислоты происходят анаэробным  путем, в процессе брожения (молочнокислого, спиртового и др.). При брожении  последний этап гликолиза, катализируемого  лактатдегидрогеназой, заменен двумя др. ферментативными реакциями, при участии соответственно пируват-декарбоксилазы и алкогольдегидрогеназы. В результате этих реакций образуется этиловый спирт — конечный продукт спиртового брожения.

     А. Пируват -+> Ацетальдегид + СO2 (необратимая реакция). Б. Ацетальдегид + НАД-Н + Н+ «± Этанол + НАД+. Суммарное уравнение спиртового брожения: С6Н1206 + 2Фн + 2АДФ -> 2С,Н5ОН + 2СO2 + + 2АТФ. При введении специфическихингибиторов формы брожения спиртового изменяются.

     Вторая  форма брожения Нёйберга. Для получения глицерина в сбраживаемую среду вводят бисульфит натрия, который связывает ацетальдегид и предотвращает этим реакцию восстановления его до спирта. Водород восстановленного НАД- Н2 в этом случае используется на восстановление фосфоглицеринового альдегида до глицерина (реакции 4 и 5). Таким образом, при брожении сульфитированного виноградного сусла происходит накопление в виноматериалах глицерина и ацетальдегида в виде бисульфитного производного. Эту форму брожения называют глицеропировиноградным брожением. Третья форма брожения Нёйберга. При щелочной реакции среды ход брожения изменяется: половина молекул ацетальдегида окисляется до уксусной кислоты, другая — восстанавливается до этилового спирта. Происходит подкисление субстрата. 
В процессе брожения спиртового в отсутствие кислорода воздуха высвобождается лишь незначительная часть энергии (117кДж), потенциально заложенной в одном моле глюкозы (2817кДж), тогда как при дыхании — полном окислении глюкозы до СO2 и Н20 — значительно больше (1504кДж). Доступ кислорода, обеспечивающий более эффективное в энергетическом отношении аэробное дыхание, предохраняет клетки от излишних трат веществ, происходящих в процессе анаэробиоза. Подобное действие кислорода, выражающееся в угнетении брожения дыханием в значительном снижении потребления глюкозы, названо Пастера эффектом. Явление торможения дыхания дрожжей и активация брожения при аэрации получило название Крэбтри эффекта. 
При брожении спиртовом кроме основных продуктов распада углеводов — этилового спирта и углекислого газа — образуются вторичные продукты (глицерин, янтарная кислота, ацетальдегид, уксусная, пировиноградная, молочная и лимонная кислоты, 2,3-бутиленгликолъ, ацетоин, диацетил, эфиры, высшие спирты). Исходным продуктом образования большинства вторичных продуктов является ацетальдегид, который в дозе 400мг/дм³ угнетает брожение, а при более высоких его дозах дрожжи теряют жизнеспособность. Поэтому для дрожжей является физиологической необходимостью превращать ацетальдегид в более безвредные продукты — в этиловый спирт и вторичные продукты, играющие важную роль в обмене веществ дрожжевой клетки и обогащающие вина полезными компонентами, обусловливающими их букет и вкус. При брожении дрожжи выделяют в среду сульфгидрильные SH-соединения (глютатион, цистеин), снижающие редокспотенциал Eh, являющийся важным показателем технологического процесса, т.к. развитие вина, начиная с выдержки и кончая созреванием и старением, связано в основном с течением окислительно-восстановительных реакций. Количество таких соединений обусловлено особенностями расы дрожжей и условиями брожения. Многочисленные исследования окислительно-восстановительных процессов и редокссистем сусла и вина проведены А. К. Родопуло. На брожение спиртовое, кроме виноделия, основано пивоварение, производство этилового спирта, глицерина, приготовление теста в хлебопечении.