Контрольная работа по "Микробиологии"

Федеральное агентство по образованию

Пензенская государственная  технологическая академия

 

 

 

Кафедра биологии, биохимии и экологии

Контрольная работа по микробиологии

 

 

 

 

 

 

 

                   Выполнил: студент 3.курса группы 10ТП2ЗИ

                                                                         Соловьев С.В.                                                                                                                              

                 Проверил: преподаватель кафедры  биологии, биохимии и экологии

                                                                       Чичкин  С. Н

 

 

Пенза 2012

1.Взаимосвязь структур клеток микроорганизмов

 

Первые сведения об общей  организации и тонкой структуре  клетки были получены с помощью оптических методов. По мере совершенствования оптических приборов и улучшения техники микроскопирования рос ли и наши знания о микроморфологии клетки и ее отдельных компонентов. Дальнейшее развитие световой микроскопии, а также ультрафиолетовой и электронной микроскопии позволило  существенно повысить разрешающую  способность оптических приборов; темнопольная и фазово-контрастная микроскопия облегчила наблюдение живой клетки. Несомненно, и поныне микроскопия, особенно электронная, в сочетании со сложной предварительной обработкой биологического мате риала остается важнейшим методом исследования. Для получения дополнительных сведений о молекулярном уровне приходится прибегать к косвенным физическим и химическим методам, с помощью которых стало возможным выделять и исследовать отдельные клеточные компоненты. Из разрушенных клеток (гомогенатов) методом дифференциального центрифугирования были выделены отдельные органеллы и фракции, что позволило изучать их биохимическими методами. Благодаря комбинации оптических и биохимических методов удалось быстро выяснить структуру и функции органелл и иных составных частей клетки. В результате этих исследований было установлено, что эукариоты и прокариоты  по  многим  особенностям  отличаются друг от  друга. Всякая клетка состоит  из цитоплазмы и ядерного материала, снаружи ее ограничивает плазматическая мембрана. Этот протопласт может быть окружен еще клеточной стенкой, выполняющей в основном механические функции; стенка имеется у растительных клеток и у клеток большинства бактерий. Мы кратко рассмотрим основные особенности эукариотических и прокариотических клеток (эуцитов и протоцитов). Типичным представителем эуцитов может служить эмбриональная растительная клетка (рис. 2.1). Клеточное ядро. Структура ядра и способ его деления - важнейшие и самые характерные признаки, отличающие эукариотическую клетку (рис. 2.2) от прокариотической. Ядро (интерфазное) окружено ядерной оболочкой - двуслойной перфорированной мембраной. ДНК, несущая генетическую информацию, распределена между отдельными субъединицами - хромосомами, которые становятся видимыми только во время деления ядра. Ядро делится путем митоза (рис. 2.2); митоз обеспечивает 1) идентичную редупликацию генетического материала (что видимым образом проявляется в продольном расщеплении хромосом и удвоении их числа) и 2) передачу полного набора хромосом каждому из дочерних ядер. Как происходит удвоение хромосом, еще не вполне выяснено. Распределение хромосом может быть прослежено с помощью светового микроскопа и поэтому известно уже давно. В то время как интерфазное ядро в световом микроскопе кажется лишенным какой-либо четкой структуры, во время его деления хромосомы укорачиваются и становятся видимыми. Затем они располагаются в одной плоскости, образуя экваториальную пластинку. В результате сокращения нитей веретена половинки продольно расщепившихся хромосом расходятся; веретено исчезает, хромосомы становятся невидимыми и дочерние ядра окружаются снова ядерными оболочками. У всех высших растений и  животных в процессе полового размножения  происходит смена ядерных фаз. При  оплодотворении половые клетки (гаметы) и их ядра сливаются, образуя зиготу. Отцовское и материнское ядра вносят при оплодотворении одинаковое число хромосом (n); таким образом, ядро зиготы содержит двойной хромосомный набор (2n). Иными словами, гаметы - гаплоидные клетки (т.е. клетки с одним набором хромосом), а соматические клетки - диплоидные (с двумя наборами). Поэтому при образовании гамет следующего поколения число хромосом в клетке (2n) должно уменьшиться вдвое (2n/2 = n). Совокупность процессов, приводящих к уменьшению числа хромосом, называют мейозом или редукционным делением (рис. 2.3). Мейоз - важнейший процесс у организмов, размножающихся половым путем: он приводит к двум результатам: 1) к перекомбинированию отцовских и материнских наследственных факторов (генов) и 2) к уменьшению числа хромосом. Мейоз начинается с конъюгации хромосом - каждая хромосома соединяется с соответствующей (гомологичной) хромосомой, происходя щей от другого родителя. Во время конъюгации путем разрыва и перекрестного воссоединения (кроссинговера) может происходить об мен фрагментами одинаковой длины между гомологичными хромосомами. Затем следует двукратное разделение спаренных расщепившихся хромосом, и в результате образуются четыре клетки, каждая из которых имеет гаплоидное ядро. Таким образом, в процессе мейоза не только происходит «перетасовка» хромосом материнского и отцовского происхождения, но может произойти и обмен сегментами между гомо логичными хромосомами. Оба процесса приводят к новым сочетаниям генов (к их рекомбинации). У многих низших растений, включая  водоросли, а также у простейших редукция числа хромосом происходит сразу после образования зиготы, так что организм оказывается  гаплоидным. У растений с гетерофазной (антитетической) сменой поколений (мхов, папоротников) гаплоидные поколения чередуются с диплоидными. Хромосомы эукариот состоят  из нитей ДНК, с которыми связаны  многочисленные белки. Часть этих белков составляют гистоны - основные белки. ДНК и гистоны, по-видимому, ассоциированы друг с другом весьма упорядоченным образом и образуют нуклеосомы - структурные субъединицы хромосом. В ядре на хромосомной ДНК  образуется мРНК. Через поры в ядерной мембране она транспортируется в цитоплазму. В интерфазном ядре можно видеть ядрышко; оно содержит ядрышковую ДНК, в которой заключена информация для построения рибосомной РНК и, вероятно, транспортной РНК. Обе эти РНК синтезируются в ядрышке и тоже переходят в цитоплазму. В эмбриональных клетках и в яйцеклетках содержится по нескольку или помногу ядрышек. В эукариотической клетке ядро - важнейший, но не единственный носитель генетической информации. Часть такой информации содержится в ДНК митохондрий и хлоропластов. Цитоплазма. Протопласт снаружи окружен плазматической мембраной. Для эукариотической клетки характерно выраженное подразделение цитоплазмы на множество обособленных пространств. Эта компартментализация отчасти создается в результате впячивания плазматической мембраны с образованием цистерн и пузырьков; однако помимо этого в цитоплазме эуцитов содержатся митохондрии и (у растений) хлоропласта, которые со всех сторон окружены мембранами. Из впячиваний плазматической мембраны образуется эндоплазматический ретикулум (ЭР). Часть ЭР образует наружную ядерную мембрану и, таким образом, окружает ядро; в ядерной оболочке имеются поры, которые обеспечивают беспрепятственный транспорт нуклеиновых кислот, белков и метаболитов между ядерным пространством и цитоплазмой. Часть мембран усеяна мельчайшими гранулами - рибосомами; это так называемый «шероховатый», или гранулярный, ЭР. На рибосомах осуществляется синтез белков. Свободно взвешенные в цито плазме или прилегающие к ЭР рибосомы относятся к типу 80S. Особой мембранной органеллой животных клеток является аппарат Гольджи. Сходные органеллы растительных клеток называют диктиосомами. Они состоят из пакетов уплощенных мембранных пузырьков, так называемых цистерн. Аппарат Гольджи и диктиосомы обеспечивают секрецию различных продуктов, главным образом ферментов. Ферменты синтезируются на цистернах и накапливаются в них. Со временем такой пузырек отделяется, перемещается к плазматической мембране, сливается с ней и изливает при этом свое содержимое наружу. Этот процесс получил название экзоцитоза. Митохондрии и  хлоропласты. В эукариотических клетках есть еще два вида органелл, окруженных мембранами, - митохондрии и хлоропласты. Митохондрии осуществляют дыхание; эти образования изменчивой формы, богатые липидами, имеют две мембраны - наружную и сильно складчатую внутреннюю (с кристами или трубочками). Внутренняя мембрана содержит компоненты электронтранспортной цепи и АТР-синтазу. В клетках водорослей и высших растений наряду с митохондриями имеются также хлоропласты. Внутренние мембраны хлоропластов (тилакоиды) содержат фотосинтетические пигменты и компоненты фотосинтетического транспорта электронов.

 

 

 

 

 

 

 

2. Факторы внутренней среды,  влияющие на микроорганизмы

Внутренняя среда организма — совокупность жидкостей организма, находящихся внутри него, как правило, в определённых резервуарах (сосуды) и в естественных условиях никогда не соприкасающихся с внешней окружающей средой, обеспечивая тем самым организму гомеостаз. Термин предложил французский физиолог Клод Бернар.

К внутренней среде организма  относятся кровь, лимфа, тканевая и спинномозговая жидкости. Резервуаром для первых двух являются сосуды, соответственно кровеносные и лимфатические, для спинномозговой жидкости — желудочки мозга, подпаутинное пространство и спинномозговой канал. Тканевая жидкость не имеет собственного резервуара и располагается между клетками в тканях тела.

Термин «гомеостаз» чаще всего применяется в биологии. Многоклеточным организмам для существования необходимо сохранять постоянство внутренней среды. Многие экологи убеждены, что этот принцип применим также и к внешней среде. Если система неспособна восстановить свой баланс, она может в итоге перестать функционировать.

Комплексные системы — например, организм человека — должны обладать гомеостазом, чтобы сохранять стабильность и существовать. Эти системы не только должны стремиться выжить, им также приходится адаптироваться к изменениям среды и развиваться.

Основой такой биологической  функции ,как гомеостаз, является способность живых организмов и биологических систем противостоять изменениям среды; при этом организмы пользуются автономными механизмами защиты.

Гомеостатические системы  обладают следующими свойствами:

• Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.
• Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.
• Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

Примеры гомеостаза у млекопитающих:

• Регуляция количества минеральных веществ и воды в теле — осморегуляция. Осуществляется в почках.
• Удаление отходов процесса обмена веществ — выделение. Осуществляется экзокринными органами — почками, лёгкими, потовыми железами и желудочно-кишечным трактом.
• Регуляция температуры тела. Понижение температуры через потоотделение, разнообразные терморегулирующие реакции.
• Регуляция уровня глюкозы в крови. В основном осуществляется печенью, инсулином и глюкагоном, выделяемыми поджелудочной железой.

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое  состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного, ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени

 

Механизмы гомеостаза: обратная связь. Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, на которые реагирует система:

1. Отрицательная обратная связь, выражающаяся в реакции, при которой система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.
• Например, когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.
• Терморегуляция — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ — понижение температуры (или повышение).
2. Положительная обратная связь, которая выражается в усилении изменения переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.
• Например, в нервах пороговый электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртывание крови и события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной обратной связи.

Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная  обратная связь позволяет вернуться  к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, — такая ситуация называется «метастабильность». Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокой эвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.

Биологический гомеостаз. Гомеостаз выступает в роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как поддержание внутренней среды в допустимых пределах.

Внутренняя среда организма  включает в себя организменные жидкости — плазму крови, лимфу, межклеточное вещество и цереброспинальную жидкость. Сохранение стабильности этих жидкостей жизненно важно для организмов, тогда как её отсутствие приводит к повреждению генетического материала.

В отношении любого параметра организмы делятся на конформационные и регуляторные. Регуляторные организмы сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру тела, тогда как холоднокровные демонстрируют широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что  конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии, к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что  она позволяет организму функционировать  более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие.

Гомеостаз человека. Разные факторы влияют на способность жидкостей организма поддерживать жизнь. В их числе такие параметры, как температура, солёность, кислотность и концентрация питательных веществ — глюкозы, различных ионов, кислорода, и отходов — углекислого газа и мочи. Так как эти параметры влияют на химические реакции, которые сохраняют организм живым, существуют встроенные физиологические механизмы для поддержания их на необходимом уровне.

Гомеостаз нельзя считать  причиной процессов этих бессознательных  адаптаций. Его следует воспринимать как общую характеристику многих нормальных процессов, действующих  совместно, а не как их первопричину. Более того, существует множество  биологических явлений, которые не подходят под эту модель — например, анаболизм.

Гомеостаз популяции. Такой вид гомеостаза, как популяционный (его другое название генетический) играет роль регулятора целостности и стабильности генотипического состава популяции в условиях переменчивой окружающей среды. Действует он через сохранение гетерозиготности, а так же при помощи управления ритмом и направленностью мутационных изменений. Этот вид гомеостаза дает популяции возможность сохранять оптимальный генетический состав, что позволяет сообществу живых организмов сохранять максимальную жизнеспособность.

Роль гомеостаза в социуме и экологии. Необходимость управления сложными системами социального, экономического и культурного характера привела к расширению термина гомеостаза и применению его уже не только к биологическим, но и социальным объектам.

Примером работы гомеостатических общественных механизмов может служить  такая ситуация: если в обществе наблюдается недостаток знаний или  умений или профессиональный дефицит, то через механизм обратной связи  этот факт заставляет сообщество развиваться  и самосовершенствоваться. А в случае избыточного количества профессионалов, которые фактически социумом не востребованы, произойдет отрицательная обратная связь и представителей ненужных профессий станет меньше.

В последнее время понятие  гомеостаза нашло широкое применение и в экологии, в связи с необходимостью изучения состояния сложных экологических  систем и биосферы в целом. В кибернетике термин гомеостаз используют в отношении любого механизма, имеющего способность к автоматической саморегуляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Маргарин молочный

 

Сырье и основные стадии технологического процесса производства маргарина. Микроорганизмы в производстве маргарина играют двоякую роль. Молочнокислые бактерии, входящие в состав водно – молочной фазы являются полезной микрофлорой в производстве маргарина, так как придают ему специфический вкус и запах. Все остальные микроорганизмы, которые попадают с сырьем, из внешней среды (воздуха, с оборудования, с рук работников при упаковке, транспортировке) являются вредителями, снижающими качество маргарина и его стойкость при хранении.

Жировая фаза маргарина составляет от 60 до 82 % от его состава, остальная  часть приходится на водно – молочную фазу.

Жиры и растительные масла являются неблагоприятной средой для развития микроорганизмов, что объясняется  малым количеством в них влаги (от 0,1 до 0,3 %), а также незначительным содержанием минеральных питательных  веществ. Кроме того, микроорганизмы, расщепляющие жиры, встречаются реже, чем воздействующие на углеводы и  белки. Поэтому в жирах и растительных маслах микроорганизмов присутствует незначительное количество.

Основными источниками посторонней  микрофлоры маргарина являются компоненты водно – молочной фазы (молоко, сахар, соль, вода).

Молоко представляет наибольшую опасность с точки зрения бактериальной обсемененности сырья. Оно является полноценной питательной средой для развития сапрофитных микроорганизмов: молочнокислых бактерий (родов Strepococcus и Lactobacillus), гнилостных бактерий (родов Pseudomonas, Bacillus, Clostridium) и др. Из патогенных микроорганизмов в молоке могут присутствовать возбудители туберкулеза, бруцеллеза, кишечных инфекций, стафилококковой интоксикации и сальмонеллезной токсикоинфекции. Поэтому в производстве маргарина используется пастеризованное молоко, к которому предъявляются следующие требования: кМАФАнМ – не более 5 ´ 10⁴ КОЕ/см³ , БГКП не допускаются в 1 см³.