Влияние ультразвука и электромагнитных полей на живые объекты

      Культуральные свойства Saccharomyces cerevisiae

Рис.1 Saccharomyces cerevisiae: почкующиеся клетки и аски со спорами. 

     Saccharomyces cerevisiae — вид одноклеточных микроскопических (5—10 микрон в диаметре) грибков  (аскомицетных дрожжей) из рода сахаромицетов. Клетки круглые и овальные, иногда удлиненные. Вегетативное размножение многосторонним почкованием. Почкование у аскомицетных дрожжей голобластическое: клеточная стенка материнской клетки размягчается, выгибается наружу и даёт начало клеточной стенке дочерней. Сначала появляется вырост на материнской клетке, затем происходит деление ядра, образование клеточной стенки и отделение клеток друг от друга. На материнской клетке остается шрам от почкования, что позволяет определить её возраст. Обычно материнская клетка может образовывать 20—30 почек. Может быть примитивный псевдомицелий, истинного мицелия нет. Колонии обычно пастообразные. На жидких средах при продолжительном культивировании может образовываться пленка, но она не бывает сухой порошковидной или всползающей. Аски образуются преимущественно из вегетативных диплоидных клеток без непосредственно предшествующей конъюгации. При созревании спор сумки не вскрываются. Аскоспоры круглые или слабоовальные, бесцветные, гладкие, 1 — 4 в аске. Все виды активно сбраживают сахара и не используют нитраты. Лактозу и высшие парафины не ассимилируют. Дрожжи этого рода с давних времен распространены в кустарном виноделии и широко используются в разных отраслях бродильной промышленности, в связи с чем, они более всех других дрожжей изучены в разных аспектах. Их систематика, однако, постоянно пересматривается. Центральный вид — Saccharomyces cerevisiae Hansen известен в десятках синонимов, которые в настоящее время рассматриваются как производственные расы, но не самостоятельные виды.[ 15] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.2 Процесс брожения

     Брожением называется анаэробный процесс превращения  безазотистых органических веществ (главным  образом углеводов) микроорганизмами, при котором происходит накопление продуктов неполного окисления (спиртов, органических кислот, углеводов и др.) и который сопровождается выделением энергии. Биологическое значение брожения заключается в образовании энергии для осуществления жизнедеятельности микроорганизмов подобно дыханию животных и растений.

     Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называется превращение микроорганизмами углеводов в этиловый спирт и углекислоту. Химическая схема спиртового брожения без учета промежуточных этапов выражается уравнением С₆Н₁₂О₆=2СН₃СН₂ОН+2С0₂+27 ккал. Это брожение вызывается дрожжами, а также мукоровыми грибами. Впервые дрожжи наблюдал еще А. Левенгук в 1680 г. Но истинную роль дрожжей в спиртовом брожении установил Луи Пастер в 1857 г.

       Дрожжи, возбудители этого брожения, - факультативные анаэробы. Как источник азота они используют аминокислоты, пептон, а также аммонийные соли. При развитии в бескислородной среде они получают энергию за счет спиртового брожения, а в аэробных условиях - частично за счет окисления питательных веществ до углекислоты и воды. Это говорит о том, что дрожжевые клетки содержат очень сложный комплекс ферментов. При широком доступе кислорода у дрожжей помимо дыхания параллельно идет и процесс брожения - настолько ферменты дрожжей специализированы в направлении брожения.

       Дрожжи широко распространены в природе. Они всегда встречаются на поверхности фруктов и ягод, на листьях. С опадающими фруктами и ягодами дрожжи попадают в почву, где перезимовывают, а затем опять попадают на растения вместе с пылью, а также заносятся насекомыми, птицами. Это так называемые дикие дрожжи.

       Спиртовое брожение широко используется  в промышленности: в виноделии,  пивоварении, винокурении и хлебопечении. В этих производствах употребляют  культурные дрожжи, отличающиеся  от диких дрожжей высокой производительностью.

       В винокурении и хлебопечении применяются верховые дрожжи Saccharomyces cerevisiae, вызывающие бурное брожение с энергичным газообразованием, образованием поверхностной пены, выделением тепла. Они развиваются при температуре 18-30°. В пивоварении применяются дрожжи низового брожения, которое протекает гораздо спокойнее при более низкой температуре (4-10°), дрожжевые клетки размножаются в нижних слоях и оседают на дно.

       Когда в процессе брожения  в среде накапливается спирта  до 15% и более, брожение прекращается, так как спирт, как продукт их жизнедеятельности, является для них вредным продуктом.

       При спиртовом брожении кроме  спирта и СО₂ образуются еще в незначительном количестве сивушные масла и глицерин. Сивушные масла (амиловый и другие спирты) образуются при разложении дрожжами аминокислот и связаны, таким образом, с азотистым питанием дрожжей. При прибавлении к питательной среде сульфитов Na₂SО₃, СаSО₃ увеличивается количество глицерина. В результате из сахара получают 22% спирта и 20% глицерина. Химизм спиртового брожения изучен довольно хорошо. В основном это брожение протекает по схеме Эмбдена - Мейергофа, приведенной в Схеме1.(из книги М. Фробишера). [16]

     Схема 1. Схема диссимиляции глюкозы по Эмбдену-Мейергофу.

     Ферменты : 1 – Гексокиназа, 2- Фосфогексоизомераза, 3 –Фосфогексокиназа, 4-  Альдолаза, 5- Изомераза, 6- Глицероальдегид3фосфат-дегидрогеназа, 7- Фосфоглицераткиназа, 8-Фосфоглицератмутаза, 9- Энолаза, 10 – Фосфопируватдефосфорилаза. 

       Дрожжи имеют фермент карбоксилазу, под влиянием которого пировиноградная кислота распадается на углекислый газ и уксусный альдегид:

     СН₃СОСООН=СН₃СНО+С0₂,

       из уксусного альдегида образуется  спирт за счет восстановления  активным водородом: 

     СН₃СНО+₂Н=СН₃СН₂ОН

     Хотя  на последнем этапе брожения (превращения пирувата в конечные продукты брожения) не освобождается энергия, он крайне важен для анаэробной клетки, поскольку на этом этапе регенерируется никотинамидадениндинуклеотид (NAD+), который требуется для гликолиза. Это важно для нормальной жизнедеятельности клетки, поскольку гликолиз для многих организмов — единственный источник АТФ в анаэробных условиях.

       Современное производство спирта  исходит из биологии дрожжей  на основе микробиологической  техники. Поэтому широко применяется  стерилизация и микробиологический контроль. Если в затор (субстрат, подготовленный для брожения) попадут в большом числе бактерии, то они могут испортить все течение брожения.[16] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выводы  по работе

     Одним из самых интересных объектов исследования в области микробиологии являются дрожжи. Они имеют достаточно высокие скорости роста, а процессы их метаболизма уже довольно хорошо изучены. В нашей работе объектом исследования выбраны дрожжи Saccharomyces cerevisiae . Этот род дрожжей широко применяется в пищевой промышленности, в частности, в хлебопечении и пивоварении. Исходя из этого, улучшение технологических показателей роста данной культуры имеет огромное практическое значение.

Ответная  реакция живой системы на внешние  волновые воздействия может происходить  на различных структурных уровнях живого организма – от молекулярного до субклеточного, клеточного уровня. Чувствительность живых систем к внешним акустическим воздействиям зависит в первую очередь от диапазона частот и интенсивности (мощности) колебаний. Изучение различных аспектов воздействия акустических полей с живыми объектами представляет не только научный, но и большой практический интерес. Первичные эффекты такого взаимодействия, которые оказывают определяющее воздействие на поведение живого объекта, разыгрываются в основном на уровне клетки, являющейся простейшей (элементарной) живой системой.  Волновые процессы очень важны для жизнедеятельности организмов и в отсутствии внешнего взаимодействия. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы

     1 Красильников В. А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах, 3 изд./ В. А Красильников.- М., 1960

     2 Сорока С.А. Влияние акустических  колебаний на биологические объекты./ С.А.  Сорока // Вибрация в технике  и технологиях, 2005.-№1.-С. 39-41.

     3 Регистрация ферментативных и иммунохимических реакций на основании изменений акустических свойств среды./ Сотников Д.В. [и др.] // Биотехнология будущего. Сб. статей.- Москва. ОАО «Авиаиздат», 2006.-С. 87-89.

     4 Кучумова А.В. Пегилигование рекомбинантной L-аспарагиназы Erwina Carotovora с целью усиления ее терапевтически значимых свойств: автореф дис. … канд. биол. наук./ А.В. Кучумова -  Москва, ГУ НИИ биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН, 2007.-С. 25.

     5 Чизмаджев Ю.А. Перенос нуклеиновых  кислот в ткани и клетки / Ю.А Чизмаджев  // Соросовский образовательный журнал, 2004.-№2.том 8.-С. 24-29.

     6 Акопян В.Б. Простая модель реакции организма на внешние воздействия. [Электронный ресурс]/ В.Б. Акопян – Режим доступа: akopyan@edunet.ru

     7 Соколов Н.Н. Выделение и очистка рекомбинантного «усеченного›› (дельта 2-27) цитохрома Р450 2В4, экспрессированного в клетках E.coli в составе гибридного белка с глутатион-S- трансферазой /Н.Н.Соколов [и др]. // Вопросы медицинской химии., 1999.-№1.- С. 17-19.

     8 Баранов А.П. Некоторые особенности развития Proteus vulgaris, подвергнутому воздействию ультразвуковых колебаний /А.П. Баранов  // Микробиология,1974. т.XLIII Вып.3.-С. 475-478.

     9 Мошиашвили И.Я. Изменение антигенной  активности бордетелл при воздействии ультразвука/ И.Я. Мошиашвилли  // Журнал микробиологии., 1969.-№7.- С. 143.

     10 Чупринина Р.П.Профилактика коклюша:  разработка и применение бесклеточной  коклюшной вакцины /  Р.П.Чупринина,  И.А.Алексеева, Н.А.Озерецковский  // Журн. микроб., эпид. и иммунобиологии, 2006.-№1.-С. 99-105.

     11 Москаленко Е.П. Оптимизация условий  получения ультразвукового коклюшного  и паракоклюшного растворимых  антигенов/ Е.П. Москаленко, Л.Н.Чернавская, Н.К.Литвинова  // Актуальные вопросы  иммунологии и иммунопатологии, 1976.-С. 8-12.

     12 Хмелев В.Н. Применение ультразвука  в промышленности [Электронный ресурс]. / В.Н. Хмелев  [и др]. Режим доступа  - http://u-sonic.com/primenenie-ultrazvuka-v-promyshlennosti/71-ultrazvuk-i-iologicheskie-sistemy

     13 Девятков Н.Д. Роль синхронизации  в воздействии  слабых электромагнитных  сигналов миллиметрового диапазона  волн на живые организмы / Н.Д.  Девятков,М.Б. Голант, А.С.Тагер // Биофизика. -1983 – Т.28 – Вып.5- С. 895-896

     14 Гамаюрова В.С. Влияние ЭМИ  КВЧ нетепловой интенсивности  на рост дрожжей Saccharomyces cerevisiae./ В.С. Гамаюрова, А.Ю. Крыницкая,  М.Н. Астраханцева //  «Биомедицинская  радиоэлектроника»,2004- №1-2

      15 Бабьева И.П. Методы выделения  и идентификации дрожжей. / И.П.  Бабьева, В.И. Голубев// М.: Пищевая  пром-сть, 1979. – 120 с.

     16 Фробишер М. Основы микробиологии./М.  Фробишер //  М., "Мир", 1963.