Бактерии — виды и их названия, строение бактериальной клетки, значение

Типы брожения

Алкогольная ферментация

При алкогольной ферментации молекулы NADH отдают свои электроны другим молекулам, полученным из пирувата, и, таким образом, образуется спирт. Производимый спирт представляет собой этанол или этиловый спирт, и этот процесс происходит в два этапа..

На первом этапе из пирувата высвобождается карбоксильная группа, которая высвобождается в форме диоксида углерода, оставляя, таким образом, двухуглеродную молекулу, называемую алькетальдегидом..

На втором этапе NADH передает свои электроны ранее полученному ацетальдегиду, который производит этанол и регенерирует NAD +, который необходим для поддержания гликолиза и, следовательно, подачи пирувата..

Чистое химическое уравнение для производства этанола из глюкозы:

C6H12O6 (глюкоза) → 2 C2H5OH (этанол) + 2 CO2 (диоксид углерода)

Дрожжи выполняют алкогольное брожение, которое используется при производстве обычных алкогольных напитков, таких как пиво и вино, а также при приготовлении хлеба..

Важно отметить, что алкоголь является токсичным в больших количествах, как для дрожжей, так и для человека, который установил уровни толерантности примерно от 5 до 21%.

Молочная ферментация

В процессе ферментации молочной кислоты NADH переносит свои электроны непосредственно в пируват, тем самым генерируя молекулу лактата. Бактерии, которые производят йогурт, делают это путем молочной ферментации, а также эритроцитов в организме человека..

Следующее уравнение описывает производство молочной кислоты из глюкозы:

C6H12O6 (глюкоза) → 2 CH3CHOHCOOH (молочная кислота)

Производство молочной кислоты также может происходить из лактозы и воды, как указано в следующем сводном уравнении:

C12H22O11 (лактоза) + H2O (вода) → 4 CH3CHOHCOOH (молочная кислота)

Молочная ферментация также может происходить в мышечных клетках, но только при определенных условиях; например, когда физические упражнения очень интенсивны и мало кислорода.

Молочная кислота, вырабатываемая в мышцах, транспортируется кровью в печень, где она превращается обратно в пируват для повторного использования в других реакциях производства энергии..

Брожение: типы и виды брожений. Характеристика возбудителей

Брожение – процесс, который представляет собой совокупность окислительно-восстановительных реакций анаэробного расщепления органических субстанций (главным образом углеводов), с помощью которых микроскопические организмы получают необходимую им энергию.

Конечным акцептором отнятых от субстрата в процессе брожения электронов является легковосстановительные органические вещества.

Энергия, которая высвобождается при различных видах брожения, аккумулируется преимущественно в макроэргических фосфатных связях (в основном в виде АТФ).

Кроме энергообразующей функции, реакции брожения выполняют роль поставщика различных метаболитов для анаболических и катаболических синтетических процессов, происходящих внутри клетки.

Получение энергии путем различных видов брожения (так называемый бродильный тип метаболизма) довольно часто встречается у грибов, бактерий, особенно дрожжей, а также простейших. Конечные продукты и пути ферментации и широко варьируют и обусловлены видом микроскопического организма, а также веществом (питательным субстратом) и условиями ферментации.

В зависимости от превалирующих или особо типичных продуктов выделяют:

• спиртовой бродильный процесс, которое осуществляется мукоровыми грибами и дрожжами;
• молочнокислый тип брожения — молочнокислыми бактериями;
• маслянокислый тип бродильного процесса — клостридиями;
• муравьинокислый тип брожения — энтеробактериями;
• лимоннокислый тип брожения — грибами;
• пропионовокислая реакция брожения — пропионовокислые бактериями
• бутанол-ацетоновый вид брожения — клостридиями;
• метановый вид брожения – особыми метановыми бактериями.

Биологическая суть реакции брожения была открыта в середине XIX в.

Луи Пастером, который определил брожения как «жизнь без кислорода».

Реакции на основе бродильного процесса используют в промышленной микробиологии для получения самых разнообразных, часто ценных продуктов, необходимых народному хозяйству, ветеринарии и медицине: лимонной, уксусной, глюконовой кислот, этилового и других спиртов и других активных фармацевтических ингредиентов и аддитивных лекарственных веществ.

Спиртовое брожение

Попавшие в сок при благоприятных условиях, дрожжевые грибки начинают очень быстро размножаться. При этом сахар дрожжевые грибки превращают в спирт и углекислый газ, а когда питательная сахарная среда заканчивается, дрожжи умирают и оседают на дне.

Спиртовое брожение можно разделить на три этапа: забраживание (дрожжи приспосабливаются к условиям среды), бурное брожение (заняли весь объем сусла и перешли на анаэробный способ питания), тихое брожение (основной сахар переработан в спирт, дрожжи начинают умирать).

Это стационарный способ брожения, есть и доливной способ, когда вино добавляется постепенно.

Как проходит брожение на винодельне Лефкадии? Например, при ферментации для белого вина важен более тщательный контроль за температурой, чем при производстве красных вин, и требуется периодическое охлаждение сусла.

Для успешной работы винных дрожжей в белом вине необходимо поддерживать температуру в 20 градусов Цельсия.

Брожение на мезге

Отдельной категорией выделяют брожение на мезге. При нем нужно получить не только спирт, но и вывести из ягод красящие, ароматические и прочие вещества.

В отличие от брожения виноградного сусла брожение на мезге заключается в сбраживании сусла красных, а в отдельных случаях белых сортов винограда вместе с мезгой с целью обогащения виноматериала ценными веществами, содержащимися в кожице, семенах и гребнях.

Для обеспечения достаточного экстрагирования фенольных, ароматических и других веществ не только из кожицы, но и из семян, брожение на мезге проводят при температуре 28-30 градусов при многократном перемешивании бродящей массы.

Классическую технологию производства красных вин с брожением на мезге на винодельне Лефкадии используют для производства всех красных вин.

Вино обладает бактерицидными свойствами, которые увеличиваются с увеличением концентрации спирта. Тем не менее, в вине могут развиваться бактерии, вызывающие яблочно-молочнокислое, лимонно-яблочнокислое, молочнокислое, маннитное, уксусное и другие виды брожения.

Почти все они приводят к заболеванию вин, за исключением яблочно-молочнокислого брожения, которое сопровождается понижением кислотности и сказывается благоприятно на некоторых винах.

Яблочно-молочнокислое брожение

На винодельне Лефкадии после привычного спиртового брожения начинается этап яблочно-молочнокислого брожения. Конечно, не всем винам это пойдет на пользу, для ЯМБ мы помещаем в новые бочки красную «Лефкадия Резерв» и «Лефкадия Каберне Совиньон», помогает такое брожение и другим красным винам, например, «Ликурии Шираз» и «Ликурии Каберне Фран».

У производителя всегда есть выбор: проводить яблочно-молочнокислое брожение или нет.

Решение зависит от сорта винограда, региона, желаемого результата, качества урожая и мировоззрения производителя. Это совершенно естественный процесс, в ходе которого молочнокислые бактерии перерабатывают содержащуюся в вине агрессивную яблочную кислоту в более мягкую молочную. Такой метод подходит для снижения общей кислотности красного вина, потому что танины плохо сочетаются с кислотами.

Только не с молоком

Кофе с густой шапкой молочной пены – любимый напиток стильных москвичек. Латте, макиато и капучино, следуя моде, выбирают даже те, кто не очень любит вкус кофе. Однако специалист предостерегает именно от таких напитков.

«Сейчас модно предлагать кофе с сухим молоком, сливками, сахаром. Такой напиток вызывает процесс брожения и убивает полезную микрофлору кишечника. В итоге иммунитет ослабевает и становится не готовым к борьбе с чужеродными вирусами и бактериями. А при проблемах с выделительной системой страдает кожа. Если мы добавим в кофе молоко, сливки, сахар или подсластитель, изменится пищевая ценность напитка, увеличится содержание белков, жиров и углеводов. Чем больше молока, тем меньше антиоксидантной активности. Поэтому, конечно же, лучше выбирать напиток как можно проще, без добавок и высокой концентрации самого кофеина: это американо, причем без сахара», – комментирует Мария Розанова.

Бородина Евгения

Важная роль, которую играют бактерии в жизни человека

Различные бактерии придают пищевым продуктам различные вкусовые качества и характеристики.

Некоторые бактерии превращают молоко в полезные молочные продукты, такие как пахта, йогурт и сыр. Другие виды бактерий уже давно используются в приготовлении и консервировании различных пищевых продуктов, полученных путем бактериального брожения, включая маринованные продукты, квашеную капусту и оливки.

Токсины многих патогенных бактерий, которые передаются в пищу, могут вызвать пищевое отравление при попадании внутрь организмов. К ним относятся токсин, вырабатываемый золотистым стафилококком, который вызывает быстрое, тяжелое, но ограниченное расстройство желудочно-кишечного тракта, или токсин ботулизма, который часто смертелен.

Бактерии часто используют, как средства борьбы с патогенными бактериальными инфекциями Например, пробиотики, это безвредные бактерии, которые препятствуют размножению патогенных бактерий. В других случаях для лечения инфекций использует бактериофаги, вирусы, которые убивают бактерии-патогены.

Распространение в природе

О распространении бактерий в природе сказано и написано немало. Они населяют куда больше пространства, чем занимает человек (так как в последнем они тоже живут) и выполняют весьма немаловажные функции санитарные и природно-восстановительные.

Воздух

Наименее благоприятна для бактерий среда — воздух. И чем он холоднее, тем хуже живется в нем бактериям.Однако именно воздушно-капельным путем передаются многие бактериальные инфекции.

Водоемы

Вода — весьма благодатная среда для развития и роста бактерий — как полезных, так и патогенных. Именно через водоемы достаточно часто распространяются возбудители тяжелых заболеваний, нередко несущие все признаки эпидемий.

Почвы

Наибольшее количество бактерий обитает и размножается в почве, которая дает урожай. И именно от работы бактерий зависит, каким он будет. По определению, наибольшая роль в процессе обогащения почвы плодородным слоем принадлежит именно микрофлоре. Так, как поселившись в корнях растений, бактерии синтезируют полезные вещества.

Организм животного

Как и в любом другом, в организме животного проживают десятки тысяч бактерий, в том числе и патогенных для человека. Поэтому особое внимание хозяева домашних питомцев должны уделять санитарной обработке своих любимцев.

Организм человека

Человеческое тело так же густо заселено микрофлорой, как и окружающая среда, причем в каждом отделе живут разные бактерии. Когда количество патогенных палочек превышает количество полезных, человек заболевает. Причем первые признаки их не всегда заставляют носителя взяться за лечение, а зря.Чаще первоисточником болезней становятся руки и полость рта.Рис. 6. Строение клетки типичной грамположительной бактерии (обратите внимание на наличие только одной клеточной мембраны)

Из чего состоят бактерии?

• Клеточная стенка бактерии содержит полисахариды, белки, липиды. В основном же стенка состоит из многослойного пептидогликана. Также стенка содержит наружную мембрану, которая своей трехслойной структурой похожа на цитоплазматическую (внутреннюю) мембрану. Обе мембраны состоят преимущественно из липидов.
• Наружная мембрана изнутри состоит из фосфолипидов, наружный слой – это липополисахариды. Пространство между мембранами заполнено ферментами. Внутренняя мембрана имеет три слоя, ее структура – это фосфолипиды в два слоя и интегральные белки.

Состав

• Цитоплазму составляют белки, рибонуклеиновые кислоты, рибосомы. Также наличествуют запасные питательные вещества: гликоген, волютин, полисахариды.
• Аналогом ядра можно назвать нуклеоид, находящийся в центре и представляющий собой закольцованную двунитевую ДНК. У нуклеоида отсутствует ядерная оболочка и ядрышко. Не представлены и гистоны.
• В составе бактерий также можно наблюдать слизистую структуру с четкими границами, которую называют капсулой. В ее составе полисахариды, полипептиды.
• Жгутик – это тонкая нить, длиннее самой клетки (до 15 мкм), начинающаяся с внутренней мембраны. Жгутики достигают в толщину всего 20 нм и имеют диски, с помощью которых крепятся к стенке.
• И, наконец, неблагоприятные условия для бактерии могут провоцировать образование спор в бактериальной клетке, которые способны не только длительное время сохраняться, но и прорастать.

Особенности строения

Клетка бактерии отличается не только тем, что в ней нет ядра, но и отсутствием митохондрий и пластид. ДНК данного прокариота находится в специальной ядерной зоне и имеет вид замкнутого в кольцо нуклеоида. У бактерии строение клетки состоит из клеточной стенки, капсулы, капсулоподобной оболочки, жгутиков, пили и цитоплазматичной мембраны. Внутреннее строение оформляют цитоплазма, гранулы, мезосомы, рибосомы, плазмиды, включения и нуклеоид.

Клеточная стенка бактерии выполняет функцию обороны и опоры. Вещества могут свободно протекать сквозь неё, благодаря проницаемости. Данная оболочка имеет в своем составе пектин и гемицеллюлозу. Некоторые бактерии выделяют особую слизь, которая может помочь защититься от пересыхания. Слизь формирует капсулу – полисахарид по химическому составу. В такой форме бактерия способна переносить даже очень большие температуры. Также она выполняет и другие функции, к примеру слипание с любыми поверхностями.

На поверхности клетки бактерии находятся тонкие белковые ворсинки – пили. Их может быть большая численность. Пили помогают клетке передавать генетический материал, а также обеспечивают слипание с другими клетками.

Под плоскостью стенки находится трехслойная цитоплазматичная мембрана. Она гарантирует транспорт веществ, а также имеет немалую роль в образовании спор.

Цитоплазма бактерий на 75 процентов произведена из воды. Состав цитоплазмы:

• Рыбосомы;
• мезосомы;
• аминокислоты;
• ферменты;
• пигменты;
• сахар;
• гранулы и включения;
• нуклеоид.

Обмен веществ у прокариотов возможен, как с участием кислорода, так и без его него. Большая их часть питаются уже готовыми питательными веществами органического происхождения. Очень мало видов способны сами синтезировать органические вещества из неорганических. Это сине-зеленые бактерии и цианобактерии, которые отыграли немалую роль в формировании атмосферы и насыщении её кислородом.