Основные различия в строении прокариотических и эукариотических клеток

Основные различия в строении прокариотических и эукариотических  клеток

Клетки прокариот, как  правило, значительно меньше, чем  у  эукариот - их размеры редко  превышают 10 мкм, а бывают клетки размером даже 0,3 х 0,2 мкм. Правда, есть и исключения - описана огромная бактериальная клетка размером 100 х 10 мкм. 
Прокариоты, как следует из их названия, не имеют оформленного ядра. Единственная кольцевая молекула ДНК, находящаяся в клетках прокариот и условно называемая бактериальной хромосомой, находится в центре клетки, однако эта молекула ДНК не имеет оболочки и располагается непосредственно в цитоплазме. 
Снаружи клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной. Строение мембран у двух этих групп организмов одинаковое. Клеточная мембрана прокариот образует многочисленные выпячивания внутрь клетки - мезосомы. На них располагаются ферменты, обеспечивающие реакции обмена веществ в прокариотической клетке. Поверх плазматической мембраны клетки прокариот покрыты оболочкой, состоящей из углеводов,  напоминающей клеточную стенку растительных клеток. Однако эта стенка образована не клетчаткой, как у растений, а другими полисахаридами - пектином и муреином. В цитоплазме прокариотических клеток нет мембранных органоидов: митохондрий, пластидов, ЭПС, комплекса Гольджи, лизосом. Их функции выполняют складки и впячивания наружной мембраны - мезосомы. В цитоплазме прокариот беспорядочно располагаются мелкие рибосомы. Цитоскелета в прокариотических клетках тоже нет, но иногда встречаются жгутики. 
Большинство эукариот являются аэробами, т. е. используют в энергетическом обмене кислород воздуха. Напротив, многие прокариоты являются анаэробами, и кислород для них вреден. Некоторые бактерии, называемые азотфиксирующими, способны усваивать азот воздуха, чего эукариоты делать не могут. 
Те виды прокариот, которые получают энергию благодаря фотосинтезу, содержат особую разновидность хлорофилла, который может располагаться на мезосомах.

Понятие о конструктивном и энергетическом обмене (анаболизме и катаболизме). Взаимосвязь конструктивного  и энергетического обмена.

Важнейшими свойствами живых  организмов являются способность, к  самовоспроизведению и теснейшая  взаимосвязь их с окружающей средой. Любой организм может существовать только при условии постоянного  притока питательных веществ  из внешней среды и выделения  в нее продуктов жизнедеятельности. Питательные вещества, поглощаемые клеткой, в результате сложных биохимических реакций превращаются в специфические клеточные компоненты. Совокупность биохимических процессов поглощения, усвоения питательных веществ и создания за их счет структурных элементов клетки называется конструктивным обменом или анаболизмом. Конструктивные процессы идут с поглощением энергии. Энергию, необходимую для процессов биосинтеза других клеточных функций, таких, как движение, осморегуляция и т. д., клетка получает за счет потока окислительных реакций, совокупность которых представляет собой энергетический обмен, или катаболизм.

Анаболизм и катаболизм неразрывно связаны, составляя единое целое, поскольку  продукты энергетического обмена  непосредственно используются в  конструктивном обмене клетки. В клетках микроорганизмов соотношение между энергетическими и конструктивными процессами зависит от ряда конкретных условий, в частности от характера питательных веществ. Тем не менее, по объему катаболические реакции обычно превосходят биосинтетические процессы. Взаимосвязь и сопряженность этих двух видов метаболизма проявляется прежде всего в том, что суммарный объем конструктивных процессов полностью зависит от количества доступной энергии, получаемой в ходе энергетического обмена.

Влияние влажности среды  на микроорганизмы. Понятие об активности воды. Гидрофиты, мезофиты, ксерофиты. Использование этого фактора  при хранении продуктов.

Влажность среды оказывает  большое влияние на развитие микроорганизмов. В клетках большинства микроорганизмов  содержится воды до 75-85%; с водой поступают  питательные вещества в клетку и  удаляются их нее продукты жизнедеятельности. Поэтому микроорганизмы могут развиваться  только в субстратах, имеющих свободную  воду (в капельножидком виде). Вода в  связанной форме для них недоступна. Рост, размножение микробов возможны только при наличии в субстрате определенного количества свободной воды. С понижением влажности субстрата в пределах, допускающих развитие микробов, интенсивность размножения их падает, а при удалении влаги из субстрата ниже определенного уровня – совсем прекращается. Потребность во влаге у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах. Различают микроорганизмы: гидрофиты – влаголюбивые, мезофиты – средневлаголюбивые и ксерофиты – сухолюбивые. Бактерии в преобладающем большинстве – гидрофиты. Минимальная влажность среды, при которой еще возможно развитие бактерий, равна 20-30%. В высушенном состоянии микроорганизмы, хотя и не проявляют заметно своей жизнедеятельности, но сохраняют жизнеспособность в течение более или менее длительного времени. Бесспоровые бактерии отличаются различной устойчивостью к высушиванию. Уксуснокислые и нитрифицирующие бактерии после высушивания быстро погибают, брюшнотифозные и туберкулезные бактерии, многие стафилококки и микрококки, более стойки к высушиванию и могут сохраняться в сухом виде неделями и месяцами; высушенные молочнокислые бактерии сохраняют жизнеспособность в течение нескольких месяцев и даже лет. Особенно легко переносят высушивание вегетативные клетки микробов, замороженные и высушенные в вакууме. Этот метод – леофильная сушка – в настоящее время применяется для длительного хранения культур микроорганизмов. Такие культуры годами остаются жизнеспособными, не изменяя своих свойств. В девяностых годах ХХ столетия, благодаря зарубежным научным исследованиям, в качестве одного из критических факторов технологических процессов консервирования пищевых продуктов было введено понятие «активность воды» и соответствующий ему показатель a/w.

Как известно, при растворении  веществ в воде между молекулами этих веществ и водой происходит реакция взаимодействия, которая  характеризуется тем, что определенное количество молекул воды связывается  с молекулами растворенного вещества, уменьшая количество несвязанных (свободных) молекул воды. Следовательно, сокращается  количество воды, доступной для жизнедеятельности  микроорганизмов. Аналогичный процесс наблюдается в любом влагосодержащем пищевом продукте. Чем больше молекул воды связано с растворенными веществами, тем меньше воды остается для размножения и роста микроорганизмов. Влагопоглощающая способность конкретного растворенного ингредиента влияет на остаточное количество воды как среды жизнедеятельности микроорганизмов. Итак, активность воды (а/w) — это количество несвязанной воды в любом продукте, которое могут использовать микроорганизмы для своей жизнедеятельности. Иными словами, а/w — это количество влаги в продукте, доступной для жизнедеятельности микроорганизмов. Возможность регулирования влажности продукта долгое время ограничивалась его рецептурой, технологической обработкой и упаковкой. В активных системах контроля влажности использовали десиканты (влагоиоглотители) — спликагелп, молекулярные фильтры, определенные глины и соли. Влагопоглотители способствуют снижению aw продуктов почти до нулевого уровня, и потому их применение ограничено. Другие активные системы представляют собой разнообразные устройства, повышающие влажность среды, — например тампоны, губки н полупроницаемые пленки. Эти устройства обеспечивают дополнительную гидратацию и повышают аw, продуктов до высоких уровней, особенно при хранении их в условиях повышенной влажности. 
Кондиционные силнкагсли и некоторые глины способны абсорбировать и выделять влагу в относительно узком диапазоне влажности. Недостатком этих достаточно эффективных систем является их ограниченная влагоемкость, составляющая лишь 5-10% их массы. 
Применяются также электронные устройства, поддерживающие постоянную влажность в камерах и зданиях, где хранятся пищевые продукты.

Что такое гниение? Химизм процесса в аэробных и анаэробных условиях. Значение этого процесса в народном хозяйстве.

Гниение - процесс разложения азотсодержащих органических соединений (белков, аминокислот), в результате их ферментативного гидролиза под действием анаэробных микроорганизмов (аэробы принимают меньшее участие в процессах гниения) с образованием токсичных для человека конечных продуктов — аммиака, сероводорода. В процессе гниения участвует большое число разнообразных микроорганизмов. Общий биохимический характер этих процессов довольно постоянен; детали изменяются в зависимости от вида микрофлоры, внешних условий, состава и свойств разлагающихся белков. В зависимости от состава белков продукты гниения будут различны. Легче поддаются действию микроорганизмов белки, находящиеся в растворенном состоянии, такие как желатин, белки крови, белки яиц. Превращение продуктов распада белков происходит через промежуточные вещества с образованием конечных плохо пахнущих продуктов гниения. Гниение может происходить при доступе (аэробное гниение) и в отсутствии кислорода (анаэробное гниение). Аэробный и анаэробный процессы развиваются одновременно. При этом аэробы жадно поглощают кислород и тем самым способствуют развитию анаэробов. В гнилостном распаде могут одновременно и последовательно участвовать различные микробы, прежде всего те, которые способны разрушать белковую молекулу, а затем микробы, ассимилирующие продукты распада белков. В протоплазме клеток мышечной и других тканей липиды содержатся большей частью в виде липопротеидов. При гниении от липопротеидов, прежде всего, отщепляется липидная часть. Составной частью лецитина, содержащегося в мясе, мозгах, яичном желтке, является холин, который в процессе гниения превращается в триметиламин, диметиламин и метиламин. При окислении триметиламина образуется окись триметиламина, имеющая рыбный запах. Из холина при гниении может образоваться также ядовитое вещество нейрин. Нуклеопротеиды при гниении разлагаются на белок и нуклеиновую кислоту, которая затем распадается на составные части. Образуются гипоксантин и ксантин — продукты разложения нуклеопротеидов. Таким образом, характерными продуктами гниения мяса являются аммиак, углекислый газ, сероводород, летучие жирные кислоты (муравьиная, уксусная, масляная, валерьяновая и капроновая, а также изомеры трех последних кислот), фенол, крезол, индол, скатол, амины, триметиламин, альдегиды, спирты, пуриновые основания и т. д. Многие виды бактерий имеют большое значение (при процессах гниения и различных типах брожения), т. е. выполнение санитарной роли на Земле. Бактерии также играют огромную роль в круговороте углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы, кальция и других элементов. Многие виды бактерий способствуют активной фиксации атмосферного азота и переводят его в органическую форму, способствуя повышению плодородия почв. Особо важное значение имеют те бактерии, которые разлагают целлюлозу и пектиновые вещества, являющиеся основным источником углерода для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Сульфатредуцирующие бактерии участвуют в образовании нефти и сероводорода в лечебных грязях, почвах и морях. Так, насыщенный сероводородом слой воды в Черном море является результатом жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. Деятельность этих бактерий в почвах приводит к образованию соды и содового засоления почвы. Сульфатредуцирующие бактерии переводят питательные вещества в почвах рисовых плантаций в такую форму, которая становится доступной для корней этой культуры. Эти бактерии могут вызывать коррозию металлических подземных и подводных сооружений. Благодаря жизнедеятельности бактерий почва освобождается от многих продуктов и вредных организмов и насыщается ценными питательными веществами. Бактерицидные препараты успешно используются для борьбы со многими видами насекомых-вредителей (кукурузным мотыльком и др.). Многие виды бактерий используются в различных отраслях промышленности для получения ацетона, этилового и бутилового спиртов, уксусной кислоты, ферментов, гормонов, витаминов, антибиотиков, белково-витаминных препаратов и т. д.