Способы получения энергии бактериями. Мембранное и субстратное фосфорилирование.

Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление — отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление — присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным — нитратным, сульфатным, фумаратным).- мембранное фосфорилирование

Анаэробиоз (от греч. aer — воздух + bios — жизнь) — жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы.

Субстратное фосфорилирование

Реакции, в которых энергия, освобождающаяся на определенных окислительных этапах брожения запасается в молекулах АТФ, получили название субстратного фосфорилирования. Их особенностью является катализирование растворимыми ферментами. Образующийся в восстановительной части окислительно-восстановительных преобразований сбраживаемого субстрата восстановитель (НАД*Н2, восстановленный ферредоксин) переносит электроны на подходящий эндогенный акцептор электрона (пируват, ацетальдегид, ацетон и др.) или освобождается в виде газообразного водорода (Н2).

Согласно распространенным представлениям, наиболее древние формы жизни, источником энергии для которых служили реакции субстратного фосфорилирования, использовали органические соединения внешней среды одновременно по двум каналам: в качестве источника энергии и источника углерода. Постепенное исчерпание таких соединений из окружающей среды поставило организмы перед двумя проблемами: поиском новых источников энергии и новых источников углерода. В первом случае это привело к использованию энергии света, во втором - к использованию углекислоты.

 

Стерилизация. Методы стерилизации, используемые в медицине и микробиологии.

Почти все факторы физического воздействия на микроорганизмы могут быть использованы с целью стерилизации. Стерилизация – уничтожение патогенных и непатогенных микроорганизмов, их вегетативных и споровых форм в каком-либо объекте. Стерилизации подвергают питательные среды, стеклянную посуду, инструменты, перевязочный материал, халаты.Стерилизации также подвергают воздух и предметы в микробиологических боксах.

Механизм действия различных методов стерилизации не одинаков, но в основе каждого лежит способность нарушать жизненные процессы микробной клетки (денатурация белков, угнетение функции ферментных систем).

Автоклавирование

Стерилизация медицинских изделий в автоклаве - автоклавирование.

Действующий фактор - насыщенный водяной пар под давлением. Избыточное давление позволяет поднять температуру кипения воды и, соответственно, температуру пара:

P = 0 АТИ → t_пара = 100 ⁰С

P = 0,5 АТИ → t_пара = 110 ⁰С

P = 1,0 АТИ → t_пара = 121 ⁰С

P = 1,5 АТИ → t_пара = 126 ⁰С

P = 2,0 АТИ → t_пара = 132 ⁰С

Для стерилизации воздух в автоклаве должен быть полностью замещен насыщенным паром. Это достигается либо продувкой автоклава паром(гравитационные автоклавы), либо повторяющимися циклами откачки-заполнения (форвакуумные автоклавы).

Использование:

◦ гравитационные автоклавы - лабораторная посуда, инструменты без внутренних полостей, лекарства...

◦ форвакуумные автоклавы - перевязочные материалы, операционное белье и другие пористые объекты. а также инструменты. имеющие внутренние полости

Достоинства

• Высокая эффективность

• Широкий перечень стерилизуемых объектов

• Минимальное повреждение стерилизуемых объектов

• Возможность стерилизации упакованных изделий

Недостатки

◦ Аппаратура работает под повышенным давлением

◦ Возможна коррозия металлических объектов

Воздушная стерилизация

В воздушных стерилизаторах осуществляют стерилизацию сухим нагретым воздухом. Поскольку стерилизующий эффект сухого воздуха значительно слабее, чем у насыщенного пара. испольхуются волее высокие температуры (160 - 180 ⁰С) и длительные экспозиции (60 - 120 мин). Для равномерного прогрева воздушные стерилизаторы имеют встроенный вентилятор.

Использование:

Стерилизация стеклянной посуды, термостабильных порошков, металлических инструментов.

Достоинства

◦ Простота управления

◦ Низкие эксплуатационные расходы

◦ Возможность упаковки стерилизуемых объектов

Недостатки

◦ Ограниченный перечень стерилизуемых объектов

◦ Большая продолжительность цикла стерилизации

Прокаливание в пламени

Газовые горелки и спиртовки используют для стерилизации открытым пламенем. В случаях, когда невозможно применить открытое пламя, возможно использование инфракрасных нагревателей.

Использование:

Стерилизация мелких металлических инструментов: бактериологические петли, препаравальные иглы, пинцет...

Достоинства

◦ Практически мгновенная стерилизация

Недостатки

◦ Нельзя хранить простерилизованный инстумент

◦ Только для мелких инструментов

◦ Пожароопастность

Газовая стерилизация

Низкотемпературный метод стерилизации, с использованием окиси этилена. Данный газ обладает хорошими микробоцидными свойствами и проникающей способностью.

Достоинства

◦ Возможность стерилизации объектов, не выдерживающих высокие температуры

◦ Надежная упаковка стерилизуемых изделий

◦ Высокая надежность стерилизации

Недостатки

◦ Очень высокая токсичность газа

◦ Необходимость длительного проветривания простерилизованных объектов

Плазменная стерилизация

Стерилизация проводится парами 60% раствора Н₂О₂ и низкотемпературной плазмы. Это делает данный метод универсальным, поскольку позволяет обрабатывать любые изделия, в том числе и волоконную оптику. Перед стерилизацией изделия должны быть упакованы в специальную упаковку.

Достоинства

◦ Универсальность

◦ Низкая температура стерилизации

◦ Высокая эффективность стерилизации

◦ Экологически безопасный метод (конечные продукты - Н₂О и О₂)

Недостатки

◦ Высокая стоимость оборудования

Необходимость специальной упаковки (обычные упаковочные материлы не годятся)