Брожения

Большинство бактерий для своего развития нуждаются в органическом веществе. С помощью ферментов они расщепляют его на более простые соединения. Разложение безазотистых соединений (углеводов) при посредстве бактерий (и грибов) называется брожением.  Молочнокислое брожение вызывают несколько видов молочнокислых бактерий (Streptococcus lactus, Bacterium bulgaricum, Bacterium caucasicum и др.). Процесс брожения заключается в том, что сахар – лактоза превращается в две частицы гексозы (C₁₂H₂₂O₁₁ + Н₂О = 2C₆H₁₂O₆), а каждая частица распадается на две частицы молочной кислоты:  С₆Н₁₂О₆ = 2С₃Н₆О₃.  сахар         молочная кислота  Появляющаяся в молоке кислота свертывает белок – казеин в плотную массу, почему и получается простокваша. Молочная кислота препятствует размножению гнилостных бактерий, при скисании молока ее накопляется до 1 %. Для приготовления простокваши хорошего качества молоко предварительно подвергают кипячению или пастеризации и заражают чистой культурой молочнокислых бактерий.  Пастеризацией молока и других продуктов называется кратковременное (в течение 2-3 минут) нагревание его при температуре 80-85° или нагревание при температуре 63-65° в течение 20-30 минут. В отличие от стерилизации, при которой погибают все бактерии и их споры, при пастеризации уничтожается лишь до 90% болезнетворных и молочнокислых бактерий, но зато в большей степени, чем при кипячении, сохраняются полезные составные части молока (витамины, молочный сахар, жир и др.).  Уксуснокислое брожение превращает спирт в уксусную кислоту. Брожение производится бактериями, образующими пленку на поверхности пива или некрепкого вина. Брожение состоит в окислении этилового спирта, а потому возможно только при доступе кислорода воздуха. Продуктами окисления являются уксусная кислота и вода. Процесс протекает по следующей формуле:  Спирт + 2 частицы кислорода = уксусная кислота + вода.  (СН₃СН₂ОН + O₂ = СН₃СООН + Н₂О).  Маслянокислое брожение вызывается бактериями, не нуждающимися в кислороде воздуха. При маслянокислом брожении, происходящем всегда без доступа кислорода воздуха, углеводы распадаются на масляную кислоту, углекислый газ и водород.  Схематически маслянокислое брожение можно выразить следующим уравнением:  Глюкоза = масляная кислота + 2 частицы углекислого газа + 4 частицы водорода.  (C₆H₁₂O₆ = С₃Н₇СООН + 2СO₂ + 2Н₂). При силосовании кормов встречаются все виды перечисленных выше брожений. Однако следует помнить, что при этом положительное значение имеет молочнокислое брожение, а маслянокислое крайне вредно. Зеленую массу измельчают на части по 4-4,5 см, а влажность ее поддерживают около 57-70%. Для заражения массы бактериями молочнокислого брожения рекомендуется обрызгивать измельченную массу снятым кислым молоком из расчета примерно 1 л простокваши на 1 т массы. При оседании всей массы освободившееся пространство заполняется добавочно.  В природе встречаются еще две группы интересных бактерий – серобактерии и железобактерии. Первые из них поглощают сероводород (H₂S), выделяющийся при гниении белковых соединений. Поглощенный сероводород они превращают сперва в серу, а затем в серную кислоту (H₂S + 2O₂ = H₂SO₄ + 115 калорий), которая при наличии углекислых солей переходит в сернокислые соединения и таким образом становится вновь доступной для питания зеленых растений. Процесс окисления сероводорода серобактериями был открыт русским ученым С. Н. Виноградским.  Железобактерии (например, Leptothrix) живут в болотной воде и в железистых источниках. Эти бактерии переводят закисные соли железа (например, FеСО₃) в окисные (например, Fe₂(ОН)₆). Окисление происходит по уравнению: 2FеСО₃ + 3Н₂О + О = Fе₂(OН)₆ + 2СO₂ + 29 калорий. Вероятно, всем приходилось видеть результаты деятельности этих бактерий в виде красновато-бурых хлопьевидных масс гидрата окиси железа, плавающих в воде осушаемых болот. Железобактерия лептотрикс состоит из неветвящейся многоклеточной тончайшей нити, одетой слизистым влагалищем, которое пропитывается гидратом окиси железа. Серобактерии и железобактерии, так же как и бактерии нитрификации, относятся к хемосинтезирующим бактериям, так как необходимую для жизнедеятельности энергию они черпают в результате окисления неорганических веществ. Затрачивая часть энергии на процесс ассимиляции углерода, эти бактерии могут обходиться без питания органическими веществами.

19

Фотоси́нтез — это процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактероихлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.

Различают оксигенный и аноксигенный типы фотосинтеза. Оксигенный гораздо более широко распространён, его осуществляют растения, цианобактерии и прохлорофиты. В данной статье описан только он, аноксигенному фотосинтезу пурпурных и зелёных бактерий, а также геликобактерий посвящена отдельная статья.

Выделяют три этапа фотосинтеза: фотофизический, фотохимический и химический. На первом этапе происходит поглощение квантов света пигментами, их переход в возбуждённое состояние и передача энергии к другим молекулам фотосистемы. На втором этапе происходит разделение зарядов в реакционном центре, перенос электронов по фотосинтетической электронотранспортной цепи, что заканчивается синтезом АТФ и НАДФН. Первые два этапа вместе называют светозависимой стадией фотосинтеза. Третий этап происходит уже без обязательного участия света и включает в себя биохимические реакции синтеза органических веществ с использованием энергии, накопленной на светозависимой стадии. Чаще всего в качестве таких реакций рассматривается цикл Кальвина иглюконеогенез, образование сахаров и крахмала из углекислого газа воздуха.

Фотосинтез является основным источником биологической энергии,  автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф) также является запасённой в процессе фотосинтеза.

20

Клеточная теория

Клеточная теория была сформулирована в 1839 г. немецким зоологам и физиологом Т. Шванном. Согласно этой теории, всем организмам присуще клеточное строение.Клеточная теория утверждала единство животного и растительного мира, наличие единого элемента тела живого организма — клетки. Как и всякое крупное научное обобщение, клеточная теория не возникла внезапно: ей предшествовали отдельные открытия различных исследователей.

Открытие клетки принадлежит английскому естествоиспытателю Р. Гуку, который в 1665 г. впервые рассмотрел тонкий срез пробки под микроскопом. На срезе было видно, что пробка имеет ячеистое строение, подобно пчелиным сотам. Эти ячейки Р. Гук назвал клетками. Вслед за Гуком клеточное строение растений подтвердили итальянский биолог и врач М. Мальпиги (1675) и английский ботаник Н. Грю (1682). Их внимание привлекли форма клеток и строение их оболочек. В результате было дано представление о клетках как о «мешочках» или «пузырьках», наполненных «питательным соком».

Значительный вклад в изучение клетки внес голландский натуралист, один из основоположников научной микроскопии, А. ван Ле-венгук, открывший в 1674 г. одноклеточные организмы — инфузории, амебы, бактерии. Он также впервые наблюдал животные клетки — эритроциты крови и сперматозоиды.

Дальнейшее усовершенствование микроскопа и интенсивные микроскопические исследования привели к установлению французским ученым Ш. Бриссо-Мирбе (1802, 1808) того факта, что все растительные организмы образованы тканями, которые состоят из клеток. Еще дальше в обобщениях пошел Ж. Б. Ламарк (1809), который распространил идею Бриссо-Мирбе о клеточном строении и на животные организмы.

В начале XIX в. предпринимаются попытки изучения внутреннего содержимого клетки. В 1825 г. чешский ученый Я. Пуркине открыл ядро в яйцеклетке птиц. В 1831 г. английский ботаник Р. Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833 г. он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки. Таким образом, в это время меняется представление о строении клетки: главным в ее организации стали считать не клеточную стенку, а содержимое.

Наиболее близко к формулировке клеточной теории подошел немецкий ботаник М. Шлейден, который установил, что тело растений состоит из клеток.

Многочисленные наблюдения относительно строения клетки, обобщение накопленных данных позволили Т. Шванну в 1839 г. сделать ряд выводов, которые впоследствии назвали клеточной теорией. Ученый показал, что все живые организмы состоят из клеток, что клетки растений и животных принципиально схожи между собой.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в работах немецкого ученого Р. Вирхова (1858), который предположил, что клетки образуются из предшествующих материнских клеток. В 1874 г. русским ботаником И. Д. Чистяковым, а в 1875 г. польским ботаником Э. Страсбургером было открыто деление клетки — митоз, и, таким образом, подтвердилось предположение Р. Вирхова.

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие биологии как науки, послужила фундаментом для развития таких дисциплин, как эмбриология, гистология и физиология. Она позволила создать основы для понимания жизни, индивидуального развития организмов, для объяснения эволюционной связи между ними. Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и сегодня, хотя более чем за сто пятьдесят лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клетки.

Клеточная теория включает следующие основные положения:

Клетка — элементарная единица живого, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению й являющаяся единицей строения, функционирования и развития всех живых организмов.

Клетки всех живых организмов сходны по строению, химическому составу и основным проявлениям жизнедеятельности.

Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки.

В многоклеточном организме клетки специализируются по функциям и образуют ткани, из которых построены органы и их системы, связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.