Роль витаминов, микроэлементов и аминокислот в жизнедеятельности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопросы

1. Потребность микроорганизмов в витаминах и микроэлементах

2. Использование микробного белка и аминокислот микроорганизмов для производства кормового белка в животноводстве

3. Систематика бактерий

Литература

1. Потребности микроорганизмов в витаминах и микроэлементах

Питание микроорганизмов.

Питание -- это процесс усвоения организмом веществ, необходимых для его жизнедеятельности. Микроорганизмы питаются (поглощают) и выделяют продукты обмена всей поверхностью клетки. Посредством питания осуществляется связь организма с внешней средой.

Питательные вещества могут поступать в клетку только в растворенном виде, поэтому расщепление нерастворимых сложных органических соединений на более простые происходит вне клетки. На возможность проникновения питательных веществ в клетку оказывают влияние различные факторы: величина и структура молекул вещества, концентрация веществ в клетке и питательной среде, свойства клеточной стенки и цитоплазматической мембраны, через которые в клетку проникают питательные вещества.

Концентрация питательной среды оказывает влияние на состояние клетки. Тургор -- состояние, которое возникает при оптимальной концентрации веществ в питательной среде. Тургор характеризуется внутренним гидростатическим давлением в клетке, вызывающим напряжение в клеточной стенке. В результате цитоплазма клетки плотно прижимается к цитоплазматической мембране, растягивая ее. В состоянии тургора клетки микроорганизмов нормально осуществляют процессы жизнедеятельности.

Плазмолиз -- это процесс сжимания цитоплазмы клетки в результате увеличения осмотического давления в среде и обезвоживания клетки. В результате плазмолиза происходит гибель микроорганизмов. Явление плазмолиза наблюдается при консервировании продуктов с солью и сахаром. Добавление в продукты соли или сахара повышает стойкость продуктов против микробной порчи при хранении. Высокие концентрации соли вызывают плазмолиз клеток, подавляют процесс дыхания, нарушают функции клеточных мембран. При концентрации соли 7--10 % прекращается размножение многих гнилостных бактерий.

В зависимости от отношения к источнику углерода микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.

· Автотрофы -- это организмы, синтезирующие все вещества своих клеток из углерода СО₂ и из неорганических веществ. Для синтеза веществ клетки одни автотрофы используют энергию света, т. е. осуществляют фотосинтез (пурпурные серобактерии). Такие микроорганизмы называют фототрофами. Другие автотрофы синтезируют все вещества своих клеток также из углерода СO₂, но энергию получают в результате окисления неорганических веществ -- аммиака, водорода, т. е. осуществляют хемосинтез. Их называют хемотрофами (нитрифицирующие, водородные бактерии).

· Гетеротрофы - это микроорганизмы, которые используют для построения вещества клетки готовые органические вещества. К ним относится большинство бактерий, дрожжи и микроскопические грибы. Гетеротрофы в большинстве -- сапрофит ы, питающиеся органическими веществами отмерших организмов. Попадая на пищевые продукты, они вызывают их порчу.

Гетеротрофами являются все микроорганизмы, встречающиеся при производстве хлеба и некоторых видов мучных кондитерских изделий.

К гетеротрофам относятся паразиты -- микроорганизмы, питающиеся за счет органических веществ других живых организмов и наносящие им вред. Они размножаются только в клетках хозяина. Паразиты являются патогенными микроорганизмами, так как вызывают инфекционные заболевания человека, животных и растений.

Потребность в полезных элементах.

Потребность микроорганизма в тех или иных соединениях определяется физиологическими особенностями данного вида микроба, но во всех случаях среда должна быть водным раствором этих веществ и обеспечивать в определенном количестве их приток в клетку.

В составе каждой микробной клетки имеются различные витамины. Они необходимы для нормальной жизнедеятельности; некоторые витамины входят в состав простетических групп ферментов.

Одни микроорганизмы должны получать витамины в готовом виде. Так, для очень многих бактерий необходимо наличие в среде никотиновой кислоты (витамин РР), тиамина (витамин В1), рибофлавина (витамин В2), биотина, пантотеновой кислоты и др. При отсутствии того или иного витамина в среде резко нарушается обмен веществ у микроорганизмов. Добавление в питательную среду недостающего витамина ликвидирует задержку роста, поэтому витамины нередко называют «ростовыми веществами».

Другие микроорганизмы хорошо развиваются и при отсутствии витаминов в среде. Они способны сами синтезировать витамины из веществ питательной среды, накапливать их в своем теле и выделять из клетки наружу. Некоторые микроорганизмы синтезируют витамины в количествах, значительно превышающих их потребности. Такие микроорганизмы используются для промышленного производства витаминов. Так, с помощью гриба Еrетоthеcium ashbyii получают витамин В2.

Потребность микроорганизмов в зольных элементах невелика. Необходимые для жизни минеральные соединения присутствуют в естественной среде обитания. Все изученные бактерии нуждаются в витаминах или ростовых веществах, которые играют роль катализаторов биохимических процессов микробной клетки. Они же служат структурными единицами при образовании некоторых ферментов. К витаминам, необходимым микробной клетке принадлежат: биотин, витамины группы В, витамин К и ряд других. Избыток витаминов задерживает рост бактерий. Кроме витаминов к факторам роста бактерий относят пуриновые и пиримидиновые основания (аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил, ксантин и гипоксантин).

В самом приближенном виде физиологические потребности микроорганизма в питательных веществах можно выявить, определив химический состав микробной клетки. Однако в этом случае не учитываются количество и состав метаболитов, удаленных клеткой во внешнюю среду, и то обстоятельство, что состав клеточного вещества микроорганизма зависит от состава среды обитания и варьирует в достаточно широких пределах. Но все же, первоначальную ориентировку в выборе оптимального состава питательной среды, исходя из состава клеточного вещества микроба, сделать можно.

Наиболее важными для микроорганизмов витаминами являются тиамин (В,), рибофлавин (В2), пиридоксин (В6), биотин, пантотеновая кислота, фолиевая кислота и кобаламин (В12). Пиримидины и пурины необходимы клетке для синтеза нуклеиновых кислот.

Источники витаминов и микроэлементов.

Потребность микроорганизмов в этих соединениях различна, тем не менее, практически все микроорганизмы лучше растут в присутствии витаминов. Эффективной добавкой к питательным средам оказался кукурузный экстракт благодаря наличию в нем витаминов, аминокислот и минеральных элементов в легко ассимилируемых формах. В рецептуры сред включают также дрожжевой автолизат, дрожжевой экстракт, сок картофеля, молочную сыворотку, экстракт солодовых ростков и другие продукты. Микроэлементы в состав питательных сред вводят в микродозах, в противном случае они оказывают ингибирующее действие на микробные клетки.

При составлении питательной среды для конкретного вида микроорганизма подбираются наиболее подходящие источники углерода, азота, фосфора и других веществ.

Вещества, способствующие жизнедеятельности полезных микроорганизмов, разрешённые к применению при производстве пищевых продуктов в РФ.

Е170 углекислые соли кальция, Е640 глицин, Е641 L-лейцин, Е101 рибофлавин, Е927Ь карбамид (мочевина), Е327 лактат кальция, Е338 орто-фосфорная кислота, E339(i) дигидрофосфат натрия, Е340 фосфаты калия, Е342 фосфаты аммония, Е450 полифосфаты, Е501 карбонаты калия, Е508 хлорид калия, Е509 хлорид кальция, Е510 хлорид аммония, Е511 хлорид магния, Е515 сульфат калия, Е516 сульфат кальция, Е517 сульфаты аммония, Е518 сульфаты магния, Е529 оксид кальция, биотин, витамины комплекса В, дрожжевые автолизаты, инозит, карбонат кальция, ниацин, пантотеновая кислота, сульфат железа, сульфат железа-аммония, сульфат меди, сульфат цинка, фосфат кальция.

2. Использование микробного белка и аминокислот микроорганизмов для производства кормового белка в животноводстве

Значение белков и аминокислот микроорганизмов.

Белки являются обязательными компонентами клеток любого живого организма, выполняющими жизненно важные функции: каталитические регуляторные, транспортные, биоэнергетические, защитные от инфекции и действия стрессовых факторов; структурные, запасные и др. В вегетативной массе растений на долю белков приходится 5-15 % сухого вещества, в зерне злаков - 8-18%, семенах масличных растений16-28 %, зерне зернобобовых культур - 20-40 %. В различных тканях организма человека и животных содержание белков обычно от 20 до 80 % их сухой массы.

Исходя из этого совершенно очевидно, что для образования клеток и тканей организма, а также поддержания его жизненных функций должен осуществляться постоянный синтез структурных и других форм белков. Для синтеза белковых молекул все живые организмы используют 18 аминокислот и два амида (аспарагин и глутамин). Однако после синтеза белков их молекулы могут подвергаться модификациям, вследствие чего в составе белков обнаруживают до 26 аминокислот.

Растения и большинство микроорганизмов способны синтезировать все входящие в их состав аминокислоты из простых веществ -- углекислоты, воды и минеральных солей, тогда как в организме человека и животных некоторые аминокислоты не могут синтезироваться и должны поступать в организм в готовом виде как компоненты пищи. Такие аминокислоты принято называть незаменимыми, к ним относятся валин, цин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланв Отсутствие в пище хотя бы одной незаменимой аминокислоты привод к тяжелым заболеваниям человека, а недостаток их в кормах снижена продуктивность сельскохозяйственных животных.

В связи с необходимостью обеспечения человека и животных незаменимыми аминокислотами разработаны научно-обоснованные норм суточного потребления. Главными источниками незаменимых аминокислот для человека являются белки животного или растительного происхождения, входящие в состав пищи, Поступающие с пищей или кормом белковые вещества под действием ферментов желудочного сока гидролизуются до аминокислот, которые затем используются для образования белковых молекул человеческого или животного организма. При этом первостепенное значение имеют незаменимые аминокислоты, недостаток которых вызывает прекращение синтеза белков и, следовательно, задержку роста и развития организма.

Следует также учитывать, что все незаменимые аминокислоты должны содержаться в белках пищи в определенных соотношениях, отвечающих потребностям данного организма. Если хотя бы одна аминокислота окажется в недостатке, то другие аминокислоты, оказавшиеся в избытке, не будут использоваться для синтеза белков (в соответствии с механизмом синтеза белков). В таких условиях для обеспечения дальнейшего синтеза белковых веществ и поддержания жизнедеятельности организма потребуется дополнительное количество пищевого или кормового белка, вследствие чего увеличивается расходование пищи или корма. Последнее особенно важно учитывать в животноводстве, так как несбалансированность кормовых белков по содержанию незаменимых аминокислот приводит к значительному перерасходу кормов и существенному повышению себестоимости животноводческой продукции.

Обогащение белковых кормов.

Обогащение кормов для сельскохозяйственных животных возможно за счет микробиологического синтеза, который в последнее время привлек к себе огромное внимание. Микроорганизмы чрезвычайно богаты белком, он составляет 70-80% их веса. Скорость его синтеза огромна. Микроорганизмы в 10-100 тысяч раз быстрее синтезируют белок, чем животные. Способ получения микробного белка - индустриальный, не зависит ни от климата, ни от сезона. Важно и то, что бактерии, дрожжи, применяемые в биотехнологии, отличаются очень высокой продуктивностью.

Биомасса дрожжей является одним из наиболее полноценных в биологическом отношении кормов (около 50% ее сухого вещества составляет белок). В ней содержатся все незаменимые аминокислоты, усваивающиеся лучше, чем белок концентрированных кормов растительного происхождения. Например, в кормовых дрожжах в 9-11 раз больше лизина, в 5-7- метионина, в 2-4 - триптофана, чем в фуражном зерне (ячмень, овес). Дрожжи служат также источником основных витаминов и микроэлементов, разнообразных ферментов и гормонов, улучшающих обмен веществ и усвоение белков и углеводов.

Идея получить микробный белок, который по своему аминокислотному составу, пищевым качествам приближался бы к естественному продукту, а то и превосходил его, родилась около 30 лет назад. Представлялись два направления получения белка: для пищи человека и для кормления животных. На специальных предприятиях с помощью микроорганизмов можно получить кормовой белок и другие продукты с целью ликвидации острого белкового дефицита в кормах сельскохозяйственных животных. Оказалось, что микробный белок богат незаменимыми аминокислотами (лизин, треонин, триптофан, метионин, изолейцин, фенилаланин, тирозин). Небольшая добавка его резко улучшает корм.

Для правильного кормления сельскохозяйственных животных необходимо, чтобы в их кормовом рационе в расчете на каждую кормовую единицу содержалось 100-120 г хорошо переваримого и полноценного белка.

Для предотвращения перерасхода кормов необходимо контролировать, с одной стороны, сбалансированность белков корма по содержание незаменимых аминокислот, а с другой стороны, количество белка в корме. Для оценки аминокислотного состава белков определяют показатели, характеризующие их биологическую питательную ценность. Кормовые и пищевые белки, имеющие оптимальное содержание незаменимых аминокислот, называют биологически полноценными белками.

Если содержание белков в растительной массе, используемой для кормления сельскохозяйственных животных, ниже, чем требуется по нормам, то во избежание перерасхода кормов и повышения себестоимости животноводческой продукции количество белка в корме балансируют путем добавления белковых концентратов. По такому же принципу контролируют содержание в кормовом белке незаменимых аминокислот. Недостающее до нормы количество какой-либо аминокислоты балансируют добавлением в корм чистых препаратов дефицитных аминокислот или белковой массы, имеющей более высокое содержание данной аминокислоты по сравнению с принятым эталоном.

Наиболее сбалансированное содержание незаменимых аминокислот имеют белки зерна сои, у нее отмечается лишь некоторый дефицит по метионину и триптофану. Относительно высокую биологическую ценность имеют также белки зерна риса и гороха. В то же время широко возделываемые в нашей стране зерновые культуры -- пшеница, кукуруза, ячмень -- отличаются несбалансированным аминокислотным составом белков. В белках зерна пшеницы и ячменя очень мало содержится лизина, метионина и изолейцина, а в белках зерна кукурузы еще и триптофана.

Вследствие того, что белки сои хорошо сбалансированы по аминокислотному составу и их содержание в семенах достигает 35--40 %, эта культура имеет важное значение как самый дешевый источник пищевого и кормового белка. Крупнейшим поставщиком соевого белка на мировом рынке являются США. В России, хотя и проводятся работы по расширению посевов сои, ее возделывание ограничено вследствие неблагоприятных климатических условий. Однако ведется поиск других источников полноценного белка. Одним из важных путей в этом направлении является расширение посевов других зернобобовых культур, которые так же, как и соя, способны накапливать в зерне большое количество белка (25--35 %), имеющего высокую биологическую ценность.

3. Систематика бактерий

витамин микроорганизм белок животноводство

Официально принятой классификации бактерий нет. Первоначально для этих целей использовалась искусственная классификация, основанная на сходстве их морфологических и физиологических признаков.

Более совершенная филогенетическая (естественная) классификация объединяет родственные формы, исходя из общности их происхождения. Такой подход стал возможным после выбора в качестве универсального маркера гена 16S рРНК и появления методов определения и сравнения нуклеотидных последовательностей. Ген, кодирующий 16S рРНК (входит в состав малой субчастицы прокариотической рибосомы), присутствует у всех прокариот, характеризуется высокой степенью консервативности нуклеотидной последовательности, функциональной стабильностью.

Наиболее употребимой является классификация, публикуемая в периодичном издании определителя Бэрджи (Берги). По одной из существующих систем организмов, бактериb вместе с археями составляют царство прокариот. Многие исследователи рассматривают их как домен (или надцарство), наряду с доменами (или надцарствами) архей и эукариот. В пределах домена наиболее крупными таксонами бактерий являются филумы: Proteobacteria, включающий 5 классов и 28 порядков, Actinobacteria (5 классов и 14 порядков) и Firmicutes (3 класса и 9 порядков). Кроме того, выделяются таксономия, категории более низкого ранга: семейства, роды, виды и подвиды.

По современным представлениям, к одному виду относят штаммы бактерий, у которых последовательности нуклеотидов в генах, кодирующих 16S рРНК, совпадают более чем на 97%, а уровень гомологии нуклеотидных последовательностей в геноме превышает 70%. Описано не более 5000 видов бактерий, которые представляют лишь незначительную их часть среди населяющих нашу планету.

Распознавание прокариот проводится по четырехтомному определителю Берги (1984-1990) , в котором царство Procsaryote подразделяются на четыре раздела:

1. тонкостеночные - Gracilicutes

2. толстостеночные -Firmicutes

3. лишенные стенок Tenericutes

4. дефектные по клеточной стенке Mendosicutes

При этом в нем выделены три класса:

- Класс 1 актерии-хемоорганотрофы - используют химический источник энергии и органические вещества;

- Класс 2. Риккетсии - внутриклеточные бактерии-паразиты, которые не растут на искусственных питательных средах;

- Класс 3 Микоплазмы, лишенные клеточной стенки.

Бактерии - хемоорганотрофы по морфологии и окраске по Грамму подразделяются на четыре морфо- и две хромогруппы.

Среди морфогупп выделяют:

1. Палочки и кокки, образующие эндоспоры;

2. Спирохеты;

3. Спиралевидные и изогнутые бактерии (спириллы и вибрионы);

4. Актиномицеты и родственные им ветвистые бактерии.

В составе хромогрупп выделяют грамположительные и грамотрицательные аэробные бактерии, размножающиеся при широком доступе кислорода, факультативно-анаэробные и анаэробные, развитие которых происходит в бескислородной среде.

Литература

1. Бенедиктов И.А. «Сельскохозяйственная энциклопедия»: изд. 3-е, перераб. Том 2. М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1995г.;

2. Красильников А.П., Романовская Т.Р., Микробиологический словарь-справочник. Мн. - 1999г.;

3. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т., Микробиология. Изд.3-е, - М.: Агропромиздат, 1987г.;

4. Гуляев В.М. Лучшее в кормопроизводстве России // В.М. Гуляев / Ваш сельский консультант. - 2008. - № 1;

5. Шлегель Г., Общая микробиология, - М.: МИР, 1987г.;

6. Левин А.Б. «Основы животноводства и кормопроизводства». - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Агропромиздат, 1987г.

Размещено на Allbest.ru