PYTANIA cz.1:

1. Co to jest przetrwalnikowanie.

Przetrwalnikowanie, czyli przechodzenie w stan anabiozy inaczej życia ustajonego.

1. życie utajone - przejściowy stan ograniczenia wszelkich funkcji życiowych organizmu, w okresie niekorzystnych warunków zewnętrznych, np. niskiej temperatury. Występuje u drobnoustrojów, jednokomórkowców roślinnych i zwierzęcych, roślin wyższych (zarodniki, przetrwalniki, nasiona w stadium spoczynkowym), zwierząt (formy encystowane pasożytów, sen zimowy ssaków)
   Przetrwalniki bakteryjne mogą bytować w nieprzyjaznych warunkach przez bardzo długi czas a w momencie powstania warunków sprzyjających rozwojowi z przetrwalnika odbudowana zostaje nowa komórka.
   W komórce bakteryjnej posiadającej zdolność przetrwalnikowania powstaje zazwyczaj jeden przetrwalnik jest on umieszczony we wnętrzu komórki ma kształt okrągły lub owalny.
   Rozmieszczenie przetrwalnika we wnętrzu komórki jest cechą gatunkową - przetrwalniki mogą znajdować się w centralnej części komórki bakteryjnej lub bliżej bieguna komórki.
   Rozmieszczenie przetrwalników w komórce bakterii ma wpływ na kształt bakterii i jest wykorzystywane jako podstawa niektórych klasyfikacji.
   Wyróżnić można komórki przetrwalnikujące o kształtach laseczkowatych, wrzecionowatych oraz tzw. buławy.

2. Wymień bakterie przetrwalnikujące chorobotwórcze.

Bakterie patogenne z rodzaju Bacillus

• B. anthracis - laseczka wąglika. Wywołuje chorobę u bydła, owiec i świń Zakażenia u ludzi są rzadkie.

• B. cereus - może wywoływać zatrucie, choroby przenoszone droga pokarmową

B. subtilis - jest szkodliwa w przemyśle spożywczym powoduje luzowacenie pieczywa, po rozerwaniu miękiszu ciągnie się nitka luzu, pieczywo ma charakterystyczny rybowy zapach

3. Co to jest BOTOX.

Jad kiełbasiany (toksyna botulinowa) - bakteryjna egzotoksyna wytwarzana przez bezwzględnie beztlenowe laseczki Clostridium botulinum oraz nielicznych innych przedstawicieli tego rodzaju. Chemicznie jest to mieszanina kilku różnych białek.

Stosuje się ją w stanach, w których pożądane jest wywołanie porażenia określonego mięśnia lub ich grupy, np. w:

• kurczu powiek,

• połowiczym kurczu twarzy,

• kręczu karku,

Zastosowanie w medycynie kosmetycznej, jako środek przeciwzmarszczkowy, efektywny w przypadku zmarszczek mimicznych - tu toksyna bardziej znana jest pod nazwą botox. Podaje się go iniekcyjnie, podskórnie w pożądanym miejscu. Efekt utrzymuje się około 6 miesięcy.

Najgroźniejszy rodzaj zatrucia pokarmowego, botulizm, powodowany jest przez C. botulinum, szeroko rozpowszechnioną bakterię, która rozwija się w źle wysterylizowanych produktach mięsnych, konserwowej fasoli itp. Wytwarza ona toksynę, która po zjedzeniu zakażonej żywności powoduje paraliż układu nerwowego i zgon na skutek paraliżu układu oddechowego. Toksyna A (jad kiełbasiany) wydzielana przez C. botulinum jest białkiem ciepłochwiejnym. Dawka powodująca 50% śmiertelność (LD50) wynosi 1 nanogram na kilogram masy ciała. Neurotoksyna ta jest zatem najskuteczniejszą trucizną ze wszystkich znanych. Toksyna ta jest inaktywowana przez gotowanie (15 min ).

4. Miejsce występowania bakterii przetrwalnikujących.

Bacillus - W wodzie i glebie

Clostridium - w glebie oraz przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt, narządach rodnych kobiet, a także w wodzie i ściekach.

5. Co to są hydrolazy.

To enzymy powodujące rozpad substratu pod wpływem wody, katalizują proces hydrolizy wiązań estrowych, glikozydowych i peptydowych. Hydrolityczne rozbijanie tych wiązań zachodzi z równoczesnym dołączeniem elementów H+ i OH-

Lipazy - enzymy z klasy hydrolaz rozkładające wiązania estrowe w tłuszczach. Końcowym produktem ich aktywności są wolne kwasy tłuszczowe i glicerol, a produktami pośrednimi - diglicerydy i monoglicerydy. W organizmie człowieka występują: lipaza żołądkowa i trzustkowa. L. stwierdzono również u roślin i drobnoustrojów. Lipaza o wysokiej aktywności występuje w nasionach rącznika.

Lipazy substratospecyficzne - Acyloglicerole są naturalnymi substratami lipaz. Specyficzność substratowa jest definiowana jako zdolność lipaz do preferencyjnej hydrolizy określonych estrów glicerolu.

Lipazy regiospecyficzne - specyficzność pozycyjną lub regiospecyficzność lipaz definiuje się jako zdolność tych enzymów do odróżnienia dwóch zewnętrznych pozycji (pierwszorzędowych wiązań estrowych) i wewnętrznej pozycji (drugorzędowego wiązania estrowego) szkieletu TAG.

6. Co to są amylazy.

enzymy (hydrolazy) katalizujące hydrolityczny rozkład polisacharydów. Do a. należą przede wszystkim α-­amylaza i β-amylaza. Obie rozrywają wiązania a-1,4-glikozydowe, a różnica między nimi polega na odmiennym mechanizmie rozszczepiania hydrolitycznego skrobi i tworzeniu się dwóch odmiennych cząsteczek maltozy. α-amylaza (ptialina, endoamylaza) jest obecna w ślinie, soku trzustkowym i, podobnie jak β-amylaza (egzoamylaza), w tkankach roślinnych. Obie działają na skrobię, glikogen i pokrewne polisacharydy.

7. Co to są proteazy.

to enzymy z grupy hydrolaz, oznaczone kodem EC 3.4, które dokonują hydrolizy wiązań peptydowych. Z proteazami związane są dwa inne terminy, wymagające dodatkowych wyjaśnień:

• peptydaza - jest pojęciem będącym właściwie synonimem proteazy i oznacza enzym dokonujący rozbicia dowolnego wiązania peptydowego. Peptydazy mogą być podzielone na dwie grupy:

• endopeptydazy, które rozcinają wiązania peptydowe wewnątrz łańcucha peptydowego

• egzopeptydazy, które odcinają pojedyncze aminokwasy od końców łańcucha peptyfowego

• proteinaza - pojęcie to oznacza zwykle endopeptydazę

8. Co to jest Termolizyna

Termolizyna -endopeptydaza cynkowa obecna w Bacillus thermoproteolyticus. Jon Zn (II) jest niezbędny dla właściwego działania enzymu. Enzym działa prawidłowo w temperaturze ok. 80°C, ale tylko do ok. 48°C gdy usunąć z niego Ca(II)

9. Podaj przykład antybiotyku produkowanego przez bakterie przetrwalnikujące.

Antybiotyki polipeptydowe działają na bakterie gram(+), gram(-) oraz grzyby. Przykłady:

• Bacytracyna - blokuje syntezę ściany komórkowej

• Polimyksyny i gramicydyny - zakłócają funkcję błon biologicznych

• Edeina - zakłóca syntezę DNA i białka (?)

Butyrozyna - metabolit B. cirulans, nie jest polipeptydem - należy do antybiotyków aminoglikozydowych syntetyzowanych prawie wyłącznie przez promieniowce

10. Co to są bioinsektycydy.

Bioinsektycydy, biopreparaty do zwalczania szkodników, nieszkodliwe dla pszczół i innych pożytecznych owadów. Służą do zwalczania gąsienic na plantacjach warzyw, w sadach i lasach. Są wolne od pozostałości, toteż mogą być stosowane do dnia zbioru roślin (zwolnione z okresów karencji).

• Preparaty B. thuringensis - zawierają endotoksyny o charakterze białkowym, wytwarzane w czasie sporulacji i odkładane w komórce poza przetrwalnikami

Patogenny dla owadów gatunek B.popillae, B.lentimorbus, B.sphaericus, B.cereus.

11. Metody eliminacji bakterii przetrwalnikowych.

Metody eliminacji bakterii przetrwalinikujących

• Sterylizacja (wyjaławianie): wyżarzanie, opalanie, gotowanie przy użyciu suchego i gorącego powietrza, pary wodnej bieżącej i pod ciśnieniem, promieniowanie nadfioletowe, ultradźwięków, środków dezynfekujących, promieni jonizujących

Tyndalizacja - powtarzamy trzykrotnie co 24 h proces pasteryzacji zmierzający do eliminacji form drobnoustrojów przetrwalinikujących

12. Co jest sygnałem do zainicjowania procesu tworzenia endospor.

Dopiero brak substancji odżywczych lub nagromadzenie produktów

przemiany materii prowadzi do tworzenia się spor. Przetrwalniki

powstają więc tylko w pewnych określonych warunkach sprzyjających

temu procesowi, z tym że wysuszenie nie powoduje powstawania endospor

13. Na czym polega mechanizm represji katabolicznej.

REPRESJA ENZYMATYCZNA - zahamowanie ekspresji genu wskutek dołączenia cząsteczki represora, co uniemożliwia transkrypcję;
represja kataboliczna - polega na zahamowaniu ekspresji genów kodujących białko enzymatyczne, katalizujące rozkład substancji pokarmowych, na skutek wzrostu dostępności innego substratu, którego katabolizm jest bardziej wydajny energetycznie. Przykładem jest zahamowanie genów operonu laktozowego u pałeczki okrężnicy w obecności glukozy w pożywce

14. Co to są geny sporulacyjne.

geny sporulacyjne- geny kodujące m.in. syntezę kwasu dipikolinowego, peptydoglikanu, i białek strukturalnych zewnetrznych okryw przetrwalnika.

15. Co to jest kwas dipikolinowy.

Kwas dipikolinowy (kwas pirydyno-2,6-dikarboksylowy), związek swoisty tylko dla endospor, nie występujący w komórkach wegetatywnych. W czasie syntezy kwasu dipikolinowego gromadzone są wybiórczo jony wapnia; w dojrzałych sporach dipikolinian chelatuje wapń i może stanowić do 10-15% suchej masy spory. Kwas dipikolinowy jest

umiejscowiony w protoplastach endospor i tylko w nich występuje.

Duże stężenie dipikolinianu wapnia wraz z warstwami gęsto upakowanej mureiny i białek tworzących płaszcz, stabilizuje skład chemiczny spory. DPA obniża, w zależności od szczepu, od 5-50 razy, wrażliwość endospor na promieniowanie UV oraz znacznie zwiększa ich oporność na ogrzewanie w warunkach podwyższonej wilgotności środowiska, w porównaniu z komórkami wegetatywnymi, z których pochodzą[.

16. Opisz etapy sporulacji.

Krotkie z wikipedii:

Sporulacja - proces tworzenia endospory, przebiega on według następującego schematu:

• I stadium - uwypuklenie błony cytoplazmatycznej do wnętrza komórki. Tworzy się przegroda

• II stadium - DNA dzieli się na genofor sporangium i genofor prespory

• III stadium - DNA prespory zostaje oddzielone i otoczone dwiema błonami cytoplazmatycznymi

• IV stadium - wewnętrzna błona tworzy ścianę komórkową przetrwalnika, a zewnętrzna daje do środka korteks

• V stadium - zakończenie formowania korteksu i osłon białkowych

• VI stadium - osłonki stają się nieprzepuszczalne i ciepłoodporne, silnie załamuje światło, ustanie metabolizmu i wejście stan anabiozy

• VII stadium - uwolnienie endospory spowodowane lizą sporangium

Długie z mikrobiologii ogolnej:

• Zaczyna się specyficznym, nierównym podziałem komórki. Na skutek przewężenia błony cytoplazmatycznej następuje oddzielenie części protoplastu od komórki macierzystej. Ten protoplast spory zawiera część materiału genetycznego, a mianowicie jeden genom. Między obu protoplastami nie dochodzi jednak do utworzenia ściany komórkowej. Protoplast endospory zostaje stopniowo otaczany przez błonę cytoplazmatyczną komórki macierzystej. W wyniku tego protoplast spory jest już otoczony dwiema błonami cytoplazmatycznymi, które biorą udział w syntezie ściany przetrwalnika. Błona protoplastu spory syntetyzuje na zewnątrz ścianę komórkową przyszłej kiełkującej komórki, a błona pochodząca z komórki macierzystej syntetyzuje do wewnątrz korteks. Korteks składa się z wielu warstw peptydoglikanu. Zewnętrzna osłona spory jest tworzona przez komórkę macierzystą i składa się głównie z polipeptydów. Osłony, z powodu wielowarstwowej budowy, mogą stanowić do 50% objętości bądź też suchej masy dojrzałej endospory.

• Inicjacja sporulacji. W cyklu życiowym laseczek nie zawsze wytwarzają się endospory. Jeżeli komórki wegetatywne zostaną przeniesione do wody destylowanej, to następuje: „sporulacja endotroficzna", tzn. wytwarzanie spor kosztem wewnątrzkomórkowych materiałów zapasowych. Proces tworzenia endospor jest więc zapoczątkowany brakiem odpowiednich substratów w środowisku. Sporulacja jest regulowana przez czynniki środowiskowe. Zdolność do tworzenia spor może być stopniowo tracona przez ciągłe pasażowanie komórek wegetatywnych. Zawiesiny szczepów zdolnych do tworzenia spor zawierają zarówno komórki wegetatywne, jak i spory (w odpowiednich warunkach).

• Właściwości dojrzałych endospor. Endospory zostają uwolnione po autolizie komórki wegetatywnej. Dojrzałe endospory nie wykazują dostrzegalnego metabolizmu i są bardzo odporne na ogrzewanie, promieniowanie i czynniki chemiczne. Ich ciepłooporność wynika z małej zawartości wody. Bardzo odporne na wysoką temperaturę są też zliofilizowane komórki wegetatywne, a ciepłooporność endospor wydaje się proporcjonalna do zawartości w nich kwasu dipikolinowego. Większa odporność przetrwalników niż komórek wegetatywnych na promieniowanie jest w przybliżeniu proporcjonalna do liczby mostków dwusiarczkowych w zewnętrznych warstwach białkowych. Osłony endospor zawierają głównie białko bogate w cysteinę, podobne do keratyny. Odporność chemiczna spor wynika z nieprzepuszczalności ich osłon dla wielu związków chemicznych.

• Kiełkowanie endospor. Większość spor na odpowiednich podłożach może wykiełkować. Zdolność tę można zwiększyć przez właściwe przechowywanie i traktowanie, np. krótkie ogrzanie. Szok cieplny musi być zastosowany tuż przed umieszczeniem spor w podłożu, na którym będą kiełkowały, gdyż wydaje się, że procesy aktywacji są odwracalne. Kiełkowanie endospor jest poprzedzone pobieranien przez nie wody i pęcznieniem. W czasie kiełkowania zachodzą głębokie zmiany fizjologiczne: wzrasta gwałtownie intensywność oddychania i aktywność enzymatyczna, wydzielane są aminokwasy, kwas dipikolinowy i peptydy; utrata suchej masy spory wynosi 25-30%. Podczas kiełkowania spora traci ciepłooporność. Kiełkująca komórka wydostaje się z niej biegunowo lub bocznie, drążąc albo rozrywając jej osłony . Jest ona otoczona bardzo cienką i być może niekompletną ścianą komórkową, co ułatwia pobieranie DNA

Okres przeżywania endospor. W postaci endospor bakterie mogą przetrwać w stanie uśpienia metabolicznego długi okres.

17. Jak wybarwiają się bakterie przetrwalnikujące w barwieniu Grama.

Bacillus, clostridium - Gram +

18. W jakich warunkach środowiskowych występują bakterie przetrwalnikujące.

Charakterystyka Bacillus

• Tlenowe lub względne beztlenowce (metabolizm oddechowy lub względnie fermentacyjny)

• W wodzie i glebie

• Niektóre patogenne

• Gram +

• Zwykle ruchliwe

• Większość gatunków to chemoorganoheterotrofy

• Wiele rośnie w agarze odżywczym

• Niektóre gatunki np. B. polumyxa wiążą azot

• B. schelegalli może rosnąć chemolitoautotroficznie, żyją jako saprofity w glebie i wodze

• Niektóre wywołują choroby u człowieka i zwierząt

• Przetrwalnikujące

• Otoczki niektórych gatunków Bacillus (Β. anthracis, Β. subtilis) składają się z polipeptydów, a szczególnie z kwasu poliglutaminowego.

• Glikogen jako materiał zapasowy

• Rozkładają agar i chitynę, białka w glebie (amonifikacja)

• Wiele bakterii produkuje białka zdolne do zahamowania wzrostu organizmów pokrewnych lub nawet do zabicia ich. Związki te, bakteriocyny, których działanie jest gatunkowo specyficzne, są kodowane przez plazmidy. Bakteriocyny były izolowane m.in. z Bacillus megaterium (megacyny)

• Zdolność syntezy licznych enzymów znajdujących zastosowanie przemysłowe, antybiotyków, insektycydów

• Najważniejsze enzymy: hydrolazy depolimeryzujące połączenia wielkocząsteczkowe

• Można je zaliczyć do aktywnych producentów a-amylaz {Bacillus macerans,

B. polymyxa, B. subtilis),

• Organizmy wytwarzające spory, jak Bacillus macerans i B. polymyxa, należą do najaktywniejszych organizmów glebowych zdolnych do degradacji pektyn

• Mogą rosnąć zarówno w warunkach tlenowych jak i beztlenowych - jako końcowy akceptor elektronów mogą wykorzystywać poza tlenem jon azotanowy, a także prowadzić beztlenową fermentację, w wyniku której powstaje 2,3-butanodiol, glicerol, aceton, octan, CO₂, H₂

• Zachodzące podczas rozwoju wegetatywnego zmiany środowiska - wyczerpanie źródeł węgla i energii, są sygnałem do zainicjowania procesu powstawania przetrwalników. Następuje wyzwolenie funkcji metabolicznych objętych dotąd mechanizmem represji katabolicznej

• Po zahamowaniu wzrostu indukowane są m.in. enzymy cyklu Krebsa, dzięki czemu powstający w procesach degradacyjnych acetylo-CoA ulega całkowitemu utlenieniu do CO₂ z wytworzeniem dużej ilości ATP

• Zmiany metaboliczne zachodzące podczas sporulacji są kontrolowane przez sekwencyjną transkrypcję odpowiednich genów kodujących m.in. syntezę kwasu dipikolinowego, peptydoglikanu i białek strukturalnych zewnętrznych okryw przetrwalnika

Charakterystyka spór

• I. u większość laseczek owalne lub cylindryczne spory mają średnicę nie przekraczającą średnicy komórki macierzystej (B.magatarium. B. cereus)

• II. Owalne endospory mają średnicę większą niż średnica komórek macierzystych przez co w czasie sporulacji komórka macierzysta ulega rozszczepieniu (B. circulans, B. macerans)

• III. Endospory prawie okrągłe, a komórki macierzyste terminalnie rozszczepione (B.pasteurii)

• Kiełkujące przetrwalniki Bacillus subtilis i pierwsze pokolenie po kiełkowaniu przetrwalników barwią się gramujemnie, dopiero potem stają się gramdodatnie. Obserwacje te sugerują, że barwny kompleks znajduje się w protoplascie, ale to ściana komórkowa bakterii gramdodatnich uniemożliwia ekstrakcję barwnika przez alkohol.

• Endospory są owalne lub kuliste, a ponieważ ich średnica zwykle jest większa niż średnica komórki wegetatywnej, komórka ulega deformacji (przyjmuje kształt maczugi). Endospory są oporne na ciepło.

• W komórkach Bacillus thuringiensis i gatunków pokrewnych (B. laterosporus, B. medusa) do przetrwalników przylegają inkluzje w postaci kryształków (ryc. 3.9). Te parasporowe „kryształy" są zbudowane z białka. Gdy białko zostanie rozpuszczone w sokach jelitowych wrażliwych owadów (gąsienice motyli), to uwolniona toksyna niszczy nabłonek ich jelita, co prowadzi do śmierci gąsienic. Odpowiednie preparaty z tych laseczek, szkodliwe dla określonych grup owadów, stosuje się jako skuteczne pestycydy biologiczne.

• Najlepszym postępowaniem stymulującym kiełkowanie endospor Bacillus subtilis jest pięciominutowe ogrzewanie w wodzie o temperaturze 60°C, po siedmiodniowym okresie spoczynku.

• U nielicznych bakterii (np. Bacillus cereus) komórka macierzysta tworzy jeszcze jedną, dodatkową, luźną osłonę polipeptydową — egzosporium. Osłony, z powodu wielowarstwowej budowy, mogą stanowić do 50% objętości bądź też suchej masy dojrzałej endospory.

Wykorzystanie bakterii rodzaju Bacillus w biotechnologii: (poza antybiotykami i bioinsektycydami opisanymi wcześniej)

Tlenowe laseczki z rodzaju Bacillus znajdują zastosowanie ze względu na ich zdolność do syntezy licznych enzymów, antybiotyków i insektycydów.

Najważniejsze enzymy: amylazy, glukanazy, proteazy. Przykłady:

• Pululanaza - enzym hydrolizujący wiązania 1,6-α w amylopektynie, co pozwala na jej całkowite scukrzenie.

• Izomeraza glukozowa - produkcja fruktozo-glukozowych syropów.

• Amylaza penicylinowa - hydrolizuje naturalną penicylinę benzylową do kwasu 6-aminopenicylanowego - półproduktu do wytwarzania penicylin półsyntetycznych

• Termolizyna - używana w procesie syntezy aspartamu.

Modyfikacja Bt rośliny polega na wprowadzeniu do niej genów z bakterii Bacillus thuringensis (Bt) - produkty tych genów - białka Cry - są źródłem odporności na owady.
Bacillus thuringensis jest występującą powszechnie bakterią glebową. W latach trzydziestych ubiegłego wieku jej kultury wykorzystywane były jako insektycyd, gdyż przy tworzeniu przetrwalników powstają tzn. kryształy białkowe Cry - toksyczne dla owada. Stosowane wtedy metody nie były jednak skuteczne gdyż podczas oprysków zawsze pozostają części roślin, do których preparat nie dociera, jak i kryształy białkowe Cry nie są trwałe na świetle. Zastosowanie genetycznej modyfikacji która umożliwia powstawanie toksycznych na owadów białek wewnątrz rośliny, we wszystkich jego komórkach rozwiązała te problemy.

Charakterystyka skrobi - budowa, właściwości, sposoby oznaczania,

Skrobia

- główny materiał zapasowy roślin

- węglowodan, polisacharyd roślinny, składający się wyłącznie z glukozy

- występuje w postaci kulistych, soczewkowatych lub jajowatych granul o wyraźnie warstwowej budowie

- reakcja przeprowadzenia skrobi w glukozę: kwaśna hydroliza lub enzymatycznie (fosforoliza, hydroliza, transglikozylacja)

- Czysta skrobia jest białą, bezpostaciową (nie jest krystaliczna), amorficzną substancją bez smaku i zapachu, nierozpuszczalną w zimnej wodzie, z gorącą tworzącą kleik skrobiowy.

- składa się z: amylozy i amylopektyny

• - amyloza - rozpuszczalna w gorącej wodzie bez pęcznienia i jest odpowiedzialna za niebieskie zabarwienie w reakcji z jodyną; zbudowana z heliakalnie ułożonych, nierozgałęzionych łańcuchów reszt D-glukozy połączonych 1,4-α-glikozydowo

• - amylopektyna - pęcznieje w wodzie, przy podgrzewaniu tworzy klej skrobiowy, w reakcji z jodyną daje zabarwienie od purpurowego do brązowego

Wykrywanie

Skrobię można wykryć za pomocą jodyny lub płynu Lugola, który zawiera jod. Pod wpływem jodu skrobia przyjmuje niebiesko-fioletowe zabarwienie.

Fosforoliza - przekształcenie skrobi (także glikogenu) do glukozo-1-fosforanu katalizowane przez do α-l,4-glukanofosforylazę (fosforylazy).

- reakcja przeprowadzana jest wewnątrzkomórkowo jedynie w katabolizmie wielocukrów i nie ma znaczenia dla syntez.

Hydroliza - hydrolityczne rozszczepianie wielocukrów przez amylazy

- α-Amylaza występuje u roślin, zwierząt i drobnoustrojów - upłynnia skrobie, równocześnie atakując wiele wiązań 1,4-glikozydowych.

Transglikozylacja - zdolność rozkładania przez zewnątrzkomórkowe enzymy amylolityczne jest wśród drobnoustrojów szeroko rozpowszechniona
- Wśród bakterii do aktywnych producentów a-amylaz można zaliczyć niektóre gatunki z rodzaju Bacillus {Bacillus macerans, B. polymyxa, B. subtilis), kilku przedstawicieli rodzaju Pseudomonas oraz

niektóre promieniowce.

- Enzymy wytwarzane przez B. stearothermophilus i B. licheniformis można przez krótki czas ogrzewać w 100°C bez utraty przez nie aktywności.

- Niektóre termofilne gatunki Clostridium, jak Clostridium thermosulfurogenes i C thermohydrosulfuricum, również wydzielają ciepłostałe α-amylazy i pullulanazy.

- W warunkach beztlenowych, w glebach nasyconych wodą i świeżo wzbogaconych węglowodanami, skrobia jest rozkładana przede wszystkim przez sacharolityczne bakterie z rodzaju Clostridium. Ponieważ bakterie te wiążą azot cząsteczkowy, beztlenowy rozkład bogatego w wielocukry materiału roślinnego może prowadzić w glebie do nagromadzenia dużych ilości azotu.

Reakcje identyfikacyjne zanieczyszczeń w alkoholu.

Procedura:

1. Reakcja Liebena

1. reakcja identyfikacyjna na obecność etanolu: do 2,5 cm³ przesączonej hodowli fermetacyjnej dodać 5 cm³ roztworu KOH i 5 cm³ roztworu jodu w jodku potasu. Probówkę ostożnie ogrzać do temperatury 50^oC. Po kilku minutach zaobserwować czy roztwór mętnieje lub czy wypada żółty osad. Wykrywalność bardzo duża. Wynik ujemny wyklucza obecność etanolu. Uwaga! Reakcję dodatnią dają również: aldehyd octowy, kwas mlekowy;

2. reakcja identyfikacyjna na obecność acetonu: do 2,5 cm³ przesączonej hodowli fermetacyjnej dodać 5 cm³ roztworu KOH i 5 cm³ roztworu jodu w jodku potasu, a następnie wymieszać. Po 5 - 10 minutach sprawdzić czy z probówki wydziela się zapach acetonu lub wypada biały lub bladożółty osad.

2. Reakcja Legala (reakcja identyfikacyjna na obecność acetonu): do 3 cm³ przesączonej hodowli fermetacyjnej dodać 1 cm³ świeżo sporządzonego roztworu nitroprusydku sodowego i kilka kropel roztworu NaOH. W obecności acetonu powstaje brunatno-czerwone zabarwienie, przechodzące po zakwaszeniu kwasem octowym w czerwono-fioletowe.

3. Reakcja identyfikacyjna na obecność kwasów lotnych (mrówkowego, octowego): do 2 cm³ przesączonej hodowli fermetacyjnej dodać kilka kropel 1% roztworu FeCl₃. W obecności kwasów lotnych powstaje czerwone zabarwienie.

4. Reakcja identyfikacyjna na obecność aldehydów: mrówkowego, octowego, benzoesowego: do 2 cm³ przesączonej hodowli fermetacyjnej dodać 2 cm³ roztworu rezorcyny i ostrożnie nawarstwić 2 cm³ stężonego kwasu siarkowego. Na powierzchni zetknięcia cieczy pojawia się biały pierścień, a poniżej pojawia się charakterystyczne zabarwienie: fioletowo-czerwone świadczy o obecności aldehydu mrówkowego, ciemnozielone - aldehydu octowego, zółte - aldehydu benzoesowego.

Pojawią się też pytania, których celem będzie sprawdzenie, ile wiedzy i umiejętności wynieśli Państwo z ćwiczeń laboratoryjnych.

PYTANIA cz.2:

Tutaj obowiązują zagadnienia poruszane na ćwiczeniach, podczas filmu oraz na wycieczce. Proszę nie zapomnieć, iż „materiał teoretyczny oraz przebieg (reakcje identyfikacyjne) ostatniego ćwiczenia również wchodzi w zakres kolokwium.

1. Wycieczka do Tyskich Browarów Książęcych (wiadomości z wycieczki + materiały zamieszczone na Moodle):

2. - podstawowe składniki piwa;

3. - na czym polega słodowanie?

4. - co to jest brzeczka?

5. - różnica pomiędzy piwami górnej i dolnej fermentacji - po 2 przykłady;

6. - optymalna temperatura konsumpcji piwa, proporcja zawartości cieczy do piany w kuflu, pozytywne skutki zdrowotne spożywania piwa w umiarkowanych ilościach (:

7. - definicja wina; co to jest moszcz? Podział win ze względu na barwę, zawartość cukru, etanolu, przykłady rodzajów drożdży stosowanych w winiarstwie, choroby wina (materiały zamieszczone na Moodle);

Komórka. Porównanie komórki prokariotycznej i eukariotycznej

 

Porównanie komórki prokariotycznej i eukariotycznej
Kategoria komórki	Komórka prokariotyczna	Komórka eukariotyczna
Występowanie	bakterie właściwe, archebakterie	Protista, grzyby, rośliny, zwierzęta
Poziom organizacji	jednokomórkowe	jedno- i wielokomórkowe
Wymiary komórki (średnio)	1-10 µm	10-100 µm
Wybrane organelle: jądro komórkowe siateczka śródplazmatyczna mitochondria plastydy   aparat Golgiego pęcherzyki wakuole   centriole rybosomy rzęski	brak brak brak brak   brak obecne obecne (wakuole gazowe w komórkach niektórych bakterii) brak obecne rzęski bakteryjne	obecne obecna obecne obecne (w komórkach roślin i niektórych Protista) obecny obecne obecne (w komórkach roślin, grzybów i Protista) obecne obecne rzęski eukariotyczne
Cytoszkielet	brak	obecny (włókienka, mikrotubule)
Genom	kolista (w większości komórek) lub liniowa cząsteczka DNA - nukleoid	liniowe cząsteczki DNA (chromatyna)
Wymiary DNA: długość masa cząsteczkowa (kDa)	(4 × 10^6 : 200) 68 nm = 1,36 mm 4 × 10^3× 600 kDa = 2,4 × 10^6 kDa	(5,3 × 10^9 : 200) 68 nm = 1802 mm 5,3 × 10^6 × 600 kDa = 3 × 10^9 kDa
Chromosom:   liczba	kolista, rzadko liniowa cząsteczka DNA   1	skondensowana, mitotyczna lub mejotyczna postać chromatyny liczne (podwójne w komórce diploidalnej,  pojedyncze w haploidalnej); jeden w mitochondrium, jeden lub więcej w plastydach
Ściana komórkowa	obecna (peptydoglikan)	obecna w komórkach roślin (celuloza), niektórych komórkach Protista (celuloza) i komórkach grzybów (chityna)
Podziały (mitoza, mejoza)	brak	obecne
Metabolizm	tlenowy i beztlenowy	tlenowy, rzadko beztlenowy

Cykl życiowy

Drożdże występują w dwóch formach, w których mogą rosnąć i rozwijać się: haploidalna i diploidalna. Haploidy drożdżowe rozmnażają się w prostym cyklu wzrostu i następującej po nim mitozy, której efektem są potomne komórki o takim samym genotypie. Rozmnażanie drożdży na tej drodze nazywa się pączkowaniem. W przypadku stresu (na przykład braku pożywienia) haploidy umrą. Diploidy także mogą rozmnażać się przez pączkowanie, jednak w warunkach stresu mogą wejść na szlak sporulacji, produkując po podziałach mejotycznych haploidalne spory. Spory po rozwinięciu w dorosły organizm mogą kojarzyć się w pary (koniugować), odtwarzając diploida.

Cykl życiowy drożdży
1. Pączkowanie
2. Koniugacja
3. Worek

Barwienie przyżyciowe - gdy na żywe komórki mikroorganizmów naniesione na szkiełko podstawowe działamy barwnikiem np. oznaczanie przeżywalności drożdży, które polega na barwieniu przyżyciowym komórek drożdży barwnikiem w dużym rozcieńczeniu (błękit metylenowy w rozcieńczeniu 1:10000). Zabarwieniu ulegają jedynie komórki martwe lub będące w stanie subletalnym o zdegenerowanej ścianie komórkowej (barwnik łatwiej przenika przez ścianę). Żywe komórki drożdży pozostają bezbarwne

Substancje zapasowe są odkładane w cytoplazmie komórek drożdży rozwijających się w podłożach obfitych w substancje odżywcze w postaci:

wolutyny — substancji o charakterze białkowym,

glikogenu — rezerwowego węglowodanu, jego obecność świadczy o dobrym odżywieniu komórek.

tłuszczu — substancji zapasowej występującej w postaci kropli zawieszonych w cytoplazmie lub wakuoli

Do produkcji spirytusu wykorzystuje się wiele surowców roślinnych zawierających różne węglowodany. Można je podzielić na dwie grupy: surowce zawierające wielocukry oraz surowce zawierające cukry bezpośrednio fermentujące, głównie sacharozę, glukozę, fruktozę.
• Do pierwszej grupy można zaliczyć: ziemniaki, zboża, odpady krochmalnictwa, mąki, kasze, otręby.
• Do drugiej grupy zaliczamy: melasę, buraki cukrowe, trzcinę cukrową, marchew, owoce świeże i suszone, odpady przemysłu owocowego.

W gorzelnictwie ziemniaczanym i zbożowym produkcja spirytusu obejmuje następujące etapy: 
-parowanie surowca
-zacieranie
-fermentację zacieru
-odpęd spirytusu.

fuzle — alkohol amylowy, propylowy, izobutylowy (


pogon w produktach fermentacji

Fuzle nadają alkoholowi nieprzyjemny smak i zapach

8. przebieg fermentacji alkoholowej - rola enzymów dekarboksylazy pirogronianowej i dehydrogenazy alkoholowej (Schlegel);

1. Głównym producentem etanolu są grzyby, szczególnie szczepy Saccharomyces cerevisiae. Drożdże, tak jak większość grzybów, oddychają tlenowo, ale w warunkach beztlenowych fermentują węglowodany do etanolu i dwutlenku węgla. Wiele beztlenowych lub względnie tlenowych bakterii również wytwarza etanol jako główny lub uboczny produkt fermentacji heksoz i pentoz.

Produkcja etanolu przez drożdże

Zwykła fermentacja glukozy przez drożdże. Drożdże {Saccharomyces cerevisiae)

• fermentują glukozę do etanolu i dwutlenku węgla w szlaku fruktozobisfosforanowym.

• Przejście pirogronianu w etanol jest procesem dwuetapowym.

1. dekarboksylaza pirogronianowa, przy współudziale pirofosforanu tiaminy, przeprowadza pirogronian do aldehydu octowego (1). Aldehyd octowy z kolei ulega redukcji do etanolu.

2. reakcja katalizowana przez dehydrogenazę alkoholową - donorem wodoru jest NADH₂, wodór pochodzi z odwodornienia triozofosforanu

• Fermentacja glukozy przez drożdże jest procesem beztlenowym, lecz drożdże są organizmami tlenowymi. W braku tlenu drożdże energicznie fermentują, ale prawie nie rosną. Gdy w ich środowisku pojawi się tlen, intensywność fermentacji znacznie się obniża na rzecz oddychania.

9. - co to jest efekt Pasteura? (Schlegel);

efekt Pasteura - w obecności tlenu proces fermentacji zostaje

zahamowany (jest modelowym przykładem regulacji metabolicznej.)

U niektórych drożdży silne nawietrzanie powoduje. Zjawisko to nie jest jednak ograniczone do drożdży, lecz jest charakterystyczne dla wszystkich komórek fakultatywnie tlenowych,

łącznie z komórkami organizmów wyższych.

Wikipiedia:

Efekt Pasteura występuje gdy, przeniesienie organizmu (drożdży) do warunków tlenowych spowoduje zahamowanie fermentacji i spadek zużycia substratu oddechowego. Hamowanie beztlenowego przebiegu glikolizy w wyniku oddychania tlenowego, tzn. aerobowego utleniania w cyklu kwasu cytrynowego.

Dzieje się tak ponieważ ATP, jony H⁺ i cytrynian są inhibitorami fosfofruktokinazy-1, regulatorowego enzymu glikolizy

10. - jakie gatunki bakterii zdolne są do wytwarzania alkoholu? W jaki sposób (Schlegel);

• Sarcina ventriculi - wytwarza etanol w taki sam sposób jak drożdże (szlak fruktozobisfosforanowy i dekarboksylaza pirogronianowa).

• Zymomonas mobilis, - rozkłada cukier w szlaku 2-keto-3-deoksy-6-fosfoglukonianowym i z udziałem dekarboksylazy pirogronianowej rozszczepia pirogronian do aldehydu octowego i dwutlenku węgla. Aldehyd octowy następnie jest redukowany do etanolu. Jedynymi produktami fermentacji są etanol, dwutlenek węgla i niewielkie ilości kwasu mlekowego.

• Enterobacteriaceae- Etanol występuje jako produkt uboczny Prekursor etanolu — aldehyd octowy — nie powstaje jednak w wyniku działania dekarboksylazy na pirogronian, lecz na skutek redukcji acetylo-CoA.

• Heterofermentujące bakterie mlekowe (np. Leuconostoc mesenteroides) - Glukoza zostaje przekształcona do pentozofosforanu. Ksylulozo-5-fosforan ulega następnie degradacji przez fosfoketolazę:

ksylulozo-5-fosforan + Pnieorg. -> -> acetylofosforan + aldehyd 3-fosfoglicerynowy.

Powstający acetylofosforan jest redukowany do etanolu przez dehydrogenazę

aldehydu octowego i dehydrogenazę alkoholową. Drugi produkt reakcji, aldehyd 3-fosfoglicerynowy, jest przekształcany do pirogronianu, a następnie redukowany do mleczanu.

Podstawowe składniki piwa: woda, słód, szyszki chmielowe i drożdże.

Słodowanie polega na kiełkowaniu ziaren, aby uruchomić procesy przemian, które roślina w przyrodzie przechodzi w trakcie wzrostu, a następnie zatrzymaniu tych procesów w określonym momencie, zgodnie z oczekiwanymi efektami.

Brzeczka (w miodosytnictwie zwana też syta) - półprodukt stosowany przy produkcji piwa przygotowywany ze słodu jęczmiennego, chmielu, wody oraz ewentualnie innych surowców niesłodowanych takich jak cukier, glukoza, miód, syropy owocowe. Brzeczka jest cieczą klarowną, która jest efektem filtracji zacieru. W warzelni brzeczka gotowana jest z dodatkiem chmielu, następnie schładzana, filtrowana i zadawana drożdżami w celu przeprowadzenia fermentacji. Wyróżniamy brzeczkę przednią i brzeczkę nastawną.^[1]

• Brzeczka przednia to wodny roztwór ekstraktu słodowego czyli zacieru, powstałego z ziarna w wyniku procesu zacierania w kadzi zaciernej, a następnie poddanego filtracji w kadzi filtracyjnej w celu uzyskania klarownej cieczy.^[2]

• Brzeczka nastawna to brzeczka po gotowaniu zacieru słodowego z chmielem, poddana filtracji i schłodzona do temperatury nastawnej, czyli odpowiedniej do zadania drożdży w celu poddania jej fermentacji.^[2]

Optymalna temperatura podawania piwa to 8-10 C.

Umiarkowane picie alkoholu zmniejsza ryzyko ataku serca

małe ilości wypijanego alkoholu mogą redukować stres, wywoływać pogodny nastrój i przyjemne samopoczucie; zmniejszać napięcie, poziom lęku i nieśmiałość. Zaobserwowano, że w starszym wieku umiarkowane picie alkoholu może poprawiać apetyt, ułatwiać regularne funkcjonowanie jelit i poprawiać nastrój [7]. piwo (oczywiście nie w nadmiarze) ma nawet pozytywne skutki, wpływa na wzmocnienie struktury włosa i na polepszenie cery

Destylacja i jej specyficzna odmiana - rektyfikacja są dyfuzyjnymi operacjami jednostkowymi. Pomimo, że są energochłonne znajdują szerokie zastosowanie - w laboratoriach, a w szczególności w przemyśle chemicznym, fermentacyjnym i farmaceutycznym. Pozwalają one na rozdzielanie ciekłych surowców naturalnych, mieszanin poreakcyjnych dwu - i wieloskładnikowych. Otrzymywane produkty charakteryzują się wysokim stopniem czystości. 
Wielokrotne odparowanie cieczy i skroplenie par można uzyskać albo powtarzając wielokrotnie destylację lub przeprowadzając jedną operację nazywaną rektyfikacją.
Rektyfikacja polega na przeciwprądowym zetknięciu się cieczy i par z jednoczesną wymianą masy i ciepła. 
W trakcie procesu podczas kontaktu unoszących się par ze spływającą cieczą z par wykropleniu ulega mieszanina zubożona o składnik lotny z cieczy zaś odparowuje mieszanina wzbogacona o składnik lotny. Jednocześnie wydzielone ciepło kondensacji frakcji wykraplającej się z oparów wykorzystywane jest do odpędzenia frakcji odparowującej z cieczy. W konsekwencji tych procesów przechodzące przez kolumnę opary wzbogacają się w składnik najbardziej lotny, zaś ciecz spływająca w dół kolumny wzbogacana jest wskładnik mniej lotny. 
Pary dochodzące do szczytu kolumny są skraplane. Warunkiem przeprowadzenia rektyfikacji jest zawracana części kondensatu z powrotem do kolumny. Oznacza to, że jedynie część kondensatu odbierana jest jako destylat. 
Zawracanie części kondensatu - t.zw. odcieku - odgrywa w rektyfikacji kluczową rolę. Stosunek odcieku do destylatu - t.zw. powrót - w istotny sposób wpływa na parametry procesu. Zwiększenie powrotu z jednej strony zwiększa rozdzielczość kolumny, z drugiej zwiększa koszty procesu i może powodować trudności techniczne, np. zalanie kolumny. 
Rektyfikację prowadzi się w kolumnach.

---