y
ródła energii
" Energia świetlna
" Energia chemiczna
Oddychanie  proces kataboliczny, w którym utlenianie związków organicznych lub
nieorganicznych jest sprzężone z syntezą ATP, a końcowymi akceptorami elektronów są
zwiÄ…zki egzogenne
 Oddychanie tlenowe  końcowym akceptorem jest tlen (daje największy zysk
energetyczny)
 Oddychanie beztlenowe - końcowym akceptorem jest związek organiczny bądz

nieorganiczny
" Np. Oddychanie azotanowe  akceptorem tlenu jest azotan, oddychanie siarczanowe 
akceptorem tlenu Ä… siarczany
" Fermentacja  związki organiczne (np. kwas organiczny, cukier) są zarówno donorami jak i
akceptorami elektronów
Fermentacja
" Proces metaboliczny służący odtworzeniu ATP, w którym produkty rozkładu substratu
pełnią jednocześnie rolę donorów i akceptorów wodoru
" Zachodzi w warunkach beztlenowych
" Produktami fermentacji są: alkohole, kwasy organiczne, dwutlenek węgla, wodór
" Nazwa danego procesu pochodzi od dominującego produktu końcowego
" Ważniejsze procesy fermentacyjne
" Fermentacja alkoholowa
" Fermentacja mlekowa
" Fermentacja pseudomlekowa
" Fermentacja propionowa
 La fermentation c'est la vie sans l'air
(tłum.: Fermentacja to życie bez powietrza)
" Fermentacja masłowa
(L. Pasteur)
" Fermentacja octowa
" Fermentacja mrówkowa
Fermentacja alkoholowa
" proces beztlenowego rozkładu cukrów na alkohol etylowy i dwutlenek węgla
" dostarcza komórkom energii magazynowanej w postaci ATP
 W pierwszym etapie pirogronian jest przekształcany w aldehyd octowy oraz dwutlenek węgla za
pomocÄ… dekarboksylazy pirogronianowej.
 W drugim etapie aldehyd octowy jest redukowany do etanolu przez dehydrogenazÄ™ alkoholowÄ…
regeneracja NAD+ zużytego w
procesie glikolizy.
Fermentacja alkoholowa
" Mikroorganizmy wykazujące zdolność do fermentacji alkoholowej
" Drożdże  90% etanolu produkowanego przemysłowo
" Należy pamiętać, że drożdże są względnymi beztlenowcami, tzn. w obecności tlenu fermentacja zostaje
zahamowana i drożdże zaczynają oddychać tlenowo.
" Bakterie
" Zymomonas mobilis - mogą produkować etanol z wydajnością do 97%. Istotnym
ograniczeniem zastosowań tych bakterii jest to, iż fermentują głównie glukozę i fruktozę.
" Thermoaerobacter ethanolicus - optymalna temperatura wzrostu wynosi 65oC. WadÄ… ich
jednak jest to że wytwarzają one oprócz etanolu duże ilości kwasu octowego i kwasu
mlekowego.
Fermentacja mlekowa
" Przemiana kwasu pirogronowego do kwasu mlekowego
" Produkt ostatniego etapu glikolizy  pirogronian jest redukowany do kwasu mlekowego przy
jednoczesnym utlenieniu NADH powstałego w procesie glikolizy do NAD przy pomocy
dehydrogenazy mleczanowej
regeneracja NAD+ zużytego w
procesie glikolizy.
Fermentacja mlekowa
" Homofermentacja - w wyniku fermentacji powstaje głównie kwas mlekowy (90%) i
niewielka ilość produktów ubocznych:
 Bakterie homofermentatywne
 Lactococcus (L. lactis),
 Lactobacillus (L. acidophilus, Lb. plantarum, Lb. delbrueckii )
" Heterofermentacja  w wyniku fermentacji glukozy powstajÄ… kwas mlekowy i inne
produkty jak diacetyl, aldehyd octowy, kwas octowy, alkohol etylowy:
 Bakterie heterofermentatywne:
 Leuconostoc mesenteroides,
 różne gatunki Lactobacillus (Lb. brevis, Lb. fermentum)
Fermentacja pseudomlekowa
" Fermentacja pseudomlekowa  oprócz kwasu mlekowego powstają inne produkty:
dwutlenek węgla, kwas octowy, bursztynowy, mrówkowy, szczawiooctowy, alkohol etylowy
i inne.
" Fermentacja pseudomlekowa zachodzi w:
" mleku zakażonym bakteriami pseudomlekowymi łącznie z właściwą fermentacją mlekową -
powoduje gazowanie oraz rozrywanie skrzepu.
" podczas fermentacji surowców roślinnych (np. kwaszenie kapusty i ogórków) -obniżenie
wartości produktu.
" Mikroorganizmy
 Escherichia coli
 Micrococcus
 Enterobacter
 Serratia
 Aerobacter
Fermentacja propionowa
" beztlenowy rozkład kwasu mlekowego (lub cukru) - powstaje kwas propionowy i octowy z
wydzieleniem ditlenku węgla i wody. W reakcji powstają również inne produkty m.in. kwas
bursztynowy
" Sumaryczny zapis reakcji
3CH3CH(OH)COOH 2CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + H2O + wolna energia
" Bakterie propionowe Propionibacterium
" Bakterie te mają szczególne znaczenie w przemyśle mleczarskim w dojrzewaniu serów
podpuszczkowych.
Fermentacja octowa
" Enzymatyczny proces utleniania alkoholu etylowego do kwasu octowego, katalizowana
przez enzymy wytwarzane głównie przez bakterie octowe.
" Zachodzi także jako proces uboczny podczas innych przemian fermentacyjnych.
" Sumaryczny zapis reakcji
" CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O + energia
" Fermentacja octowa jest podstawowym procesem w przemysłowej produkcji octu.
" Szkodliwe działanie bakterii octowych w przemyśle spożywczym: bakterie octowe mogą
powodować zmętnienie, kwaśnienie, zapach octu, kożuch na powierzchni wina lub piwa;
mogą one także powodować psucia się marynat owocowych i warzywnych,
Fermentacja masłowa
" beztlenowy proces enzymatycznego rozkładu cukrów (prostych lub złożonych) na kwas
masłowy, dwutlenek węgla i wodór. Produktami tej fermentacji są również: kwas octowy,
kwas bursztynowy i etanol.
" Mikroorganizmy przeprowadzające fermentację masłową:
 Clostridium.
 pierwotniaki u przeżuwaczy.
" Sumaryczny zapis reakcji
" C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 + wolna energia
Fermentacja masłowa
" Przebieg fermentacji zależy od gatunku bakterii i odczynu środowiska.
 W środowisku obojętnym głównym produktem jest kwas masłowy,
 w środowisku kwaśnym  butanol i aceton (fermentacja acetobutanolową).
" Na skalę przemysłową  produkcja kwasu masłowego, butanolu, acetonu
" Szkodliwa rola bakterii masłowych w przemyśle spożywczym:
 Wyrządzają liczne szkody w: mleczarstwie i przetwórstwie owocowo  warzywnym.
 Wywołują bombaże konserw pod wpływem wytwarzanych gazów (CO2 i H2). Produkty takie mają
bardzo nieprzyjemny zapach i nie nadają się do spożycia.
Rozmnażanie bakterii
" Rozmnażanie bakterii  przez prosty podział komórki (rozszczepienie)  z jednej
komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne.
" Jest to rozmnażanie wegetatywne (bezpłciowe).
" Etapy podziału komórki bakteryjnej
" podział substancji jądrowej  podwojenie DNA nukleoidu (chromosomu bakteryjnego)
i podział na dwa nowe (identyczne);
" tworzenie przegrody (septum) od zewnątrz do wnętrza  powstanie ściany
komórkowej;
Namnażanie się bakterii przebiega zgodnie
z postępem geometrycznym  20, 21, 22
& 2n, gdzie wykładnik potęgi odpowiada
liczbie podziałów.
Procesy przekazywania materiału genetycznego
żð Koniugacja - proces pÅ‚ciowy - proces rekombinacji genów pomiÄ™dzy dwoma
osobnikami różniącymi się płciowo (osobniki  + i  - ).
żð WystÄ™puje u bakterii posiadajÄ…cych fimbrie pÅ‚ciowe (sex pile).
żð Transformacja - uwolnienie DNA do Å›rodowiska przez dawcÄ™ i pobranie przez
biorcę. Jest to przekazywanie cech genetycznych z pominięciem łączenia się w pary
żð Transdukcja - przekazanie DNA od dawcy do biorcy poprzez tzw. fagi Å‚agodne
(wirusy bakteryjne) .
Koniugacja
Transformacja
Transdukcja
Rozmnażanie grzybów
" Rozmnażanie grzybów
 wegetatywne  główny sposób
 generatywne
" Rozmnażanie wegetatywne
" drożdże
" pÄ…czkowanie
" rozszczepienie (tylko niektóre rodzaje m.in. Schizoccharomyces)
" grzyby strzępkowe (pleśnie)
" fragmentacja strzępki, czyli tworzenie artrospor (np. Geotrichum )
" Tworzenie ciała owocujących, w których wytwarzane są zarodniki wegetatywne:
endospory (w zarodniach na sporagioforach, np. Rhizopus ) i egzospory (konidia na
konidioforach, np. Aspergillus).
Budowa ciała owocującego oraz zarodników jest ważną cechą diagnostyczną
Rozmnażanie grzybów
żð Rozmnażanie generatywne
żð wystÄ™puje tylko u grzybów z niektórych klas, np.: Ascomycetes, Saccharomycetes (np.
drożdże Saccharomyces sp.) i Zygomycetes (np. pleśnie Rhizopus sp. i Mucor sp.);
żð polega na wytwarzaniu zarodników generatywnych (pÅ‚ciowych)
żð ascospory klasa Ascomycetes, Saccharomycetes;
żð zygospory  klasa Zygomycetes
WZROST I HODOWLE
MIKROORGANIZMÓW
Fizjologia wzrostu
" W mikrobiologii wzrost rozumiany jest jako:
 Przyrost biomasy i objętości organizmu w wyniku biosyntezy substancji komórkowych
 Przyrost liczby żywych komórek
" Populacje komórek na pożywkach  hodowle = kultury
" Tempo wzrostu zależy od:
 Rodzaju i gatunku drobnoustroju
 Składu pożywki (skrypt)
 Fizycznych i chemicznych parametrów wzrostu (temperatura, pH, aktywność wody)
Hodowla mikroorganizmów
" Na podłożu stałym
" Na podłożu płynnym
 okresowe  statyczne  trwa do wyczerpania niezbędnych składników
pokarmowych  wzrost obrazuje krzywa wzrostu
 ciągłe  utrzymywanie mikroorganizmów w wybranej fazie hodowli poprzez
zasilanie świeżą pożywką i odprowadzanie szkodliwych produktów przemiany
metabolicznych
Organizmy jednokomórkowe
" Bakterie i niektóre drożdże  rozmnażają się przez podział komórki
" Drożdże  rozmnażają się przez pączkowanie
Wielkości charakteryzujące rozwój populacji
" Czas generacji  czas niezbędny do powstania nowego pokolenia komórek
g  czas generacji
t
g = t  czas hodowli
n
n- liczba pokoleń
" Czas podwojenia biomasy  czas niezbędny do podwojenia masy komórkowej
" Jeśli liczba komórek i ich masa podwajają się w jednakowym czasie  czas generacji =
czas podwojenia biomasy
Czas generacji wybranych bakterii
(warunki optymalne)
gatunek Czas generacji (minuty)
Escherichia coli 20
Salmonella 24
Bacillus subtilis 26
Staphylococcus aureus 27  30
Pseudomonas fluorescens 40
Mycobacterium tuberculosis 360
Organizmy wielokomórkowe - pleśnie
" Rozwój wegetatywny polega na rozrastaniu się strzępek  definiowany na podstawie
przyrostu biomasy lub stężenia określonych składników np. zawartość białka, azotu
komórkowego
Hodowla okresowa - fazy wzrostu
I II III IV VI
V
}ð Faza IV  faza zwolnionego wzrostu
}ð Faza I  faza adaptacyjna (zastoju, lag faza)
}ð Faza V  faza stacjonarna
}ð Faza II  faza przyspieszenia (akceleracji)
}ð Faza VI  faza zamierania
}ð Faza III  faza wzrostu wykÅ‚adniczego (faza logarytmiczna)
Fazy wzrostu w hodowli okresowej
I - Faza adaptacyjna II - Faza przyspieszenia
" od momentu wprowadzenia pożywki " Wzrasta częstość podziałów lub
do pierwszego podziału pączkowania
" wzrasta masa komórek " Intensywny metabolizm
" nie rośnie liczba komórek " Trwa krótko
" Czas trwania zależy od:
 Składu pożywki
 Stanu fizjologicznego mikroorganizmów
 Warunków środowiskowych
Fazy wzrostu w hodowli okresowej
III - Faza logarytmiczna
IV - Faza zwolnionego wzrostu
" Zwana wzrostem zrównoważonym
" maleje rozmiar komórek
" Intensywny przyrost liczby komórek " wzrasta liczba komórek martwych
" Stała szybkość przyrostu liczby komórek
" Zachowana stała wielkość komórek
" Czas trwania zależy od:
 Czynników środowiskowych (ilość substancji
odżywczych i toksycznych produktów
metabolizmu)
 Warunków hodowli
 Właściwości drobnoustrojów
Fazy wzrostu w hodowli okresowej
V - Faza stacjonarna VI - Faza zamierania
" Stała liczba komórek  równowaga
" wzrost liczby martwych komórek
między liczbą komórek żywych i
martwych
" zmniejszanie liczby żywych komórek i
ogólnej biomasy (autoliza)
" Zmiany morfologiczne komórek
" Szybkość zamierania zależy m.in. od
" Ograniczona ilość substratu - zużywanie
ilości toksycznych metabolitów
materiałów zapasowych
" Przebieg fazy zależy od:
 Czynników środowiskowych
 Wrażliwości komórek