BIOLOGIA EGZAMIN

1. Własności życia i podział organizmów żywych na domeny i królestwa oraz krótka charakterystyka poszczególnych domen i królestw

Własności życia:

- Podobne DNA, kod genetyczny i metabolizm

- obecność ciekłej wody

- uporządkowanie

- odpowiedź na środowisko

- regulacja

- procesy energetyczne, świetlne

- wzrost i rozwój

- reprodukcja (rozmnażanie)

- ewolucja adaptacyjna

Podział

Domeny

- domain bacteria (DOMENA BAKTERII) – Organizmy prokariotyczne, duża różnorodność, małe rozmiary

- domain archaea (DOMENA ARCHEONÓW) – Organizmy prokariotyczne, które nie posiadają jądra komórkowego. Żyjące w temp. Powyżej 100°C oraz w kwasach. Przypominają organizmy eukariotyczne.

- domain eukarya (DOMENA EUKARIOTA) - Organizmy zbudowane z komórek posiadających jądro komórkowe z chromosomami, co jest jednym z elementów odróżniających je od prokariotów

b) Królestwa

- Królestwo roślin

- Królestwo zwierząt

- Królestwo grzybów

- Królestwo pierwotniaków i glonów

1. Charakterystyka głównych związków wysokoenergetycznych i głównych reduktantów występujących w komórkach oraz przykłady procesów, w których związki te są wykorzystywane

2. Budowa i znaczenie aminokwasów oraz białek

Białka – wielkocząsteczkowe (masa cząsteczkowa od ok. 10 000 do kilku mln Daltonów) biopolimery, a właściwie biologiczne polikondensaty, zbudowane z reszt aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi -CONH-. Występują we wszystkich żywych organizmach oraz wirusach. Synteza białek odbywa się przy udziale specjalnych organelli komórkowych zwanych rybosomami. Zazwyczaj liczba reszt aminokwasowych pojedynczego łańcucha polipeptydowego jest większa niż cała cząsteczka może być zbudowana z wielu łańcuchów polipeptydowych (podjednostek).

Głównymi pierwiastkami wchodzącymi w skład białek są C, O, H, N, S, także P oraz niekiedy kationy metali Mn²⁺, Zn²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Co²⁺ i inne.

Skład ten nie pokrywa się ze składem aminokwasów. Wynika to stąd, że większość białek (są to tzw. białka złożone lub proteidy) ma dołączone do reszt aminokwasowych różne inne cząsteczki. Regułą jest przyłączanie cukrów, a ponadto kowalencyjnie lub za pomocą wiązań wodorowych dołączane może być wiele różnych związków organicznych pełniących funkcje koenzymów oraz jony metali.

Funkcje:

Stanowią ok. 60% suchej masy komórkowej;

Białka ze względu na pełnione funkcje można podzielić na:

enzymatyczne – najliczniejsza grupa białek (ponad 2000) o zróżnicowanej masie cząsteczkowej

strukturalne – sa odpowiedzialne za mechaniczna stabilność narządów i tkanek (kolagen, elastyna, tubulina, aktyna, α-keratyna); do białek strukturalnych zalicza sie także histony pełniące kluczowa role w upakowaniu DNA w chromatynie

transportujące – np. hemoglobina uczestniczy w transporcie tlenu i CO2, niektóre białka osocza (prealbumina) transportujące hormony, transferyna przenosząca żelazo, niektóre białka błonowe np. kanały jonowe pośredniczące w transporcie jonów, nośniki w transporcie metabolitów i jonów, pompy funkcjonujące w transporcie aktywnym jonów i metabolitów

regulacyjne – np. niektóre hormony (somatotropina, insulina), a także receptory uczestniczące w percepcji różnych cząsteczek sygnałowych; białkami regulatorowymi sa także czynniki transkrypcyjne, regulujące ekspresje genów

odpornościowe – białka układu immunologicznego (np. immunoglobuliny) chronią organizm przed czynnikami chorobotwórczymi i ksenobiotykami (substancjami obcymi dla organizmu)

motoryczne – uczestniczą w procesach związanych z ruchem (aktyna, miozyna); kinezyna funkcjonuje w przemieszczaniu organelli w komórce

zapasowe – np. owoalbumina w białku jaja stanowi źródło aminokwasów dla rozwijającego sie zarodka, ferrytyna wiąże żelazo w wątrobie, kazeina jest białkiem zapasowym mleka, niektóre białka budujące mięśnie mogą być wykorzystywane jako materiał energetyczny; także wiele białek roślinnych pełni funkcje zapasowa

Aminokwasy są kwasami organicznymi zawierającymi wolna grupa karboksylowa

oraz wolna grupa aminowa, położona przy a-atomie węgla. Poza tymi dwoma grupami,

każdy aminokwas ma charakterystyczny dla siebie łańcuch boczny R.

Aminokwasy (kwasy 2-aminokarboksylowe) są to związki chemiczne, które wykazują wspólną i stałą cechę strukturalną w swym składzie zawierają atom węgla , jedną grupe aminowa -NH₂ o odczynie zasadowym, jedną grupe karboksylową -COOH o kwaśnym odczynie oraz jeden atom wodoru. Częścią różnicującą poszczególne aminokwasy jest jedynie charakterystyczny łańcuch boczny oznaczony literą R w ogólnym wzorze stanowi on reszte aminową i nadaje charakter całemu aminokwasowi.

Aminokwasy są składnikami budulcowymi peptydów i białek (aminokwasy proteinogenne).

Niektóre aminokwasy wchodzą w skład lipidów, np. seryna występuje w fosfolipidach,

a glicyna w solach żółciowych. Glutaminian, asparaginian oraz glicyna odgrywają role

neuroprzekazników. Wszystkie aminokwasy, za wyjątkiem lizyny i leucyny, mogą być metabolitami pośrednimi szlaku glukoneogenezy (aminokwasy glukogenne), tzn. mogą posłużyć do biosyntezy glukozy. Niektóre aminokwasy są wykorzystywane do syntezy zasad purynowych i pirymidynowych (asparaginian, glutaminian), hemu (glicyna), amin biogennych (np. seryna, glutaminian). Aminokwasy sa też donorami grup aminowych przenoszonych na ketokwasy lub funkcjonują w cyklu mocznikowym (ornityna, cytrulina).

1. Budowa i znaczenie węglowodanów i lipidów

LIPIDY – zróznicowana grupa zw. organicznych nierozpuszczalnych w wodzie a rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych . W ich sklad wchodzą m.inymi.tłuszcze właściwe, woski, steriody, sterole, glikolipidy, fosfolipidy,terpeny, karotenoidy i niektóre witaminy. Sa skladnikami blon biologicznych . materialow zapasowych , hormonow , barwnikow fotosyntetycznych.

Funkcje:

- Są materiałem budulcowym (fosfolipidy, cholesterol, glikolipidy)

- Decydują o właściwościach dynamicznych błony komórkowej

- Są prekursorami hormonów steroidowych (cholesterol) i hormonów tkankowych (kwasy tłuszczowe)

- Stanowią substrat dla syntezy kwasów tłuszczowych i niektórych witamin

- Biorą udział w zjawiskach immunologicznych (eikozanoidy)

- Lipidy i ich pochodne spełniają w organizmie rolę substratów energetycznych, są składnikami strukturalnymi oraz hormonami.

Największą grupą lipidów są tłuszcze obojętne zgromadzone w komórkach tłuszczowych. Stanowią one ok. 10-15% masy ciała. Jest to największy magazyn substratów energetycznych w organizmie. Z tłuszczów tkanki tłuszczowej uwalniane są wolne kwasy tłuszczowe, utleniane w większości tkanek. W osoczu lipidy transportowane są w postaci połączeń z białkami.
Źródłem lipidów występujących w organizmie są składniki tłuszczów roślinnych i zwierzęcych zawartych w pokarmie. Lipidy są również syntetyzowane w organizmie ze składników innych związków organicznych.

Węglowodany (cukry, cukrowce, sacharydy) – organiczne związki chemiczne składające się z atomów węgla, wodoru i tlenu. Są to związki zawierające jednocześnie liczne grupy hydroksylowe, karbonylowe oraz czasami mostki półacetalowe. Ogólnym wzorem sumarycznym węglowodanów jest C_xH_2yO_y lub C_x(H₂O)_y (znane są jednak węglowodany niespełniające tego wzoru, np. deoksyryboza). Ze względu na liczbę jednostek cukrowych w cząsteczce, węglowodany dzielą się na:

- cukry proste, inaczej monosacharydy (jednocukry)

- dwucukry, inaczej disacharydy

- trójcukry, inaczej trisacharydy

-penta-, heksa-, hepta- itd. sacharydy: oligosacharydy

- wielocukry czyli polisacharydy.

Węglowodany spełniają w organizmach następujące funkcje:

- zapasowe – podczas wieloetapowego spalania glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kJ energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi glikogen

- transportowa – u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi glukoza

- budulcowa (celuloza, hemiceluloza)

- wchodzą w skład DNA i RNA, stanowią modyfikację niektórych białek.

- hamują krzepnięcie krwi – heparyna

- są materiałem energetycznym (fruktoza) i odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza).

1. Procesy metaboliczne zachodzące w komórkach organizmów żywych i rola enzymów w tych procesach

METABOLIZM (gr. metabole = przemiana) - przemiana materii - całość procesów biochemicznych zachodzących w żywych organizmach, warunkujących ich wzrost i funkcjonowanie.

Metabolizm obejmuje dwa przeciwstawne procesy:

- ANABOLIZM (gr. anabalein - dorzucać, podwyższać) - proces syntezy złożonych substancji organicznych z substancji prostych, związany z gromadzeniem energii w organizmie

- KATABOLIZM (gr. katabalein - odrzucać, obniżać) - proces rozpadu tych substancji, związany z uwolnieniem energii

AMFIBOLIZM - przemiany biochemiczne prowadzące do powstawania metabolitów pośrednich, które mogą być włączane zarówno w procesy anaboliczne, jak i kataboliczne

PRZEMIANY METABOLICZNE WYMAGAJĄ:

- Odżywiania - pobierania ze środowiska zewnętrznego materiałów budulcowych i energetycznych

- Oddychania - doprowadzenia ze środowiska zewnętrznego tlenu niezbędnego do procesów utleniania wewnątrzkomórkowego oraz usuwania nadmiaru dwutlenku węgla ze środowiska wewnętrznego

- Krążenia - materiałów energetycznych, budulcowych, gazów, produktów przemiany materii i inych ciał, między komórkami i narządami

- Wydalania - usuwania ze środowiska wewnętrznego nielotnych produktów przemiany materii

Poziomy metabolizmu komórkowego:

• METABOLIZM PIERWOTNY przemiana związków, które są niezbędne do funkcjonowania komórki

• METABOLIZM WTÓRNY przemiana związków chemicznych, których rola w organizmach nie została jeszcze wyjaśniona; przemiany te nie są jednak niezbędne dla życia komórki, czy organizmu (np. synteza kofeiny, nikotyny)

Procesy anaboliczne:

- fotosynteza

- chemosynteza

- biosynteza organicznych związków azotowych (aminokwasów, białek, nukleotydów)

Procesy kataboliczne:

- oddychanie

-fermentacja

Podstawowe informacje o enzymach

Enzymy są grupą związków o szczególnie dużym znaczeniu biologicznym. Pełnią w organizmie funkcje katalityczne i dlatego nazywa się je biokatalizatorami. Są to substancje białkowe wytwarzane przez organizmy żywe, które katalizują (przyśpieszają) przebieg wszystkich reakcji w organizmie. Reakcje katalizowane enzymatycznie są zazwyczaj połączone w ciągi tak, że produkt jednej reakcji staje się substratem, czyli materiałem wyjściowym dla reakcji następnej. Te długie szlaki reakcji są ze sobą połączone i dzięki nim komórka może żyć, rosnąć i podlegać reprodukcji. Tak, więc enzymy są niezbędne do życia. Brak jakiegoś z nich w organizmie prowadzi do zakłóceń w jego prawidłowym funkcjonowaniu.

ENZYMY występują jako:

-białka proste - zbudowane wyłącznie z aminokwasów

- białka złożone - oprócz części białkowej - APOENZYMU - zawierają część niebiałkową:

GRUPA PROSTETYCZNA - związana z apoenzymem za pomocą wiązań kowalencyjnych (np. hem w cytochromach)

KOENZYM - może łatwo oddysocjować (np. NADH)

Sam apoenzym nie wykazuje aktywności enzymatycznej. Uzyskuje ją dopiero po połączeniu się z odpowiednim kofaktorem: grupą prostetyczną, koenzymem, lub jonem metalu. Taki kompleks nosi nazwę HOLOENZYMU.

Przebieg reakcji enzymatycznej:

Enzym łączy się z substratem tworząc przejściowo kompleks enzym - substrat. Kompleks ten rozpada się na produkt i enzym katalizujący reakcję z następną cząsteczką substratu.

Działanie enzymów:

Niezwykłą cechą enzymów jest ich zdolność do katalizowania przebiegu reakcji chemicznych w organizmach żywych. Dzięki temu reakcje te przebiegają szybko i selektywnie w środowisku panującym w komórkach organizmu. Każdy enzym katalizuje reakcje z tylko jednym substratem, są to tzw. enzymy monospecyficzne oraz takie, które wchodzą w reakcje z wieloma substratami. Miejscem odpowiedzialnym za rozpoznanie substratu a następnie przyłączenia i przeprowadzenie reakcji jest tzw. centrum aktywne. Znajduje się ono w zagłębieniu powierzchni makrocząsteczki. Oprócz centrum aktywnego może istnieć w apoenzymie centrum allosteryczne. Jest to miejsce do którego przyłączają się efektory, czyli drobnocząsteczkowe związki wpływające na aktywność enzymu. Enzymy, których aktywność może być regulowana w taki sposób nazywa się enzymami allosterycznymi.

Centrum aktywne jest to przestrzenny układ kilku reszt aminokwasowych, charakterystycznych dla danego enzymu. Struktura przestrzenna substratu musi być odpowiednio dopasowana do struktury centrum aktywnego enzymu. Takie dopasowanie strukturalne substratu i enzymu można porównać do zależności jaka zachodzi miedzy kluczem a zamkiem ( model Fishera) lub między dłonią a rękawiczką (model Koshlanda).

Część enzymów dla swojej aktywności wymaga obecności grupy niebiałkowej. Enzymy, których aktywność wynika z samego tylko apoenzymu mogłaby działać w komórce dopiero po syntezie co miałoby dla komórki niekorzystne działanie. W związku z tym są one syntetyzowane jako formy nieaktywne tzw. proenzymy czyli enzymogeny. Takie nieaktywne formy ulęgają aktywacji dopiero po wydzieleniu do miejsca działania danego enzymu, np. nieaktywne formy enzymów katalizują hydrolizę białek takich jak: pepsynogen, trypsynogen.

Przy omawianiu enzymów należy wspomnieć o izoenzymach - enzymach katalizujących tą sama reakcję ale różniących się odmienna strukturą . Izoenzymy występują u tego samego osobnika w różnych narządach, np. dehydrogenaza kwasu mlekowego występuje w postaci pięciu izoenzymów rozdzielonych pomiędzy wątrobę, mięśnie szkieletowe i miesień sercowy.

Czynniki wpływające na szybkość reakcji enzymatycznych:

1. temperatura - wzrost temperatury powoduje wzrost szybkości reakcji enzymatycznych (reguła van't Hoffa). W temperaturze powyżej 37 - dochodzi do spadku reakcji związanej z denaturacją termiczną białka enzymatycznego. Optimum około jest typowe dla większości enzymów, choć są enzymy działające w temperaturze 70 - są to np. bakterie żyjące w gorących źródłach.

2. pH środowiska - jest różne dla różnych enzymów np. kwaśne dla pepsyny, obojętne dla amylazy ślinowej, zasadowe dla trypsyny

3. stężenie substratu - szybkość reakcji enzymatycznej zależy od stężenia substratu, tak więc stężenie enzymu jest stałe a zmienia się tylko stężenie substratu, pozostałe czynniki są optymalne dla danego enzymu. Szybkość reakcji rośnie wraz ze wzrostem stężenia substratu, osiągając przy pewnym stężeniu substratu maksymalny poziom. Dalszy wzrost stężenia substratu nie może powodować zwiększenia szybkości reakcji, ponieważ wszystkie dostępne centra aktywne enzymu zostały wysycone substratem.

4. inhibitory - na szybkość reakcji enzymatycznej wpływają związki określane jako inhibitory, które hamują aktywność enzymów. Hamowanie czyli inaczej inhibicja może być procesem nieodwracalnym lub odwracalnym. Przy hamowaniu nieodwracalnym inhibitor łączy się z enzymem tworząc kompleks enzym - inhibitor, przez co enzym traci swoją aktywność. Hamowanie odwracalne polega na tym, że inhibitor o strukturze przestrzennej zbliżonej do struktury substratu wiąże się w centrum aktywnym enzymu uniemożliwiając wiązanie substratu lub inhibitor wpływa na centrum aktywne w ten sposób że substrat jest wiązany ale dalsza reakcja zostaje zahamowana.

5. Budowa i funkcje kwasów nukleinowych

Kwasy nukleinowe zbudowane są z podjednostek zwanych nukleotydami, złożone są z 3 elementów: zasada organiczna (pochodna puryny (adenina, guanina) lub pirymidyny (cytozyna, tymina)), pentoza, reszta kwasu ortofosforowego.

Są dwa rodzaje kwasów:

RNA – kw. Rybonukleinowy

• Rybosomalny rRNA – podstawowy składnik rybosomów;

• Informacyjny mRNA – przekazywanie inf. genetycznej;

• Transportujący tRNA – transport o aktywacja aminokwasów.

DNA – dezoksyrybonukleinowy

BUDOWA DNA: Polimer zbudowany z nukleotydów. Jest nosnikiem informacji genetycznej u wszystkich żywych organizmów. Najczęsciej wystepuje w formie prawoskrętnej helisy skladającej się z dwoch lancuchów polinukleotydowych owiniętych wokół siebie(B-DNA). Nukeotydy tworzące lańcuch lączą się ze sobą wiązaniem fosfodiestrowym pomiędzy 5’fosforanem jednego nukleotydu a grupą 3’hydroksylową cukru następnego nukletydu. Na jednym końcu każdego lancucha pozostaje wolny koniec3’a na drugim wolny koniec5’, wyróżnia się wiec dwa kierunki nici:3’->5’ oraz 5’->3’. Grupy cukrowe i fosforanowe znajduja się w zewnetrznej częsci helisy, zasady azotowe skierowane sa do zewnatrz. Naprzeciwległe, ułożone w przeciwnych kierunkach , łancuchy polinukleotydowe polączone śa ze sobą wiązaniami wodorowymi lączącymi zasady azotowe( puryny, pirymidyny). Łączą się one według reguły parownia zasad polegającej na tym ,ze A(adenina) łączy się z T(tyminą), a C( cytozyna) z G(guaniną)- sekwencje obu nici są względem siebie komplementarne.Pomiędzy A i T tworzą się dwa wiązania wodorowe a pomiędzy C i G trzy. Ponieważ odleglości między sąsiadujacymi zakretami heisy nie sa takie same na powierzchni helisy występują dwa występujące naprzemiennie zagłęnienia o rożnej szerokości:ma/ly rowek i duży rowek. Oprócz B-DNA znane sa jeszcze inne formy DNA: A-DNA- oraz Z-DNA. A-DNA, jest również helisą prawoskrętną, ale szerszą i krótszą niż heisa B-DNA. Z-DNA, jest w odróżnieniu od B-DNA – A-DNA dwuniciową helisą lewoskrętną,posiadającą tylko jeden, głęboki rowek.

BUDOWA RNA: Polimer rybonukleotydów polączonych wiązaniami 3’-5’- fosfodiestrowymi. Zasadami wystepujacymi glównie w RNA sa: adenina(A), guanina(G), cytozyna(C), uracyl(U).RNA występuje zazwyczaj w postaci jednoniciowej , choc lokalnie , dzieki parowniu zasad, mogą występować odcinki dwuniciowe. Jeśli parowniu ulegna fragmenty tej samej nici, a w miejscu jej zagiecia znajduja się niesparowane nukleotydy, powstaje w tym miejscu petla. Taka struktura skladajaca się z podwojnego odcinka RNA oraz petli okreslana jest mianem spinki do wlosów. Dzieki lokalnemu parowniu zasad, RNA może tworzyc skomplikowane przestrzennie formy. Zwykle parownie zachodzi miedzy A i U oraz Ci G, ale czasem może tez zachodzic parownie np., G z U(takie pary sa mniej stabilne). Wkom. Wystepuje wiele typow cząsteczek RNA, do podstawowych naleza:m-RNA (matrycowy), t-RNA(transportujacy), r-RNA(rybosomowy).RNA odgrywa bardzo wazną role w procesie biosyntezy bialek(m-RNA i t-RNA) oraz wchdzi w sklad rybosomów(r-RNA). Niektóre czasteczki RNA posiadaja właściwości katalityczne(rybozomy) i jest to jeden z powodow dla których obecnie uwaza się , ze RNA moglo odgrywac kluczowa role w powstawaniu zycia na ziemi. RNA stanowi tez material genetyczny niektórych wirusów.

t-RNA- czasteczki tego kwasu sa najkrotszymi znanymi, wystepujacymi naturalnie , funkcjonalnymi czasteczkmi RNA. Oprocz typowych dla RNA zasad kazda czasteczka zawiera 5-10 zmodyfikowanych nukleotydow zawierajacych metylowe bądź dimetylowe pochodne zasad azotowych. Czasteczki t-RNA tworza charakterystyczna drugorzedowa strukture tzw’liscia koniczyny’ posiadajaca trzy petle , ramie akceptorowe i ramie dodatkowe(zmienne) zwane tez petla dadatkowa. Na jednej petli antykodonu , znajduje się sekwencja trzech nukleotydow tworzacych antykodon. Antykodon laczy się w trakcie translacji z sekwencja trzech nukleotydow(kodonem) w m-RNA na zasadzie parownia zasad azotowych. Do ramienia akceptorowego przylaczana jest przez syntetaze aminoacylo-t-RNA, czasteczka aminokwasu, która jest substratem przy syntezie lancucha polieptydowego. Petla D zawiera charakterystyczny , zmodyfikowany nukleotyd .Ramie dodatkowe sklada się z e zmiennej liczby nukleotydow.

Funkcje:

- podstawowe źródło informacji genetycznej.

7.      Regulacja ekspresji genów u prokariotów i eukariotów

Ekspresja genu (ang. gene expression) – proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty, które są białkami lub różnymi formami RNA.

Przebieg tego procesu różni się nieco pomiędzy bakteriami i eukariotami. U bakterii geny są zwykle zorganizowane w grupy genów zwane operonami (np. operon laktozowy), które są regulowane jako grupa i przepisywane na zawierający kilka genów mRNA.

U eukariotów regulacja oraz przepisywanie na mRNA odnosi się do pojedynczego genu. Proces ten zachodzi w kilku etapach (Eukariota, w uproszczeniu, dla genu kodującego białko):

• zainicjowanie transkrypcji genu przez czynniki transkrypcyjne

• synteza pre-mRNA przez polimerazę RNA

• obróbka posttranskrypcyjna, dzięki której powstaje dojrzały mRNA

• transport mRNA z jądra komórkowego do cytoplazmy

• rozpoznanie mRNA przez rybosom i translacja białka

• degradacja mRNA

• fałdowanie białka (nabywanie struktury trzeciorzędowej białka)

• modyfikacje posttranslacyjne, np. glikozylacja, fosforylacja

• przemieszczenie białka do właściwej pozycji (np. błony komórkowej, mitochondrium, etc.) (może poprzedzać poprzedni proces)

• funkcjonowanie białka – często najbardziej długotrwały i praktycznie jedyny etap w którym uwidacznia się biologicznie, fenotypowo, informacja genu.

• degradacja białka

Ekspresja RNA jest w etapach podobna do białkowej. Nie występuje translacja. Nie dla każdego rodzaju nieinformatycznego-RNA obejmuje wszystkie etapy. Występuje inicjalizacja, transport, splicing, modyfikacje, samoporządkowanie cząsteczki, funkcjonowanie i degradacja.

Regulacja ekspresji genu to złożony wieloczynnikowy proces. Na każdym z etapów ekspresja genu może być regulowana za pomocą różnych mechanizmów. Ekspresja genu zależy od rodzaju komórki, fazy rozwoju organizmu, metabolicznego/fizjologicznego stanu komórki.

8.      Budowa komórek prokariotycznych i eukariotycznych, ze szczególnym uwzględnieniem budowy ścian komórkowych bakterii

Budowa komórka prokariotycznej – komórka złożona z otaczającej ściany i błony komórkowej oraz cytoplazmy, w której występują nieliczne organella; z reguły niewielka.Wszystkie organizmy prokariotyczne są jednokomórkowe. Nie posiadają jądra komórkowego. Jego funkcję zastępuje nukleoid (genofor). Materiał genetyczny nie jest oddzielony od reszty komórki żadną błoną. Jest zawieszony w tzw. obszarze jądrowym cytoplazmy. Komórka prokariotyczna zawiera:

- genofor;

- rybosomy;

- błonę i ścianę komórkową;

- ew. także wici.

Komórki te nie mogą się dzielić mitotycznie ani mejotycznie. Rozmnażają się przez prosty podział komórki (amitoza). Do komórek prokariotycznych należą komórki bakterii (w tym sinic) oraz archeonów.

Ściana komórkowa

Kształt komórki determinuje ściana komórkowa, która dodatkowo chroni komórkę przed pęknięciem w wyniku zwiększonego napływu wody do jej wnętrza. U bakterii właściwych (czyli także sinic) zbudowana jest z biopolimeru peptydowo-wielocukrowego – mureiny, zaś u archeanów (archeabakterii) głównym jej składnikiem jest pseudomureina lub białka ułożone w tzw. warstwę S. Część archeanów i wszystkie mikoplazmy (grupa bakterii) nie posiadają ściany komórkowej.

U bakterii grubość ściany komórkowej warunkuje, jaki będzie rezultat barwienia metodą Grama i de facto jest podstawą klasyfikacji bakterii na Gram-dodatnie i Gram-ujemne. Te pierwsze (G+) mają ścianę o grubości 15-50 nm, zaś drugie (G-) kilkukrotnie cieńszą, 2-10 nm. Różnica ta pociąga za sobą także odmienności w fizjologii i wrażliwości na leki między obiema grupami bakterii.

Budowa komórki eukariotycznej

Komórka eukariotyczna - komórka mająca jądro komórkowe ograniczone otoczką jądrową, zawierające DNA z histonami upakowane w chromosomy (eucyty mają zazwyczaj tylko jedno jądro, choć np. komórki mięśniowe czy megakariocyty mają wiele jąder, orzęski mają dwa różne jądra: mikro- i makronukleus, zaś czerwone krwinki ssaków i człony rurek sitowych roślin tracą w trakcie rozwoju jądra).
Inną cechą odróżniającą komórki eukariotyczne od prokariotycznych (bakterie, archeony) jest wysoce skomplikowana struktura wewnętrzna. Eukarionty mają bowiem cytoszkielet, skomplikowany system organelli błonowych (retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego itd.) i organelli półautonomicznych (mitochondria, chloroplasty). Komórki eukariotyczne mogą być samodzielnymi organizmami, tworzyć kolonie lub agregaty wielokomórkowe.

Komórki eukariotyczne są większe od prokariotycznych – średnio ich długość mieści się w granicach 10-100 μm. Część komórek Eucaryota jest jednak jeszcze większa, jak np. jaja, czy niektóre neurony.

Kształt komórki u roślin i grzybów determinuje ściana komórkowa, zaś u zwierząt – organizmów, które nie posiadają ściany komórkowej – głównie środowisko zewnętrzne (zwłaszcza ciśnienie osmotyczne).

Ściana komórkowa

Ściana komórkowa grzybów zbudowana jest najczęściej z chityny (rzadziej z celulozy i innych związków), zaś roślin z włókien celulozowych tworzących mikrofibryle zatopione w macierzy. Macierz ta składa się głównie z wody, hemiceluloz, pektyn i białek.

U roślin, wraz z wiekiem, zmieniają się skład i właściwości ściany komórkowej. Tzw. ścianę pierwotną, pojawiającą się w komórce roślinnej zaraz po jej powstaniu, cechuje duża wytrzymałość na rozciąganie oraz stosunkowo duża zawartość wody. Często pierwotna ściana roślin jest cienka, choć nie jest to regułą. W momencie zakończenia wzrostu komórki, między protoplastem (żywą częścią komórki, czyli błoną i organellami), a ścianą pierwotną, powstaje Ściana wtórna. Cechuje ją mniejsza zawartość wody, a większa celulozy i hemiceluloz oraz odporność na ściskanie i inne bodźce mechaniczne. Często jest gruba, choć to także nie jest regułą. Wtórna ściana komórkowa roślin może ulegać różnym modyfikacjom, jak np. inkrustacja.

9.      Podział organizmów ze względu na sposób oddychania i ze względu na sposób odżywiania i przykłady takich organizmów

Odżywianie

1. Autotrofy – bakterie samożywne, są zdolne do wytwarzania substancji organicznych ze związków nieorganicznych.

   • Fotoautotrofy – bakterie fotosyntetyzujące. Produkują one związki organiczne w procesie fotosyntezy, wykorzystując bakteriochlorofil np. bakterie zielone i purpurowe.

   • Chemoautotrofy – bakterie chemosyntezujące. Produkują one związki organiczne w procesie chemosyntezy. Zamiast energii słonecznej i chlorofilu, wykorzystują energię zdobywaną przez utlenianie różnych związków nieorganicznych np. siarkowodoru, amoniaku, związków żelaza i innych.

2. Heterotrofy – bakterie cudzożywne. Wydzielają do środowiska enzymy, które rozkładają (trawią) materię organiczną (białka, węglowodany, tłuszcze) w podłożu. Powstałe w ten sposób związki organiczne są osmotycznie wchłaniane przez komórkę bakteryjną.

   • Saprofity (roztocza) - Pobierają pokarm z rozkładanych obumarłych szczątków roślin.

   • Pasożyty – zdobywają pokarm, żerując w tkankach żywych organizmów, rzadko doprowadzając do ich śmierci. Pasożyty mogą być zewnętrzne i wewnętrzne.

   • Bakterie symbiotyczne – żyją w ciele innego organizmu, odżywiają się jego kosztem ale przynoszą mu również pewne korzyści.

Oddychanie

1. Aeroby – bakterie tlenowe. Przeprowadzają proces oddychania tlenowego: glikoliza + cykl Krebsa + łańcuch oddechowy

2. Anaeroby – bakterie beztlenowe. Przeprowadzają proces oddychania beztlenowego: glikoliza + fermentacja (alkoholowa, octowa, mlekowa, masłowa)

10.  Udział drobnoustrojów w przemianach związków azotu

11.  Specyfika przebiegu fotosyntezy w komórkach roślin, glonów i prokariotów

Warunki fotosyntezy :
- Obecność chloroplastów w komórkach
- Dostępność światła( słoneczne, elektryczne)
- Dostępność soli mineralnych (jony magnezowe aktywują fotosyntezę)
- Dostępność wody
- Temperatura - optimum 20
- Niedobór jednego składnika pokarmowego, nawet przy pełnym dopływie pozostałych, ogranicza fotosyntezę.


Fotosynteza, proces syntezy prostych związków organicznych (węglowodanów) z dwutlenku węgla i wody przebiegający dzięki wykorzystaniu energii świetlnej pochłanianej przez chlorofil.

Fotosynteza

wychwytywaniu kwantów promieniowania świetlnego przez chlorofil i przekształcaniu ich energii w energię chemiczną . Energia ta zostaje zakumulowana w postaci wiązań chemicznych powstających w wyniku przyswajania CO2 . Komórki zdolne do fotosyntezy redukują go do węglowodanów .
Odbywa się to według równania:`

chlorofil
6CO2 + 6 H2O + energia --------> C6H12O6 + 6 O2
enzymy


Wpływ warunków zewnętrznych na intensywność fotosyntezy:
1.Swiatło
Jest niezbędne w pierwszej fazie fotosyntezy
natężenie światła zmienia się w ciągu roku, dnia, jest zależne
od zanieczyszczenia powietrza, w lesie się zmienia
wraz ze wzrostem natężenia światła wzrasta intensywność
przeprowadzania fotosyntezy ale tylko do pewnego czasu, gdy
natężenia jest za duże następuje blokada chlorofilu i
zwiększenie transpiracji.

Pod wpływem tolerancji na światło rośliny dzielimy na:

Światłożądne- mają duże zapotrzebowanie na światło, rośliny gór,
zboża
Cienioznośne- nie rosną w pełnym świetle potrzebują jedynie 10%
np. rośliny runa leśnego.

2.CO2
Przy dostatecznym oświetleniu tempo przebiegu fotosyntezy zależy
od stężenia CO2
Wzrost stężenia CO2 o 0.15% powoduje wzrost intensywności
fotosyntezy o 3 razy.

3.Temperatura.
Najwyższa intensywność fotosyntezy jest w temp. Od 20C-, za
niska i za wysoka temp. Obniża i zahamowuje fotosyntezę
Przystosowanie roślin do obrony przed zimą:
- zrzucanie liści (żeby nie doprowadzić do nadmiernej utraty wody)
- rośliny iglaste- warstwa komórek tk. Okrywającej o zgrubiałej
kutykuli zabezpiecza tk liścia, przed niską temp. I parowaniem
wody
- aparaty szparkowe w zagłębieniach

4.Woda
niezbędna do I fazy fotosyntezy, decyduje o rozwartości aparatów szparkowych.
Nadmierny ubytek wody powoduje:
- zamykanie szparek
- hamuje dopływ Co2
- nie zachodzi fotosynteza

5.Sole mineralne
- potrzebne do budowy zw. Organicznych
- regulują procesy życiowe
- magnez- składnik chlorofilu
- azot- jago brak hamuje powstawanie chlorofilu
- żelazo- bierze udział w wytwarzaniu chlorofilu
jak rośliny uzupełniają brak azotu?
- żyjąc w symbiozie z bakteriami azotowymi (rośliny motylkowe)
- łapiąc owady i trawiąc je (rośliny owadożerne)


Proces zamiany energii świetlnej na chemiczną wiązań asymilatów dzielimy na dwie wyraźne fazy:
1. Fazę Jasną
- przebiega on w gronach chloroplastów i polega na wytwarzaniu siły asymilacyjnej czyli ATP i NADPH2. Fotony światła padając na chlorofil powodują wybicie z niego elektronu. Chlorofil przechodzi w stan wzbudzenia, a wybite elektrony, które mają zapas energii z pochłoniętych kwantów światła przechodzą przez układ przenośników, tracąc energię, która gromadzona jest w ATP (fosforylacja fotosyntetyczna). W zależności od losu wybitych elektronów i ukł przenośników wyróżniamy 2 typy fosforylacji: cykliczną i niecykliczną. W czasie fazy jasnej zachodzi rozkład wody, wydziela się tlen, powstaje zredukowany NADPH2
- zależną bezpośrednio od światła, podczas której dochodzi do wytworzenia tzw. siły asymilacyjnej umożliwiającej zachodzenie dalszych etapów. Przemiany zachodzące w tej fazie zapisuje się uproszczonym równaniem:

12H2O + ENERGIA ŚWIETLNA + 18 ADP + 18 Pi 12(H2) + 18 ATP + 6O2


2. Fazę Ciemną
- zachodzącą w stromie chloroplastów i niezależną bezpośrednio od światła, co oznacza, że odcięcie dopływu światła nie zatrzymuje od razu tej "części" fotosyntezy, dopiero wyczerpanie siły asymilacyjnej wywołuje taki skutek. W fazie ciemnej dochodzi do asymilacji CO2 i powstania związków organicznych, czyli produktów fotosyntezy, które mogą służyć jako substancje wyjściowe do dalszych przemian. W tej części fotosyntezy dochodzi do przemiany substancji. Reakcję ogólną tego procesu można przedstawić równaniem:

6CO2 + 12(H2) + 18 ATP C6H12O6 + 6H2O + 18 ADP + 18 Pi

12(H2) = 12 cząsteczek zredukowanego NADPH + H+

Praktycznie cała energia swobodna, z której korzystają układy żywe pochodzi ze słońca. Aby rośliny mogły pochłaniać kwanty światła i ich energię zamieniać na energię użyteczną biologicznie, potrzebne są cząsteczki zdolne do pochłaniania, czyli absorpcji światła. Są nimi fotoreceptory, czyli barwniki fotosyntetyczne, a wśród nich chlorofile, które są magnezoporfirynami (o czym świadczy budowa chlorofilu: w środku czterech pierścieni węglowo-azotowych, czyli pirolowych ułożonych w czworokąt położony jest atom magnezu).
W procesie świetlnym następuje pochłanianie energii świetlnej przez chlorofil, w następstwie czego tworzy się ATP, czyli fosforylacja fotosyntetyczna, a u roślin wyższych również fotoliza wody i redukcja NADP+.
W bakteriach, w których substancją redukującą jest wodór lub pewne związki, główną funkcją procesu świetlnego jest wytwarzanie ATP, natomiast redukcja NADP+ zachodzi w ciemnej reakcji enzymatycznej.
W procesie ciemnym następuje wbudowywanie CO2 do związków organicznych przy wykorzystaniu zredukowanych nukleotydów pirydynowych oraz energii zawartej w ATP.

12.  Rodzaje organizmów chemosyntetycznych i ich przykłady

Chemosynteza – proces przekształcania CO2 przez bakterie w związki organiczne z wykorzystaniem energii pochodzącej z utleniania związków nieorganicznych lub organicznych jednowęglowych.

Organizmy chemosyntetyzujące dzieli się na dwie grupy: (oraz ich przykłady)

1. Chemolitotrofy – organizmy, dla których źródłem energii są utleniane substraty

nieorganiczne.

• Bakterie siarkowe – wykorzystują H2S i S np. Thiobacillus

• Bakterie nitryfikacyjne – wykorzystujące NH3 np. Nitrosomonas

• Bakterie nitryfikacyjne – wykorzystujące NO2- np. Nitrobacter

• Bakterie żelaziste – wykorzystują Fe2+ np. Thiobacillus ferrooxidans

• Bakterie wodorowe – wykorzystują wodór np. Hydrogenomonas, Mycobacterium

2. Chemoorganotrofy – korzystają z energii 1-węglowych związków organicznych.

• Metylotrofy – organizmy wykorzystujące metan, metanol, mrówczan np. Methylobacter

• Metanotrofy – grupa metylotrofów utleniająca metan do CO2

Organizmy chemosyntetyzujące mają niewielki udział w globalnej produkcji biomasy, jednak

spełniają istotną rolę, gdyż utleniają związki trujące np. H2S, a także wzbogacają glebę w

nowe związki. Biorą udział w krążeniu takich pierwiastków jak azot, siarka, żelazo.

13. Wirusy- budowa, chorobotwórczość i występowanie w środowisku

14. Wpływ czynników chemicznych i fizycznych na bakterie

15. Drobnoustroje autochtoniczne i allochtoniczne w wodach powierzchniowych – rola i znaczenie sinic oraz glonów

Znaczenie sinic

Sinice wodne mogą stanowić niepożądany składnik biocenozy w zbiornikach, szczególnie w czasie tzw. zakwitów, zwłaszcza niektóre szczepy wydzielające substancje trujące. Dla organizmów wodnych sinice są marginalnym źródłem pożywienia, gdyż zawierają mało substancji łatwo przyswajalnych. Ponadto forma nitkowata ich kolonii jest utrudnieniem dla typowych fitoplanktonożerców. Nici sinic dostając się do aparatów filtracyjnych wioślarek mechanicznie je blokują, utrudniając dalszą filtrację. W skrajnych przypadkach takie oddziaływanie może prowadzić do zmniejszenia liczebności dużych planktonożerców (nici sinic są zbyt duże, by dostać się do aparatów filtracyjnych małych wioślarek)[6].

Dla człowieka poza niekorzystnym działaniem (zakwity, toksyny sinicowe) sinice mają również wpływ pozytywny. Wykorzystuje się je do wzbogacania gleby w związki azotowe, np. wprowadzone do upraw ryżu zwiększają plon o około 20%.

Ostatnio trwają badania nad hipotezą wpływu obecności sinic w pożywieniu ludzi chorujących na choroby neurologiczne

Znaczenie glonów w gospodarce i życiu człowieka:
- są wykorzystywane jako pokarm w gospodarce rybnej,
- biorą udział w biologicznym oczyszczaniu wód,
- wydzielają tlen podczas fotosyntezy,
- zwiększają aerację, czyli napowietrzenie gleby, mineralizują glebę,
jako nawóz wzbogacają glebę w próchnicę,
- wykorzystywane są jako pasza dla zwierząt (listownica, morszczyn),
- stanowią białkowy pokarm dla człowieka (chlorella, listownica),
- są źródłem witamin, jodu, boru, miedzi, soli potasowych i sodowych (morszczyn),
- przemysł tekstylny wykorzystuje kwas alginowy (z brunatnic) do impregnacji tkanin (aby były nieprzemakalne) ,
-przemysł papierowy wykorzystuje kwas alginowy (z brunatnic) do produkcji kartonu i tektury,

w przemyśle spożywczym używane są do produkcji galaretek, lodów, majonezu
Są stosowane w medycynie

W badaniach nad zanieczyszczeniem środowiska są wykorzystywane jako bioidykatory – wskaźniki stopnia zanieczyszczenia wody np.: chlorella.

Nadmierny i niepożądany rozwój glonów powoduje:
- zakwity wody oraz okresowy deficyt tlenowy z masowym gniciem fauny wód,
- zapychanie filtrów, utrudniające przepływ wody,
- zahamowanie rozwoju innych organizmów,
- obniżanie walorów smakowo-zapachowych ryb,
- obrastanie i obciążanie statków.

16. Drobnoustroje chorobotwórcze w wodach powierzchniowych – bakterie, pierwotniaki

17. Podstawy hydrobiologii - charakterystyka zbiorników wodnych (wody płynące, stojące, przejściowe), czynniki ekologiczne wpływające na rozwój organizmów wodnych

18. Zespoły organizmów wodnych i ich rozmieszczenie

19. Troficzność zbiorników wodnych (produkcja pierwotna i wtórna, przykłady zbiorników o różnej troficzności)

20. Eutrofizacja wód powierzchniowych (przyczyny, skutki, sposoby zapobiegania)

21. Samooczyszczanie wód powierzchniowych – istota samooczyszczania, procesy jednostkowe, wpływ czynników biologicznych i fizykochemicznych na procesy samooczyszczania

22. Strefy wód zanieczyszczonych – charakterystyka, organizmy wskaźnikowe

23. Biologiczne oczyszczanie ścieków na złożach biologicznych (mechanizm oczyszczania, drobnoustroje wchodzące w skład błony biologicznej)

Złoża biologiczne – duże zbiorniki wypełnione luźno porowatym materiałem, przez które od góry przepuszcza się ścieki, tlen dociera od góry i dołu. Wypełnienie to tłuczeń granitowy, żużel i koks. W trakcie przepływu przez złoże na powierzchni wypełnienia tworzy się błona biologiczna.

Złoża zalewane to pierwszy i najstarszy rodzaj złóż biologicznych. Złoża zalewane były zbiornikami najczęściej żelbetowymi, wypełnionymi materiałem naturalnym np. kamieniem, lawą wulkaniczną czy koksem hutniczym. Złoże takie było okresowo zalewane wstępnie oczyszczonymi ściekami. Po kilkugodzinnym kontakcie z błoną biologiczną na wypełnieniu ścieki były odprowadzane jako oczyszczone. Obecnie złoża zalewane nie znajdują zastosowania, gdyż sprawność ich jest mała i szybko zasklepiają się zatrzymanymi osadami. Zostały one wyparte przez złoża zraszane (przez które ścieki stale przesączają się, bez zatapiania złoża, dzięki czemu możliwa jest stała wymiana powietrza).

Złoża zraszane są to obecnie najczęściej spotykane konstrukcje złóż biologicznych. Złoże zraszane to zbiornik szczelny najczęściej o przekroju okrągłym. W przypadku niewielkich oczyszczalni ścieków większość obecnych konstrukcji złóż biologicznych zraszanych budowanych jest w oparciu o laminaty i inne tworzywa sztuczne.

Zasada działania złóż biologicznych zraszanych jest prosta. Ścieki doprowadzane są od dołu złoża i grawitacyjnie lub pompowo doprowadzane są ponad złoże do zraszacza obrotowego lub specjalnej dyszy rozbryzgowej. System zraszania złoża rozprowadza ścieki równomiernie po powierzchni złoża.


Oczyszczone ścieki zbierane są pod złożem i odprowadzane do osadnika wtórnego.

Napowietrzanie ścieków odbywa się poprzez kontakt ścieków z powietrzem atmosferycznym podczas zraszania złoża. Złoża otwarte wykorzystują różnicę temperatur powietrza i ścieków, która wytwarza pewien ciąg kominowy. W konstrukcjach zamkniętych nieprzerwany dopływ powietrza zapewnia wentylator umieszczony w obudowie złoża.

Złoża zanurzone (zalane) jest rodzajem złoża biologicznego stale umieszczonego pod powierzchnią ścieków. W tych konstrukcjach najczęściej wykorzystuje się pakietowe wypełnienia z tworzyw sztucznych. Tlen wymagany do procesów biologicznych dostarczany jest w formie sprężonej poprzez dyfuzory umieszczone pod złożem.

Złoża tarczowe (obrotowe) to rodzaj oczyszczalni z ruchomym wypełnieniem. Złoże tworzy szereg tarcz umieszczonych współosiowo. Tarcze są częściowo umieszczone w ściekach. Ruch obrotowy tarcz pozwala na dostarczenie tlenu atmosferycznego wymaganego do procesów tlenowego rozkładu oraz dostarczenie materii organicznej ze ścieków. Nadmiar błony biologicznej usuwany jest w osadniku umieszczonym pod obracającymi się tarczami lub odprowadzany do wydzielonego osadnika wtórnego.

Złoża zawieszone (fluidalne) można uznać za system hybrydowy łączący w sobie cechy osadu czynnego i złóż biologicznych. Lekkie kształtki wykonane z tworzyw sztucznych utrzymywane są w toni ścieków przy użyciu sprężonego powietrza lub mieszadeł. Takie rozwiązanie pozwala prowadzić procesy oczyszczania ścieków w sposób bardzo podobny do technologii osadu czynnego. Możliwość transportu masy biologicznej pomiędzy reaktorami o zmiennym stężeniu tlenu pozawala także na usuwanie fosforu na drodze biologicznej. Rozwiązania takie stosowane są w niektórych krajach dla oczyszczania bardzo małych ilości ścieków. Obecnie można także spotkać takie rozwiązania na większych oczyszczalniach ścieków pracujących w technologii osadu czynnego. Wprowadzenie do reaktorów z biomasą zawieszoną niewielkich kształtek lub innego materiału umożliwiającego rozwój mikroorganizmów prowadzi do zwiększenia koncentracji materii biologicznej, co ma znaczący wpływ na szybkość usuwania zanieczyszczeń ze ścieków

24. Oczyszczalnie hydrobotaniczne (zasada i warunki działania, wykorzystywana roślinność)

Oczyszczalnie hydrobotaniczne – obiekty do usuwania zanieczyszczeń w których używa się roślin wyższych: trzcina pospolita, wierzba wiciowa, jeżogłówka, pałka szerokolistna. Trzcina pospolita – posiada świetny system przewietrzający w strefie korzeniowej – długie puste kanały transportujące tlen do podłoża. Charakteryzuje się szybkim rozrostem pędów, ciągle porusza się w podłożu, rozluźniając je powodując wnikanie tlenu. Zbiornik z trzciną jest dobrze uszczelniony, aby ścieki nie przepływały do podłoża. Trzcina pobiera ze ścieków potrzebne związki do swego rozwoju. Osady ulegają całkowitej mineralizacji. Obniżenie zawartości azotu i fosforu od 50 do 80%. Zalety pola trzcinowego: nie zamarzają w zimie, tylko 20% spada wydajność; niskie koszty energii; usunięcie subst. biogennych, N i P oraz metali ciężkich; sorpcja w kłączach; nie trzeba przerabiać osadów; żywotność do 50 lat. Wady: Duże zapotrzebowanie terenu, na 1 mieszkańca przypada 5m2.

25. Osad czynny - struktura i biocenoza kłaczków osadu, mechanizm oczyszczania ścieków osadem czynnym, drobnoustroje w warunkach prawidłowej i nieprawidłowej pracy osadu

W osadzie czynnym występują:

- bakterie heterotroficzne ( które odżywiają sie substancjami rozpuszczonymi w ściekach)

- bakterie autotroficzne

Osad czynny - jest to zespół mikroorganizmów (biocenoza), złożony z bakterii, grzybów mikroskopowych i pierwotniaków. Mikroflora osadu (bakterie i grzyby) rozkłada związki organiczne występujące w ściekach na substancje proste, m.in.: dwutlenek węgla, wodę i amoniak, który zostaje utleniony do azotanów ; mikrofauna zaś, odżywiając się bakteriami i grzybami, reguluje ich ilość w biocenozie.

Proces oczyszczania ścieków osadem czynnym polega na wykorzystaniu przemian metabolicznych mikroorganizmów aerobowych swobodnie pływających w napowietrzonych ściekach. Organizmy te tworzą kłaczkowato- gąbczastą zawiesinę, która spełnia te rolę co błona biologiczna. 
Mikroorganizmy tworzące zawiesinę, w pierwszej fazie powodują biokoagulację zanieczyszczeń, które następnie absorbują i utleniają. 
Oczyszczanie ścieków osadem czynnym prowadzone jest w zbiornikach zaopatrzonych w urządzenia napowietrzające i mieszające osad ze ściekami. 
Efekt oczyszczania ścieków poprawia dodatek węgla aktywnego do komór napowietrzania (większa redukcja związków azotu, zmniejszenie zabarwienia, pienienia się, odorów, lepsza sedymentacja osadu). Podobne rezultaty daje dodatek soli glinkowych. 

Złe dzialanie osadu:
Nadmierne stężenie substancji toksycznych może spowodować śmierć mikroorganizmów wchodzących w skład osadu czynnego, a tym samym uniemożliwić biologiczne oczyszczanie ścieków. Oczyszczanie ścieków metodą osadu czynnego jest wzorowane na tlenowych procesach samooczyszczania, zachodzących w wodach powierzchniowych i polega na mineralizacji zanieczyszczeń organicznych znajdujących się w ściekach przez drobnoustroje osadu czynnego w instalacjach technicznych. W wyniku tego procesu mikroorganizmy uzyskują energię niezbędną do życia, powstają mineralne formy węgla, azotu, fosforu i siarki oraz następuje przyrost biomasy. Nadmiar organizmów wynikający z rozkładu związków organicznych, tzw. osad nadmierny, jest usuwany z systemu

26. Biologiczne usuwanie związków biogennych ze ścieków

27. Rola drobnoustrojów w przeróbce osadów ściekowych, drobnoustroje chorobotwórcze w osadach