ГЛАВА 14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
СУЩЕСТВОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ ПРИ ВЫСОКИХ И НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Жизнь организмов определяется температурой больше, чем каким-либо фактором внешней среды, в связи с тем, что все организмы построены из химических компонентов и все процессы жизни происходят на основе химических реакций, подчиненных законам термодинамики. Температура действует не только на скорость химических реакций, но также является причиной структурной перестройки протеинов, фазовых перемещений жиров, изменения структуры воды. Температурная амплитуда биохимической активности относительно мала в связи со специфическими свойствами биомолекул.
По отношению к температуресреды обитания микроорганизмы делят на мезофильные, психрофильные и термофильные.Деление бактерий на указанные группы довольно условно, так как температурные диапазоны их роста значительно перекрываются (рис. 14.1).
Рис. 14.1. Температурные границы и оптимальные зоны роста прокариот и основанная на этом их классификация: I. Психрофилы: 1 – облигатные; 2 – факультативные. II. Мезофилы. III.Термофилы: 3 – термотолерантные; 4– факультативные; 5 – облигатные; 6 – экстремальные. Жирной линией выделены оптимальные температуры роста
Большинство известных видов относится к мезофилам, у которых оптимальные температуры роста лежат между 30 и 40 °С, а температурный диапазон, в котором возможен рост находится между 10 и 45–50 °С. типичным мезофилом является E. сoli: нижняя граница роста +10 °С, верхняя +49 °С, оптимальная температура +37 °С при росте на богатой среде.
|
|
|
Психрофилы и факторы, определяющие возможность роста при низких температурах. Границы адаптивных температур для психрофилов лежат в пределах –10 - +20 °С. Психрофилы делятся на облигатные и факультативные.
Сходство облигатных и факультативныхв способности к росту при 0 °С и минусовых температурах. Термин «психрофильные организмы» в настоящее время применяется в пищевой микробиологии к микроорганизмам, которые растут в области температур от точки замерзания до 20 °С при оптимальных значениях температур от 10 до 15 °С. Для микроорганизмов, способных расти при 5 °С и ниже, был предложен термин «психротрофы» (от латинского psychros — холод и trephein – питаться, развиваться). К психротрофам относят бактерии, растущие при температурах 0 - 7 °С. Поэтому, вызывающие порчу молочной продукции, мяса растительного сырья, овощей и фруктов при их хранении в температурных диапазонах 0 - 5 °С, называют психротрофами.
Однако скорость роста у различных групп психротрофов в выше указанном диапазоне температур разная то их разделили на две группы: эврипсихротрофы (eurypsychrotroph – от eurys – широкий, пространный, размашистый) и стенопсихротрофы. Они отличаются скоростью образования видимых колоний на плотных средах.
|
|
|
Микроорганизмы размножаются при низких температурах потому что:
· клетки обладают ферментамис низкотемпературной адаптацией;
· в связи с большим количеством ненасыщенных жирных кислот мембраны не замерзают;
· не утрачивается свойство образовывать полисомы при низкой температуре;
· приспособление к пониженной температуре проявляется в изменении состава мембран (в ней повышается содержание ненасыщенных жирных кислот) и синтезе криопротекторов (например, глицерола);
· другой механизм связан с накоплением в клетках больших количеств наиболее важных ферментов, так что даже при неоптимальной температуре их функционирование позволяет клетке поддерживать достаточную активность.
Постоянно обитающие в источниках с низкой температурой микроорганизмы называют психротрофами.
Холодоустойчивость микроорганизмов.Организмы, способные образовывать тепло внутри своего организма с помощью различных физиологических и биохимических механизмов, называют эндотермными (эндотермы), а организмы, температура тела которых полностью зависит от температуры окружающей среды, т.е. определяется внешними источниками тепла – эктотермными (эктотермы).
|
|
|
Многочисленные наблюдения позволяют утверждать, что при переходе от среды обитания с относительно высокой температурой к среде обитания с низкой температурой эктотермные организмы способны поддерживать свой метаболизм на необходимом для нормальной жизнедеятельности уровне, для чего в процессе эволюции у них сформировались специальные генетико-биохимические механизмы.
Поддержание постоянства метаболизма у эктотермных организмов при смене температуры обитания названо температурной компенсацией. Генетико-биохимическая адаптация эктотермных организмов к изменению температурных условий обитания достигается разными путями: регуляцией экспрессии генов, изменениями функциональной активности ферментов, заменой одних изоферментов другими, изменениями концентрации ферментов в клетках и тканях и подвижностью жидкокристаллического состояния мембран.
Как происходит компенсация температурных влияний у эктотермных организмов? Это осуществляется при помощи качественной или количественной стратегии, т.е. или путем качественного изменения каталитической эффективности самих ферментов, или путем изменений количественного содержания ферментов в клетках. Под каталитической эффективностью фермента понимают меру скорости, с которой одна молекула фермента может превратить субстрат в необходимый для метаболизма продукт.
|
|
|
Патогенные бактерии при выведении из теплокровного организма попадают в окружающую среду, где температура значительно ниже и перепад ее для бактерий может составлять до 30-35°С. С учетом узкого диапазона активности ферментов, становится понятным, что в этих изменяющихся условиях один фермент не способен функционировать. Экзотермные организмы могут синтезировать несколько форм ферментов, сходных по функции, но отличающихся молекулярной массой и приспособленностью к различным температурам. Синтез этих форм может кодироваться разными генными локусами и тогда они называются изоферментами (изозимами).
Изоферменты, которые способны работать при различных температурах сред обитания, назвали «холодовыми» и «тепловыми» вариантами. Этих вариантов может быть от двух и более. Синтезируются они по принципу регуляции экспрессии генов. Различная температура является индуктором депрессии и репрессии операторных локусов, поскольку известно, что репрессоры при различной температуре могут более или менее активно блокировать операторные локусы генов и ослабляют или усиливают их экспрессию. Возможен вариант конформационных изменений фермента, приводящих к переходу фермента в другую форму, адаптированную для работы в холодных условиях. Таким образом, температурная фенотипическая адаптация эктотермов может происходить или вследствие замены одних изоферментов другими, или в результате изменений устойчивости одного и того же фермента.
При изменении температурных условий обитания компенсация может осуществляться за счет изменения концентрации ферментов. Однако для бактерий наиболее целесообразным представляется адаптация к изменениям температуры на изоферментном уровне.
В бактериальной клетке температурозависимые изоферменты всегда находятся в небольших количествах, чтобы немедленно включиться в метаболизм при резких перепадах температуры. А затем под ее индуктивным влиянием синтезируется изофермент, который необходим.
Для каждого фермента существует зона минимума, в которой активность фермента тормозится в разной степени низкой температурой, и реакции, им катализируемые, протекают с меньшей скоростью или останавливаются. Среди многообразия адаптаций к температурным условиям среды необходимо отметить пойкилотермию микроорганизмов. Температура микробных тел следует за температурой внешней среды и микроорганизмы вынуждены периодически впадать в состояние физиологического покоя, что сопровождается повышением устойчивости к неблагоприятным абиотическим факторам.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 250; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!