Informacja

7.1.4: Wpływ pH na wzrost drobnoustrojów — biologia

7.1.4: Wpływ pH na wzrost drobnoustrojów — biologia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

cele nauczania

  • Zilustruj i krótko opisz minimalne, optymalne i maksymalne wymagania dotyczące pH dla wzrostu
  • Zidentyfikuj i opisz różne kategorie drobnoustrojów o wymaganiach pH dla wzrostu: kwasofile, neutrofile i alkalifile
  • Podaj przykłady mikroorganizmów dla każdej kategorii wymagań pH

Jogurt, pikle, kapusta kiszona i potrawy z limonką zawdzięczają swój pikantny smak wysokiej zawartości kwasu (rysunek (PageIndex{1})). Przypomnijmy, że kwasowość jest funkcją stężenia jonów wodorowych [H+] i jest mierzone jako pH. Środowiska o wartości pH poniżej 7,0 są uważane za kwaśne, podczas gdy te o wartości pH powyżej 7,0 są uważane za podstawowe. Ekstremalne pH wpływa na strukturę wszystkich makrocząsteczek. Wiązania wodorowe trzymające razem nici DNA rozpadają się przy wysokim pH. Lipidy są hydrolizowane przez niezwykle zasadowe pH. Siła napędowa protonów odpowiedzialna za produkcję ATP w oddychaniu komórkowym zależy od gradientu stężenia H+ przez błonę komórkową (patrz Oddychanie komórkowe). Jeśli H+ jony są neutralizowane przez jony wodorotlenkowe, gradient stężeń załamuje się i utrudnia wytwarzanie energii. Ale składnikiem najbardziej wrażliwym na pH w komórce jest jej koń roboczy, białko. Umiarkowane zmiany pH modyfikują jonizację grup funkcyjnych aminokwasów i zakłócają wiązania wodorowe, co z kolei sprzyja zmianom w fałdowaniu cząsteczki, promując denaturację i aktywność niszczącą.

Optymalne pH wzrostu to najbardziej korzystne pH dla wzrostu organizmu. Najniższa wartość pH, jaką organizm może tolerować, nazywana jest minimalnym pH wzrostu, a najwyższe pH to maksymalne pH wzrostu. Wartości te mogą obejmować szeroki zakres, co jest ważne dla zachowania żywności i przetrwania drobnoustrojów w żołądku. Na przykład optymalne pH wzrostu Salmonella spp. wynosi 7,0-7,5, ale minimalne pH wzrostu jest bliższe 4,2.

Większość bakterii to neutrofile, co oznacza, że ​​optymalnie rozwijają się przy pH w zakresie jednej lub dwóch jednostek pH neutralnego pH 7 (patrz rysunek (PageIndex{2})). Najbardziej znane bakterie, takie jak Escherichia coli, gronkowce i Salmonella spp. są neutrofilami i nie radzą sobie dobrze w kwaśnym pH żołądka. Istnieją jednak patogenne szczepy E. coli, S. typhi, oraz inne gatunki patogenów jelitowych, które są znacznie bardziej odporne na działanie kwasu żołądkowego. Dla porównania, grzyby rozwijają się przy lekko kwaśnych wartościach pH 5,0-6,0.

Mikroorganizmy, które rosną optymalnie przy pH mniejszym niż 5,55, nazywane są acydofilami. Na przykład utlenianie siarki sulfolobus spp. izolowane od pól błotnych siarki i gorących źródeł w Parku Narodowym Yellowstone są ekstremalnymi akwadofilami. Te archeony przeżywają przy wartościach pH 2,5-3,5. Gatunki z rodzaju archaean Ferroplazma żyją w kwaśnych odwodnieniach kopalni przy wartościach pH 0–2,9. Lactobacillus bakterie, które są ważną częścią prawidłowej mikroflory pochwy, mogą tolerować środowisko kwaśne o wartości pH 3,5–6,8, a także przyczyniają się do zakwaszenia pochwy (pH 4, z wyjątkiem początku menstruacji) poprzez produkcję metaboliczną kwasu mlekowego. Kwasowość pochwy odgrywa ważną rolę w hamowaniu innych drobnoustrojów, które mniej tolerują kwasowość. Mikroorganizmy kwasolubne wykazują szereg przystosowań, aby przetrwać w silnie kwaśnym środowisku. Na przykład białka wykazują zwiększony ujemny ładunek powierzchniowy, który stabilizuje je przy niskim pH. Pompy aktywnie wyrzucają H+ jony z komórek. Zmiany w składzie fosfolipidów błonowych prawdopodobnie odzwierciedlają potrzebę utrzymania płynności błony przy niskim pH.

Na drugim końcu spektrum znajdują się alkalifile, mikroorganizmy, które najlepiej rosną przy pH między 8,0 a 10,5. Vibrio cholerae, patogenny czynnik cholery, rośnie najlepiej przy lekko zasadowym pH 8,0; może przetrwać wartości pH 11,0, ale jest inaktywowany przez kwas żołądkowy. Jeśli chodzi o przetrwanie przy wysokim pH, jasnoróżowy archaean Natronobakterie, znaleziona w jeziorach sodowych afrykańskiej Doliny Ryftowej, może utrzymywać rekord przy pH 10,5 (rysunek (PageIndex{3})). Ekstremalne alkalifile przystosowały się do swoich trudnych warunków poprzez ewolucyjną modyfikację struktury lipidów i białek oraz mechanizmy kompensacyjne w celu utrzymania siły napędowej protonów w środowisku alkalicznym. Na przykład alkalifil Bacillus firmus czerpie energię do reakcji transportu i ruchliwości z Na+ gradient jonów, a nie siła napędowa protonów. Wiele enzymów z alkalifili ma wyższy punkt izoelektryczny, ze względu na wzrost liczby aminokwasów zasadowych, niż homologiczne enzymy z neutrofili.

PRZETRWANIE PRZY NISKIM PH ŻOŁĄDKA

Wrzody trawienne (lub wrzody żołądka) to bolesne rany na wyściółce żołądka. Do lat 80. uważano, że są one spowodowane ostrymi potrawami, stresem lub kombinacją obu. Pacjentom zazwyczaj zalecano spożywanie mdłych pokarmów, przyjmowanie leków przeciwkwasowych i unikanie stresu. Te środki nie były szczególnie skuteczne, a stan często powracał. Wszystko to zmieniło się dramatycznie, gdy prawdziwą przyczyną większości wrzodów trawiennych była szczupła bakteria w kształcie korkociągu. Helicobacter pylori. Organizm ten został zidentyfikowany i wyizolowany przez Barry'ego Marshalla i Robina Warrena, których odkrycie przyniosło im Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny w 2005 roku.

Zdolność H. pylori przetrwanie niskiego pH żołądka wydaje się sugerować, że jest on skrajnym acydofilem. Jak się okazuje, tak nie jest. W rzeczywistości, H. pylori jest neutrofilem. Jak więc przetrwa w żołądku? Wybitnie, H. pylori tworzy mikrośrodowisko, w którym pH jest prawie neutralne. Osiąga to poprzez wytwarzanie dużych ilości enzymu ureazy, który rozkłada mocznik do NH4+ i CO2. Jon amonowy podnosi pH najbliższego otoczenia.

Ta zdolność metaboliczna H. pylori jest podstawą dokładnego, nieinwazyjnego testu na infekcję. Pacjent otrzymuje roztwór mocznika zawierający radioaktywnie znakowane atomy węgla. Gdyby H. pylori jest obecny w żołądku, szybko rozkłada mocznik, wytwarzając radioaktywny CO2 które można wykryć w oddechu pacjenta. Ponieważ wrzody trawienne mogą prowadzić do raka żołądka, pacjenci, którzy są zdecydowani mieć: H. pylori infekcje leczy się antybiotykami.

Ćwiczenie (PageIndex{1})

  1. Jaki wpływ na białka mają ekstremalne wartości pH?
  2. Jakimi bakteriami przystosowanymi do pH byłaby większość ludzkich patogenów?

Kluczowe pojęcia i podsumowanie

  • Bakterie są na ogół neutrofile. Najlepiej rosną przy neutralnym pH zbliżonym do 7,0.
  • kwasofile rosną optymalnie przy pH zbliżonym do 3,0. Alkalifile to organizmy, które optymalnie rosną w zakresie pH od 8 do 10,5. Ekstremalne kwasofile i alkalifile rosną powoli lub wcale w pobliżu obojętnego pH.
  • Mikroorganizmy najlepiej rozwijają się u siebie optymalny wzrost pH. Wzrost następuje powoli lub wcale poniżej minimalny wzrost pH i powyżej maksymalny wzrost pH.


Obejrzyj wideo: Jak zrobić EKSPERYMENT? Hodowla mikroorganizmów w domu! (Październik 2022).