1. Nitryfikacja- drobnoustroje, przebieg procesu, warunki procesu, możliwe produkty.
Nitryfikacja- przekształcanie amonu i soli amonowych do azotynu, a następnie do azotanu w glebie. Organizmy utleniające amon dostarczają substrat dla tych, które utleniają azotyn. Przeprowadzana przez bakterie nitryfikacyjne. I. NH4-+1,5O2>>>NO2-+H2O+273,9 kJ utl. Amonu- nitro N:C 35,4:1 II. NO2-+ 0,5O>>> NO3- + 73, 3 kJ utl. Azotynu- nitro N:C 135:1 mniejsza wydajność Nie odkryto jeszcze bakterii bezpośrednio przeprowadzających cały ten proces. Drobnoustroje I- Nitrosomas europea (małe pałeczki z polarną rzęską), Nitrosolobus multifomis (owoidalne komórki w śluzowych skupieniach), Nitrosopira briensis (spiralne), Nitrosococcus oceanus. Drobnoustroje II- Nitrobacter winogradskyi, agilis, humbergebssis, Nitrococcus mobilu. Są to bakterie chemolitoautotroficzne. Przebiega to w glebie w warunkach tlenowych. Produkty:. NO2-, NO3-, NH2OH, [NOH] i energia. Dokonywany przez samożywne bakterie glebowe, które wykorzystują uwalnianą w tym procesie energię do biosyntezy związków organicznych, z CO2 i H2O. Źródłem węgla jest dwutlenek węgla. Szlak utleniania amonu: NH3>>> NH2OH >>> [NOH]>>> NO2->>> NO3-I etap jest endoergiczny i katalizowany przez monoksygenazę amonową. Atom tlenu z NH2OH jest z tlenu atmosferycznego. II jest katalizowany przez oskydoreduktazę hydroksyloaminową. Jedynie etap utleniania hydroksyloaminy do azotynu i potem do azotanu daje energię wykorzystaną.
2. Omów znaczenie procesu nitryfikacji dla środowiska.
Powoduj zakwaszenie gleby, dlatego dodaje się spowalniacze nitryfikacji. Azotany a wolno wiązane przez koloidy glebowe, przez co są wypłukiwane w głąb profilu. Powoduj to niedobór NO2-. Przez to są ogromne straty. Gdy azotyny trafią do zbiornika wodnego powodują jego eutrofizację- zarośnięcie, a następnie przekształca się w bagno. Takie bakterie należą do flory glebowej i uczestniczą w powolnym utlenianiu produktów pośrednich powstających podczas rozpadu zw. Organicznych. Tworzą azotany, najchętniej wykorzystywaną przez roślinę formę azotu. Jony amonowe w dobrze nawietrznych glebach szybko są utleniane. Zastępowany jest kation anionem. To zakwasza i zwiększa rozpuszczalność minerałów- jonów Potasu, wapnia, magnezu i fosforanów. Bakterie niszczą wapienie i cement, bo utleniają amon z atmosfery lub odchody zwierząt do kwasu azotowego.
3. Chemolitoautotrofy-
bakterie (organizmy), które zdobywają energię potrzebną do życia z utlenienie związków nieorganicznych. Np. bakterie nitryfikacyjne, siarczkowe, wodorkowe, żelazowe. Używają energii chemicznej. Zakwaszają środowisko. Związki są katalizowane przez specjalne enzymy. Powodują one przyłączenie tlenu. Źródłem węgla i akceptorami elektronów są związki nieorganiczne Źródłem węgla i akceptorami elektronów są związki nieorganiczne. Są to bakterie wodne i glebowe. Bakterie siarkowe uzyskują energię potrzebną do asymilacji, CO2 podczas utleniania siarki i jej związków. Siarkowe- Beggiatoa- bakterie nitkowate- utleniają siarkowodór do czystej siarki H2S +0,5O2>>> H2O+ S Thiobaccillus- urzęsiona pałeczki gram ujemne S+3O2 + H2O>>> H2SO4+ H2O Mogą gromadzić w sobie siarkę i zakwaszają środowisko. Bakterie żelaziste- z rodzaju Fernobacillus utleniają sole żelaza II, do soli żelaza III 2 Fe(HCO)2+ ½ O2 + H2O >>> 2Fe(OH)3 + 3O2+ E- 68 kJ Mogą wykorzystywać też jony amonu, azotyn, siarczyn, tiosiarczan, siarczek, żelazo (II), siarkę elementarną, wodór, CO jako donory elektronów. NH3NO2- bakteria utleniające amoniak- Nitrosomonas europea NO2 NO3- bakterie utleniające azotyn Nitrobacter winogardyi So, S 2- SO42- bakterie utleniające siarkę Thiobacillus thiooxidans Fe2+ Fe3+ bakterie żelazowe Thiobacillus fetooxidans H2 H2O bakterie utleniające wodór Alcaligenes eutrophus CO CO2 karboksydobakterie Pseudomonas carboxodonomans Heterotrofy- C z związków organicznych: Cukry proste, polisacharydy, lipidy i inne Prototrofy- np. . escherichia coli, wystarcza glukoza i sole mineralne, niewymagająca Auksotrofy- np. Staphylococcus ureus- potrzebuje dużej ilości związków, wymagająca bestia J Titiotrofy- utleniające związki organiczne Chemolitotrofy- utleniające związki nieorganiczne.
4. Fermentacja alkoholowa- substraty i produkty, drobnoustroje, zastosowanie w praktyce
. Fermentacja to enzymatyczne procesy stopniowego rozkładu związków organicznych, przebiega bez udziału tlenu, w których reakcje oksydoredukcyjne dostarczają ATP. Jest mało wydajna. Jest przeprowadzana przez drożdże. Jest to powszechny proces, nawet rośliny i wiele grzybów akumulują etanol C6H12O6>>> 2CH3CH2OH +2CO2 + 25 kcal Jeśli mają tlen to oddychają tlenowo, a jak brak to dopiero wtedy przeprowadzają fermentację. Odkrył to Pasteur. Substraty- glukoza, fruktoza, galaktoza, mammoza. Drożdże przeprowadzają ją tylko w warunkach beztlenowych. Są to grzyby. Żeby wydajnie wypączkować muszą przefermentować wiele substratów. Optymalne pH 4-6. Drożdże rodzaju- Saccharomycotes, niektóre Candicha, strzępkowe pleśnie Rhizopus, Mucor, bakterie Sarcina veutriculi. Produkty- etanol, dwutlenek węgla, gliceryna, kwas bursztynowy i octowy. Używane są : - gorzelnictwo i piekarstwo- Sacchoromyces cerevisicua, szczególnie produkują etanol - browarnictwo- S. calisbergeusis - winiarstwo- S. calisbergeusis, uranu - sake- S. sake - kefir- Condidia, torula Jeśli drożdże mają tlen to oddychają tlenowa, a jak brak to przeprowadzają fermentację. Odkrył to Pasteur. Jest przeprowadzana w mięsistych, dużych owocach, w nasionach okrytych twardą łupiną i w korzeniach, jeśli jest dużo wody w glebie Przejście pirogronianu w etanol zachodzi w dwóch etapach. Pierw aldehyd octowy, a potem w etanol. Donorem H w 2 procesie jest NADH2. Pochodzi on z odwodorowania triozofosforanu- zachowanie równowagi oksydoredukcyjnej. Substrat jest rozbijany na części, jedna jest utleniana, a druga redukowana. Nie ma donoru pobieranego z zewnątrz. Optimum ph= 4-6. Gdy do fermentacji dodamy NaHCO3 to zamiast etanolu otrzymamy glicerol. Każdy gatunek wytwarza etanol inaczej. Sercina verticuli- wytwarza etanol jak drożdże Agara americana- urzęsiona pałeczka.
5. Fermentacja mlekowa: wyjaśnij pojęcia homo I heterofermentacja mlekowa.
Przeprowadzana jest przez bakterie mlekowe. Kwas mlekowy stanowi ponad 50% produktów 1) Bakterie homofermentacji mlekowe- - Streptococcus lacti- paciorkowiec mleczny, S. salivarius - S. cremoris- p. śmietanowy - Enterococcus facalis - Lactobacillus lactis, dulbrecki, helveticus. Tutaj kwas mlekowy to prawie czysty kwas- 90- 95%.Czasem pojawiają się octan, etanol, zależnie od dostępu do O2 2. Heterofermentacja - S. diacetilacis - Lactobacillus brevis, candleri, viridescendes (zielenienie mięsa peklowanego I suchych kiełbas), befermentans - Leuconostoc mesenteroides, lactis. Obok kwasu mlekowego są inne produkty, Występują na powierzchni owoców. One fermentują fruktozę z wytworzeniem mleczanu, octanu, CO2, nannitolu. Z acetylo fosforanu do octanu, a nadmiar H na glukozą z wytworzeniem nannitolu C2H12O6>>> CH3CHOH- CHOH+ CH3-CH2- OH + CO2 + 22,5kcal frutkozy>>> mleczan+ octan+ dwutlenek węgla+ mannonital Fruktoza + NADH2>>> mannitol + NAD- szlak froktozobis fosforanowy. Brak ważnyyh enzymów, tj., aldozy, izomerazy trizofosforanowej. Są to auksotrofy, mają wysokie wymagania. Mezofile giną w pasteryzacji, a termofile nie ( wszystkie gram dodatnie). Bakterie nie przetrwalnikują. Nie wytwarzają katalazy. Wymagają witamin, laktoflawiny, tiaminy, kwasu pantotenowego, nikotynowego i foliowego, biotyny, aminokwasów, puryn i pirymidyn. Hoduje się je na ekstrakcie drożdżowym (koncentrat pomidorowy+ krew). Laseczki (krótkiei długie), ziarniaki i paciorkowce. Prawie nieruchliwe, Źródło energii to cukry, beztlenowce tolerują tlen. W mleku: Lactobacillus lactis, bulgasicus, Helvetius, casei, fermentum, brevis, Lactococcus lactis, diacetilactis. W roślinach- Lactobacillus plantarum, delbeniecki, fermentum, brevix, Leucococcus lactis, Leuconostoc menseteriodes. Układ pokarmowy, błony śluzowe- Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium, Entrococcus, Streptococcus salivarius, bovis, pyogenes, pneumoniae
6. Bakterie octowe, przedstaw charakterystykę grupy.
- Fermentacja octowa to metoda otrzymywania kwasu octowego z alkoholu etylowego. - rodzaj Acetobacrter - krótkie pałeczki - występują pojedynczo, dwie lub w łańcuszkach - ścisłe tlenowce, na powierzchni pożywki mogą tworzyć kożuszek - nie mają wysokich wymagań odżywczych- prototrofy ( wymagają złożonych podłoży, odżywczych ?) – mezofile - nie wytwarzają przetrwalników- endospor - G- - kwas wydzielany do podłoże, jako niekorzystny produkt - duża tolerancja zakwasowość - niska aktywność peptolityczna- ograniczona ruchliwość - brak pigmentu - żyją w roślinach i tam gdzie są wydzieliny z cukrem CH3CH2OH + O2>>>CH3COOH + H2O + 117kcal - utleniają alkohol do odpowiadających mu kwasów tłuszczowych CH3CH2OH>>> CH3COCH - utleniają alkohole 2- rzędowe do ketonów CH3CHOHCH3>>> CH3COCH3
7. Co to jest probiotyk i jaki ma znaczenie.
Jest to czynnik dający życie. Obniża poziom cholesterolu we krwi i działa antynowotworowo i zapobiegają infekcjom grzybiczych i bakteryjnym pochwy. Są to wyselekcjonowane kultury bakteryjne, najczęściej pałeczki Lactobacillus, Bifidobacterium, Streptococcus. Stosowane do przywrócenia naturalnej równowagi flory jelitowej, także pochwy m.in. po leczeniu antybiotykami i chemioterapeutykami. Zgodnie z współczesną koncepcją probiotyku, do produktów spożywczych dodaje się żywe kultury w takiej ilości, aby przetrwały niekorzystne warunki w poszczególnych odcinkach układu pokarmowego, a osiedliły się i były aktywne w jelicie grubym. Leczą i zapobiegają biegunkom, podnoszą odporność, immunomodulacja, zapobieganie i leczenie alergii, poprawienie profilu lipidowego u osób z wysokim poziomem cholesterolu, zmniejszenie dolegliwości u osób z zespołem nietolerancji laktozy. Optymalny szczep powinien pochodzić od człowieka, był niepatogenny i mieć odporność na niskie pH, charakteryzować się zdolnością adhezji do komórek błony śluzowej jelit, wpływać korzystnie na metabolizm, utrzymywać aktywność mimo obróbek technologicznych i produkcyjnych. Powinien być antagonistyczny wobec mikroflory patogennej, w szczególności pałeczkę Escherichia coli, Salmonella, wysoka efektywność biosyntezy wybranych kwasów organicznych, szczególnie mlekowego, odporne na antybiotyki pasowe, zdolne do wzrostu hodowli o wysokiej gęstości ponad 109 komórek na 1g hodowli, brak przetrwalników, ekonomiczna opłacalność, zdolność do adhezji do komórek błon śluzowych. Mają wpływ antykancerogenny i zapobiegają infekcjom grzybiczym i bakteryjnym pochwy. Przykłady: Lactobacillus acidophilus, casei, plantanum, Bacillus subtilis, Streptococcus faecium.
8. Przedstaw w punktach charakterystykę bakterii mlekowych. –
rodzina Lactobacteriaceae - wszystkie są G+ - brak endospor, z wyjątkiem Sporolactobacillus inulinus - wytwarzają kwas mlekowy – nieruchliwe - względne beztlenowce, tlen nie hamuje ich rozwoju - auksotrofy- duże wymagania pokarmowe: Wit B, aminokwasy, puryny, pirymidyny, laktoflawina, tiamina, kwas pantotenowey, nikotynowy, foliowy. - termofile (40-70) i mezofile (20-40) - rzadkie w glebie i wodzie - w mleku, układzie pokarmowym, błonach śluzowych zwierząt stałocieplnych, zdrowe i gnijące rośliny +Enterococcus faecalis- skład mikroflory jelita - Streptococcus bovis- u przeżuwaczy - paciorko...
agusvege