Полная версия

Главная arrow Агропромышленность arrow Биоконверсия вторичных продуктов агропромышленного комплекса

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Экологические ниши прокариот

Для использования знаний о биоразнообразии микроорганизмов необходимо знание классификаций, которые позволяют описать существенные свойства объектов исследования. При этом каждому виду организмов свойственны определённые условия, в которых он развивается, пределы факторов внешней среды, местообитание. Они представляют сумму характеристик данного вида, обуславливающих его способность занять определённое положение в многомерном пространстве экологических ниш. Физиологические особенности организма определяются границами его приспособления к физическим и химическим условиям среды обитания.

Физические условия обитания во многом определяют поведение организма, зависящее прежде всего от его морфологии. Для бактерий микроусловия создаются с помощью гликокаликса - лежащих снаружи от клеточной стенки компонентов, представленных капсульным материалом, или слизью. Этот материал служит для агрегирования клеток в микроколонии, создавая вокруг них специфические микроусловия. Действию химических факторов микроорганизмы могут хотя бы частично противостоять за счёт мембранного барьера проницаемости. Внутренний pH клетки поддерживается близней- тральным (pH 6-8), что связано с протонной энергетикой и ионным обменом. Биоразнообразие организмов зависит от pH среды и согласуется с гидрохимическими характеристиками природных вод. Поскольку микроорганизмы получают энергию от окислительновосстановительных реакций, возможность их развития зависит от Eh среды.

Микроорганизмы воды

Вода представляет собой идеальное химическое соединение для обитания микроорганизмов. Она является обязательным компонентом всех живых организмов, регулятором температуры поверхности Земли и участником практически всех технологических процессов промышленного и сельскохозяйственного производства. В водной толще микроорганизмы составляют небольшую долю биомассы, но они выполняют чрезвычайно важную роль в круговороте питательных веществ и поддержании пищевых и энергетических ресурсов.

Вода имеет уникальные физические и химические свойства. Она является наиболее изученным соединением и составляет до 99% массы всех живых организмов. Содержание воды в цитоплазме большинства видов бактерий колеблется от 70-75% (кишечная палочка) до 85% (коринебактерии дифтерии, микобактерии туберкулеза). По количеству вода является главной составной частью клетки, она находится в свободном состоянии и связанном с другими составными частями.

Связанная вода является структурным элементом цитоплазмы и не может быть растворителем. Свободная вода служит дисперсионной средой для коллоидов и растворителем для кристаллических веществ, источником водородных и гидроксильных ионов и участником химических реакций. Например, гидролитические процессы расщепления белков, углеводов и липидов происходят в результате присоединения к ним воды. Велика роль воды в процессах дыхания.

Вода - очень устойчивое соединение. Схема ее молекулы - три сферы молекул кислорода и водорода; в середине атом кислорода, два атома водорода образуют связи О - Н в молекуле, длина которых составляет 96 Пм, валентный угол равен 104,5° (рис. 12). Молекула воды сильно поляризована, имея три полюса зарядов: отрицательный, обусловленный избытком электронной плотности, и два положительных, обусловленных ее недостатком. Радиус молекулы воды - 138 Пм, расстояние Н - Н - 151,5 Пм.

Схема строения кристалла воды

Рис. 12. Схема строения кристалла воды

Максимум плотности воды при температуре 4°С обусловлен связанностью молекул воды в плотную пространственную структуру, при других температурах структура имеет меньшую плотность. При повышении температуры амплитуда колебаний молекул воды в кристалле увеличивается и его объем возрастает - плотность воды соответственно уменьшается. В фазе льда молекулы воды образуют кристаллическую структуру в виде трехмерной сетки, построенной из тетраэдров (четыре водородные связи, образуемые молекулой воды в конденсированных фазах, направлены приблизительно к вершинам правильного тетраэдра), с обширными пустыми пространствами между отдельными молекулами. На рисунке 13 приведена схема тетраэдрической координации молекул воды перед ее замерзанием за счет действия водородных связей. Водородные связи - это коллективное свойство, при этом структура воды упорядочивается в большом пространстве. Наличием водородных связей объясняются также аномалии воды.

Схема строения кристалла воды

Рис. 13. Схема строения кристалла воды

Структура волы искажается при попадании в нее примесей - как способных взаимодействовать с диполями воды, так и инертных. Упрочение структурных образований или их ослабление приводит к изменению кинематических свойств системы (вязкости, диффузии и др.).

Вода - единственное химическое соединение, которое в природе может находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии одновременно. Многие ее физические свойства и их изменения имеют аномальный характер. Все аномальные явления обусловлены особенностями строения молекул воды и их способностью образовывать молекулярные агрегаты и ассоциированные молекулы (Н,0)п. Другими словами, основными причинами аномальных свойств воды являются полярность ее молекул и образование объемной системы водородносвязанных структур. Они делают воду весьма реактивным соединением с уникально хорошей растворяющей способностью по отношению к полярным и ионогенным веществам, при этом в воде растворяются все природные соединения.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>