КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ ВОДОРОДА

Кислотность сред обитания микроорганизмов

Значение pH определяет кислотность и щелочность растворов и представляет собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Концентрация ионов водорода в чистой пресной воде 107 г • ион на л, следовательно, pH пресной воды 7. Если значения pH меньше 7, то это кислотный раствор, а если выше 7 - то это щелочной. Следует помнить, что pH - логарифмическая функция, поэтому раствор, который имеет pH = 5, будет в 10 раз кислее раствора с pH = 6.

Кислотность среды является важным фактором, определяющим существование в ней прокариот. Концентрация ионов водорода в окружающей среде действует на организм или непосредственно, или косвенно, через влияние на ионное состояние и доступность многих ионов и метаболитов, стабильность макромолекул. Так, например, при низких значениях pH растворимость таких катионов, как Cu2+, Мо“+, Mg2+, А13+, возрастает и достигает токсичных уровней. Наоборот, при высоких значениях pH растворимость многих катионов, необходимых клетке (Fe3+, Са2+, Mg2+, Мп2+), резко понижается и они становятся недоступными для организма. От значения pH зависит состояние веществ в окружающей среде. Многие органические кислоты в кислой среде находятся в недиссоциированной форме и легко проникают в клетку, становясь токсичными для нее.

Ниже приводится кислотность некоторых природных субстратов:

Желудочный сок 1

Черноземные и каштановые почвы, сок креветки 2

Пресная вода 7

Щелочные почвы, экскременты животных, разлагающийся белок 9

Насыщенный раствор извести 12

Границы значений pH, оптимальных для роста различных представителей прокариот, находятся в пределах приблизительно от 1 до 11. В зависимости от отношения к кислотности среды прокариоты могут быть разделены на несколько групп. Для подавляющего большинства прокариот оптимальной является среда, близкая к нейтральной. Такие организмы называют нейтрофилами, однако рост многих нейтрофилов возможен в средах, значение pH которых лежит в диапазоне от 4 до 9. Типичными нейтрофилами являются штаммы Streptococcus faecalis и многие патогенные бактерии. Многие нейтрофилы способны расти или выживать при значениях pH, лежащих за пределами указанного диапазона. Такие прокариоты считаются кислото- или щелочеустойчивыми - толерантными. К кислотоустойчивым относятся многие грибы, микобактерии. Щелочетоле- рантны, т.е. устойчивы к значениям pH, близким к 9 - 10, многие из энтеробактерий.

У некоторых видов бактерий адаптация к определенным значениям pH среды привела к тому, что оптимум pH для роста переместился в кислую (pH 4 и ниже) или щелочную (pH от 9 и выше) области. Такие прокариоты названы ацидо- или алкалофилышми (кислото- или щелочелюбивыми) соответственно.

Способность к росту при низких или высоких значениях pH обеспечивает организму определенные преимущества, так как в этих условиях мала конкуренция со стороны большинства других организмов. Однако некоторые бактерии - облигатные формы - не просто переносят высокие концентрации Н+ или ОН", но и нуждаются в этих ионах для роста и стабильности, т.е. это результат эволюционной адаптации.

В природе можно наблюдать развитие бактерий при pH от 1 до 11, тогда как диапазон значений pH их цитоплазмы варьирует в гораздо более узких пределах. Большинство типов белков и других макромолекул бактериальной клетки стабильны и активны в ограниченном диапазоне значений pH, близком к 7,0. Это относится и к ферментам, изолированным из облигатных алкалофилов и ацидофилов. Поэтому для осуществления процессов жизнедеятельности бактерий необходимо поддержание стабильного значения pH внутри клетки (pHi), несмотря на изменения pH в окружающей среде (рН()) в более или менее широком диапазоне.

У всех известных ацидофилов значение pH; поддерживается около 6,5, у нейтрофилов - 7,5 и у алкалофилов - 9,5.

До настоящего времени окончательно не выяснено, какие механизмы обеспечивают стабильность pH, а какие активное размножение бактерий при высоких и низких значениях рН0. Естественно, что наиболее совершенными такие механизмы должны быть у облигатных ацидофильных и алкалофильных бактерий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >