Φυσιολογία μικροοργανισμών. Βακτηριακή αναπνοή, είδη αναπνοής
Η φυσιολογία των μικροοργανισμών μελετά τα χαρακτηριστικά της ανάπτυξης, της διατροφής, του ενεργειακού μεταβολισμού και άλλων ζωτικών διεργασιών των μικροβίων σε διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Διατροφή μικροοργανισμών
Η διατροφή των μικροβίων πραγματοποιείται με διάχυση μέσω του κελύφους και της μεμβράνης των θρεπτικών συστατικών που είναι διαλυμένα στο νερό. Οι αδιάλυτες πολύπλοκες οργανικές ενώσεις προ-διασπώνται έξω από το κύτταρο με τη βοήθεια ενζύμων που εκκρίνονται από μικρόβια στο υπόστρωμα.
Σύμφωνα με τη μέθοδο διατροφής, χωρίζονται σε αυτότροφα και ετερότροφα.
Αυτότροφοιείναι σε θέση να συνθέσουν οργανικές ενώσεις από ανόργανες ουσίες (κυρίως διοξείδιο του άνθρακα, ανόργανο άζωτο και νερό). Ως πηγή ενέργειας για σύνθεση, αυτά τα μικρόβια χρησιμοποιούν φωτεινή ενέργεια (φωτοσύνθεση) ή την ενέργεια οξειδωτικών αντιδράσεων (χημεοσύνθεση).
Όλες οι μεταβολικές αντιδράσεις σε ένα μικροβιακό κύτταρο συμβαίνουν με τη βοήθεια βιολογικών καταλυτών - ένζυμα.Τα περισσότερα ένζυμα αποτελούνται από ένα τμήμα πρωτεΐνης και μια προσθετική μη πρωτεϊνική ομάδα. Η προσθετική ομάδα μπορεί να περιλαμβάνει μέταλλα όπως σίδηρο, χαλκό, κοβάλτιο, ψευδάργυρο, καθώς και βιταμίνες ή παράγωγά τους. Ορισμένα ένζυμα αποτελούνται μόνο από απλές πρωτεΐνες. Τα ένζυμα είναι ειδικά και δρουν μόνο σε μια συγκεκριμένη ουσία. Επομένως, σε κάθε μικροοργανισμό υπάρχει ένα ολόκληρο σύμπλεγμα ενζύμων και ορισμένα ένζυμα είναι σε θέση να ξεχωρίζουν, όπου συμμετέχουν στην προετοιμασία για την αφομοίωση πολύπλοκων οργανικών ενώσεων. Τα ένζυμα των μικροοργανισμών χρησιμοποιούνται στα τρόφιμα και σε άλλες βιομηχανίες.
Νερό. Ένα μικροβιακό κύτταρο είναι 75-85% νερό. Το μεγαλύτερο μέρος του νερού βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου σε ελεύθερη κατάσταση. Όλες οι βιοχημικές μεταβολικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα στο νερό, το νερό είναι επίσης διαλύτης για αυτές τις ουσίες, καθώς τα θρεπτικά συστατικά εισέρχονται στο κύτταρο μόνο με τη μορφή διαλύματος και τα μεταβολικά προϊόντα απομακρύνονται επίσης από το κύτταρο με νερό. Μέρος του νερού στο κύτταρο βρίσκεται σε δεσμευμένη κατάσταση και αποτελεί μέρος ορισμένων κυτταρικών δομών. Στα σπόρια βακτηρίων και μυκήτων, η ποσότητα του ελεύθερου νερού μειώνεται στο 50% ή λιγότερο. Με σημαντική απώλεια δεσμευμένου νερού, το μικροβιακό κύτταρο πεθαίνει.
οργανική ύληΤα μικροβιακά κύτταρα αντιπροσωπεύονται από πρωτεΐνες (6-14%), λίπη (1-4%), υδατάνθρακες, νουκλεϊκά οξέα.
- το κύριο πλαστικό υλικό κάθε ζωντανού κυττάρου, συμπεριλαμβανομένων των μικροβιακών. Οι πρωτεΐνες αποτελούν τη βάση του κυτταροπλάσματος, αποτελούν μέρος της κυτταρικής μεμβράνης και ορισμένες κυτταρικές δομές. Επιτελούν μια πολύ σημαντική καταλυτική λειτουργία, καθώς αποτελούν μέρος των ενζύμων που καταλύουν τις μεταβολικές αντιδράσεις στο μικροβιακό κύτταρο.
Τα μικροβιακά κύτταρα περιέχουν δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA). Το DNA βρίσκεται κυρίως στον πυρήνα του κυττάρου ή στα νουκλεοτίδια, το RNA - στο κυτταρόπλασμα και τα ριβοσώματα, όπου συμμετέχει στη σύνθεση πρωτεϊνών.
Η περιεκτικότητα σε λίπος διαφόρων μικροοργανισμών είναι διαφορετική, σε ορισμένες ζύμες και μούχλες είναι 6-10 φορές υψηλότερη από ό,τι στα βακτήρια. Τα λίπη (λιπίδια) είναι το ενεργειακό υλικό του κυττάρου. Τα λίπη με τη μορφή λιποπρωτεϊνών αποτελούν μέρος της κυτταροπλασματικής μεμβράνης, η οποία επιτελεί σημαντική λειτουργία στην ανταλλαγή των κυττάρων με το περιβάλλον. Τα λίπη μπορούν να βρεθούν στο κυτταρόπλασμα με τη μορφή κόκκων ή σταγονιδίων.
Οι υδατάνθρακες αποτελούν μέρος των μεμβρανών, των καψουλών και του κυτταροπλάσματος. Αντιπροσωπεύονται κυρίως από σύνθετους υδατάνθρακες - πολυσακχαρίτες (άμυλο, δεξτρίνη, γλυκογόνο, φυτικές ίνες), μπορούν να συνδυαστούν με πρωτεΐνες ή λιπίδια. Οι υδατάνθρακες μπορούν να εναποτεθούν στο κυτταρόπλασμα με τη μορφή κόκκων γλυκογόνου ως εφεδρικό ενεργειακό υλικό.
(φώσφορος, νάτριο, μαγνήσιο, χλώριο, θείο κ.λπ.) αποτελούν μέρος των πρωτεϊνών και των ενζύμων του μικροβιακού κυττάρου, είναι απαραίτητα για το μεταβολισμό και τη διατήρηση της φυσιολογικής ενδοκυτταρικής οσμωτικής πίεσης.
Απαραίτητο για τη φυσιολογική λειτουργία των μικροοργανισμών. Συμμετέχουν σε μεταβολικές διεργασίες, καθώς αποτελούν μέρος πολλών ενζύμων. Οι βιταμίνες, κατά κανόνα, πρέπει να προέρχονται από τα τρόφιμα, αλλά ορισμένα μικρόβια έχουν την ικανότητα να συνθέτουν βιταμίνες, όπως η Β 2 ή η Β 12.
Αναπνοή μικροοργανισμών
Οι διαδικασίες βιοσύνθεσης ουσιών ενός μικροβιακού κυττάρου προχωρούν με τη δαπάνη ενέργειας. Τα περισσότερα μικρόβια χρησιμοποιούν την ενέργεια των χημικών αντιδράσεων που περιλαμβάνουν ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία οξείδωσης θρεπτικών ουσιών για την απελευθέρωση ενέργειας ονομάζεται αναπνοή. Η ενέργεια απελευθερώνεται κατά την οξείδωση ανόργανων (αυτότροφων) ή οργανικών (ετερότροφων) ουσιών.
Αερόβιοι μικροοργανισμοί (αερόβιοι)χρησιμοποιούν την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση των οργανικών ουσιών από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο με το σχηματισμό ανόργανων ουσιών, διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Τα αερόβια περιλαμβάνουν πολλά βακτήρια, μύκητες και μερικές ζύμες. Χρησιμοποιούν κυρίως υδατάνθρακες ως πηγή ενέργειας.
Αναερόβιοι μικροοργανισμοί (αναερόβιοι)δεν χρησιμοποιούν οξυγόνο για την αναπνοή, ζουν και αναπαράγονται απουσία οξυγόνου, λαμβάνοντας ενέργεια ως αποτέλεσμα των διαδικασιών ζύμωσης. Τα αναερόβια είναι βακτήρια από το γένος Clostridia (botulinum bacillus and perfringens bacillus), βακτήρια βουτυρικού οξέος κ.λπ.
Σε αναερόβιες συνθήκες λαμβάνει χώρα αλκοολική, γαλακτική και βουτυρική ζύμωση, ενώ η διαδικασία μετατροπής της γλυκόζης σε αλκοόλη, γαλακτικό ή βουτυρικό οξύ συμβαίνει με την απελευθέρωση ενέργειας. Περίπου το 50% της εκλυόμενης ενέργειας διαχέεται ως θερμότητα και το υπόλοιπο αποθηκεύεται σε ATP (τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης).
Μερικοί μικροοργανισμοί μπορούν να ζουν τόσο παρουσία οξυγόνου όσο και χωρίς αυτό. Ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, μπορούν να περάσουν από αναερόβιες διαδικασίες λήψης ενέργειας σε αερόβιες και αντίστροφα. Τέτοιοι μικροοργανισμοί ονομάζονται προαιρετικά αναερόβια.
Βακτηριακή αναπνοή. Το βακτηριακό κύτταρο λαμβάνει την απαραίτητη ενέργεια για τη ζωτική του δραστηριότητα κατά τη διαδικασία της αναπνοής των βακτηρίων.
Ανάλογα με τον τύπο της αναπνοής, όλοι οι μικροοργανισμοί χωρίζονται σε δύο ομάδες: μικρόβια, στα οποία η διαδικασία αναπνοής συνδέεται με τη χρήση ελεύθερου οξυγόνου στον αέρα και μικροοργανισμούς που δεν χρειάζονται ελεύθερο οξυγόνο, το οποίο είναι ακόμη και επιβλαβές για αυτούς.
Η πρώτη ομάδα μικροοργανισμών ονομάζεται αερόβια (ο τύπος της αναπνοής είναι αερόβιος). η δεύτερη ομάδα - αναερόβια (τύπος αναπνοής - αναερόβια).
Η διάσπαση των υδατανθράκων σε ανοξικές συνθήκες ονομάζεται ζύμωση. Ανάλογα με τον τύπο των μικροοργανισμών που προκαλούν τη διαδικασία ζύμωσης, ο τελευταίος είναι αλκοολικός, οξικός κ.λπ. Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διαδικασία της ζύμωσης μπορεί να σχηματιστεί είτε αλκοόλη είτε οξικό οξύ κ.λπ.
βακτηριακά ένζυμα. Οι διαδικασίες διατροφής και αναπνοής των βακτηρίων προχωρούν αναγκαστικά με τη συμμετοχή ενζύμων - ειδικών ουσιών πρωτεϊνικής φύσης. Τα ένζυμα, ακόμη και στις μικρότερες ποσότητες, επιταχύνουν σε μεγάλο βαθμό τις αντίστοιχες χημικές διεργασίες, τα ίδια σχεδόν αμετάβλητα.
Χωρίς ένζυμα, οι διαδικασίες της διατροφής και της αναπνοής θα μπορούσαν να προχωρήσουν, αλλά πολύ αργά. Τα ένζυμα παράγονται μόνο σε ζωντανά κύτταρα. Μια ομάδα ενζύμων δεν σχετίζεται με το μικροβιακό κύτταρο και απελευθερώνονται από τα βακτήρια στο περιβάλλον. Η λειτουργία αυτής της ομάδας είναι ότι τα ένζυμα συμβάλλουν στη διάσπαση πολύπλοκων ενώσεων σε απλούστερες, πιο εύπεπτες. Μια άλλη ομάδα ενζύμων (τα περισσότερα από αυτά) βρίσκεται μέσα στο βακτηριακό κύτταρο και σχετίζεται με αυτό.
Επιπλέον, υπάρχουν ένζυμα που εμφανίζονται στα βακτήρια στη διαδικασία προσαρμογής στις μεταβαλλόμενες διατροφικές συνθήκες.
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των ενζύμων είναι ότι το δικό τους ένζυμο δρα σε ουσίες συγκεκριμένης σύνθεσης ή ομάδων. Έτσι, υπάρχουν ένζυμα για την επεξεργασία σύνθετων ενώσεων άνθρακα (σάκχαρα), πρωτεϊνών, λιπών κ.λπ.
Ανάπτυξη και αναπαραγωγή βακτηρίων. Η διαδικασία ανάπτυξης ενός βακτηριακού κυττάρου εκφράζεται σε αύξηση του μεγέθους του. Αυτή η διαδικασία είναι πολύ γρήγορη - μέσα σε λίγα λεπτά.
Αφού τα βακτήρια ενηλικιωθούν, η διαδικασία αναπαραγωγής ξεκινά με απλή εγκάρσια σχάση. Υπό ευνοϊκές συνθήκες (επαρκής διατροφή, ευνοϊκή θερμοκρασία), το βακτηριακό κύτταρο διαιρείται κάθε 50-30 λεπτά. Υπολογίζεται ότι αν η αναπαραγωγή των βακτηρίων προχωρούσε ανεμπόδιστα, τότε μέσα σε 5 ημέρες από ένα κύτταρο θα σχηματιζόταν μια τέτοια ζωντανή μάζα που θα γέμιζε όλες τις θάλασσες και τους ωκεανούς. Αλλά μια τέτοια αναπαραγωγή απαιτεί, όπως προαναφέρθηκε, μια σειρά από ευνοϊκές συνθήκες που δεν υπάρχουν στο εξωτερικό περιβάλλον.
Η χημική σύνθεση των βακτηρίων. Ένα βακτηριακό κύτταρο περιέχει μεγάλη ποσότητα νερού - 75-85% της κυτταρικής μάζας. Το υπόλοιπο 15% είναι ξηρό υπόλειμμα, το οποίο περιλαμβάνει πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λίπη, άλατα και άλλες ουσίες.
Οι βακτηριακές πρωτεΐνες είναι σύνθετες πρωτεΐνες που αποτελούνται από διάφορες χημικές ενώσεις. Αυτές οι χημικές ουσίες είναι απαραίτητες για τη ζωή του βακτηριακού κυττάρου.
Εκτός από τις πρωτεΐνες, η σύνθεση του ξηρού υπολείμματος των βακτηρίων περιλαμβάνει υδατάνθρακες (12-28%), νουκλεϊκά οξέα.
Η ποσότητα των λιπών που αποτελούν το ξηρό υπόλειμμα μπορεί να είναι διαφορετική. Σε ορισμένες μορφές βακτηρίων, η περιεκτικότητα σε λίπος φτάνει το 1/3 του ξηρού υπολείμματος.Βασικά, τα λίπη αποτελούν μέρος του κελύφους, προκαλώντας μια σειρά από τις ιδιότητές του.
Ένα απαραίτητο συστατικό ενός βακτηριακού κυττάρου είναι τα ορυκτά άλατα, τα οποία αποτελούν περίπου "/ζωολογικό κήπο ολόκληρης της μάζας του κυττάρου. Τα βακτηριακά κύτταρα περιλαμβάνουν επίσης άζωτο, οξυγόνο, υδρογόνο, άνθρακα, φώσφορο, κάλιο, νάτριο, μαγνήσιο, ασβέστιο, πυρίτιο, θείο, χλώριο, σίδηρος.
Ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, η χημική σύνθεση των βακτηρίων μπορεί να αλλάξει τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά.
Διατροφή βακτηρίων. Η διατροφή των βακτηρίων είναι μια πολύ περίπλοκη διαδικασία που συμβαίνει λόγω της συνεχούς διείσδυσης ορισμένων θρεπτικών συστατικών μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης και της απελευθέρωσης μεταβολικών προϊόντων από το κύτταρο.
Δεδομένου ότι το κέλυφος των βακτηρίων είναι αδιαπέραστο από πρωτεΐνες και άλλες σύνθετες ενώσεις απαραίτητες για τη διατροφή των κυττάρων, αυτές οι ουσίες απορροφώνται μετά τη διάσπαση από τα ένζυμα.
Μεγάλη σημασία για τη φυσιολογική διατροφή των βακτηρίων είναι η σωστή αναλογία των συγκεντρώσεων αλατιού μέσα στα κύτταρα και στο περιβάλλον. Οι πιο ευνοϊκές διατροφικές συνθήκες δημιουργούνται όταν η συγκέντρωση των αλάτων στο περιβάλλον είναι ίση με 0,5% διάλυμα χλωριούχου νατρίου.
Όταν εισέρχεται σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου 2-10%, το βακτηριακό κύτταρο συρρικνώνεται - αφυδάτωση, γεγονός που το καθιστά ανίκανο για αναπαραγωγή. Αυτή είναι η βάση της μεθόδου συντήρησης των τροφίμων με τη βοήθεια αλατιού.
Τα βακτήρια χρειάζονται οξυγόνο, υδρογόνο, άνθρακα και άζωτο για να τραφούν. Πηγές παροχής αυτών των ουσιών μπορεί να είναι το νερό, ο αέρας κ.λπ.
Εκτός από αυτά τα κοινά θρεπτικά συστατικά, τα βακτήρια χρειάζονται ειδικές χημικές ενώσεις για να αναπτυχθούν.
Έχει διαπιστωθεί ότι ορισμένοι τύποι στρεπτόκοκκων δεν αναπτύσσονται καθόλου απουσία βιταμίνης Β.
Σχηματισμός χρωστικής. Μερικοί τύποι βακτηρίων και μυκήτων έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν διάφορες χρωστικές ουσίες - χρωστικές. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ικανότητας κατέχεται από βακτήρια που βρίσκονται στο έδαφος, τον αέρα και το νερό. Ιδιαίτερα σαφώς αυτή η ποιότητα των μικροβίων εντοπίζεται σε εργαστηριακές συνθήκες. Όταν πολλαπλασιάζονται σε πυκνά θρεπτικά μέσα, τα βακτήρια σχηματίζουν αποικίες, οι οποίες, λόγω των διαφόρων χρωστικών, έχουν χρώμα: κόκκινο, λευκό, μοβ, χρυσαφί κ.λπ.
Έχει διαπιστωθεί ότι οι καλύτερες συνθήκες για το σχηματισμό χρωστικής είναι επαρκής πρόσβαση σε οξυγόνο, φως και θερμοκρασία δωματίου.
Πιστεύεται ότι οι χρωστικές στα μικρόβια εκτελούν προστατευτική λειτουργία έναντι των βλαβερών επιπτώσεων του ηλιακού φωτός. Επιπλέον, παίζουν ρόλο στις διαδικασίες της αναπνοής.
Λάμψη. Στη φύση, υπάρχουν μικρόβια, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων, τα οποία, κατά τη διάρκεια της ζωτικής τους δραστηριότητας, σχηματίζουν ουσίες που μπορούν να λάμπουν όταν συνδυάζονται με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Τα φαινόμενα της λάμψης του σάπιου, της επιφάνειας της θάλασσας κ.λπ. εξηγούνται από την ανάπτυξη τέτοιων μικροβίων. Τέτοια φωτεινά μικρόβια δεν είναι παθογόνα για τον άνθρωπο.
Σχηματισμός οσμής. Η ικανότητα των μικροβίων να σχηματίζουν οσμές (σχηματισμός αρώματος) εξηγείται από την παρουσία ειδικών πτητικών ουσιών, οι οποίες, λόγω της χημικής τους φύσης, βρίσκονται κοντά στους αιθέρες (ουσίες που μοιάζουν με αιθέρα). Διάφορα βακτήρια που παράγουν άρωμα χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων για την παρασκευή τυριού, βουτύρου, κρασιού και άλλων προϊόντων.
Από τα βακτήρια που είναι παθογόνα για τον άνθρωπο και εκπέμπουν οσμή όταν αναπτύσσονται σε εργαστηριακές συνθήκες, μπορούμε να αναφέρουμε έναν βάκιλο φυματίωσης, η μυρωδιά του οποίου πλησιάζει τη μυρωδιά του μελιού κ.λπ.
μικροβιακά δηλητήρια. Μπαίνοντας στο ανθρώπινο σώμα και πολλαπλασιάζοντας εκεί, τα μικρόβια παράγουν ουσίες που επηρεάζουν δυσμενώς το νευρικό σύστημα, την καρδιά και τα εσωτερικά όργανα. Αυτές οι βλαβερές ουσίες ονομάζονται τοξίνες. Οι μικροβιακές τοξίνες είναι τα πιο ισχυρά γνωστά δηλητήρια. Ακόμη και μια μικρή ποσότητα από αυτά μπορεί να έχει τοξική επίδραση στον οργανισμό. Οι βλάβες που παρατηρούνται σε πολλές μολυσματικές ασθένειες σχετίζονται με τη δράση μικροβιακών τοξινών. Σχεδόν όλα τα παθογόνα μικρόβια έχουν τοξίνες. Υπάρχουν δύο τύποι τοξινών: οι εξωτοξίνες και οι ενδοτοξίνες.
Οι εξωτοξίνες είναι δηλητήρια που αφήνουν εύκολα το μικροβιακό κύτταρο στο περιβάλλον.
Οι εξωτοξίνες χαρακτηρίζονται από σχετικά χαμηλή σταθερότητα, καταστρέφονται εύκολα υπό την επίδραση της θερμότητας, του φωτός και διαφόρων χημικών ουσιών. Χαρακτηριστική ιδιότητα των εξωτοξινών είναι η δράση τους σε εξαιρετικά μικρές δόσεις.
Οι μικροβιακές εξωτοξίνες είναι από τις πιο ισχυρές. Έτσι, για παράδειγμα, 0,00001 ml τοξίνης τετάνου προκαλεί λευκόρροια λευκού ποντικού και η μικροβιακή τοξίνη της αλλαντίασης δρα σε χαμηλότερη δόση.
Οι ενδοτοξίνες είναι σταθερά συνδεδεμένες με το σώμα του μικροβιακού κυττάρου και απελευθερώνονται μόνο μετά την καταστροφή του μικροβιακού σώματος. Σε αντίθεση με τις εξωτοξίνες, οι ενδοτοξίνες προκαλούν τα ακόλουθα σημάδια δηλητηρίασης στο σώμα: πονοκέφαλο, αδυναμία, δύσπνοια κ.λπ. Οι ενδοτοξίνες είναι πιο σταθερές από τις εξωτοξίνες, μερικές αντέχουν ακόμη και στο βρασμό. Η τοξικότητά τους στους οργανισμούς είναι πολύ μικρότερη από αυτή των εξωτοξινών.
Οι ενδοτοξίνες υπάρχουν σε όλα τα παθογόνα μικρόβια. οι εξωτοξίνες παράγονται μόνο από ορισμένες από αυτές - βάκιλο διφθερίτιδας, χρυσίζον σταφυλόκοκκο, βακτήρια αλλαντίασης.
μικροβιακή μεταβλητότητα. Υπό φυσικές συνθήκες, τα μικρόβια επηρεάζονται συνεχώς από πολλούς παράγοντες που καθορίζουν τη διαδικασία της μεταβλητότητας. Αυτοί οι παράγοντες, εκτός από τη διατροφή, τη θερμοκρασία, περιλαμβάνουν το φαινόμενο του μικροβιακού ανταγωνισμού, την επίδραση του εσωτερικού περιβάλλοντος του ανθρώπινου και ζωικού οργανισμού.
Λόγω της στενής επαφής με το περιβάλλον και της εντατικής αναπαραγωγής, οι μικροοργανισμοί προσαρμόζονται γρήγορα στις νέες συνθήκες και κατά συνέπεια αλλάζουν οι αρχικές τους ιδιότητες. Για παράδειγμα, τα βακτήρια ζουν στο ζεστό νερό των γιοφύριων, τα οποία διαμορφώθηκαν ως είδος υπό την επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών. Ορισμένα παθογόνα μικρόβια, όταν αλληλεπιδρούν με φαρμακευτικές ουσίες, μπορεί να γίνουν ανθεκτικά σε αυτά. Έτσι, οι συνθήκες ύπαρξης έχουν μεγάλη σημασία για τη ζωή του οργανισμού, αλλάζοντας τις οποίες (διατροφή, θερμοκρασία, υγρασία κ.λπ.) μπορούν να προκαλέσουν αντίστοιχες αλλαγές στη φύση του μικροοργανισμού.
Η μεταβλητότητα είναι χαρακτηριστική για όλους τους τύπους μικροοργανισμών. Ένας από τους λόγους για τη μεταβλητότητα των μικροβίων είναι ο βακτηριοφάγος.
Οι βακτηριοφάγοι είναι ζωντανοί οργανισμοί που πολλαπλασιάζονται μόνο όταν διεισδύουν στο εσωτερικό του μικροβιακού κυττάρου από το εξωτερικό. Έξω από το σώμα των μικροβίων, οι βακτηριοφάγοι δεν πολλαπλασιάζονται, αλλά βρίσκονται σε ηρεμία. Η δράση ενός βακτηριοφάγου σε ένα μικροβιακό κύτταρο είναι η εξής: γύρω από το μικροβιακό κύτταρο, οι βακτηριοφάγοι εισχωρούν σταδιακά μέσα και πολλαπλασιάζονται. Ο ρυθμός αναπαραγωγής ενός βακτηριοφάγου εξαρτάται από πολλές συνθήκες: τη φύση του μικροβίου, τις συνθήκες ύπαρξής του κ.λπ. Μετά από 1-3 ώρες, σχηματίζονται πολλοί νέοι βακτηριοφάγοι μέσα στο μικροβιακό κύτταρο, το κέλυφος αυτού του κυττάρου σκίζεται, και ολόκληρη η μάζα των βακτηριοφάγων πέφτει έξω από αυτό.
Όταν ένας βακτηριοφάγος αλληλεπιδρά με ένα μικρόβιο, το τελευταίο πάντα πεθαίνει. Εάν η δραστηριότητα των βακτηριοφάγων είναι ανεπαρκής, επιβιώνουν μεμονωμένα μικροβιακά κύτταρα και προκαλούν την ανάπτυξη νέων μικροβιακών κυττάρων που είναι ήδη ανθεκτικά σε αυτόν τον βακτηριοφάγο.
Υπό την επίδραση ενός βακτηριοφάγου, τα μικρόβια αλλάζουν τις ιδιότητές τους: χάνουν την παθογόνο ικανότητά τους, χάνουν την κάψα τους κ.λπ.
Για κάθε τύπο παθογόνου μικροβίου, υπάρχει ένας βακτηριοφάγος, για παράδειγμα, δυσεντερία, τυφοειδής, σταφυλοκοκκικός.
Υπό τη δράση του φωτός, του οξυγόνου του αέρα, της θερμότητας, ο βακτηριοφάγος χάνει τη δραστηριότητά του μέσα σε 1-2 μήνες. Οι υπεριώδεις ακτίνες καταστρέφουν τους βακτηριοφάγους σε 15 λεπτά. Η ταχεία καταστροφή των βακτηριοφάγων συμβαίνει σε όξινο περιβάλλον.
Οι βακτηριοφάγοι βρίσκονται όπου υπάρχουν βακτήρια. Διάφοροι βακτηριοφάγοι μπορούν να βρεθούν σε λύματα, νερό ποταμών, εκκρίσεις ανθρώπων και ζώων και άλλα αντικείμενα.
Αναπνοή μικροοργανισμών
Οι διαδικασίες αφομοίωσης των τροφίμων που περιγράφονται παραπάνω προχωρούν με τη δαπάνη ενέργειας. Η ανάγκη για ενέργεια παρέχεται από τις διαδικασίες του ενεργειακού μεταβολισμού, η ουσία των οποίων είναι η οξείδωση των οργανικών ουσιών, που συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας. Τα προκύπτοντα προϊόντα οξείδωσης απελευθερώνονται στο περιβάλλον.
Σχηματικά, η αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής που περιλαμβάνει το ένζυμο αφυδρογονάση μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:
AN 2 + B - A + VN 2 + ενέργεια
Οι μικροοργανισμοί έχουν διάφορους τρόπους για να αποκτήσουν ενέργεια.
Το 1861, ο Γάλλος επιστήμονας L. Pasteur επέστησε για πρώτη φορά την προσοχή στη μοναδική ικανότητα των μικροοργανισμών να αναπτύσσονται χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο, ενώ όλοι οι ανώτεροι οργανισμοί - φυτά και ζώα - μπορούν να ζουν μόνο σε μια ατμόσφαιρα που περιέχει οξυγόνο.
Σε αυτή τη βάση (σύμφωνα με τους τύπους της αναπνοής), ο L. Pasteur χώρισε τους μικροοργανισμούς σε δύο ομάδες - αερόβιους και αναερόβιους.
Αερόμπεςγια να ληφθεί ενέργεια, το οργανικό υλικό οξειδώνεται με ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Αυτά περιλαμβάνουν μύκητες, μερικές ζύμες, πολλά βακτήρια και φύκια. Πολλά αερόβια οξειδώνουν πλήρως την οργανική ύλη, απελευθερώνοντας CO 2 και H 2 O ως τελικά προϊόντα. Αυτή η διαδικασία μπορεί γενικά να αναπαρασταθεί από την ακόλουθη εξίσωση:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 \u003d 6CO 2 + 6H 2 O + 2822 kJ.
Αναερόβιαείναι μικροοργανισμοί ικανοί να αναπνέουν χωρίς τη χρήση ελεύθερου οξυγόνου. Η αναερόβια διαδικασία της αναπνοής στους μικροοργανισμούς συμβαίνει λόγω της απομάκρυνσης του υδρογόνου από το υπόστρωμα. Οι τυπικές αναερόβιες αναπνευστικές διεργασίες ονομάζονται ζυμώσεις. Παραδείγματα αυτού του τύπου παραγωγής ενέργειας είναι οι αλκοολικές, γαλακτικές και βουτυρικές ζυμώσεις. Εξετάστε το παράδειγμα της αλκοολικής ζύμωσης:
C 6 H 12 O 6 \u003d 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 118 kJ.
Η αναλογία των αναερόβιων μικροοργανισμών προς το οξυγόνο είναι διαφορετική. Κάποια από αυτά δεν ανέχονται καθόλου το οξυγόνο και καλούνται υποχρεώνω,ή αυστηρόςαναερόβια. Αυτά περιλαμβάνουν αιτιολογικούς παράγοντες βουτυρικής ζύμωσης, βάκιλο τετάνου, αιτιολογικούς παράγοντες αλλαντίασης. Άλλα μικρόβια μπορούν να αναπτυχθούν τόσο σε αερόβιες όσο και σε αναερόβιες συνθήκες. Καλούνται - προαιρετικός,ή υποθετικός αναερόβια;Πρόκειται για βακτήρια γαλακτικού οξέος, Escherichia coli, Proteus κ.λπ.
Ένζυμα μικροοργανισμών
ΈνζυμαΟυσίες ικανές να επηρεάζουν καταλυτικά τον ρυθμό των βιοχημικών αντιδράσεων. Παίζουν σημαντικό ρόλο στη ζωή των μικροοργανισμών. Τα ένζυμα ανακαλύφθηκαν το 1814 από τον Ρώσο ακαδημαϊκό K.S. Kirchhoff.
Όπως και άλλοι καταλύτες, τα ένζυμα συμμετέχουν στις αντιδράσεις του μετασχηματισμού των ουσιών μόνο ως ενδιάμεσοι. Δεν καταναλώνονται ποσοτικά σε αντιδράσεις. Τα ένζυμα των μικροοργανισμών έχουν μια σειρά από ιδιότητες:
1) Σε θερμοκρασίες έως 40-50ºC, ο ρυθμός της ενζυματικής αντίδρασης αυξάνεται, αλλά στη συνέχεια ο ρυθμός πέφτει, το ένζυμο παύει να δρα. Σε θερμοκρασίες άνω των 80°C, σχεδόν όλα τα ένζυμα απενεργοποιούνται μη αναστρέψιμα.
2) Από χημική φύση, τα ένζυμα είναι μονοσυστατικά, που αποτελούνται μόνο από πρωτεΐνη, και δύο συστατικών, που αποτελούνται από πρωτεϊνικά και μη πρωτεϊνικά μέρη. Το μη πρωτεϊνικό μέρος ενός αριθμού ενζύμων αντιπροσωπεύεται από τη μία ή την άλλη βιταμίνη.
3) Η δραστηριότητα του ενζύμου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το pH του μέσου. Για ορισμένα ένζυμα, ένα όξινο περιβάλλον είναι καλύτερο, για άλλα, ένα ουδέτερο ή ελαφρώς αλκαλικό.
4) Τα ένζυμα είναι ιδιαίτερα ενεργά. Έτσι, ένα μόριο καταλάσης καταστρέφει 5 εκατομμύρια μόρια υπεροξειδίου του υδρογόνου ανά λεπτό και 1 g αμυλάσης, υπό ευνοϊκές συνθήκες, μετατρέπει 1 τόνο αμύλου σε ζάχαρη.
5) Κάθε ένζυμο έχει μια αυστηρή ειδικότητα δράσης, δηλαδή την ικανότητα να επηρεάζει μόνο ορισμένους δεσμούς σε πολύπλοκα μόρια ή μόνο ορισμένες ουσίες. Για παράδειγμα, η αμυλάση προκαλεί τη διάσπαση μόνο αμύλου, λακτάσης - σακχάρου γάλακτος, κυτταρινάσης - κυτταρίνης κ.λπ.
6) Τα ένζυμα που είναι εγγενή σε έναν δεδομένο μικροοργανισμό και περιλαμβάνονται στον αριθμό των συστατικών του κυττάρου του ονομάζονται συστατικό. Υπάρχει μια άλλη ομάδα - ένζυμα που προκαλείται(προσαρμοστικές), οι οποίες παράγονται από το κύτταρο μόνο όταν προστίθεται μια ουσία (επαγωγέας) στο μέσο που διεγείρει τη σύνθεση αυτού του ενζύμου. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, ο μικροοργανισμός συνθέτει ένα ένζυμο που δεν διέθετε.
7) Ανάλογα με τη φύση της δράσης, τα ένζυμα χωρίζονται σε εξωένζυμα, τα οποία απελευθερώνονται από το κύτταρο στο εξωτερικό περιβάλλον, και ενδοένζυμα, τα οποία συνδέονται σταθερά με τις εσωτερικές δομές του κυττάρου και δρουν στο εσωτερικό του.
8) Αν και τα ένζυμα παράγονται από το κύτταρο, ακόμη και μετά τον θάνατό του παραμένουν προσωρινά σε ενεργή κατάσταση και αυτόλυση(από το ελληνικό autos - εαυτός, λύση - διάλυση) - αυτοδιάλυση ή αυτοπέψη ενός κυττάρου υπό την επίδραση των δικών του ενδοκυτταρικών ενζύμων.
Επί του παρόντος, περισσότερα από 1000 ένζυμα είναι γνωστά. Τα ένζυμα χωρίζονται σε 6 κατηγορίες:
1η τάξη- οξειδορεδουκτάσες - παίζουν σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες ζύμωσης και αναπνοής των μικροοργανισμών, δηλαδή στον ενεργειακό μεταβολισμό.
2η τάξηΟι τρανσφεράσες (ένζυμα μεταφοράς) καταλύουν τη μεταφορά ομάδων ατόμων από τη μια ένωση στην άλλη.
3η τάξη -υδρολάσες (υδρολυτικά ένζυμα). Καταλύουν τις αντιδράσεις διάσπασης σύνθετων ενώσεων (πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες) με την υποχρεωτική συμμετοχή του νερού.
4η τάξη -Οι λυάσες περιλαμβάνουν ένζυμα δύο συστατικών που διασπούν ορισμένες ομάδες από υποστρώματα (CO 2, H 2 O, NH s κ.λπ.) με μη υδρολυτικό τρόπο (χωρίς τη συμμετοχή νερού).
5η τάξη- Οι ισομεράσες είναι ένζυμα που καταλύουν τον αναστρέψιμο μετασχηματισμό οργανικών ενώσεων στα ισομερή τους.
6η τάξη - Οι λιγάσες (συνθετάσες) είναι ένζυμα που καταλύουν τη σύνθεση πολύπλοκων οργανικών ενώσεων από απλούστερες. Οι λιγάσες παίζουν σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό των υδατανθράκων και του αζώτου των μικροοργανισμών.
Η χρήση μικροβιακών ενζύμων στη βιομηχανία τροφίμων και την ελαφριά βιομηχανία μπορεί να εντείνει σημαντικά την τεχνολογική διαδικασία, να αυξήσει την απόδοση και να βελτιώσει την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Τα παρασκευάσματα αμυλολυτικών ενζύμων χρησιμοποιούνται στην παραγωγή αιθυλικής αλκοόλης από πρώτες ύλες που περιέχουν άμυλο αντί για βύνη σιτηρών και στη βιομηχανία αρτοποιίας αντί για βύνη για την παρασκευή ζεματισμένου ψωμιού σίκαλης. Οι αμυλάσες μανιταριών προστίθενται επίσης στη ζύμη σιταριού. Δεδομένου ότι αυτό το παρασκεύασμα περιέχει, εκτός από την αμυλάση, άλλα ένζυμα (μαλτάση, πρωτεάσες), αν και σε μικρές ποσότητες, η διαδικασία παρασκευής της ζύμης επιταχύνεται, αυξάνεται ο όγκος και το πορώδες του ψωμιού, βελτιώνεται η εμφάνιση, το άρωμα και η γεύση του. Η χρήση αυτών των ενζυμικών παρασκευασμάτων στη ζυθοποιία καθιστά δυνατή τη μερική αντικατάσταση της βύνης με κριθάρι. Με τη βοήθεια της γλυκοαμυλάσης μανιταριών, το σιρόπι γλυκόζης και η κρυσταλλική γλυκόζη λαμβάνονται από το άμυλο. Τα πηκτολυτικά ενζυμικά σκευάσματα μυκήτων χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χυμών και ποτών φρούτων και στην οινοποίηση. Ως αποτέλεσμα της καταστροφής της πηκτίνης από αυτά τα ένζυμα, η διαδικασία της εκχύλισης του χυμού επιταχύνεται, η απόδοση, η διήθηση και η διαύγασή της αυξάνονται. Παρασκευάσματα ενζύμων που περιέχουν μικροβιακές πρωτεάσες χρησιμοποιούνται για την αύξηση της σταθερότητας (προστασία από την ομίχλη των πρωτεϊνών) του κρασιού και της μπύρας και στην τυροκομία - αντί της (μερικής) πυτιάς. Συνιστάται η χρήση μικροβιακών πρωτεασών για το μαλάκωμα του κρέατος, την επιτάχυνση της ωρίμανσης του κρέατος και της ρέγγας, τη λήψη προϊόντων υδρόλυσης τροφίμων από τα απόβλητα της βιομηχανίας ψαριών και κρέατος και για άλλες τεχνολογικές διεργασίες για την επεξεργασία ζωικών και φυτικών πρώτων υλών.
Η χημική σύνθεση των μικροοργανισμών
Τα μικροβιακά κύτταρα διαφέρουν ελάχιστα από τα ζωικά και φυτικά κύτταρα ως προς τη σύνθεσή τους. Περιέχουν 75-85% νερό, το υπόλοιπο 16-25% είναι ξηρή ουσία. Το νερό στο κελί βρίσκεται σε ελεύθερη και δεσμευμένη κατάσταση. Το δεσμευμένο νερό είναι μέρος των κολλοειδών κυττάρων (πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες κ.λπ.) και ελάχιστα απελευθερώνεται από αυτά. Το ελεύθερο νερό εμπλέκεται σε χημικές αντιδράσεις, χρησιμεύει ως διαλύτης για διάφορες ενώσεις που σχηματίζονται στο κύτταρο κατά τη διάρκεια του μεταβολισμού.
Η ξηρή ουσία του κυττάρου αποτελείται από οργανικές και ορυκτές ουσίες.
πρωτεΐνες - έως 52%,
πολυσακχαρίτες - έως 17%,
νουκλεϊκά οξέα (RNA έως 16%, DNA έως 3%),
λιπίδια - έως 9%
Αυτές οι ενώσεις αποτελούν μέρος διαφόρων κυτταρικών δομών μικροοργανισμών και επιτελούν σημαντικές φυσιολογικές λειτουργίες. Άλλες ουσίες βρίσκονται επίσης στα κύτταρα των μικροοργανισμών - οργανικά οξέα, τα άλατά τους, χρωστικές, βιταμίνες κ.λπ.
ερωτήσεις δοκιμής
1. Τι είναι το turgor;
2. Τι είναι η αφομοίωση;
3. Ποιοι μικροοργανισμοί ονομάζονται αυτότροφοι;
4. Τι είναι η όσμωση;
5. Ποιοι μικροοργανισμοί ονομάζονται προαιρετικοί;
6. Τι είναι η πλασμόλυση;
7. Σε ποιες διεργασίες εμπλέκονται οι λιπάσες;
8. Πόσο νερό περιλαμβάνεται στη σύνθεση των μικροοργανισμών;
10. Ποιοι μικροοργανισμοί ονομάζονται αναερόβιοι;
Υπάρχουν δύο τύποι μικροβιακής αναπνοής - αερόβια και αναερόβια.
Αερόβια αναπνοή μικροοργανισμοί είναι μια διαδικασία κατά την οποία ο αποδέκτης του υδρογόνου (πρωτόνια και ηλεκτρόνια) είναι το μοριακό οξυγόνο. Ως αποτέλεσμα της οξείδωσης, κυρίως πολύπλοκων οργανικών ενώσεων, παράγεται ενέργεια, η οποία απελευθερώνεται στο περιβάλλον ή συσσωρεύεται σε υψηλής ενέργειας φωσφορικούς δεσμούς του ATP. Διάκριση μεταξύ πλήρους και ατελούς οξείδωσης.
πλήρης οξείδωση.Η κύρια πηγή ενέργειας για τους μικροοργανισμούς είναι οι υδατάνθρακες. Όταν χωρίζονται, κάτι που συμβαίνει με διαφορετικούς τρόπους, λαμβάνεται ένα σημαντικό ενδιάμεσο προϊόν - το πυροσταφυλικό οξύ. Η πλήρης οξείδωση του πυροσταφυλικού οξέος συμβαίνει στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος Krebs) και στην αναπνευστική αλυσίδα. Ως αποτέλεσμα της διάσπασης της γλυκόζης υπό αερόβιες συνθήκες, η διαδικασία οξείδωσης πηγαίνει στο τέλος - μέχρι το σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα και νερού με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6CO 2 + 6H 2 O + 2874,3 kJ.
ατελής οξείδωση.Δεν ολοκληρώνουν όλα τα αερόβια αντιδράσεις οξείδωσης. Με περίσσεια υδατανθράκων στο μέσο, σχηματίζονται προϊόντα ατελούς οξείδωσης, στα οποία περιέχεται ενέργεια. Τα τελικά προϊόντα της ατελούς αερόβιας οξείδωσης της ζάχαρης μπορεί να είναι οργανικά οξέα: κιτρικό, μηλικό, οξαλικό, ηλεκτρικό και άλλα, σχηματίζονται από μύκητες μούχλας. Για παράδειγμα, η αερόβια αναπνοή πραγματοποιείται από βακτήρια οξικού οξέος, στα οποία σχηματίζεται οξικό οξύ και νερό όταν οξειδώνεται η αιθυλική αλκοόλη:
CH 3 CH 2 OH + O 2 - * CH 3 COOH + H 2 O + 494,4 k J.
Μερικά βακτήρια οξειδώνουν ανόργανες ενώσεις κατά την αναπνοή. Οι διεργασίες νιτροποίησης, στις οποίες τα νιτροποιητικά βακτήρια οξειδώνουν πρώτα την αμμωνία σε νιτρώδες οξύ και στη συνέχεια σε νιτρικό οξύ, μπορούν να χρησιμεύσουν ως παράδειγμα οξείδωσης ανόργανων ενώσεων. Σε κάθε περίπτωση, απελευθερώνεται ενέργεια: στην πρώτη φάση 274,9 kJ, στη δεύτερη - 87,6 kJ.
Αναερόβια αναπνοήπραγματοποιείται χωρίς τη συμμετοχή μοριακού οξυγόνου. Διακρίνετε την αναερόβια αναπνοή νιτρικών, την αναερόβια θειική αναπνοή και τη ζύμωση. Κατά την αναερόβια αναπνοή, οι οξειδωμένες ανόργανες ενώσεις είναι δέκτες υδρογόνου, οι οποίοι εγκαταλείπουν εύκολα το οξυγόνο και μετατρέπονται σε πιο μειωμένες μορφές, η οποία συνοδεύεται από απελευθέρωση ενέργειας.
1. αναερόβια νιτρική αναπνοή - αναγωγή νιτρικών σε μοριακό άζωτο
2. αναερόβια θειική αναπνοή - αναγωγή θειικών σε υδρόθειο.
3. Ζύμωση - η διάσπαση οργανικών ενώσεων που περιέχουν άνθρακα υπό αναερόβιες συνθήκες. Χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι ο τελευταίος δέκτης υδρογόνου είναι ένα οργανικό μόριο με ακόρεστους δεσμούς. Στην περίπτωση αυτή, η ουσία αποσυντίθεται μόνο σε ενδιάμεσα προϊόντα, τα οποία είναι σύνθετες οργανικές ενώσεις (αλκοόλες, οργανικά οξέα). Η ενέργεια που περιέχεται σε αυτά απελευθερώνεται στο περιβάλλον σε μικρές ποσότητες. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης, απελευθερώνεται λιγότερη ενέργεια. Για παράδειγμα, κατά τη ζύμωση της γλυκόζης, απελευθερώνεται 24,5 φορές λιγότερη ενέργεια από ότι κατά την αερόβια οξείδωσή της.
Όλα τα είδη ζύμωσης πριν από το σχηματισμό του πυροσταφυλικού οξέος προχωρούν με τον ίδιο τρόπο. Η περαιτέρω μετατροπή του πυροσταφυλικού οξέος εξαρτάται από τις ιδιότητες του μικροβίου. Τα ομοζυμωτικά βακτήρια γαλακτικού οξέος το μετατρέπουν σε γαλακτικό οξύ, η μαγιά σε αιθυλική αλκοόλη κ.λπ.
Ταξινόμηση μικροβίων ανά τύπο αναπνοής.
Ανάλογα με τον τύπο της αναπνοής, οι μικροοργανισμοί ταξινομούνται σε τέσσερις ομάδες.
1. Τα υποχρεωτικά (χωρίς όρους) αερόβια μεγαλώνουν με ελεύθερη πρόσβαση στο οξυγόνο. Αυτά περιλαμβάνουν βακτήρια οξικού οξέος, παθογόνα της φυματίωσης, άνθρακα και πολλά άλλα.
2. Τα μικροαερόφιλα βακτήρια αναπτύσσονται σε χαμηλή (έως 1%) συγκέντρωση οξυγόνου στη γύρω ατμόσφαιρα. Τέτοιες συνθήκες είναι ευνοϊκές για ακτινομύκητες, λεπτοσπείρα, βρουκέλλα.
3. Τα προαιρετικά αναερόβια αναπτύσσονται τόσο με την πρόσβαση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου όσο και με την απουσία του. Έχουν δύο ομάδες ενζύμων, αντίστοιχα. Αυτό είναι το Enterobacteriaceae, ο αιτιολογικός παράγοντας της ερυσίπελας των χοίρων.
4. Υποχρεωτικά (χωρίς όρους) αναερόβια αναπτύσσονται σε πλήρη απουσία οξυγόνου στο περιβάλλον. Αναερόβιες συνθήκες (παρακάμπτονται από βακτήρια βουτυρικού οξέος, παθογόνα τετάνου, αλλαντίαση, αέρια γάγγραινα, εμφυσηματώδης καρβούνια, νεκροβακτηρίωση.
Εισαγωγή
μικροοργανισμός αναπνοής τροφών
Όπως γνωρίζετε, οι μικροοργανισμοί αντλούν την απαραίτητη ενέργεια για να διατηρήσουν τη ζωτική τους δραστηριότητα λόγω διαφόρων ειδών διεργασιών οξείδωσης οργανικών (και μερικές φορές ανόργανων) ουσιών. Σε αυτή την περίπτωση, η οξείδωση λαμβάνει χώρα με διάσπαση υδρογόνου (ή ηλεκτρονίων) από τα υποστρώματα. Το υδρογόνο μεταφέρεται κατά μήκος μιας αλυσίδας ενζύμων και τελικά συνδυάζεται με οξυγόνο για να σχηματίσει νερό. Η αναερόβια μέθοδος εξαγωγής ενέργειας χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι το ελεύθερο οξυγόνο δεν συμμετέχει σε αυτήν και τα οργανικά υποστρώματα οξειδώνονται μόνο λόγω της αποβολής του υδρογόνου. Το απελευθερωμένο υδρογόνο είτε ενώνεται με τα προϊόντα διάσπασης της ίδιας οργανικής ύλης, είτε απελευθερώνεται σε αέρια κατάσταση.
Τύποι αναπνοής μικροοργανισμών
Η μικροβιακή αναπνοή είναι μια βιολογική οξείδωση διαφόρων οργανικών ενώσεων και ορισμένων ορυκτών. Ως αποτέλεσμα των διεργασιών οξειδοαναγωγής και της ζύμωσης, σχηματίζεται θερμική ενέργεια, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται από το μικροβιακό κύτταρο και το υπόλοιπο απελευθερώνεται στο περιβάλλον.
Επί του παρόντος, η οξείδωση ορίζεται ως η διαδικασία απομάκρυνσης του υδρογόνου (αφυδρογόνωση) και η αναγωγή ορίζεται ως η προσθήκη του. Οι ίδιοι όροι ισχύουν για αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τη μεταφορά πρωτονίων και ηλεκτρονίων ή μόνο ηλεκτρονίων. Όταν μια ουσία οξειδώνεται, χάνονται ηλεκτρόνια και όταν μια ουσία ανάγεται, προστίθενται. Πιστεύεται ότι η μεταφορά υδρογόνου και η μεταφορά ηλεκτρονίων είναι ισοδύναμες διαδικασίες.
Η ικανότητα των ενώσεων ή των στοιχείων να δίνουν ή να δέχονται ηλεκτρόνια καθορίζεται από το δυναμικό οξειδοαναγωγής. Κατόπιν πρότασης του M. Clark, ορίζεται rH2 (ο αρνητικός λογάριθμος της μερικής πίεσης του αερίου υδρογόνου). Αυτός είναι ο βαθμός κορεσμού του μέσου με οξυγόνο ή υδρογόνο. Το εύρος J H2 κυμαίνεται από 0 έως 42,6. Στο P12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 οξειδωτικό, με iil2 ίσο με 28, το μέσο είναι ουδέτερο.
Τα αερόβια ζουν σε υψηλότερο δυναμικό οξειδοαναγωγής (ili2 14-35), τα αναερόβια σε χαμηλότερο (rH2 0-12). Τα Pops H1 (πρωτόνια), τα οποία είναι στην ουσία, μεταφέρονται ενάντια στην ηλεκτροχημική βαθμίδα, δηλαδή από ένα περιβάλλον με μικρότερη συγκέντρωση σε ένα περιβάλλον όπου υπάρχουν πολλά από αυτά. Η διαδικασία μεταφοράς πρωτονίων σχετίζεται με την κατανάλωση ενέργειας. Η διείσδυση ιόντων υδρογόνου μέσω της μεμβράνης δεν συμβαίνει σύμφωνα με τους νόμους της όσμωσης, αλλά ενεργά, με τη βοήθεια μιας αντλίας που ονομάζεται αντλία υδρογόνου. Έτσι, οι βιολογικοί μετασχηματισμοί στο κυτταρόπλασμα ενός μικροβιακού κυττάρου σχετίζονται με την κίνηση πρωτονίων και ηλεκτρονίων, αλλά αυτό δεν είναι μια απλή ηλεκτρική κίνηση, αλλά μια πολύπλοκη βιοχημική διαδικασία που πραγματοποιείται με τη βοήθεια ενζύμων. Οι τελευταίοι καταλύουν αντιδράσεις, επιταχύνουν το σπάσιμο των ομοιοπολικών δεσμών και έτσι μειώνουν την ενέργεια ενεργοποίησης.
Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από μικρόβια μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και σε ορισμένες συσκευές. Επί του παρόντος, έχουν σχεδιαστεί πομποί που λειτουργούν με βιολογικό ηλεκτρισμό, ο οποίος παράγεται από μικροοργανισμούς που τρέφονται με ζάχαρη διαλυμένη στο θαλασσινό νερό. (Η αερόβια αναπνοή μικροοργανισμών είναι μια διαδικασία κατά την οποία ο τελευταίος αποδέκτης υδρογόνου (πρωτόνια και ηλεκτρόνια) είναι το μοριακό οξυγόνο. Ως αποτέλεσμα της οξείδωσης, κυρίως πολύπλοκων οργανικών ενώσεων, παράγεται ενέργεια που απελευθερώνεται στο περιβάλλον ή συσσωρεύεται σε υψηλή ενεργειακοί φωσφορικοί δεσμοί του ATP Διακρίνετε μεταξύ πλήρους και ατελούς οξείδωσης;
πλήρης οξείδωση. Η κύρια πηγή ενέργειας για τους μικροοργανισμούς είναι οι υδατάνθρακες. Όταν χωρίζονται, κάτι που συμβαίνει με διαφορετικούς τρόπους, λαμβάνεται ένα σημαντικό ενδιάμεσο προϊόν - πυροσταφυλικό οξύ (πυρουβικό). Η πλήρης οξείδωση του πυροσταφυλικού οξέος συμβαίνει στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος Krebs) και στην αναπνευστική αλυσίδα (Εικ. 17). Ως αποτέλεσμα της διάσπασης της γλυκόζης υπό αερόβιες συνθήκες, η διαδικασία οξείδωσης πηγαίνει στο τέλος - στο σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα και νερού με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ .
Αντιστοιχεί στο δυναμικό ενεργειακό απόθεμα της εξόζης, δηλαδή στην ποσότητα που συσσωρεύτηκε στο μόριο του σακχάρου κατά τη φωτοσύνθεσή του από το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό στα πράσινα φυτά. Η μεταφορά ηλεκτρονίων από το υδρογόνο στο οξυγόνο πραγματοποιείται μέσω της αναπνευστικής αλυσίδας ή της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η αναπνευστική αλυσίδα είναι ένα σύστημα αναπνευστικών ενζύμων που βρίσκονται στις μεμβράνες. Οι μεμβράνες, όπως είναι γνωστό, βρίσκονται σε επαφή με το κυτταρόπλασμα του κυττάρου, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται η αλληλεπίδρασή τους.
ατελής οξείδωση. Δεν ολοκληρώνουν όλα τα αερόβια αντιδράσεις οξείδωσης. Με περίσσεια υδατανθράκων στο μέσο, σχηματίζονται προϊόντα ατελούς οξείδωσης, στα οποία περιέχεται ενέργεια. Τα τελικά προϊόντα της ατελούς αερόβιας οξείδωσης της ζάχαρης μπορεί να είναι οργανικά οξέα: κιτρικό, μηλικό, οξαλικό, ηλεκτρικό και άλλα, σχηματίζονται από μύκητες μούχλας.
Τα αναερόβια είναι οργανισμοί που λαμβάνουν ενέργεια απουσία πρόσβασης οξυγόνου με φωσφορυλίωση του υποστρώματος, ενώ τα τελικά προϊόντα της ατελούς οξείδωσης του υποστρώματος μπορούν να οξειδωθούν για να λάβουν περισσότερη ενέργεια με τη μορφή ATP παρουσία του τελικού δέκτη πρωτονίων από οργανισμούς που φέρουν εξάλειψη της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης.
Το σχήμα 1 δείχνει τη μεταφορά ηλεκτρονίων κατά την αναπνοή και διάφορους τύπους αναερόβιας παραγωγής ενέργειας. Το υδρογόνο και τα ηλεκτρόνια διασπώνται από τα υποστρώματα με ένζυμα νουκλεοτιδίων πυριδίνης (PN). Στη συνέχεια, στα αερόβια διέρχονται από μια αλυσίδα ενζύμων με αυξανόμενα δυναμικά - φλαβοπρωτεΐνη (FP - cytochrome enzymes (Cit.) - και μεταφέρονται στο οξυγόνο με τη βοήθεια της οξειδάσης του κυτοχρώματος (Cit. Ox.). Η ροή των ηλεκτρονίων κατευθύνεται από ένα σύστημα με χαμηλότερο (πιο αρνητικό δυναμικό) σε ένα σύστημα με υψηλότερο (πιο θετικό) δυναμικό, από - 0,8 - 0,4 V (δυναμικό υποστρώματος) έως + 0,8 V (δυναμικό οξυγόνου).
Έτσι, κατά την αναπνοή, το οξυγόνο είναι ο τελικός αποδέκτης του υδρογόνου. Στα αναερόβια, είτε οργανικά υποστρώματα (ζύμωση) είτε ανόργανες ουσίες, όπως νιτρικά ή θειικά άλατα ("αναερόβια αναπνοή"), δρουν ως δέκτες υδρογόνου. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι η πιο απλή και πρωτόγονη μεταφορά ηλεκτρονίων πραγματοποιείται στα περισσότερα αναερόβια λόγω της έλλειψης ενζύμων στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων ικανών να μεταφέρουν ηλεκτρόνια κατά μήκος της αλυσίδας μέχρι το μοριακό οξυγόνο.
Το μοριακό οξυγόνο έχει αρνητική επίδραση στην ανάπτυξη και τη δραστηριότητα των υποχρεωτικών αναερόβιων. Παρουσία ελεύθερου οξυγόνου, τα αναερόβια κύτταρα χάνουν την κινητικότητά τους. Μέσω αυτής της αντίδρασης, τα αναερόβια ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά από τον Παστέρ. Μόλις εξέτασε στο μικροσκόπιο μια σταγόνα ενός υγρού ζύμωσης (κατά τη διάρκεια της βουτυρικής ζύμωσης) τοποθετημένη ανάμεσα σε δύο λεπτά επίπεδα ποτήρια και παρατήρησε ότι τα κύτταρα που βρίσκονται στις άκρες του παρασκευάσματος (όπου το οξυγόνο του αέρα εισχωρούσε ελεύθερα) ξαφνικά ακινητοποιήθηκαν και οι ράβδοι που βρίσκεται στο κέντρο της προετοιμασίας (όπου ο αέρας δεν εισχωρούσε), συνέχισε να κινείται πολύ ενεργά.
Από εδώ, ο Παστέρ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το οξυγόνο του αέρα είναι δηλητηριώδες για ορισμένα μικρόβια και χώρισε τα τελευταία σε δύο ομάδες - αερόβια και αναερόβια. Οι αντίπαλοι του Παστέρ (για παράδειγμα, ο Τρεκούλ) αντιτάχθηκαν στον ισχυρισμό της ύπαρξης βακτηρίων για τα οποία το οξυγόνο του αέρα μπορεί να είναι θανατηφόρο, και ανέφεραν ως παράδειγμα αναερόβια σπόρια, ικανά να παραμείνουν στον αέρα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Σε αυτό, ο Παστέρ απάντησε ότι τα σπόρια δεν είναι πραγματικά ζωντανά όντα, αφού δεν τρέφονται και δεν αναπαράγονται. Η μετέπειτα εξέλιξη της επιστήμης επιβεβαίωσε τη θέση του Παστέρ. Έτσι, αποδείχθηκε ότι τα βακτηριακά σπόρια χαρακτηρίζονται από εξαιρετικά έντονη αναβίωση και ο μεταβολισμός τους είναι σε τόσο χαμηλό επίπεδο που δεν μπορεί καν να μετρηθεί με την απαραίτητη ακρίβεια. Από αυτή την άποψη, τα σπόρια δεν είναι ευαίσθητα σε πολλούς επιβλαβείς παράγοντες και τα σπόρια των αναερόβιων μπορούν, επιπλέον (σε αντίθεση με τα φυτικά κύτταρα), να επιβιώσουν εύκολα στον αέρα.
Το ερώτημα γιατί το οξυγόνο είναι τοξικό για τα αερόβια δεν έχει ακόμη διευκρινιστεί επαρκώς. Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι η τοξική επίδραση του οξυγόνου σχετίζεται με το σχηματισμό σε καλλιέργειες αναερόβιων μικροοργανισμών τοξικών συγκεντρώσεων υπεροξειδίου του υδρογόνου, το οποίο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της οξείδωσης του υποστρώματος από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Ο λόγος για τη συσσώρευση υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι η απουσία του ενζύμου καταλάση (που αποσυνθέτει το υπεροξείδιο) στα αναερόβια. Υπάρχουν αναφορές ότι ορισμένα στελέχη Clostridium μπορούν να αναπτυχθούν υπό αερόβιες συνθήκες εάν προστεθεί καταλάση στο μέσο. Όμως, από την άλλη, ένας πολύ σημαντικός παράγοντας που καθορίζει την ανάπτυξη των αναερόβιων είναι οι συνθήκες οξειδοαναγωγής του περιβάλλοντος. Εκφράζονται ως δυναμικό οξειδοαναγωγής (ORP), μετρούμενο σε βολτ (τάση σε ένα ηλεκτρόδιο βυθισμένο στο υπό δοκιμή μέσο). Οι συνθήκες οξειδοαναγωγής μπορούν επίσης να εκφραστούν ως προς τον δείκτη rH2, ο οποίος χαρακτηρίζει την αναλογία μεταξύ Η2 και Ο2. Το rH2 που κυμαίνεται από 0 έως 40 χαρακτηρίζει όλους τους βαθμούς αναγωγής ή οξείδωσης του μέσου, ανάλογα με τον κορεσμό του με οξυγόνο ή υδρογόνο. Λεπτομερείς μελέτες των συνθηκών για την ανάπτυξη των απαεροβίων έχουν δείξει ότι τα υποχρεωτικά αναερόβια δεν μπορούν να αναπτυχθούν σε rH2 (ή ORP) πάνω από ένα συγκεκριμένο όριο. Το rH2 σε ένα μέσο μπορεί να μετρηθεί είτε ηλεκτρομετρικά (χρησιμοποιώντας ποτενσιόμετρα) είτε με βαφές που ανακτούν και ξεθωριάζουν (ή αλλάζουν χρώμα) σε συγκεκριμένες τιμές rH2. Για παράδειγμα, υπό αερόβιες συνθήκες σε rH2 = 20 και άνω, η βαφή Janusgrün έχει πράσινο χρώμα σε διάλυμα, σε rH2 στην περιοχή 12-14 είναι ροζ και σε ακόμη χαμηλότερες τιμές rH2 γίνεται άχρωμη.
Τα αναερόβια είναι μια εκτεταμένη ομάδα οργανισμών, τόσο σε μικρο όσο και σε μακροεπίπεδο:
Προαιρετικά αναερόβια
Καπνιστικοί αναερόβιοι και μικροαερόφιλοι
Αεροανεκτικά αναερόβια
Μέτρια αυστηρά αναερόβια
υποχρεωτικά αναερόβια
Εάν ένας οργανισμός είναι σε θέση να μεταβεί από μια μεταβολική οδό σε μια άλλη (για παράδειγμα, από αναερόβια αναπνοή στην αερόβια αναπνοή και αντίστροφα), τότε αναφέρεται υπό όρους ως προαιρετικά αναερόβια
Μέχρι το 1991, μια κατηγορία καπνιστικών αναερόβιων διακρίνονταν στη μικροβιολογία, που απαιτούσαν χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου και υψηλή συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα (Brucella bovine type - B. abortus)
Ένας μέτρια αυστηρός αναερόβιος οργανισμός επιβιώνει σε περιβάλλον με μοριακό Ο2, αλλά δεν αναπαράγεται. Τα μικροαερόφιλα μπορούν να επιβιώσουν και να πολλαπλασιαστούν σε περιβάλλον με χαμηλή μερική πίεση O2.
Εάν ένας οργανισμός δεν είναι σε θέση να «μεταπέσει» από την αναερόβια στην αερόβια αναπνοή, αλλά δεν πεθάνει παρουσία μοριακού οξυγόνου, τότε ανήκει στην ομάδα των αερόβιων αναερόβιων. Για παράδειγμα, γαλακτικό οξύ και πολλά βουτυρικά βακτήρια
Τα υποχρεωτικά αναερόβια πεθαίνουν παρουσία μοριακού οξυγόνου O2 - για παράδειγμα, εκπρόσωποι (γένος βακτηρίων και αρχαίων: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Τέτοια αναερόβια ζουν συνεχώς σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο. Τα υποχρεωτικά αναερόβια περιλαμβάνουν ορισμένα βακτήρια, ζυμομύκητες, μαστιγωτές και βλεφαρίδες.
Ταυτόχρονα, η γλυκόλυση είναι χαρακτηριστική μόνο για τα αναερόβια, τα οποία, ανάλογα με τα τελικά προϊόντα αντίδρασης, χωρίζονται σε διάφορους τύπους ζύμωσης:
ζύμωση γαλακτικού οξέος - το γένος Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium, καθώς και ορισμένοι ιστοί πολυκύτταρων ζώων και ανθρώπων. αλκοολική ζύμωση - σακχαρομύκητες, candida (οργανισμοί του βασιλείου των μυκήτων)
μυρμηκικό οξύ - μια οικογένεια εντεροβακτηρίων
βουτυρικό - ορισμένοι τύποι κλωστριδίων
προπιονικό οξύ - προπιονοβακτήρια (για παράδειγμα, Propionibacterium acnes)
ζύμωση με απελευθέρωση μοριακού υδρογόνου - ορισμένοι τύποι Clostridium, ζύμωση Stickland
ζύμωση μεθανίου - π.χ. Methanobacterium
Τύποι διατροφής σε μικροοργανισμούς
Τα αυτότροφα (χημολιθότροφα, φωτολιθότροφα) λαμβάνουν άνθρακα από το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) στον αέρα και δημιουργούν οργανική ύλη χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση ορισμένων ορυκτών ενώσεων (χημεοσύνθεση) ή την ενέργεια του ήλιου (φωτοσύνθεση). Το φαινόμενο της χημειοσύνθεσης στα χημειολιθότροφα καθιερώθηκε για πρώτη φορά (1887) από τον Ρώσο μικροβιολόγο S. N. Vinogradsky στη μελέτη των άχρωμων βακτηρίων θείου, των νιτροποιητών και άλλων μικροοργανισμών. Η ενέργεια που παράγεται στη διαδικασία των οξειδωτικών αντιδράσεων χρησιμοποιείται στη συνέχεια από τα βακτήρια για την αφομοίωση του άνθρακα και τη δημιουργία οργανικής ύλης.
Τα φωτολιθότροφα (γαλαζοπράσινα φύκια, μοβ θειούχα βακτήρια και άλλα μικρόβια) έχουν την ικανότητα να φωτοσυνθέτουν, καθώς περιέχουν χρωστικές ουσίες (χρωστικές ουσίες). Οι χρωστικές των φωτολιθότροφων είναι παρόμοιες σε σύσταση με τη χλωροφύλλη των πράσινων φυτών. Τα φωτοβακτήρια, όπως και τα φυτά, δημιουργούν οργανική ύλη χρησιμοποιώντας άνθρακα από διοξείδιο του άνθρακα και ηλιακή ενέργεια. Τα αυτότροφα μπορούν να αναπτυχθούν σε αμιγώς ορυκτά περιβάλλοντα· δεν είναι σε θέση να αφομοιώσουν πιο σύνθετες ενώσεις άνθρακα και επομένως δεν είναι παθογόνα για τα ζώα.
Πηγές ενέργειας
Οι πιο διαθέσιμες πηγές άνθρακα για τα βακτήρια είναι οι υδατάνθρακες και τα αμινοξέα, τα οποία λαμβάνονται υπόψη στην παρασκευή θρεπτικών μέσων.
Αυτοτροφία. Διατροφικές ανάγκες του αυτότροφου [από το ελληνικό. auto, self, + trophe, βακτήρια διατροφή περιορισμένη? για την ανάπτυξή τους, αρκεί η εισαγωγή στο μέσο ανόργανων ενώσεων που περιέχουν άζωτο και άλλα μεταλλικά στοιχεία. Τα λουτοτροφικά βακτήρια χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ή ανθρακικά ως πηγή άνθρακα. Τέτοια βακτήρια είναι σε θέση να συνθέσουν όλες τις απαραίτητες ενώσεις από απλές ουσίες. Αυτά περιλαμβάνουν φωτο- και χημειοτροφικά (χημοσυνθετικά) βακτήρια, που χρησιμοποιούν, αντίστοιχα, την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (φως) ως πηγή ενέργειας ή την ενέργεια των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής που περιλαμβάνουν υποστρώματα που χρησιμεύουν ως πηγή διατροφής για αυτά. Μεταξύ των αυτότροφων δεν έχουν βρεθεί είδη ιατρικής σημασίας.
Το άζωτο είναι απαραίτητο για τα βακτήρια να συνθέσουν αμινοξέα (πρωτεΐνες), νουκλεοτίδια πουρίνης και πυριμιδίου και ορισμένες βιταμίνες. Δεδομένου ότι το άζωτο σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς περιέχεται σε ανηγμένη μορφή, όλες οι ορυκτές μορφές αζώτου με υψηλότερο βαθμό οξείδωσης από την αμμωνία πρέπει να μειωθούν.
Ένας αριθμός μικροοργανισμών είναι σε θέση να χρησιμοποιήσει άζωτο μόνο από οργανικές ενώσεις (αμινοετερότροφα). Μερικοί από τους μικροοργανισμούς αφομοιώνουν το άζωτο με τη μορφή ανόργανων μορφών (αμινοαυτοτροφών). Ωστόσο, πολλοί μικροοργανισμοί είναι σε θέση να χρησιμοποιούν τόσο οργανικό όσο και ανόργανο άζωτο.
Χρήση ανόργανου αζώτου
Στη φύση, τα άτομα ορυκτού αζώτου υπάρχουν σε διάφορους βαθμούς οξείδωσης: από N5+ (N205, νιτρικός ανυδρίτης) έως N3- (NH3, αμμωνία). Ο βαθμός αφομοίωσης των ενώσεων ανόργανου αζώτου από βακτήρια καθορίζεται από την ευκολία μετατροπής τους σε αμμωνία, δεδομένου ότι είναι ο απλούστερος πρόδρομος οργανικών ενώσεων αζώτου υψηλού μοριακού βάρους. Σε αυτή την ομάδα βακτηρίων, είναι δυνατές δύο διαφορετικά κατευθυνόμενες διεργασίες: αφομοίωση (σύνδεση ορυκτών μορφών αζώτου σε οργανικό υλικό) και αφομοίωση (απελευθέρωση αερίων μορφών αζώτου).
διαδικασίες αφομοίωσης. Η δέσμευση των ανόργανων μορφών αζώτου συμβαίνει κατά τη δέσμευση αζώτου, την αφομοίωση της αμμωνίας και την αφομοίωση της αναγωγής νιτρικών.
Στερέωση αζώτου. Τα βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο (για παράδειγμα, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella, κ.λπ.) μπορούν να χρησιμοποιήσουν το άζωτο από τον ατμοσφαιρικό αέρα, μειώνοντάς το σε αμμώνιο χρησιμοποιώντας ένα ειδικό ένζυμο (νιτρογενάση) σε μια διαδικασία που ονομάζεται δέσμευση αζώτου.
αφομοίωση της αμμωνίας. Τα περισσότερα βακτήρια απορροφούν αμμώνιο κατά την αφομοίωση της αμμωνίας. Τα βακτήρια που αναπτύσσονται σε μέσα με αμμώνιο μπορούν να το ενσωματώσουν απευθείας σε οργανικές ενώσεις. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι μετά την κατανάλωση ανόργανων αλάτων αμμωνίου, ανιόντα (SO4, Cl, H3PO4 κ.λπ.) συσσωρεύονται στο μέσο, μειώνοντας το pH του μέσου, γεγονός που επιβραδύνει την ανάπτυξη των καλλιεργειών. Τα άλατα αμμωνίου των οργανικών οξέων οξινίζουν λιγότερο το περιβάλλον και είναι πιο ευνοϊκά για την ανάπτυξη βακτηρίων.
Αναγωγή νιτρικών αλάτων αφομοίωσης. Η συντριπτική πλειονότητα των βακτηρίων και των μυκήτων, όπως και τα φυτά, αφομοιώνουν τα νιτρικά άλατα κατά τη διαδικασία αφομοίωσης αναγωγής νιτρικών. Στο πρώτο στάδιο, τα νιτρικά ανάγεται σε νιτρώδη, ο κύκλος αυτών των μετασχηματισμών καταλύεται από ένα συγκεκριμένο ένζυμο - αφομοίωση νιτρική αναγωγάση Β. Το δεύτερο στάδιο είναι ένα σύμπλεγμα αντιδράσεων αναγωγής που καταλύονται από την αναγωγάση νιτρωδών, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό αμμωνίας. που χρησιμοποιείται για τη σύνθεση αμινοξέων και άλλων αζωτούχων συστατικών του κυττάρου.
Μηχανισμός παροχής θρεπτικών συστατικών
Εξω-ένζυμα εντοπισμένα στην εξωτερική πλευρά της κυτταρικής μεμβράνης. Στα βακτήρια, το E. μπορεί να απελευθερωθεί στο εξωτερικό περιβάλλον ή να βρίσκεται μεταξύ του κυτταρικού τοιχώματος και της κυτταρικής μεμβράνης.
Ταξινόμηση ενζύμων.
Επί του παρόντος, περισσότερα από 2000 ένζυμα είναι γνωστά, επομένως υπάρχει ανάγκη για μια επιστημονικά βασισμένη ταξινόμηση. Σύμφωνα με την ταξινόμηση που αναπτύχθηκε από μια ειδική επιτροπή της Διεθνούς Βιοχημικής Ένωσης (1961), όλα/ένζυμα ομαδοποιούνται σε έξι κατηγορίες: οκενορεδουκτάσες, τρανσφεράσες, υδρολάσες, λυάσες, ισομεράσες, λιγάσες ή συνθετάσες.
Οι οξειδορεδουκτάσες είναι οξειδοαναγωγικά ένζυμα. Επιταχύνουν τις διαδικασίες αναγωγής και οξείδωσης διαφόρων ουσιών, παίζουν σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες αναπνοής των μικροβίων. Αυτή η ομάδα είναι πολυάριθμη, περιλαμβάνει περισσότερα από 200 ένζυμα. Εδώ είναι μερικά από αυτά.
Οι αφυδρογονάσες είναι ένζυμα που οδηγούν τη διαδικασία της βιολογικής οξείδωσης αφαιρώντας το υδρογόνο από ένα υπόστρωμα δότη και μεταφέροντάς το σε οξυγόνο ή σε άλλον δέκτη. Υπάρχουν αερόβιες και αναερόβιες αφυδρογονάσες. Οι αερόβιες αφυδρογονάσες μεταφέρουν το υδρογόνο τόσο απευθείας στο μοριακό οξυγόνο όσο και σε άλλα συστήματα· ονομάζονται οξειδάσες. Οι αναερόβιες αφυδρογονάσες αλληλεπιδρούν με το υπόστρωμα, αφαιρούν το υδρογόνο από αυτό και το μεταφέρουν στον δέκτη, αλλά όχι στο οξυγόνο του αέρα. Οι οξειδάσες του κυτοχρώματος είναι ένζυμα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η κυτοχρωμοξινδάση ενεργοποιεί το μοριακό οξυγόνο και, με τη βοήθειά του, οξειδώνει το ανηγμένο κυτόχρωμα του οποίου η ενεργή ομάδα είναι η αιμίνη. Η καταλάση βρίσκεται στα κύτταρα των αερόβιων μικροβίων και ανήκει στην ομάδα των αιμικών ενζύμων που περιέχουν τρισθενή σίδηρο στο μόριό της, ο οποίος μπορεί να χάσει ηλεκτρόνια (οξειδωθεί). Υπό τη δράση της καταλάσης στο υπεροξείδιο του υδρογόνου, ανάγεται, σχηματίζεται νερό και μοριακό οξυγόνο. Η υπεροξειδάση βρίσκεται σε ορισμένα μικρόβια, ενεργοποιεί το οξυγόνο του υπεροξειδίου του υδρογόνου και επιταχύνει την οξείδωση διαφόρων οργανικών ενώσεων.
Υδρόλυση - ένζυμα που επιταχύνουν τις αντιδράσεις υδρόλυσης, δηλαδή τη διαδικασία διάσπασης σύνθετων ουσιών σε απλούστερες με την προσθήκη ενός μορίου, του νερού. Βρίσκονται σε πολλούς μικροοργανισμούς. Οι υδρολάσεις συνδυάζουν περισσότερα από 200 ένζυμα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει: εστεράσες που διασπούν εστέρες που σχηματίζονται από οργανικά οξέα και αλκοόλες. φωσφατάσες που υδρολύουν εστέρες που σχηματίζονται από αλκοόλες και φωσφορικό οξύ. γλυκοσιδάσες που διασπούν γλυκοσιδικούς δεσμούς στους άνθρακες και τα παράγωγά τους. πεπτιδάσες; επιτάχυνση της υδρόλυσης των πεπτιδικών δεσμών στις πρωτεΐνες. αμιδάσες που επιταχύνουν την υδρόλυση αμιδίων, αμινοξέων και άλλων ενώσεων.
Οι λυάσες είναι ένζυμα που αποκόπτουν τη μία ή την άλλη ομάδα από τα υποστρώματα με μη υδρολυτικό τρόπο (η αντίδραση μεταξύ άνθρακα και οξυγόνου, αζώτου, θείου, αλογόνου). Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει περίπου 90 ένζυμα. Οι σημαντικότερες από αυτές είναι η καρβοξυλάση, η αλδεϋδολυάση (αλδολάση) κ.λπ.
Οι ισομεράσες είναι ένζυμα που επιταχύνουν την κίνηση του υδρογόνου, του φωσφόρου και των διπλών δεσμών μέσα στα μόρια, κάτι που είναι σημαντικό στο μεταβολισμό. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει φωσφοεξοϊσομεράση, τριοσοφωσφοτισομεράση κ.λπ.
Οι λιγάσες ή συνθετάσες είναι ένζυμα που επιταχύνουν τη σύνθεση πολύπλοκων ενώσεων από απλούστερες λόγω της διάσπασης πυροφωσφορικών δεσμών (σε ATP ή άλλα πλούσια σε ενέργεια πυροφωσφορικά). Οι λιγάσες παίζουν σημαντικό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, λιπαρών οξέων και άλλων ενώσεων. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει περίπου 100 ένζυμα. Εκπρόσωποι αυτής της ομάδας είναι η συνθετάση της ασπαραγίνης, η γλουταμιψυνθετάση κ.λπ.
