Fisiología de los microorganismos. Respiración bacteriana, tipos de respiración.

La fisiología de los microorganismos estudia las características del desarrollo, la nutrición, el metabolismo energético y otros procesos vitales de los microbios en diversas condiciones ambientales.

Nutrición de microorganismos

La nutrición de los microbios se lleva a cabo por difusión a través de la cubierta y la membrana de nutrientes disueltos en agua. Los compuestos orgánicos complejos insolubles se escinden previamente fuera de la célula con la ayuda de enzimas secretadas por microbios en el sustrato.

Según el método de nutrición, se dividen en autótrofos y heterótrofos.

autótrofos son capaces de sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas (principalmente dióxido de carbono, nitrógeno inorgánico y agua). Como fuente de energía para la síntesis, estos microbios utilizan la energía de la luz (fotosíntesis) o la energía de las reacciones oxidativas (quimiosíntesis).

Todas las reacciones metabólicas en una célula microbiana ocurren con la ayuda de catalizadores biológicos. enzimas La mayoría de las enzimas constan de una parte proteica y un grupo protésico no proteico. El grupo protésico puede incluir metales tales como hierro, cobre, cobalto, zinc, así como vitaminas o sus derivados. Algunas enzimas están formadas únicamente por proteínas simples. Las enzimas son específicas y actúan solo sobre una sustancia específica. Por tanto, en cada microorganismo existe todo un complejo de enzimas, pudiendo destacarse algunas enzimas, donde participan en la preparación para la asimilación de compuestos orgánicos complejos. Las enzimas de microorganismos se utilizan en alimentos y otras industrias.

Agua. Una célula microbiana es 75-85% agua. La mayor parte del agua se encuentra en el citoplasma de la célula en estado libre. Todos los procesos metabólicos bioquímicos tienen lugar en el agua, el agua también es un solvente para estas sustancias, ya que los nutrientes ingresan a la célula solo en forma de solución, y los productos metabólicos también se eliminan de la célula con agua. Parte del agua de la célula se encuentra en un estado ligado y forma parte de algunas estructuras celulares. En las esporas de bacterias y hongos, la cantidad de agua libre se reduce al 50% o menos. Con una pérdida significativa de agua ligada, la célula microbiana muere.

materia orgánica las células microbianas están representadas por proteínas (6-14%), grasas (1-4%), carbohidratos, ácidos nucleicos.

- el material plástico principal de cualquier célula viva, incluso microbiana. Las proteínas forman la base del citoplasma, forman parte de la membrana celular y de algunas estructuras celulares. Cumplen una función catalítica muy importante, ya que forman parte de las enzimas que catalizan reacciones metabólicas en la célula microbiana.

Las células microbianas contienen ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). El ADN se encuentra principalmente en el núcleo celular o nucleótidos, el ARN, en el citoplasma y los ribosomas, donde participa en la síntesis de proteínas.

El contenido de grasa de varios microorganismos es diferente, en algunas levaduras y mohos es de 6 a 10 veces mayor que en las bacterias. Las grasas (lípidos) son el material energético de la célula. Las grasas en forma de lipoproteínas forman parte de la membrana citoplasmática, la cual cumple una importante función en el intercambio de las células con el medio ambiente. Las grasas se pueden encontrar en el citoplasma en forma de gránulos o gotitas.

Los carbohidratos forman parte de las membranas, cápsulas y citoplasma. Están representados principalmente por carbohidratos complejos: los polisacáridos (almidón, dextrina, glucógeno, fibra) se pueden combinar con proteínas o lípidos. Los carbohidratos se pueden depositar en el citoplasma en forma de granos de glucógeno como material de reserva de energía.

(fósforo, sodio, magnesio, cloro, azufre, etc.) forman parte de las proteínas y enzimas de la célula microbiana, son necesarios para el metabolismo y el mantenimiento de la presión osmótica intracelular normal.

Necesario para el funcionamiento normal de los microorganismos. Están involucrados en los procesos metabólicos, ya que forman parte de muchas enzimas. Las vitaminas, por regla general, deben provenir de los alimentos, sin embargo, algunos microbios tienen la capacidad de sintetizar vitaminas, como la B 2 o la B 12.

respiración de microorganismos

Los procesos de biosíntesis de sustancias de una célula microbiana proceden con el gasto de energía. La mayoría de los microbios utilizan la energía de las reacciones químicas que implican el oxígeno atmosférico. Este proceso de oxidación de nutrientes para liberar energía se llama respiración. La energía se libera durante la oxidación de sustancias inorgánicas (autótrofas) u orgánicas (heterótrofas).

Microorganismos aerobios (aerobios) utilizar la energía liberada durante la oxidación de sustancias orgánicas por el oxígeno atmosférico con la formación de sustancias inorgánicas, dióxido de carbono y agua. Los aerobios incluyen muchas bacterias, hongos y algunas levaduras. Utilizan principalmente carbohidratos como fuente de energía.

Microorganismos anaerobios (anaerobios) no utilizan oxígeno para respirar, viven y se reproducen en ausencia de oxígeno, recibiendo energía como resultado de procesos de fermentación. Los anaerobios son bacterias del género Clostridia (bacillus botulinum y bacillus perfringens), bacterias del ácido butírico, etc.

En condiciones anaerobias tiene lugar la fermentación alcohólica, láctica y butírica, mientras que el proceso de conversión de la glucosa en alcohol, ácido láctico o butírico se produce con liberación de energía. Alrededor del 50% de la energía liberada se disipa en forma de calor y el resto se almacena en ATP (ácido trifosfórico de adenosina).

Algunos microorganismos pueden vivir tanto en presencia de oxígeno como sin él. Dependiendo de las condiciones ambientales, pueden pasar de procesos anaeróbicos de obtención de energía a aeróbicos, y viceversa. Estos microorganismos se llaman anaerobios facultativos.

Respiración bacteriana. La célula bacteriana recibe la energía necesaria para su actividad vital en el proceso de respiración de las bacterias.

Según el tipo de respiración, todos los microorganismos se dividen en dos grupos: los microbios, en los que el proceso de respiración está asociado al uso de oxígeno libre en el aire, y los microorganismos que no necesitan oxígeno libre, que incluso les es perjudicial.

El primer grupo de microorganismos se denomina aerobios (el tipo de respiración es aerobio); el segundo grupo - anaerobios (tipo de respiración - anaeróbico).

La descomposición de los carbohidratos en condiciones anóxicas se denomina fermentación. Dependiendo del tipo de microorganismos que provocan el proceso de fermentación, este último es alcohólico, acético, etc. Esto quiere decir que durante el proceso de fermentación se puede formar tanto alcohol como ácido acético, etc.

enzimas bacterianas. Los procesos de nutrición y respiración de las bacterias proceden necesariamente con la participación de enzimas, sustancias especiales de naturaleza proteica. Las enzimas, incluso en las cantidades más pequeñas, aceleran en gran medida los procesos químicos correspondientes, casi sin cambios.

Sin enzimas, los procesos de nutrición y respiración podrían continuar, pero muy lentamente. Las enzimas se producen sólo en las células vivas. Un grupo de enzimas no está asociado con la célula microbiana y las bacterias las liberan al medio ambiente. La función de este grupo es que las enzimas contribuyen a la descomposición de compuestos complejos en otros más simples y digeribles. Otro grupo de enzimas (la mayoría) se encuentra dentro de la célula bacteriana y está asociado a ella.

Además, existen enzimas que aparecen en las bacterias en el proceso de adaptación a las condiciones nutricionales cambiantes.

Un rasgo característico de las enzimas es que su propia enzima actúa sobre sustancias de una determinada composición o grupos. Entonces, existen enzimas para procesar compuestos complejos de carbono (azúcares), proteínas, grasas, etc.

Crecimiento y reproducción de bacterias. El proceso de crecimiento de una célula bacteriana se expresa en un aumento de su tamaño. Este proceso es muy rápido, en pocos minutos.

Una vez que las bacterias alcanzan la edad adulta, el proceso de reproducción comienza por fisión transversal simple. En condiciones favorables (nutrición suficiente, temperatura favorable), la célula bacteriana se divide cada 50-30 minutos. Se estima que si la reproducción de bacterias continuara sin obstáculos, dentro de los 5 días de una célula se formaría una masa viva que llenaría todos los mares y océanos. Pero tal reproducción requiere, como se mencionó anteriormente, una serie de condiciones favorables que no existen en el ambiente externo.

La composición química de las bacterias. Una célula bacteriana contiene una gran cantidad de agua: 75-85% de la masa celular. El 15% restante es residuo seco, que incluye proteínas, carbohidratos, grasas, sales y otras sustancias.

Las proteínas bacterianas son proteínas complejas formadas por varios compuestos químicos. Estos productos químicos son esenciales para la vida de la célula bacteriana.

Además de las proteínas, la composición del residuo seco de las bacterias incluye carbohidratos (12-28%), ácidos nucleicos.

La cantidad de grasas que componen el residuo seco puede ser diferente. En algunas formas de bacterias, el contenido de grasa llega a 1/3 del residuo seco.Básicamente, las grasas forman parte de la cáscara, provocando una serie de propiedades de la misma.

Un componente necesario de una célula bacteriana son las sales minerales, que constituyen aproximadamente el 1/2 de la masa total de la célula. Las células bacterianas también incluyen nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, carbono, fósforo, potasio, sodio, magnesio, calcio, silicio, azufre, cloro, hierro.

Dependiendo de las condiciones ambientales, la composición química de las bacterias puede cambiar tanto cuantitativa como cualitativamente.

Nutrición de las bacterias. La nutrición de las bacterias es un proceso muy complejo que ocurre debido a la penetración continua de ciertos nutrientes a través de una membrana semipermeable y la liberación de productos metabólicos de la célula.

Dado que el caparazón de las bacterias es impermeable a las proteínas y otros compuestos complejos necesarios para la nutrición celular, estas sustancias son absorbidas después de la escisión por las enzimas.

De gran importancia para la nutrición normal de las bacterias es la proporción correcta de concentraciones de sal dentro de las células y en el medio ambiente. Las condiciones nutricionales más favorables se crean cuando la concentración de sales en el ambiente es igual a una solución de cloruro de sodio al 0,5%.

Cuando entra en una solución de cloruro de sodio al 2-10%, la célula bacteriana se encoge - deshidratación, lo que la hace incapaz de reproducirse. Esta es la base del método de conservación de alimentos con la ayuda de la sal.

Las bacterias necesitan oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno para alimentarse. Las fuentes de suministro de estas sustancias pueden ser agua, aire, etc.

Además de estos nutrientes comunes, las bacterias requieren compuestos químicos especiales para crecer.

Se ha establecido que algunos tipos de estreptococos no crecen en absoluto en ausencia de vitamina B.

Formación de pigmentos. Algunos tipos de bacterias y hongos tienen la capacidad de formar diversas sustancias colorantes: pigmentos. La mayor parte de esta capacidad la poseen las bacterias que se encuentran en el suelo, el aire y el agua. Especialmente claramente esta calidad de microbios se encuentra en condiciones de laboratorio. Al multiplicarse en medios nutritivos densos, las bacterias forman colonias que, debido a varios pigmentos, tienen un color: rojo, blanco, púrpura, dorado, etc.

Se ha establecido que las mejores condiciones para la formación de pigmentos son el acceso suficiente al oxígeno, la luz y la temperatura ambiente.

Se cree que los pigmentos de los microbios cumplen una función protectora contra los efectos nocivos de la luz solar; además, juegan un papel en los procesos de respiración.

Brillo. En la naturaleza existen microbios, incluidas las bacterias, que, en el curso de su actividad vital, forman sustancias que pueden brillar cuando se combinan con el oxígeno atmosférico. Los fenómenos del resplandor de la podredumbre, la superficie del mar, etc. se explican por el desarrollo de tales microbios. Tales microbios luminosos no son patógenos para los humanos.

Formación de olores. La capacidad de los microbios para formar olores (formación de aromas) se explica por la presencia de sustancias volátiles especiales que, por su naturaleza química, están cerca de los éteres (sustancias similares al éter). Varias bacterias productoras de aroma se utilizan en la industria alimentaria para hacer queso, mantequilla, vino y otros productos.

De las bacterias que son patógenas para los humanos y emiten un olor cuando se cultivan en condiciones de laboratorio, se puede nombrar un bacilo tuberculoso, cuyo olor se acerca al olor a miel, etc.

venenos microbianos. Al ingresar al cuerpo humano y multiplicarse allí, los microbios producen sustancias que afectan negativamente el sistema nervioso, el corazón y los órganos internos. Estas sustancias dañinas se llaman toxinas. Las toxinas microbianas son los venenos más potentes que se conocen. Incluso una pequeña cantidad de ellos puede tener un efecto tóxico en el cuerpo. Las lesiones observadas en muchas enfermedades infecciosas están asociadas a la acción de toxinas microbianas. Casi todos los microbios patógenos tienen toxinas. Hay dos tipos de toxinas: exotoxinas y endotoxinas.

Las exotoxinas son venenos que abandonan fácilmente la célula microbiana en el medio ambiente.

Las exotoxinas se caracterizan por una estabilidad relativamente baja, se destruyen fácilmente bajo la influencia del calor, la luz y diversos productos químicos. Una propiedad característica de las exotoxinas es su acción en dosis extremadamente pequeñas.

Las exotoxinas microbianas se encuentran entre las más poderosas. Así, por ejemplo, 0,00001 ml de toxina tetánica causan leucorrea de ratón blanco, y la toxina microbiana del botulismo actúa a una dosis más baja.

Las endotoxinas están firmemente unidas al cuerpo de la célula microbiana y se liberan solo después de la destrucción del cuerpo microbiano. A diferencia de las exotoxinas, las endotoxinas causan los siguientes signos de intoxicación en el cuerpo: dolor de cabeza, debilidad, dificultad para respirar, etc. Las endotoxinas son más estables que las exotoxinas, algunas incluso pueden resistir la ebullición. Su toxicidad para los organismos es mucho menor que la de las exotoxinas.

Las endotoxinas están presentes en todos los microbios patógenos; las exotoxinas son producidas solo por algunos de ellos: difteria bacillus, staphylococcus aureus, bacterias del botulismo.

variabilidad microbiana. En condiciones naturales, los microbios se ven constantemente afectados por muchos factores que determinan el proceso de variabilidad. Estos factores, además de la nutrición, la temperatura, incluyen el fenómeno del antagonismo microbiano, la influencia del ambiente interno del organismo humano y animal.

Debido al contacto cercano con el medio ambiente y la reproducción intensiva, los microorganismos se adaptan rápidamente a las nuevas condiciones y, en consecuencia, cambian sus propiedades iniciales. Por ejemplo, las bacterias viven en el agua caliente de los géiseres, que tomaron forma como especie bajo la influencia de las condiciones ambientales. Algunos microbios patógenos, al interactuar con sustancias medicinales, pueden volverse resistentes a ellas. Así, las condiciones de existencia son de gran importancia para la vida del organismo, cambiando las cuales (nutrición, temperatura, humedad, etc.) pueden causar cambios correspondientes en la naturaleza del microorganismo.

La variabilidad es característica de todos los tipos de microorganismos. Una de las razones de la variabilidad de los microbios es el bacteriófago.

Los bacteriófagos son organismos vivos que se multiplican solo cuando penetran en el interior de la célula microbiana desde el exterior. Fuera del cuerpo de los microbios, los bacteriófagos no se multiplican, sino que están en reposo. La acción de un bacteriófago sobre una célula microbiana es la siguiente: rodeando la célula microbiana, los bacteriófagos penetran gradualmente en su interior y se multiplican. La velocidad de reproducción de un bacteriófago depende de muchas condiciones: la naturaleza del microbio, las condiciones de su existencia, etc. Después de 1 a 3 horas, se forman muchos bacteriófagos nuevos dentro de la célula microbiana, la cubierta de esta célula se rompe, y toda la masa de bacteriófagos cae fuera de ella.

Cuando un bacteriófago interactúa con un microbio, este último siempre muere. Si la actividad del bacteriófago es insuficiente, las células microbianas individuales sobreviven y dan lugar al crecimiento de nuevas células microbianas que ya son resistentes a este bacteriófago.

Bajo la influencia de un bacteriófago, los microbios cambian sus propiedades: pierden su capacidad patógena, pierden su cápsula, etc.

Para cada tipo de microbio patógeno, hay un bacteriófago, por ejemplo, disentería, fiebre tifoidea, estafilococo.

Bajo la acción de la luz, el oxígeno del aire, el calor, el bacteriófago pierde su actividad en 1-2 meses. Los rayos ultravioleta destruyen los bacteriófagos en 15 minutos. La rápida destrucción de los bacteriófagos ocurre en un ambiente ácido.

Los bacteriófagos se encuentran dondequiera que haya bacterias. Se pueden encontrar varios bacteriófagos en aguas residuales, agua de río, excreciones humanas y animales y otros objetos.

respiración de microorganismos

Los procesos de asimilación de alimentos descritos anteriormente proceden con el gasto de energía. La necesidad de energía es proporcionada por los procesos del metabolismo energético, cuya esencia es la oxidación de sustancias orgánicas, acompañada de la liberación de energía. Los productos de oxidación resultantes se liberan al medio ambiente.

Esquemáticamente, la reacción de oxidación-reducción que involucra a la enzima deshidrogenasa se puede representar de la siguiente manera:

AN 2 + B - A + VN 2 + energía

Los microorganismos tienen una variedad de formas de obtener energía.

En 1861, el científico francés L. Pasteur llamó la atención por primera vez sobre la capacidad única de los microorganismos para desarrollarse sin acceso al oxígeno, mientras que todos los organismos superiores (plantas y animales) solo pueden vivir en una atmósfera que contenga oxígeno.

Sobre esta base (según los tipos de respiración), L. Pasteur dividió los microorganismos en dos grupos: aerobios y anaerobios.

Aerobios para obtener energía, la materia orgánica se oxida con oxígeno atmosférico. Estos incluyen hongos, algunas levaduras, muchas bacterias y algas. Muchos aerobios oxidan completamente la materia orgánica, liberando como productos finales CO 2 y H 2 O. Este proceso se puede representar generalmente mediante la siguiente ecuación:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 \u003d 6CO 2 + 6H 2 O + 2822 kJ.

Anaerobios Son microorganismos capaces de respirar sin el uso de oxígeno libre. El proceso anaeróbico de respiración en microorganismos ocurre debido a la eliminación de hidrógeno del sustrato. Los procesos respiratorios anaerobios típicos se denominan fermentaciones. Ejemplos de este tipo de producción de energía son las fermentaciones alcohólicas, lácticas y butíricas. Considere el ejemplo de la fermentación alcohólica:

C 6 H 12 O 6 \u003d 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 118 kJ.

La proporción de microorganismos anaeróbicos a oxígeno es diferente. Algunos de ellos no toleran el oxígeno en absoluto y se llaman obligar, o estricto anaerobios Estos incluyen agentes causantes de la fermentación butírica, bacilo del tétanos, agentes causantes del botulismo. Otros microbios pueden crecer tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas. Se les llama - opcional, o condicional anaerobios; Estas son bacterias del ácido láctico, Escherichia coli, Proteus, etc.

Enzimas de microorganismos

Enzimas Sustancias capaces de influir catalíticamente en la velocidad de las reacciones bioquímicas. Desempeñan un papel importante en la vida de los microorganismos. Las enzimas fueron descubiertas en 1814 por el académico ruso K. S. Kirchhoff.

Al igual que otros catalizadores, las enzimas participan en las reacciones de transformación de sustancias solo como intermediarios. No se consumen cuantitativamente en las reacciones. Las enzimas de los microorganismos tienen una serie de propiedades:

1) A temperaturas de hasta 40-50ºC, la velocidad de la reacción enzimática aumenta, pero luego la velocidad desciende, la enzima deja de actuar. A temperaturas superiores a 80°C, casi todas las enzimas se inactivan irreversiblemente.

2) Por naturaleza química, las enzimas son de un solo componente, que consisten solo en proteínas, y de dos componentes, que consisten en partes proteicas y no proteicas. La parte no proteica de una serie de enzimas está representada por una u otra vitamina.

3) La actividad de la enzima está muy influenciada por el pH del medio. Para algunas enzimas, un ambiente ácido es mejor, para otras, uno neutro o ligeramente alcalino.

4) Las enzimas son muy activas. Así, una molécula de catalasa destruye 5 millones de moléculas de peróxido de hidrógeno por minuto, y 1 g de amilasa, en condiciones favorables, convierte 1 tonelada de almidón en azúcar.

5) Cada enzima tiene una estricta especificidad de acción, es decir, la capacidad de influir solo en ciertos enlaces en moléculas complejas o solo en ciertas sustancias. Por ejemplo, la amilasa provoca la descomposición de solo almidón, lactasa - azúcar de leche, celulasa - celulosa, etc.

6) Las enzimas inherentes a un determinado microorganismo e incluidas en el número de componentes de su célula se denominan constitutivo. Hay otro grupo - enzimas inducido(adaptativas), que son producidas por la célula únicamente cuando se añade al medio una sustancia (inductora) que estimula la síntesis de esta enzima. En estas condiciones, el microorganismo sintetiza una enzima que no poseía.

7) Según la naturaleza de la acción, las enzimas se dividen en exoenzimas, que son liberados por la célula al ambiente externo, y endoenzimas, que están firmemente conectados con las estructuras internas de la célula y actúan en su interior.

8) Aunque las enzimas son producidas por la célula, incluso después de su muerte permanecen temporalmente en un estado activo y autólisis(del griego autos - sí mismo, lisis - disolución) - autodisolución o autodigestión de una célula bajo la influencia de sus propias enzimas intracelulares.

Actualmente, se conocen más de 1000 enzimas. Las enzimas se dividen en 6 clases:

1ra clase- oxidorreductasas - juegan un papel importante en los procesos de fermentación y respiración de los microorganismos, es decir, en el metabolismo energético.

2do. grado Las transferasas (enzimas de transferencia) catalizan la transferencia de grupos de átomos de un compuesto a otro.

3er grado - hidrolasas (enzimas hidrolíticas). Catalizan las reacciones de desdoblamiento de compuestos complejos (proteínas, grasas y carbohidratos) con la participación obligatoria del agua.

Cuarto grado - Las liasas incluyen enzimas de dos componentes que escinden ciertos grupos de sustratos (CO 2, H 2 O, NH s, etc.) de forma no hidrolítica (sin la participación de agua).

5to grado- Las isomerasas son enzimas que catalizan la transformación reversible de compuestos orgánicos en sus isómeros.

6to grado - Las ligasas (sintetasas) son enzimas que catalizan la síntesis de compuestos orgánicos complejos a partir de compuestos más simples. Las ligasas juegan un papel importante en el metabolismo de carbohidratos y nitrógeno de los microorganismos.

El uso de enzimas microbianas en la industria alimentaria y ligera puede intensificar significativamente el proceso tecnológico, aumentar el rendimiento y mejorar la calidad del producto terminado. Las preparaciones de enzimas amilolíticas se utilizan en la producción de alcohol etílico a partir de materias primas que contienen almidón en lugar de malta de grano, y en la industria panadera en lugar de malta en la preparación de pan de centeno escaldado; Las amilasas de hongos también se agregan a la masa de trigo. Dado que este preparado contiene, además de amilasa, otras enzimas (maltasa, proteasas), aunque en pequeñas cantidades, se acelera el proceso de elaboración de la masa, aumenta el volumen y la porosidad del pan, mejora su aspecto, aroma y sabor. El uso de estas preparaciones enzimáticas en la elaboración de cerveza permite reemplazar parcialmente la malta con cebada. Con la ayuda de la glucoamilasa de hongos, se obtienen jarabe de glucosa y glucosa cristalina a partir del almidón. Las preparaciones enzimáticas de hongos pectolíticos se utilizan en la producción de jugos y frutas y en la vinificación. Como resultado de la destrucción de la pectina por estas enzimas, se acelera el proceso de extracción del jugo, aumenta su rendimiento, filtración y clarificación. Los preparados enzimáticos que contienen proteasas microbianas se utilizan para aumentar la estabilidad (protección contra la turbidez proteica) del vino y la cerveza, y en la fabricación de queso, en lugar del cuajo (parcial). Es recomendable el uso de proteasas microbianas para ablandar la carne, acelerar la maduración de la carne y el arenque, obtener hidrolizados alimentarios a partir de residuos de la industria cárnica y del pescado, y para otros procesos tecnológicos de transformación de materias primas animales y vegetales.

La composición química de los microorganismos.

Las células microbianas difieren poco de las células animales y vegetales en cuanto a su composición. Contienen 75-85% de agua, el 16-25% restante es materia seca. El agua en la célula está en un estado libre y ligado. El agua ligada forma parte de los coloides celulares (proteínas, polisacáridos, etc.) y apenas se libera de ellos. El agua libre está involucrada en reacciones químicas, sirve como solvente para varios compuestos formados en la célula durante el metabolismo.

La materia seca de la célula se compone de sustancias orgánicas y minerales.

proteínas - hasta 52%,

polisacáridos - hasta 17%,

ácidos nucleicos (ARN hasta 16%, ADN hasta 3%),

lípidos - hasta 9%

Estos compuestos forman parte de diversas estructuras celulares de los microorganismos y realizan importantes funciones fisiológicas. También se encuentran otras sustancias en las células de los microorganismos: ácidos orgánicos, sus sales, pigmentos, vitaminas, etc.

Preguntas de control

1. ¿Qué es la turgencia?

2. ¿Qué es la disimilación?

3. ¿Qué microorganismos se denominan autótrofos?

4. ¿Qué es la ósmosis?

5. ¿Qué microorganismos se denominan facultativos?

6. ¿Qué es la plasmólisis?

7. ¿En qué procesos intervienen las lipasas?

8. ¿Cuánta agua está incluida en la composición de los microorganismos?

10. ¿Qué microorganismos se denominan anaerobios?

Hay dos tipos de respiración microbiana: aeróbica y anaeróbica.

Respiración aeróbica Los microorganismos es un proceso en el que el aceptor de hidrógeno (protones y electrones) es el oxígeno molecular. Como resultado de la oxidación, principalmente de compuestos orgánicos complejos, se genera energía, que se libera al medio ambiente o se acumula en enlaces fosfato de ATP de alta energía. Distinguir entre oxidación completa e incompleta.

oxidación completa. La principal fuente de energía para los microorganismos son los carbohidratos. Cuando se dividen, lo que ocurre de diferentes maneras, se obtiene un producto intermedio importante: el ácido pirúvico. La oxidación completa del ácido pirúvico ocurre en el ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs) y la cadena respiratoria. Como resultado de la descomposición de la glucosa en condiciones aeróbicas, el proceso de oxidación llega al final, hasta la formación de dióxido de carbono y agua con la liberación de una gran cantidad de energía: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6CO2 + 6H2O + 2874,3 kJ.

oxidación incompleta. No todos los aerobios completan las reacciones de oxidación. Con un exceso de carbohidratos en el medio, se forman productos de oxidación incompleta, en los que está contenida la energía. Los productos finales de la oxidación aeróbica incompleta del azúcar pueden ser ácidos orgánicos: cítrico, málico, oxálico, succínico y otros, están formados por hongos de moho. Por ejemplo, la respiración aeróbica la llevan a cabo las bacterias del ácido acético, en las que se forman ácido acético y agua cuando se oxida el alcohol etílico:

CH 3 CH 2 OH + O 2 - * CH 3 COOH + H 2 O + 494,4 k J.

Algunas bacterias oxidan compuestos inorgánicos durante la respiración. Los procesos de nitrificación, en los que las bacterias nitrificantes primero oxidan el amoníaco a ácido nitroso y luego a ácido nítrico, pueden servir como ejemplo de oxidación de compuestos inorgánicos. En cada caso, se libera energía: en la primera fase 274,9 kJ, en la segunda - 87,6 kJ.

Respiración anaerobica llevado a cabo sin la participación de oxígeno molecular. Hay respiración anaeróbica de nitrato, respiración anaeróbica de sulfato y fermentación. Durante la respiración anaeróbica, los compuestos inorgánicos oxidados son aceptores de hidrógeno, que ceden fácilmente el oxígeno y se convierten en formas más reducidas, lo que va acompañado de la liberación de energía.

1. respiración anaeróbica de nitrato - reducción de nitratos a nitrógeno molecular

2. Respiración anaeróbica de sulfatos: reducción de sulfatos a sulfuro de hidrógeno.

3. Fermentación: descomposición de compuestos orgánicos que contienen carbono en condiciones anaeróbicas. Se caracteriza por el hecho de que el último aceptor de hidrógeno es una molécula orgánica con enlaces insaturados. En este caso, la sustancia se descompone solo en productos intermedios, que son compuestos orgánicos complejos (alcoholes, ácidos orgánicos). La energía contenida en ellos se libera al medio ambiente en pequeñas cantidades. Durante la fermentación, se libera menos energía. Por ejemplo, durante la fermentación de la glucosa se libera 24,5 veces menos energía que durante su oxidación aeróbica.

Todos los tipos de fermentación antes de la formación de ácido pirúvico proceden de la misma manera. La conversión adicional de ácido pirúvico depende de las propiedades del microbio. Las bacterias homofermentativas del ácido láctico lo convierten en ácido láctico, la levadura en alcohol etílico, etc.

Clasificación de los microbios por tipo de respiración.

Según el tipo de respiración, los microorganismos se clasifican en cuatro grupos.

1. Los aerobios obligados (incondicionales) crecen con libre acceso al oxígeno. Estos incluyen bacterias del ácido acético, patógenos de la tuberculosis, ántrax y muchos otros.

2. Las bacterias microaerófilas se desarrollan a una concentración de oxígeno baja (hasta 1%) en la atmósfera circundante. Tales condiciones son favorables para actinomycetes, leptospira, brucella.

3. Los anaerobios facultativos se desarrollan tanto con el acceso del oxígeno del aire como en su ausencia. Tienen dos conjuntos de enzimas, respectivamente. Se trata de Enterobacteriaceae, el agente causante de la erisipela porcina.

4. Los anaerobios obligados (incondicionados) se desarrollan en ausencia total de oxígeno en el medio ambiente. Condiciones anaeróbicas (pasadas por alto por bacterias del ácido butírico, patógenos del tétanos, botulismo, gangrena gaseosa, carbunco enfisematoso, necrobacteriosis.

Introducción

alimento aliento microorganismo bacteria

Como saben, los microorganismos extraen la energía necesaria para mantener su actividad vital debido a varios tipos de procesos de oxidación de sustancias orgánicas (ya veces inorgánicas). En este caso, la oxidación se produce separando hidrógeno (o electrones) de los sustratos. El hidrógeno se transporta a lo largo de una cadena de enzimas y finalmente se combina con el oxígeno para formar agua. El método anaeróbico de extracción de energía se caracteriza porque en él no participa el oxígeno libre, y los sustratos orgánicos se oxidan únicamente por eliminación de hidrógeno. El hidrógeno liberado se une a los productos de descomposición de la misma materia orgánica o se libera en estado gaseoso.

Tipos de respiración de los microorganismos.

La respiración microbiana es una oxidación biológica de varios compuestos orgánicos y algunos minerales. Como resultado de los procesos redox y la fermentación, se forma energía térmica, parte de la cual es utilizada por la célula microbiana y el resto se libera al medio ambiente.

Actualmente, la oxidación se define como el proceso de eliminación de hidrógeno (deshidrogenación), y la reducción se define como su adición. Los mismos términos se aplican a las reacciones que involucran la transferencia de protones y electrones o solo electrones. Cuando una sustancia se oxida, se pierden electrones, y cuando se reducen, se añaden. Se cree que la transferencia de hidrógeno y la transferencia de electrones son procesos equivalentes.

La capacidad de los compuestos o elementos para donar o aceptar electrones está determinada por el potencial redox. Por sugerencia de M. Clark, se designa rH2 (el logaritmo negativo de la presión parcial del hidrógeno gaseoso). Este es el grado de saturación del medio con oxígeno o hidrógeno. El rango de J H2 va de 0 a 42,6. En P12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 oxidante, con iil2 igual a 28, el medio es neutro.

Los aerobios viven a un potencial redox más alto (ili2 14-35), los anaerobios viven a uno más bajo (rH2 0-12). Los pops H1 (protones), que son en esencia, se transfieren en contra del gradiente electroquímico, es decir, de un ambiente con menor concentración a un ambiente donde hay muchos de ellos. El proceso de transferencia de protones está asociado con el consumo de energía. La penetración de los iones de hidrógeno a través de la membrana no se produce según las leyes de la ósmosis, sino de forma activa, con la ayuda de una bomba llamada bomba de hidrógeno. Así, las transformaciones biológicas en el citoplasma de una célula microbiana están asociadas al movimiento de protones y electrones, pero este no es un simple movimiento eléctrico, sino un proceso bioquímico complejo que se lleva a cabo con la ayuda de enzimas. Estos últimos catalizan reacciones, aceleran la ruptura de enlaces covalentes y por lo tanto reducen la energía de activación.

La electricidad generada por los microbios puede incluso utilizarse en algunos electrodomésticos. En la actualidad se han diseñado transmisores que funcionan con electricidad biológica, la cual es producida por microorganismos que se alimentan del azúcar disuelto en el agua de mar. (La respiración aeróbica de los microorganismos es un proceso en el que el último aceptor de hidrógeno (protones y electrones) es el oxígeno molecular. Como resultado de la oxidación, principalmente de compuestos orgánicos complejos, se genera energía que se libera al medio ambiente o se acumula en energía enlaces fosfato del ATP ¿Distinguir entre oxidación completa e incompleta?

oxidación completa. La principal fuente de energía para los microorganismos son los carbohidratos. Cuando se dividen, lo que ocurre de diferentes maneras, se obtiene un producto intermedio importante: ácido pirúvico (piruvato). La oxidación completa del ácido pirúvico ocurre en el ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs) y la cadena respiratoria (Fig. 17). Como resultado de la descomposición de la glucosa en condiciones aeróbicas, el proceso de oxidación llega al final, a la formación de dióxido de carbono y agua con la liberación de una gran cantidad de energía: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874.3 kJ .

Corresponde a la reserva de energía potencial de la hexosa, es decir, a la cantidad que se acumuló en la molécula de azúcar durante su fotosíntesis a partir del dióxido de carbono y el agua en las plantas verdes. La transferencia de electrones del hidrógeno al oxígeno se realiza a través de la cadena respiratoria, o cadena de transporte de electrones. La cadena respiratoria es un sistema de enzimas respiratorias que se encuentran en las membranas. Las membranas, como se sabe, están en contacto con el citoplasma de la célula, como resultado de lo cual se produce su interacción.

oxidación incompleta. No todos los aerobios completan las reacciones de oxidación. Con un exceso de carbohidratos en el medio, se forman productos de oxidación incompleta, en los que está contenida la energía. Los productos finales de la oxidación aeróbica incompleta del azúcar pueden ser ácidos orgánicos: cítrico, málico, oxálico, succínico y otros, están formados por hongos de moho.

Los anaerobios son organismos que obtienen energía en ausencia de acceso de oxígeno por fosforilación del sustrato, los productos finales de la oxidación incompleta del sustrato pueden oxidarse para obtener más energía en forma de ATP en presencia del aceptor final de protones por parte de los organismos que realizan fosforilación oxidativa.

El Esquema 1 muestra el transporte de electrones durante la respiración y varios tipos de producción de energía anaeróbica. El hidrógeno y los electrones se escinden de los sustratos mediante enzimas de nucleótidos de piridina (PN). Luego, en los aerobios, pasan a través de una cadena de enzimas con potenciales crecientes - flavoproteína (FP - enzimas citocromos (Cit.) - y se transfieren al oxígeno con la ayuda de la citocromo oxidasa (Cit. Ox.). El flujo de electrones se dirige de un sistema con un potencial más bajo (más negativo) a un sistema con un potencial más alto (más positivo), de - 0,8 - 0,4 V (potencial de sustrato) a + 0,8 V (potencial de oxígeno).

Así, durante la respiración, el oxígeno es el aceptor final del hidrógeno. En los anaerobios, ya sea sustratos orgánicos (fermentación) o sustancias inorgánicas, como nitratos o sulfatos ("respiración anaeróbica"), actúan como aceptores de hidrógeno. Se puede ver en el esquema que el transporte de electrones más simple y primitivo se lleva a cabo en la mayoría de los anaerobios debido a la falta de enzimas en la cadena de transporte de electrones capaces de transferir electrones a lo largo de la cadena hasta el oxígeno molecular.

El oxígeno molecular tiene un efecto negativo sobre el crecimiento y la actividad de los anaerobios obligados. En presencia de oxígeno libre, las células anaeróbicas pierden su movilidad. A través de esta reacción, los anaerobios fueron descubiertos por primera vez por Pasteur. Una vez examinó bajo un microscopio una gota de un líquido en fermentación (durante la fermentación butírica) colocada entre dos vasos delgados y planos, y notó que las células ubicadas en los bordes de la preparación (donde el oxígeno del aire penetraba libremente) de repente se inmovilizaron, y las varillas ubicado en el centro de la preparación (donde el aire no penetraba), continuó moviéndose muy activamente.

A partir de aquí, Pasteur concluyó que el oxígeno del aire es venenoso para algunos microbios y dividió a estos últimos en dos grupos: aerobios y anaerobios. Los oponentes de Pasteur (por ejemplo, Treculle) objetaron la afirmación de la existencia de bacterias para las cuales el oxígeno del aire puede ser fatal, y citaron como ejemplo las esporas anaeróbicas, capaces de permanecer en el aire durante mucho tiempo. A esto, Pasteur respondió que las esporas no son seres vivos reales, ya que no se alimentan y no se reproducen. El desarrollo posterior de la ciencia confirmó la posición de Pasteur. Así, se demostró que las esporas bacterianas se caracterizan por una anabiosis extremadamente pronunciada y su metabolismo se encuentra en un nivel tan bajo que ni siquiera se puede medir con la precisión necesaria. En este sentido, las esporas no son sensibles a muchos factores dañinos, y las esporas de los anaerobios pueden, además (a diferencia de las células vegetativas), sobrevivir fácilmente en el aire.

La cuestión de por qué el oxígeno es tóxico para los aerobios aún no se ha aclarado lo suficiente. Algunos investigadores creen que el efecto tóxico del oxígeno está asociado con la formación en cultivos de microorganismos anaerobios de concentraciones tóxicas de peróxido de hidrógeno, que se forma como resultado de la oxidación del sustrato por el oxígeno atmosférico. El motivo de la acumulación de peróxido de hidrógeno es la ausencia de la enzima catalasa (que descompone el peróxido) en los anaerobios. Hay informes de que algunas cepas de Clostridium pueden crecer en condiciones aeróbicas si se agrega catalasa al medio. Pero, por otro lado, un factor muy importante que determina el desarrollo de los anaerobios son las condiciones redox del medio ambiente. Se expresan en términos de potencial redox (ORP), medido en voltios (voltaje a través de un electrodo sumergido en el medio bajo prueba). Las condiciones redox también se pueden expresar en términos del índice rH2, que caracteriza la relación entre H2 y O2. rH2 que va de 0 a 40 caracteriza todos los grados de reducción u oxidación del medio, dependiendo de su saturación con oxígeno o hidrógeno. Estudios detallados de las condiciones para el desarrollo de apaaerobios han demostrado que los anaerobios obligados no pueden desarrollarse con rH2 (u ORP) por encima de cierto límite. El rH2 en un medio puede medirse electrométricamente (usando potenciómetros) o con tintes que se recuperan y se desvanecen (o cambian de color) en ciertos valores de rH2. Por ejemplo, en condiciones aeróbicas a rH2 = 20 y superiores, el colorante Janusgrün tiene un color verde en solución, a rH2 en el rango de 12-14 es rosado, y a valores aún más bajos de rH2 se vuelve incoloro.

Los anaerobios son un extenso grupo de organismos, tanto a nivel micro como macro:

Anaerobios facultativos

Anaerobios y microaerófilos capneístas

Anaerobios aerotolerantes

Anaerobios moderadamente estrictos

anaerobios obligados

Si un organismo es capaz de cambiar de una vía metabólica a otra (por ejemplo, de respiración anaeróbica a respiración aeróbica y viceversa), se le denomina condicionalmente anaerobios facultativos.

Hasta 1991, en microbiología se distinguía una clase de anaerobios capneístas que requerían una baja concentración de oxígeno y una alta concentración de dióxido de carbono (Brucella tipo bovino - B. abortus)

Un organismo anaeróbico moderadamente estricto sobrevive en un ambiente con O2 molecular, pero no se reproduce. Los microaerófilos son capaces de sobrevivir y multiplicarse en un ambiente con baja presión parcial de O2.

Si un organismo no puede "cambiar" de respiración anaeróbica a aeróbica, pero no muere en presencia de oxígeno molecular, entonces pertenece al grupo de anaerobios aerotolerantes. Por ejemplo, ácido láctico y muchas bacterias butíricas.

Los anaerobios obligados mueren en presencia de oxígeno molecular O2, por ejemplo, representantes (género de bacterias y arqueas: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Tales anaerobios viven constantemente en un ambiente privado de oxígeno. Los anaerobios obligados incluyen algunas bacterias, levaduras, flagelados y ciliados.

Al mismo tiempo, la glucólisis es característica solo para los anaerobios que, según los productos de reacción finales, se dividen en varios tipos de fermentación:

fermentación de ácido láctico: el género Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium, así como algunos tejidos de animales multicelulares y humanos. fermentación alcohólica - saccharomycetes, candida (organismos del reino de los hongos)

ácido fórmico - una familia de enterobacterias

butírico - algunos tipos de clostridios

ácido propiónico - propionobacteria (por ejemplo, Propionibacterium acnes)

fermentación con liberación de hidrógeno molecular - algunos tipos de Clostridium, fermentación de Stickland

fermentación de metano - por ejemplo, Methanobacterium

Tipos de nutrición en microorganismos.

Los autótrofos (quimiolitotrofos, fotolitotrofos) obtienen carbono del dióxido de carbono (CO2) del aire y crean materia orgánica utilizando la energía liberada durante la oxidación de ciertos compuestos minerales (quimiosíntesis) o la energía del sol (fotosíntesis). El fenómeno de la quimiosíntesis en quimiolitotrofos fue establecido por primera vez (1887) por el microbiólogo ruso S. N. Vinogradsky en el estudio de bacterias incoloras de azufre, nitrificantes y otros microorganismos. Las bacterias utilizan la energía generada en el proceso de reacciones oxidativas para asimilar el carbono y crear materia orgánica.

Los fotolitotrofos (algas verdeazuladas, bacterias del azufre púrpura y otros microbios) tienen la capacidad de realizar la fotosíntesis, ya que contienen pigmentos (sustancias colorantes). Los pigmentos de los fotolitotrofos tienen una composición similar a la clorofila de las plantas verdes. Las fotobacterias, como las plantas, crean materia orgánica utilizando el carbono del dióxido de carbono y la energía solar. Los autótrofos pueden desarrollarse en ambientes puramente minerales, no son capaces de asimilar compuestos de carbono más complejos y por lo tanto no son patógenos para los animales.

Fuentes de energia

Las fuentes de carbono más disponibles para las bacterias son los carbohidratos y los aminoácidos, que se tienen en cuenta en la fabricación de medios nutritivos.

Autotrofia. Necesidades nutricionales de autótrofos [del griego. auto, self, + trophe, bacteria nutrición limitada; para su crecimiento basta con introducir en el medio compuestos inorgánicos que contengan nitrógeno y otros elementos minerales. Las bacterias lutotróficas utilizan dióxido de carbono o carbonatos como fuente de carbono. Tales bacterias pueden sintetizar todos los compuestos necesarios a partir de sustancias simples. Estos incluyen bacterias foto y quimiotróficas (quimiosintéticas), que utilizan, respectivamente, la radiación electromagnética (luz) como fuente de energía, o la energía de las reacciones redox que involucran sustratos que les sirven como fuente de nutrición. Entre los autótrofos no se han encontrado especies de importancia médica.

El nitrógeno es necesario para que las bacterias sinteticen aminoácidos (proteínas), nucleótidos de purina y pirimidina y algunas vitaminas. Dado que el nitrógeno en todos los organismos vivos está contenido en forma reducida, todas las formas minerales de nitrógeno con un mayor grado de oxidación que el amoníaco deben reducirse.

Varios microorganismos pueden utilizar nitrógeno solo de compuestos orgánicos (aminoheterótrofos). Algunos de los microorganismos asimilan el nitrógeno en forma de formas inorgánicas (aminoautótrofos). Sin embargo, muchos microorganismos pueden utilizar nitrógeno tanto orgánico como mineral.

Uso de nitrógeno inorgánico

En la naturaleza, los átomos de nitrógeno mineral existen en varios grados de oxidación: desde N5+ (N2O5, anhídrido nítrico) hasta N3- (NH3, amoníaco). El grado de digestibilidad de los compuestos nitrogenados minerales por parte de las bacterias está determinado por la facilidad de su conversión en amoníaco, ya que es el precursor más simple de los compuestos orgánicos nitrogenados de alto peso molecular. En este grupo de bacterias, son posibles dos procesos dirigidos de manera diferente: asimilación (unión de formas minerales de nitrógeno en material orgánico) y disimilación (liberación de formas gaseosas de nitrógeno).

procesos de asimilación. La unión de formas minerales de nitrógeno ocurre durante la fijación de nitrógeno, la asimilación de amoníaco y la reducción de nitrato de asimilación.

Fijación de nitrogeno. Las bacterias fijadoras de nitrógeno (por ejemplo, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella, etc.) pueden utilizar el nitrógeno del aire atmosférico, reduciéndolo a amonio usando una enzima especial (nitrogenasa) en un proceso llamado fijación de nitrógeno.

asimilación de amoníaco. La mayoría de las bacterias absorben amonio durante la asimilación de amoníaco. Las bacterias que crecen en medios con amonio pueden incorporarlo directamente en compuestos orgánicos. Cabe recordar que tras el consumo de sales inorgánicas de amonio, los aniones (SO4, Cl, H3PO4, etc.) se acumulan en el medio, reduciendo el pH del medio, lo que ralentiza el crecimiento de los cultivos. Las sales de amonio de los ácidos orgánicos acidifican menos el medio ambiente y son más favorables para el crecimiento bacteriano.

Reducción de nitratos por asimilación. La gran mayoría de las bacterias y los hongos, al igual que las plantas, asimilan el nitrato en el proceso de asimilación por reducción del nitrato. En la primera etapa, los nitratos se reducen a nitritos, el ciclo de estas transformaciones es catalizado por una enzima específica: la asimilación de la nitrato reductasa B. La segunda etapa es un complejo de reacciones de reducción catalizadas por la nitrito reductasa, que conduce a la formación de amoníaco. que se utiliza para la síntesis de aminoácidos y otros componentes de la célula que contienen nitrógeno.

Mecanismo de suministro de nutrientes

Exo-enzimas localizadas en el lado externo de la membrana celular. En bacterias, E. puede liberarse al ambiente externo o ubicarse entre la pared celular y la membrana celular.

Clasificación de las enzimas.

Actualmente, se conocen más de 2000 enzimas, por lo que existe la necesidad de una clasificación con base científica. Según la clasificación desarrollada por una comisión especial de la Unión Bioquímica Internacional (1961), todas las enzimas se agrupan en seis clases: ocendorreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas, ligasas o sintetasas.

Las oxidorreductasas son enzimas redox. Aceleran los procesos de reducción y oxidación de diversas sustancias, juegan un papel importante en los procesos de respiración de los microbios. Este grupo es numeroso, incluye más de 200 enzimas. Éstos son algunos de ellos.

Las deshidrogenasas son enzimas que lideran el proceso de oxidación biológica al eliminar el hidrógeno de un sustrato donante y transferirlo al oxígeno u otro aceptor. Hay deshidrogenasas aeróbicas y anaeróbicas. Las deshidrogenasas aeróbicas transfieren hidrógeno tanto directamente al oxígeno molecular como a otros sistemas; se denominan oxidasas. Las deshidrogenasas anaeróbicas interactúan con el sustrato, le quitan hidrógeno y lo transfieren al aceptor, pero no al oxígeno del aire. Las citocromo oxidasas son enzimas de transferencia de electrones. La citocromoxindasa activa el oxígeno molecular y, con su ayuda, oxida el citocromo reducido cuyo grupo activo es la hemina. La catalasa se encuentra en las células de los microbios aeróbicos y pertenece al grupo de enzimas hemáticas que contienen hierro férrico en su molécula, que puede perder electrones (oxidarse). Bajo la acción de la catalasa sobre el peróxido de hidrógeno, se reduce, se forma agua y oxígeno molecular. La peroxidasa se encuentra en algunos microbios, activa el oxígeno del peróxido de hidrógeno y acelera la oxidación de varios compuestos orgánicos.

Hidrólisis: enzimas que aceleran las reacciones de hidrólisis, es decir, el proceso de dividir sustancias complejas en otras más simples con la adición de una molécula, agua. Se encuentran en muchos microorganismos. Las hidrolasas combinan más de 200 enzimas. Este grupo incluye: esterasas que escinden ésteres formados por ácidos orgánicos y alcoholes; fosfatasas que hidrolizan ésteres formados por alcoholes y ácido fosfórico; glucosidasas que escinden enlaces glucosídicos en carbonos y sus derivados; peptidasas; acelerar la hidrólisis de enlaces peptídicos en proteínas; amidasas que aceleran la hidrólisis de amidas, aminoácidos y otros compuestos.

Las liasas son enzimas que escinden uno u otro grupo de los sustratos de forma no hidrolítica (la reacción entre el carbono y el oxígeno, nitrógeno, azufre, halógeno). Esta clase incluye alrededor de 90 enzimas. Los más importantes son la carboxilasa, la aldehído liasa (aldolasa), etc.

Las isomerasas son enzimas que aceleran el movimiento de hidrógeno, fósforo y dobles enlaces dentro de las moléculas, lo cual es importante en el metabolismo. Este grupo incluye fosfohexoisomerasa, triosafosfotiisomerasa, etc.

Las ligasas o sintetasas son enzimas que aceleran la síntesis de compuestos complejos a partir de otros más simples debido a la ruptura de los enlaces pirofosfóricos (en ATP u otros pirofosfatos ricos en energía). Las ligasas juegan un papel importante en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, ácidos grasos y otros compuestos. Esta clase incluye alrededor de 100 enzimas. Los representantes de este grupo son la asparagina sintetasa, la glutamipsintetasa, etc.