فیزیولوژی میکروارگانیسم ها. تنفس باکتریایی، انواع تنفس

فیزیولوژی میکروارگانیسم ها ویژگی های رشد، تغذیه، متابولیسم انرژی و سایر فرآیندهای حیاتی میکروب ها را در شرایط مختلف محیطی مطالعه می کند.

تغذیه میکروارگانیسم ها

تغذیه میکروب ها از طریق انتشار از طریق پوسته و غشای مواد مغذی محلول در آب انجام می شود. ترکیبات آلی پیچیده نامحلول با کمک آنزیم‌هایی که توسط میکروب‌ها به درون بستر ترشح می‌شوند، در خارج از سلول از قبل جدا می‌شوند.

با توجه به روش تغذیه، آنها به اتوتروف و هتروتروف تقسیم می شوند.

اتوتروف هاقادر به سنتز ترکیبات آلی از مواد معدنی (عمدتا دی اکسید کربن، نیتروژن معدنی و آب) هستند. به عنوان منبع انرژی برای سنتز، این میکروب ها از انرژی نور (فتوسنتز) یا انرژی واکنش های اکسیداتیو (شیموسنتز) استفاده می کنند.

تمام واکنش های متابولیک در یک سلول میکروبی با کمک کاتالیزورهای بیولوژیکی رخ می دهد - آنزیم هابیشتر آنزیم ها از یک بخش پروتئینی و یک گروه غیر پروتئینی مصنوعی تشکیل شده اند. گروه پروتز ممکن است شامل فلزاتی مانند آهن، مس، کبالت، روی و همچنین ویتامین ها یا مشتقات آنها باشد. برخی از آنزیم ها فقط از پروتئین های ساده ساخته شده اند. آنزیم ها خاص هستند و فقط روی یک ماده خاص عمل می کنند. بنابراین، در هر میکروارگانیسم مجموعه ای کامل از آنزیم ها وجود دارد و برخی از آنزیم ها می توانند برجسته شوند، جایی که آنها در آماده سازی برای جذب ترکیبات آلی پیچیده شرکت می کنند. از آنزیم های میکروارگانیسم ها در صنایع غذایی و سایر صنایع استفاده می شود.

اب. یک سلول میکروبی 75-85 درصد آب است. بیشتر آب در سیتوپلاسم سلول در حالت آزاد قرار دارد. تمام فرآیندهای متابولیک بیوشیمیایی در آب انجام می شود ، آب نیز حلال این مواد است ، زیرا مواد مغذی فقط به صورت محلول وارد سلول می شوند و محصولات متابولیک نیز با آب از سلول خارج می شوند. بخشی از آب در سلول در حالت محدود است و بخشی از برخی از ساختارهای سلولی است. در هاگ باکتری ها و قارچ ها مقدار آب آزاد به 50 درصد یا کمتر کاهش می یابد. با از دست دادن قابل توجه آب محدود، سلول میکروبی می میرد.

مواد آلیسلول های میکروبی توسط پروتئین ها (6-14٪)، چربی ها (1-4٪)، کربوهیدرات ها، اسیدهای نوکلئیک نشان داده می شوند.

- مواد پلاستیکی اصلی هر سلول زنده، از جمله میکروبی. پروتئین ها اساس سیتوپلاسم را تشکیل می دهند، بخشی از غشای سلولی و برخی از ساختارهای سلولی هستند. آنها یک عملکرد کاتالیزوری بسیار مهم را انجام می دهند، زیرا بخشی از آنزیم هایی هستند که واکنش های متابولیک را در سلول میکروبی کاتالیز می کنند.

سلول های میکروبی حاوی دی اکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) و اسید ریبونوکلئیک (RNA) هستند. DNA عمدتاً در هسته سلول یا نوکلئوتیدها، RNA - در سیتوپلاسم و ریبوزوم ها قرار دارد، جایی که در سنتز پروتئین شرکت می کند.

محتوای چربی میکروارگانیسم های مختلف متفاوت است، در برخی از مخمرها و کپک ها 6-10 برابر بیشتر از باکتری ها است. چربی ها (لیپیدها) مواد انرژی سلول هستند. چربی ها به شکل لیپوپروتئین بخشی از غشای سیتوپلاسمی هستند که وظیفه مهمی در تبادل سلول ها با محیط دارند. چربی ها را می توان در سیتوپلاسم به صورت گرانول یا قطرات یافت.

کربوهیدرات ها بخشی از غشاها، کپسول ها و سیتوپلاسم هستند. آنها عمدتا توسط کربوهیدرات های پیچیده نشان داده می شوند - پلی ساکاریدها (نشاسته، دکسترین، گلیکوژن، فیبر)، می توانند با پروتئین ها یا لیپیدها ترکیب شوند. کربوهیدرات ها می توانند در سیتوپلاسم به شکل دانه های گلیکوژن به عنوان یک ماده انرژی ذخیره در سیتوپلاسم رسوب کنند.

(فسفر، سدیم، منیزیم، کلر، گوگرد و غیره) بخشی از پروتئین ها و آنزیم های سلول میکروبی هستند، آنها برای متابولیسم و ​​حفظ فشار اسمزی طبیعی درون سلولی ضروری هستند.

برای عملکرد طبیعی میکروارگانیسم ها ضروری است. آنها در فرآیندهای متابولیک درگیر هستند، زیرا بخشی از بسیاری از آنزیم ها هستند. ویتامین ها معمولاً باید از غذا تهیه شوند، اما برخی از میکروب ها توانایی سنتز ویتامین ها مانند B2 یا B12 را دارند.

تنفس میکروارگانیسم

فرآیندهای بیوسنتز مواد یک سلول میکروبی با صرف انرژی ادامه می یابد. بیشتر میکروب ها از انرژی واکنش های شیمیایی شامل اکسیژن اتمسفر استفاده می کنند. این فرآیند اکسید شدن مواد مغذی برای آزادسازی انرژی، تنفس نامیده می شود. انرژی در طی اکسیداسیون مواد معدنی (اتوتروف) یا آلی (هتروتروف) آزاد می شود.

میکروارگانیسم های هوازی (هوازی)استفاده از انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون مواد آلی توسط اکسیژن اتمسفر با تشکیل مواد معدنی، دی اکسید کربن و آب. هوازی ها شامل بسیاری از باکتری ها، قارچ ها و برخی مخمرها هستند. آنها بیشتر از کربوهیدرات ها به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند.

میکروارگانیسم های بی هوازی (بی هوازی)از اکسیژن برای تنفس استفاده نکنید، آنها در غیاب اکسیژن زندگی و تولید مثل می کنند و در نتیجه فرآیندهای تخمیر انرژی دریافت می کنند. بی هوازی ها باکتری هایی از جنس کلستریدیا (باسیل بوتولینوم و باسیل پرفرنجنس)، باکتری اسید بوتیریک و غیره هستند.

در شرایط بی هوازی، تخمیر الکلی، لاکتیک و بوتیریک انجام می شود، در حالی که فرآیند تبدیل گلوکز به الکل، اسید لاکتیک یا بوتیریک با آزاد شدن انرژی اتفاق می افتد. حدود 50 درصد از انرژی آزاد شده به صورت گرما دفع می شود و بقیه در ATP (آدنوزین تری فسفریک اسید) ذخیره می شود.

برخی از میکروارگانیسم ها می توانند هم در حضور اکسیژن و هم بدون آن زندگی کنند. بسته به شرایط محیطی، آنها می توانند از فرآیندهای بی هوازی کسب انرژی به هوازی تغییر کنند و بالعکس. چنین میکروارگانیسم هایی نامیده می شوند بی هوازی اختیاری

تنفس باکتریایی سلول باکتری انرژی لازم برای فعالیت زندگی خود را در فرآیند تنفس باکتری دریافت می کند.

با توجه به نوع تنفس، همه میکروارگانیسم ها به دو گروه تقسیم می شوند: میکروب ها که در آنها فرآیند تنفس با استفاده از اکسیژن آزاد در هوا همراه است و میکروارگانیسم هایی که به اکسیژن آزاد نیاز ندارند که حتی برای آنها مضر است.

اولین گروه از میکروارگانیسم ها هوازی نام دارند (نوع تنفس هوازی است). گروه دوم - بی هوازی (نوع تنفس - بی هوازی).

تجزیه کربوهیدرات ها در شرایط بدون اکسیژن را تخمیر می گویند. بسته به نوع میکروارگانیسم هایی که باعث فرآیند تخمیر می شوند، دومی الکلی، استیک و غیره است. این بدان معنی است که الکل یا اسید استیک و غیره می توانند در طی فرآیند تخمیر تشکیل شوند.

آنزیم های باکتریایی فرآیندهای تغذیه و تنفس باکتری ها لزوماً با مشارکت آنزیم ها - مواد ویژه پروتئینی - انجام می شود. آنزیم‌ها، حتی در کمترین مقدار، فرآیندهای شیمیایی مربوطه را که خود تقریباً بدون تغییر هستند، بسیار تسریع می‌کنند.

بدون آنزیم، فرآیند تغذیه و تنفس می تواند ادامه یابد، اما بسیار کند. آنزیم ها فقط در سلول های زنده تولید می شوند. یک گروه از آنزیم ها با سلول میکروبی مرتبط نیستند و توسط باکتری ها در محیط آزاد می شوند. عملکرد این گروه این است که آنزیم ها به تجزیه ترکیبات پیچیده به ترکیبات ساده تر و قابل هضم تر کمک می کنند. گروه دیگری از آنزیم ها (بیشتر آنها) در داخل سلول باکتری قرار دارند و با آن مرتبط هستند.

علاوه بر این، آنزیم هایی وجود دارند که در فرآیند انطباق با تغییر شرایط تغذیه ای در باکتری ها ظاهر می شوند.

یکی از ویژگی های آنزیم ها این است که آنزیم خود بر روی موادی از یک ترکیب یا گروه های خاص عمل می کند. بنابراین، آنزیم هایی برای پردازش ترکیبات کربن پیچیده (قند)، پروتئین ها، چربی ها و غیره وجود دارد.

رشد و تولید مثل باکتری ها. روند رشد یک سلول باکتریایی با افزایش اندازه آن بیان می شود. این فرآیند بسیار سریع است - در عرض چند دقیقه.

پس از رسیدن باکتری ها به بلوغ، فرآیند تولید مثل با شکافت عرضی ساده آغاز می شود. در شرایط مساعد (تغذیه کافی، دمای مطلوب)، سلول باکتری هر 50-30 دقیقه تقسیم می شود. تخمین زده می شود که اگر تولید مثل باکتری ها بدون مانع پیش رود، در عرض 5 روز از یک سلول، چنین توده زنده ای تشکیل می شود که تمام دریاها و اقیانوس ها را پر می کند. اما چنین تولید مثلی، همانطور که در بالا ذکر شد، نیازمند تعدادی شرایط مساعد است که در محیط خارجی وجود ندارد.

ترکیب شیمیایی باکتری ها یک سلول باکتری حاوی مقدار زیادی آب - 75-85٪ از توده سلولی است. 15 درصد باقیمانده باقیمانده خشک است که شامل پروتئین، کربوهیدرات، چربی، نمک و سایر مواد است.

پروتئین های باکتریایی پروتئین های پیچیده ای هستند که از ترکیبات شیمیایی مختلف ساخته شده اند. این مواد شیمیایی برای زندگی سلول های باکتریایی ضروری هستند.

علاوه بر پروتئین ها، ترکیب باقیمانده خشک باکتری ها شامل کربوهیدرات ها (12-28٪)، اسیدهای نوکلئیک است.

مقدار چربی هایی که باقیمانده خشک را تشکیل می دهند ممکن است متفاوت باشد. در برخی از انواع باکتری ها، محتوای چربی به 1/3 باقیمانده خشک می رسد، اساساً چربی ها بخشی از پوسته هستند و باعث تعدادی از خواص آن می شوند.

یکی از اجزای ضروری یک سلول باکتری، نمک های معدنی است که حدود "/zoo کل توده سلول را تشکیل می دهد. سلول های باکتریایی همچنین شامل نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن، کربن، فسفر، پتاسیم، سدیم، منیزیم، کلسیم، سیلیکون، گوگرد، کلر، آهن.

بسته به شرایط محیطی، ترکیب شیمیایی باکتری ها می تواند هم از نظر کمی و هم از نظر کیفی تغییر کند.

تغذیه باکتری ها تغذیه باکتری ها فرآیند بسیار پیچیده ای است که به دلیل نفوذ مداوم برخی مواد مغذی از طریق یک غشای نیمه تراوا و آزاد شدن محصولات متابولیک از سلول اتفاق می افتد.

از آنجایی که پوسته باکتری ها نسبت به پروتئین ها و سایر ترکیبات پیچیده لازم برای تغذیه سلولی نفوذ ناپذیر است، این مواد پس از جدا شدن توسط آنزیم ها جذب می شوند.

از اهمیت زیادی برای تغذیه طبیعی باکتری ها نسبت صحیح غلظت نمک در داخل سلول ها و محیط است. مطلوب ترین شرایط تغذیه ای زمانی ایجاد می شود که غلظت نمک های موجود در محیط برابر با محلول کلرید سدیم 5/0 درصد باشد.

هنگامی که وارد محلول 2-10٪ کلرید سدیم می شود، سلول باکتری کوچک می شود - کم آبی، که باعث می شود آن را قادر به تولید مثل نباشد. این اساس روش نگهداری غذا با کمک نمک است.

باکتری ها برای تغذیه به اکسیژن، هیدروژن، کربن و نیتروژن نیاز دارند. منابع تامین این مواد می تواند آب، هوا و ... باشد.

علاوه بر این مواد مغذی رایج، باکتری ها برای رشد به ترکیبات شیمیایی خاصی نیاز دارند.

مشخص شده است که برخی از انواع استرپتوکوک ها در غیاب ویتامین B اصلا رشد نمی کنند.

تشکیل رنگدانه. برخی از انواع باکتری ها و قارچ ها توانایی تشکیل مواد رنگی مختلف - رنگدانه ها را دارند. بیشتر این توانایی توسط باکتری های موجود در خاک، هوا و آب وجود دارد. به خصوص به وضوح این کیفیت از میکروب ها در شرایط آزمایشگاهی یافت می شود. هنگام تکثیر بر روی محیط های مغذی متراکم، باکتری ها کلنی هایی را تشکیل می دهند که به دلیل رنگدانه های مختلف، رنگ هایی دارند: قرمز، سفید، بنفش، طلایی و غیره.

مشخص شده است که بهترین شرایط برای تشکیل رنگدانه دسترسی کافی به اکسیژن، نور و دمای اتاق است.

اعتقاد بر این است که رنگدانه های موجود در میکروب ها عملکرد محافظتی در برابر اثرات مضر نور خورشید دارند. علاوه بر این، آنها در فرآیندهای تنفس نقش دارند.

درخشش. در طبیعت، میکروب هایی از جمله باکتری ها وجود دارند که در جریان فعالیت حیاتی خود، موادی را تشکیل می دهند که در ترکیب با اکسیژن اتمسفر می توانند بدرخشند. پدیده درخشش پوسیده، سطح دریا و غیره با توسعه چنین میکروب هایی توضیح داده می شود. چنین میکروب های درخشانی برای انسان بیماری زا نیستند.

تشکیل بو. توانایی میکروب ها برای ایجاد بو (تشکیل عطر) با وجود مواد فرار ویژه توضیح داده می شود که به دلیل ماهیت شیمیایی آنها به اترها (مواد شبه اتر) نزدیک هستند. باکتری های مختلف تولید کننده عطر در صنایع غذایی برای تهیه پنیر، کره، شراب و سایر محصولات استفاده می شود.

از باکتری هایی که برای انسان بیماری زا هستند و با رشد در شرایط آزمایشگاهی بو متصاعد می شوند، می توان باسیل سل را نام برد که بوی آن به بوی عسل و ... نزدیک می شود.

سموم میکروبی میکروب ها با ورود به بدن انسان و تکثیر در آنجا، موادی تولید می کنند که بر سیستم عصبی، قلب و اندام های داخلی تأثیر منفی می گذارد. به این مواد مضر سم می گویند. سموم میکروبی قوی ترین سموم شناخته شده هستند. حتی مقدار کمی از آنها می تواند اثر سمی بر بدن داشته باشد. ضایعات مشاهده شده در بسیاری از بیماری های عفونی با عمل سموم میکروبی همراه است. تقریباً همه میکروب های بیماری زا دارای سموم هستند. دو نوع سم وجود دارد: اگزوتوکسین ها و اندوتوکسین ها.

اگزوتوکسین ها سمومی هستند که به راحتی سلول میکروبی را وارد محیط می کنند.

اگزوتوکسین ها با پایداری نسبتا کم مشخص می شوند و به راحتی تحت تأثیر گرما، نور و مواد شیمیایی مختلف از بین می روند. یکی از ویژگی های اگزوتوکسین ها عملکرد آنها در دوزهای بسیار کم است.

اگزوتوکسین های میکروبی از قوی ترین ها هستند. بنابراین، برای مثال، 0.00001 میلی‌لیتر سم کزاز باعث لکوره سفید موش می‌شود و سم میکروبی بوتولیسم با دوز کمتری عمل می‌کند.

اندوتوکسین ها به طور محکم به بدن سلول میکروبی متصل می شوند و تنها پس از تخریب بدن میکروبی آزاد می شوند. بر خلاف اگزوتوکسین ها، اندوتوکسین ها علائم مسمومیت زیر را در بدن ایجاد می کنند: سردرد، ضعف، تنگی نفس و غیره. سمیت آنها برای موجودات زنده بسیار کمتر از سمیت اگزوتوکسین ها است.

اندوتوکسین ها در همه میکروب های بیماری زا وجود دارند. اگزوتوکسین ها فقط توسط برخی از آنها تولید می شوند - باسیل دیفتری، استافیلوکوکوس اورئوس، باکتری های بوتولیسم.

تنوع میکروبی در شرایط طبیعی، میکروب‌ها دائماً تحت تأثیر عوامل زیادی قرار می‌گیرند که فرآیند تغییرپذیری را تعیین می‌کنند. این عوامل علاوه بر تغذیه، دما، شامل پدیده تضاد میکروبی، تأثیر محیط داخلی ارگانیسم انسان و حیوان است.

به دلیل تماس نزدیک با محیط و تولید مثل فشرده، میکروارگانیسم ها به سرعت با شرایط جدید سازگار می شوند و بر این اساس خواص اولیه آنها تغییر می کند. به عنوان مثال، باکتری ها در آب گرم آبفشان ها زندگی می کنند که تحت تأثیر شرایط محیطی به عنوان یک گونه شکل گرفتند. برخی از میکروب های بیماری زا هنگام تعامل با مواد دارویی می توانند در برابر آنها مقاوم شوند. بنابراین، شرایط وجود برای زندگی ارگانیسم اهمیت زیادی دارد، تغییر آن (تغذیه، دما، رطوبت، و غیره) می تواند باعث تغییرات متناظر در ماهیت میکروارگانیسم شود.

تنوع مشخصه همه انواع میکروارگانیسم ها است. یکی از دلایل تنوع میکروب ها باکتریوفاژ است.

باکتریوفاژها موجودات زنده ای هستند که تنها زمانی تکثیر می شوند که از بیرون به داخل سلول میکروبی نفوذ کنند. در خارج از بدن میکروب ها، باکتریوفاژها تکثیر نمی شوند، بلکه در حال استراحت هستند. عمل یک باکتریوفاژ بر روی سلول میکروبی به شرح زیر است: در اطراف سلول میکروبی، باکتریوفاژها به تدریج به داخل نفوذ کرده و تکثیر می شوند. سرعت تولید مثل یک باکتریوفاژ به شرایط زیادی بستگی دارد: ماهیت میکروب، شرایط وجود آن و غیره. پس از 1-3 ساعت، بسیاری از باکتریوفاژهای جدید در داخل سلول میکروبی تشکیل می شوند، پوسته این سلول پاره می شود. و کل توده باکتریوفاژها از آن خارج می شود.

هنگامی که یک باکتریوفاژ با یک میکروب تعامل می کند، دومی همیشه می میرد. اگر فعالیت باکتریوفاژ کافی نباشد، سلول‌های میکروبی منفرد زنده می‌مانند و باعث رشد سلول‌های میکروبی جدید می‌شوند که از قبل به این باکتریوفاژ مقاوم هستند.

تحت تأثیر باکتریوفاژ، میکروب ها خواص خود را تغییر می دهند: توانایی بیماری زایی خود را از دست می دهند، کپسول خود را از دست می دهند و غیره.

برای هر نوع میکروب بیماری زا، یک باکتریوفاژ وجود دارد، به عنوان مثال، اسهال خونی، تیفوئید، استافیلوکوک.

تحت تأثیر نور، اکسیژن هوا، گرما، باکتریوفاژ در عرض 1-2 ماه فعالیت خود را از دست می دهد. اشعه ماوراء بنفش باکتریوفاژها را در 15 دقیقه از بین می برد. تخریب سریع باکتریوفاژها در محیط اسیدی اتفاق می افتد.

باکتریوفاژها هر جا که باکتری وجود داشته باشد یافت می شوند. باکتریوفاژهای مختلف را می توان در فاضلاب، آب رودخانه، دفع انسان و حیوان و سایر اشیاء یافت.

تنفس میکروارگانیسم

فرآیندهای جذب غذا که در بالا توضیح داده شد با مصرف انرژی پیش می رود. نیاز به انرژی توسط فرآیندهای متابولیسم انرژی تأمین می شود که ماهیت آن اکسیداسیون مواد آلی است که با آزاد شدن انرژی همراه است. محصولات اکسیداسیون حاصل در محیط آزاد می شوند.

به طور شماتیک، واکنش کاهش اکسیداسیون شامل آنزیم دهیدروژناز را می توان به صورت زیر نشان داد:

AN 2 + B - A + VN 2 + انرژی

میکروارگانیسم ها راه های مختلفی برای به دست آوردن انرژی دارند.

در سال 1861، دانشمند فرانسوی L. Pasteur برای اولین بار توجه را به توانایی منحصر به فرد میکروارگانیسم ها برای رشد بدون دسترسی به اکسیژن جلب کرد، در حالی که همه موجودات برتر - گیاهان و حیوانات - فقط می توانند در جوی حاوی اکسیژن زندگی کنند.

بر این اساس (با توجه به انواع تنفس)، L. Pasteur میکروارگانیسم ها را به دو گروه - هوازی و بی هوازی تقسیم کرد.

هوازیبرای به دست آوردن انرژی، مواد آلی با اکسیژن اتمسفر اکسید می شوند. اینها شامل قارچ ها، برخی از مخمرها، بسیاری از باکتری ها و جلبک ها هستند. بسیاری از هوازی ها مواد آلی را کاملا اکسید می کنند و CO 2 و H 2 O را به عنوان محصولات نهایی آزاد می کنند. این فرآیند را می توان به طور کلی با معادله زیر نشان داد:

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

بی هوازی هامیکروارگانیسم هایی هستند که قادر به تنفس بدون استفاده از اکسیژن آزاد هستند. فرآیند بی هوازی تنفس در میکروارگانیسم ها به دلیل حذف هیدروژن از بستر رخ می دهد. فرآیندهای تنفسی بی هوازی معمولی نامیده می شوند تخمیرها. نمونه هایی از این نوع تولید انرژی عبارتند از تخمیرهای الکلی، لاکتیکی و بوتیریک. به مثال تخمیر الکلی توجه کنید:

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

نسبت میکروارگانیسم های بی هوازی به اکسیژن متفاوت است. برخی از آنها اصلا تحمل اکسیژن را ندارند و نامیده می شوند اجباری،یا سخت گیرانهبی هوازی ها اینها شامل عوامل ایجاد کننده تخمیر بوتیریک، باسیل کزاز، عوامل ایجاد کننده بوتولیسم است. سایر میکروب ها می توانند در هر دو شرایط هوازی و بی هوازی رشد کنند. آنها نامیده می شوند - اختیاری،یا مشروط بی هوازی؛اینها باکتری های اسید لاکتیک، اشریشیا کلی، پروتئوس و غیره هستند.

آنزیم های میکروارگانیسم ها

آنزیم هاموادی که قادر به تأثیر کاتالیزوری بر سرعت واکنش های بیوشیمیایی هستند. آنها نقش مهمی در زندگی میکروارگانیسم ها دارند. آنزیم ها در سال 1814 توسط آکادمیک روسی K.S. Kirchhoff کشف شد.

مانند سایر کاتالیزورها، آنزیم ها فقط به عنوان واسطه در واکنش های تبدیل مواد شرکت می کنند. آنها در واکنش ها به صورت کمی مصرف نمی شوند. آنزیم های میکروارگانیسم ها دارای تعدادی ویژگی هستند:

1) در دمای 40 تا 50 درجه سانتیگراد، سرعت واکنش آنزیمی افزایش می یابد، اما پس از آن سرعت کاهش می یابد، آنزیم دیگر عمل نمی کند. در دمای بالاتر از 80 درجه سانتیگراد، تقریباً تمام آنزیم ها به طور غیرقابل برگشت غیرفعال می شوند.

2) از نظر ماهیت شیمیایی، آنزیم ها تک جزئی هستند که فقط از پروتئین تشکیل شده اند و دو جزئی از پروتئین و بخش های غیر پروتئینی تشکیل شده اند. بخش غیر پروتئینی تعدادی از آنزیم ها توسط این یا ویتامین دیگری نشان داده می شود.

3) فعالیت آنزیم تا حد زیادی تحت تأثیر pH محیط است. برای برخی از آنزیم ها، محیط اسیدی بهترین است، برای برخی دیگر، محیط خنثی یا کمی قلیایی.

4) آنزیم ها بسیار فعال هستند. بنابراین، یک مولکول کاتالاز در هر دقیقه 5 میلیون مولکول پراکسید هیدروژن را از بین می برد و 1 گرم آمیلاز در شرایط مساعد، 1 تن نشاسته را به قند تبدیل می کند.

5) هر آنزیم دارای یک ویژگی دقیق عمل است، یعنی توانایی تأثیرگذاری فقط بر پیوندهای خاص در مولکول های پیچیده یا فقط مواد خاص. به عنوان مثال آمیلاز باعث تجزیه فقط نشاسته، لاکتاز - قند شیر، سلولاز - سلولز و غیره می شود.

6) آنزیم های ذاتی یک میکروارگانیسم معین و شامل تعداد اجزای سلول آن نامیده می شوند. سازنده. گروه دیگری وجود دارد - آنزیم ها القاء شده(تطبیقی) که تنها زمانی توسط سلول تولید می شوند که ماده ای (القاء کننده) به محیطی که سنتز این آنزیم را تحریک می کند اضافه شود. در این شرایط، میکروارگانیسم آنزیمی را سنتز می کند که در اختیار ندارد.

7) با توجه به ماهیت عمل، آنزیم ها به دو دسته تقسیم می شوند اگزونزیم ها، که توسط سلول در محیط خارجی آزاد می شوند و آنزیم ها، که محکم با ساختارهای داخلی سلول در ارتباط هستند و در داخل آن عمل می کنند.

8) اگرچه آنزیم ها توسط سلول تولید می شوند، اما حتی پس از مرگ آن به طور موقت در حالت فعال باقی می مانند و اتولیز(از یونانی autos - خودش، lysis - انحلال) - خود انحلال یا خود هضم یک سلول تحت تأثیر آنزیم های درون سلولی خود.

در حال حاضر بیش از 1000 آنزیم شناخته شده است. آنزیم ها به 6 دسته تقسیم می شوند:

کلاس 1اکسیدوردوکتازها - نقش مهمی در فرآیندهای تخمیر و تنفس میکروارگانیسم ها، یعنی در متابولیسم انرژی ایفا می کنند.

کلاس 2ترانسفرازها (آنزیم های انتقال دهنده) انتقال گروه های اتم از یک ترکیب به ترکیب دیگر را کاتالیز می کنند.

کلاس سوم -هیدرولازها (آنزیم های هیدرولیتیک). آنها واکنش های شکافتن ترکیبات پیچیده (پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها) را با مشارکت اجباری آب کاتالیز می کنند.

کلاس چهارم -لیازها شامل آنزیم‌های دو جزئی هستند که گروه‌های خاصی را از بسترها (CO 2، H 2 O، NH s و غیره) به روشی غیر هیدرولیتیک (بدون مشارکت آب) جدا می‌کنند.

کلاس پنجم- ایزومرازها آنزیم هایی هستند که تبدیل برگشت پذیر ترکیبات آلی را به ایزومرهای آنها کاتالیز می کنند.

کلاس ششم - لیگازها (سینتازها) آنزیم هایی هستند که سنتز ترکیبات آلی پیچیده را از ترکیبات ساده تر کاتالیز می کنند. لیگازها نقش مهمی در متابولیسم کربوهیدرات و نیتروژن میکروارگانیسم ها دارند.

استفاده از آنزیم های میکروبی در صنایع غذایی و صنایع سبک می تواند به طور قابل توجهی فرآیند فن آوری را تشدید کند، عملکرد را افزایش دهد و کیفیت محصول نهایی را بهبود بخشد. آماده سازی آنزیم های آمیلولیتیک در تولید الکل اتیلیک از مواد خام حاوی نشاسته به جای مالت دانه و در صنعت نانوایی به جای مالت در تهیه نان چاودار سوخته استفاده می شود. آمیلاز قارچ نیز به خمیر گندم اضافه می شود. از آنجایی که این فرآورده علاوه بر آمیلاز حاوی آنزیم‌های دیگری (مالتاز، پروتئازها) است، اگرچه در مقادیر کم، فرآیند تهیه خمیر تسریع می‌شود، حجم و تخلخل نان افزایش می‌یابد، ظاهر، عطر و طعم آن بهبود می‌یابد. استفاده از این فرآورده های آنزیمی در دم کردن، جایگزینی جزئی مالت با جو را ممکن می سازد. با کمک گلوکوآمیلاز قارچ، شربت گلوکز و گلوکز کریستالی از نشاسته به دست می آید. فرآورده های قارچی آنزیم پکتولیتیک در تولید آب میوه و نوشیدنی های میوه و شراب سازی استفاده می شود. در نتیجه تخریب پکتین توسط این آنزیم ها، فرآیند استخراج شیره تسریع شده، عملکرد، فیلتراسیون و شفاف سازی آن افزایش می یابد. آماده سازی آنزیمی حاوی پروتئازهای میکروبی برای افزایش پایداری (محافظت از مه پروتئین) شراب و آبجو و در پنیرسازی - به جای (تا حدی) مایه پنیر استفاده می شود. استفاده از پروتئازهای میکروبی برای نرم کردن گوشت، تسریع بلوغ گوشت و شاه ماهی، به دست آوردن هیدرولیزهای غذایی از ماهی و ضایعات صنعت گوشت و سایر فرآیندهای تکنولوژیکی برای فرآوری مواد خام حیوانی و گیاهی توصیه می شود.

ترکیب شیمیایی میکروارگانیسم ها

سلول های میکروبی از نظر ترکیب با سلول های حیوانی و گیاهی تفاوت کمی دارند. آنها حاوی 75-85٪ آب هستند، 16-25٪ باقی مانده را ماده خشک تشکیل می دهند. آب در سلول در حالت آزاد و محدود است. آب محدود بخشی از کلوئیدهای سلولی (پروتئین ها، پلی ساکاریدها و غیره) است و به سختی از آنها آزاد می شود. آب آزاد در واکنش های شیمیایی دخیل است، به عنوان حلال برای ترکیبات مختلف تشکیل شده در سلول در طول متابولیسم عمل می کند.

ماده خشک سلول از مواد آلی و معدنی تشکیل شده است.

پروتئین - تا 52٪

پلی ساکاریدها - تا 17٪

اسیدهای نوکلئیک (RNA تا 16٪، DNA تا 3٪)،

لیپیدها - تا 9٪

این ترکیبات بخشی از ساختارهای سلولی مختلف میکروارگانیسم ها هستند و عملکردهای فیزیولوژیکی مهمی را انجام می دهند. مواد دیگری نیز در سلول های میکروارگانیسم ها یافت می شود - اسیدهای آلی، نمک آنها، رنگدانه ها، ویتامین ها و غیره.

کنترل سوالات

1. تورگر چیست؟

2-تجزیه چیست؟

3. به چه میکروارگانیسم هایی اتوتروف می گویند؟

4. اسمز چیست؟

5- چه میکروارگانیسم هایی را اختیاری می نامند؟

6. پلاسمولیز چیست؟

7. لیپازها در چه فرآیندهایی دخیل هستند؟

8. چه مقدار آب در ترکیب میکروارگانیسم ها وجود دارد؟

10- چه میکروارگانیسم هایی را بی هوازی می نامند؟

دو نوع تنفس میکروبی وجود دارد - هوازی و بی هوازی.

تنفس هوازی میکروارگانیسم ها فرآیندی هستند که در آن پذیرنده هیدروژن (پروتون ها و الکترون ها) اکسیژن مولکولی است. در نتیجه اکسیداسیون، عمدتاً از ترکیبات آلی پیچیده، انرژی تولید می شود که در محیط آزاد می شود یا در پیوندهای فسفات پر انرژی ATP تجمع می یابد. بین اکسیداسیون کامل و ناقص تمایز قائل شوید.

اکسیداسیون کاملمنبع اصلی انرژی برای میکروارگانیسم ها کربوهیدرات ها هستند. هنگامی که آنها تقسیم می شوند، که به روش های مختلف رخ می دهد، یک محصول میانی مهم به دست می آید - اسید پیروویک. اکسیداسیون کامل اسید پیروویک در چرخه اسید تری کربوکسیلیک (چرخه کربس) و زنجیره تنفسی رخ می دهد. در نتیجه تجزیه گلوکز در شرایط هوازی، فرآیند اکسیداسیون به پایان می رسد - تا زمان تشکیل دی اکسید کربن و آب با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6CO 2 + 6H 2 O + 2874.3 کیلوژول.

اکسیداسیون ناقصهمه هوازی ها واکنش های اکسیداسیون را کامل نمی کنند. با کربوهیدرات های اضافی در محیط، محصولات اکسیداسیون ناقص تشکیل می شود که در آن انرژی وجود دارد. محصولات نهایی اکسیداسیون هوازی ناقص قند می تواند اسیدهای آلی باشد: سیتریک، مالیک، اگزالیک، سوکسینیک و غیره، آنها توسط قارچ های قالب تشکیل می شوند. به عنوان مثال، تنفس هوازی توسط باکتری های اسید استیک انجام می شود که در آن اسید استیک و آب با اکسید شدن اتیل الکل تشکیل می شوند:

CH 3 CH 2 OH + O 2 - * CH 3 COOH + H 2 O + 494.4 kJ.

برخی از باکتری ها در طول تنفس، ترکیبات معدنی را اکسید می کنند. فرآیندهای نیتریفیکاسیون، که در آن باکتری های نیتریفیکاسیون ابتدا آمونیاک را به اسید نیتروژن و سپس به اسید نیتریک اکسید می کنند، می توانند به عنوان نمونه ای از اکسیداسیون ترکیبات معدنی عمل کنند. در هر مورد، انرژی آزاد می شود: در فاز اول 274.9 کیلوژول، در مرحله دوم - 87.6 کیلوژول.

تنفس بی هوازیبدون مشارکت اکسیژن مولکولی انجام می شود. تنفس نیترات بی هوازی، تنفس سولفات بی هوازی و تخمیر وجود دارد. در طی تنفس بی هوازی، ترکیبات معدنی اکسید شده گیرنده های هیدروژن هستند که به راحتی اکسیژن را از دست می دهند و به اشکال کاهش یافته تری تبدیل می شوند که با آزاد شدن انرژی همراه است.

1. تنفس نیترات بی هوازی - کاهش نیترات به نیتروژن مولکولی

2. تنفس سولفات بی هوازی - کاهش سولفات ها به سولفید هیدروژن.

3. تخمیر - تجزیه ترکیبات آلی حاوی کربن در شرایط بی هوازی. مشخصه آن این است که آخرین گیرنده هیدروژن یک مولکول آلی با پیوندهای غیر اشباع است. در این مورد، ماده تنها به محصولات میانی تجزیه می شود که ترکیبات آلی پیچیده (الکل ها، اسیدهای آلی) هستند. انرژی موجود در آنها به مقدار کم در محیط آزاد می شود. در طی تخمیر انرژی کمتری آزاد می شود. به عنوان مثال، در طی تخمیر گلوکز، 24.5 برابر کمتر از زمان اکسیداسیون هوازی آن انرژی آزاد می شود.

همه انواع تخمیر قبل از تشکیل اسید پیروویک به همین ترتیب انجام می شود. تبدیل بیشتر اسید پیروویک به خواص میکروب بستگی دارد. باکتری های اسید لاکتیک هموفرمنتاتیو آن را به اسید لاکتیک، مخمر را به الکل اتیلیک و غیره تبدیل می کنند.

طبقه بندی میکروب ها بر اساس نوع تنفس

با توجه به نوع تنفس، میکروارگانیسم ها به چهار گروه طبقه بندی می شوند.

1. هوازی های اجباری (بی قید و شرط) با دسترسی آزاد به اکسیژن رشد می کنند. اینها شامل باکتری های اسید استیک، پاتوژن های سل، سیاه زخم و بسیاری دیگر است.

2. باکتری های میکروآئروفیل در غلظت کم (تا 1%) اکسیژن در جو اطراف ایجاد می شوند. چنین شرایطی برای اکتینومیست ها، لپتوسپیرا، بروسلا مطلوب است.

3. بی هوازی اختیاری هم با دسترسی به اکسیژن اتمسفر و هم در غیاب آن ایجاد می شود. آنها به ترتیب دارای دو مجموعه آنزیم هستند. این انتروباکتریاسه، عامل اریسیپلای خوکی است.

4. بی هوازی های اجباری (بدون شرط) در غیاب کامل اکسیژن در محیط ایجاد می شوند. شرایط بی هوازی (با دور زدن باکتری های اسید بوتیریک، پاتوژن های کزاز، بوتولیسم، گانگرن گازی، کاربونکل آمفیزماتوز، نکروباکتریوز).

معرفی

باکتری میکروارگانیسم تنفسی غذا

همانطور که می دانید، میکروارگانیسم ها انرژی لازم برای حفظ فعالیت حیاتی خود را به دلیل انواع فرآیندهای اکسیداسیون مواد آلی (و گاهی اوقات غیر آلی) می گیرند. در این مورد، اکسیداسیون با جدا کردن هیدروژن (یا الکترون‌ها) از بسترها اتفاق می‌افتد. هیدروژن در طول زنجیره ای از آنزیم ها حمل می شود و در نهایت با اکسیژن ترکیب می شود و آب را تشکیل می دهد. روش بی هوازی استخراج انرژی با این واقعیت مشخص می شود که اکسیژن آزاد در آن شرکت نمی کند و بسترهای آلی فقط به دلیل حذف هیدروژن اکسید می شوند. هیدروژن آزاد شده یا به محصولات فروپاشی همان ماده آلی می پیوندد یا در حالت گازی آزاد می شود.

انواع تنفس میکروارگانیسم ها

تنفس میکروبی یک اکسیداسیون بیولوژیکی ترکیبات آلی مختلف و برخی مواد معدنی است. در نتیجه فرآیندهای ردوکس و تخمیر، انرژی حرارتی تشکیل می شود که بخشی از آن توسط سلول میکروبی استفاده می شود و بقیه در محیط آزاد می شود.

در حال حاضر، اکسیداسیون به عنوان فرآیند حذف هیدروژن (هیدروژن زدایی) و کاهش به عنوان افزودن آن تعریف می شود. همین عبارات در مورد واکنش هایی که شامل انتقال پروتون و الکترون یا فقط الکترون است صدق می کند. هنگامی که یک ماده اکسید می شود، الکترون ها از بین می روند و هنگامی که یک ماده احیا می شود، آنها اضافه می شوند. اعتقاد بر این است که انتقال هیدروژن و انتقال الکترون فرآیندهای معادل هستند.

توانایی ترکیبات یا عناصر برای اهدا یا پذیرش الکترون توسط پتانسیل ردوکس تعیین می شود. به پیشنهاد M. Clark، rH2 (لگاریتم منفی فشار جزئی گاز هیدروژن) تعیین می شود. این درجه اشباع محیط با اکسیژن یا هیدروژن است. محدوده J H2 از 0 تا 42.6 است. در P12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 اکسید کننده، با iil2 برابر با 28، محیط خنثی است.

هوازی ها در پتانسیل ردوکس بالاتر (ili2 14-35) و بی هوازی ها در پتانسیل کمتر (rH2 0-12) زندگی می کنند. Pops H1 (پروتون ها) که در اصل آنها هستند، بر خلاف گرادیان الکتروشیمیایی، یعنی از محیطی با غلظت کمتر به محیطی که تعداد زیادی از آنها وجود دارد، منتقل می شوند. فرآیند انتقال پروتون با مصرف انرژی مرتبط است. نفوذ یون های هیدروژن از طریق غشاء بر اساس قوانین اسمز انجام نمی شود، بلکه به طور فعال و با کمک پمپی به نام پمپ هیدروژن اتفاق می افتد. بنابراین، دگرگونی های بیولوژیکی در سیتوپلاسم یک سلول میکروبی با حرکت پروتون ها و الکترون ها همراه است، اما این یک حرکت الکتریکی ساده نیست، بلکه یک فرآیند بیوشیمیایی پیچیده است که با کمک آنزیم ها انجام می شود. دومی واکنش ها را کاتالیز می کند، شکستن پیوندهای کووالانسی را تسریع می بخشد و در نتیجه انرژی فعال سازی را کاهش می دهد.

الکتریسیته تولید شده توسط میکروب ها حتی می تواند در برخی از لوازم خانگی استفاده شود. در حال حاضر فرستنده هایی طراحی شده اند که بر اساس الکتریسیته بیولوژیکی کار می کنند که توسط میکروارگانیسم هایی تولید می شود که از قند محلول در آب دریا تغذیه می کنند. (تنفس هوازی میکروارگانیسم‌ها فرآیندی است که در آن آخرین گیرنده هیدروژن (پروتون‌ها و الکترون‌ها) اکسیژن مولکولی است. در نتیجه اکسیداسیون، عمدتاً از ترکیبات آلی پیچیده، انرژی تولید می‌شود که در محیط آزاد می‌شود یا در مقادیر زیاد تجمع می‌یابد. پیوندهای فسفات انرژی ATP بین اکسیداسیون کامل و ناقص تشخیص دهید؟

اکسیداسیون کامل منبع اصلی انرژی برای میکروارگانیسم ها کربوهیدرات ها هستند. هنگامی که آنها تقسیم می شوند، که به روش های مختلف رخ می دهد، یک محصول میانی مهم به دست می آید - اسید پیروویک (پیرووات). اکسیداسیون کامل اسید پیروویک در چرخه اسید تری کربوکسیلیک (چرخه کربس) و زنجیره تنفسی رخ می دهد (شکل 17). در نتیجه تجزیه گلوکز در شرایط هوازی، فرآیند اکسیداسیون به پایان می رسد - تا تشکیل دی اکسید کربن و آب با آزاد شدن مقدار زیادی انرژی: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874.3 کیلوژول .

این مربوط به ذخیره انرژی پتانسیل هگزوز است، یعنی مقداری که در مولکول قند در طول فتوسنتز آن از دی اکسید کربن و آب در گیاهان سبز انباشته شده است. انتقال الکترون از هیدروژن به اکسیژن از طریق زنجیره تنفسی یا زنجیره انتقال الکترون انجام می شود. زنجیره تنفسی سیستمی از آنزیم های تنفسی است که در غشاها یافت می شود. همانطور که مشخص است غشاها با سیتوپلاسم سلول در تماس هستند و در نتیجه برهم کنش آنها رخ می دهد.

اکسیداسیون ناقص همه هوازی ها واکنش های اکسیداسیون را کامل نمی کنند. با کربوهیدرات های اضافی در محیط، محصولات اکسیداسیون ناقص تشکیل می شود که در آن انرژی وجود دارد. محصولات نهایی اکسیداسیون هوازی ناقص قند می تواند اسیدهای آلی باشد: سیتریک، مالیک، اگزالیک، سوکسینیک و غیره، آنها توسط قارچ های قالب تشکیل می شوند.

بی هوازی ها موجوداتی هستند که در غیاب دسترسی به اکسیژن از طریق فسفوریلاسیون سوبسترا انرژی به دست می آورند، در حالی که محصولات نهایی اکسیداسیون ناقص بستر را می توان اکسید کرد تا انرژی بیشتری به شکل ATP در حضور گیرنده پروتون نهایی توسط ارگانیسم هایی که حامل آن هستند، اکسید شود. حذف فسفوریلاسیون اکسیداتیو

طرح 1 انتقال الکترون ها در طول تنفس و انواع مختلف تولید انرژی بی هوازی را نشان می دهد. هیدروژن و الکترون ها توسط آنزیم های نوکلئوتید پیریدین (PN) از بسترها جدا می شوند. سپس در هوازی از زنجیره ای از آنزیم ها با پتانسیل فزاینده - فلاووپروتئین (FP - آنزیم های سیتوکروم (Cit.) - عبور می کنند و با کمک سیتوکروم اکسیداز (Cit. Ox.) به اکسیژن منتقل می شوند.جریان الکترون هدایت می شود. از یک سیستم با پتانسیل کمتر (پتانسیل منفی بیشتر) به یک سیستم با پتانسیل بالاتر (مثبت بیشتر)، از - 0.8 - 0.4 V (پتانسیل بستر) تا + 0.8 V (پتانسیل اکسیژن).

بنابراین، در طول تنفس، اکسیژن پذیرنده نهایی هیدروژن است. در بی هوازی ها، یا سوبستراهای آلی (تخمیر) یا مواد معدنی، مانند نیترات ها یا سولفات ها ("تنفس بی هوازی")، به عنوان گیرنده هیدروژن عمل می کنند. از این طرح می توان دریافت که ساده ترین و ابتدایی ترین انتقال الکترون ها در اکثر بی هوازی ها به دلیل عدم وجود آنزیم در زنجیره انتقال الکترون که قادر به انتقال الکترون ها در طول زنجیره تا اکسیژن مولکولی است، انجام می شود.

اکسیژن مولکولی بر رشد و فعالیت بی هوازی های اجباری تأثیر منفی دارد. در حضور اکسیژن آزاد، سلول های بی هوازی تحرک خود را از دست می دهند. از طریق این واکنش، بی هوازی ها برای اولین بار توسط پاستور کشف شد. یک بار زیر میکروسکوپ قطره ای از مایع تخمیر کننده (در حین تخمیر بوتیریک) که بین دو لیوان تخت نازک قرار داده شده بود را بررسی کرد و متوجه شد که سلول های واقع در لبه های آماده سازی (جایی که اکسیژن هوا آزادانه به آن نفوذ می کند) ناگهان بی حرکت شدند و میله ها واقع در مرکز آماده سازی (جایی که هوا نفوذ نمی کند)، به حرکت بسیار فعال ادامه داد.

از اینجا، پاستور به این نتیجه رسید که اکسیژن هوا برای برخی از میکروب ها سمی است، و دومی را به دو گروه هوازی و بی هوازی تقسیم کرد. مخالفان پاستور (به عنوان مثال، ترکوله) به ادعای وجود باکتری هایی که اکسیژن هوا برای آنها کشنده است، اعتراض کردند و به عنوان مثال به هاگ های بی هوازی اشاره کردند که می توانند برای مدت طولانی در هوا باقی بمانند. پاستور پاسخ داد که هاگ موجودات زنده واقعی نیستند، زیرا تغذیه نمی کنند و تولید مثل نمی کنند. توسعه بعدی علم موضع پاستور را تأیید کرد. بنابراین، نشان داده شد که اسپورهای باکتریایی با آنابیوز بسیار مشخص مشخص می شوند و متابولیسم آنها در سطح پایینی است که حتی نمی توان آن را با دقت لازم اندازه گیری کرد. در این رابطه هاگ ها به بسیاری از عوامل آسیب رسان حساس نیستند و هاگ های بی هوازی می توانند علاوه بر این (برخلاف سلول های رویشی) به راحتی در هوا زنده بمانند.

این سوال که چرا اکسیژن برای هوازی سمی است هنوز به اندازه کافی روشن نشده است. برخی از محققان بر این باورند که اثر سمی اکسیژن با تشکیل در فرهنگ میکروارگانیسم های بی هوازی غلظت سمی پراکسید هیدروژن که در نتیجه اکسیداسیون بستر توسط اکسیژن اتمسفر ایجاد می شود، مرتبط است. دلیل تجمع پراکسید هیدروژن عدم وجود آنزیم کاتالاز (که پراکسید را تجزیه می کند) در بی هوازی ها است. گزارش هایی وجود دارد که برخی از سویه های کلستریدیوم می توانند در شرایط هوازی رشد کنند اگر کاتالاز به محیط اضافه شود. اما، از سوی دیگر، عامل بسیار مهمی که توسعه بی هوازی ها را تعیین می کند، شرایط ردوکس محیط است. آنها بر حسب پتانسیل اکسیداسیون و کاهش (ORP) بیان می شوند که بر حسب ولت (ولتاژ در الکترود غوطه ور در محیط مورد آزمایش) اندازه گیری می شود. شرایط ردوکس را می توان بر حسب شاخص rH2 نیز بیان کرد که نسبت بین H2 و O2 را مشخص می کند. rH2 از 0 تا 40 بسته به اشباع آن با اکسیژن یا هیدروژن، تمام درجات کاهش یا اکسیداسیون محیط را مشخص می کند. مطالعات دقیق در مورد شرایط توسعه apaaerobes نشان داده است که بی هوازی های اجباری نمی توانند در rH2 (یا ORP) بالاتر از حد معین رشد کنند. rH2 در یک محیط را می توان به صورت الکترومتری (با استفاده از پتانسیومتر) یا با رنگ هایی که در مقادیر خاص rH2 بازیابی و محو می شوند (یا تغییر رنگ می دهند) اندازه گیری کرد. به عنوان مثال، در شرایط هوازی در rH2 = 20 و بالاتر، رنگ Janusgrün دارای رنگ سبز در محلول است، در rH2 در محدوده 12-14 صورتی است و در مقادیر حتی کمتر از rH2 بی رنگ می شود.

بی هوازی ها گروه گسترده ای از موجودات هستند، در هر دو سطح میکرو و کلان:

بی هوازی اختیاری

بی هوازی ها و میکروآئروفیل های Capneistic

بی هوازی های تحمل کننده هوا

بی هوازی نسبتاً سخت

بی هوازی های اجباری

اگر ارگانیسمی بتواند از یک مسیر متابولیک به مسیر دیگر تغییر کند (مثلاً از تنفس بی هوازی به تنفس هوازی و بالعکس)، به طور مشروط به آن بی هوازی اختیاری می گویند.

تا سال 1991، دسته ای از بی هوازی های کاپنیستی در میکروبیولوژی متمایز بودند که به غلظت کم اکسیژن و غلظت بالای دی اکسید کربن (بروسلا نوع گاوی - B. abortus) نیاز داشتند.

یک موجود بی هوازی نسبتاً سخت در محیطی با O2 مولکولی زنده می ماند، اما تولید مثل نمی کند. میکروآئروفیل ها می توانند در محیطی با فشار جزئی کم O2 زنده بمانند و تکثیر شوند.

اگر یک موجود زنده قادر به "تغییر" از تنفس بی هوازی به هوازی نباشد، اما در حضور اکسیژن مولکولی از بین نرود، به گروه بی هوازی های تحمل کننده هوا تعلق دارد. به عنوان مثال، اسید لاکتیک و بسیاری از باکتری های بوتیریک

بی هوازی های اجباری در حضور اکسیژن مولکولی O2 می میرند - به عنوان مثال، نمایندگان (جنس باکتری ها و باستانی ها: Bacteroides، Fusobacterium، Butyrivibrio، Methanobacterium). چنین بی هوازی ها دائماً در محیطی فاقد اکسیژن زندگی می کنند. بی‌هوازی‌های اجباری شامل برخی از باکتری‌ها، مخمرها، تاژک‌داران و مژک‌داران هستند.

در عین حال، گلیکولیز فقط برای بی هوازی ها مشخص است که بسته به محصولات واکنش نهایی به چندین نوع تخمیر تقسیم می شود:

تخمیر اسید لاکتیک - جنس Lactobacillus، Streptococcus، Bifidobacterium، و همچنین برخی از بافت های حیوانات چند سلولی و انسان. تخمیر الکلی - ساکارومیست ها، کاندیدا (ارگانیسم های پادشاهی قارچ ها)

اسید فرمیک - خانواده ای از انتروباکتری ها

بوتیریک - برخی از انواع کلستریدیا

پروپیونیک اسید - پروپیونوباکتری ها (به عنوان مثال، پروپیونی باکتریوم آکنه)

تخمیر با آزادسازی هیدروژن مولکولی - برخی از انواع کلستریدیوم، تخمیر استیکلند

تخمیر متان - به عنوان مثال متانوباکتریوم

انواع تغذیه در میکروارگانیسم ها

اتوتروف ها (کمیولیتوتروف ها، فوتولیتوتروف ها) کربن را از دی اکسید کربن (CO2) موجود در هوا به دست می آورند و با استفاده از انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون برخی ترکیبات معدنی (شیمیوسنتز) یا انرژی خورشید (فتوسنتز) مواد آلی ایجاد می کنند. پدیده کموسنتز در کمولیتوتروف ها برای اولین بار (1887) توسط میکروبیولوژیست روسی S.N. Vinogradsky در مطالعه باکتری های گوگرد بی رنگ، نیتریف کننده و سایر میکروارگانیسم ها ایجاد شد. انرژی تولید شده در فرآیند واکنش های اکسیداتیو سپس توسط باکتری ها برای جذب کربن و ایجاد مواد آلی استفاده می شود.

فوتولیتوتروف ها (جلبک های سبز آبی، باکتری های گوگرد بنفش و سایر میکروب ها) توانایی فتوسنتز را دارند، زیرا حاوی رنگدانه ها (مواد رنگ کننده) هستند. رنگدانه های فتولیتوتروف ها از نظر ترکیب شبیه به کلروفیل گیاهان سبز هستند. فتوباکتری ها نیز مانند گیاهان، با استفاده از کربن از دی اکسید کربن و انرژی خورشیدی، مواد آلی ایجاد می کنند. اتوتروف ها می توانند در محیط های صرفاً معدنی ایجاد شوند؛ آنها قادر به جذب ترکیبات کربنی پیچیده تر نیستند و بنابراین برای حیوانات بیماری زا نیستند.

منابع انرژی

در دسترس ترین منابع کربن برای باکتری ها کربوهیدرات ها و اسیدهای آمینه هستند که در ساخت محیط های غذایی مورد توجه قرار می گیرند.

اتوتروفی. نیازهای تغذیه ای اتوتروفیک [از یونانی. خودکار، خود، + غنائم، تغذیه باکتری ها محدود است. برای رشد آنها، وارد کردن ترکیبات معدنی حاوی نیتروژن و سایر عناصر معدنی در محیط کافی است. باکتری های لوتوتروف از دی اکسید کربن یا کربنات ها به عنوان منبع کربن استفاده می کنند. چنین باکتری هایی قادر به سنتز تمام ترکیبات لازم از مواد ساده هستند. اینها شامل باکتری‌های فوتو و شیمی‌تروفیک (شیموسنتزی) می‌شوند که به ترتیب از تابش الکترومغناطیسی (نور) به عنوان منبع انرژی یا انرژی واکنش‌های ردوکس شامل بسترهایی استفاده می‌کنند که به عنوان منبع تغذیه برای آنها عمل می‌کند. در میان اتوتروف ها، هیچ گونه ای با اهمیت پزشکی یافت نشد.

نیتروژن برای سنتز اسیدهای آمینه (پروتئین ها)، نوکلئوتیدهای پورین و پیریمید و برخی ویتامین ها برای باکتری ها ضروری است. از آنجایی که نیتروژن در همه موجودات زنده به صورت احیا شده وجود دارد، تمام اشکال معدنی نیتروژن با درجه اکسیداسیون بالاتر از آمونیاک باید کاهش یابد.

تعدادی از میکروارگانیسم ها قادر به استفاده از نیتروژن تنها از ترکیبات آلی (آمینو هتروتروف ها) هستند. برخی از میکروارگانیسم ها نیتروژن را به شکل غیرآلی (آمینواتوتروف) جذب می کنند. با این حال، بسیاری از میکروارگانیسم ها قادر به استفاده از نیتروژن آلی و معدنی هستند.

استفاده از نیتروژن معدنی

در طبیعت، اتم های نیتروژن معدنی در درجات مختلف اکسیداسیون وجود دارند: از N5+ (N205، انیدرید نیتریک) تا N3- (NH3، آمونیاک). درجه هضم ترکیبات نیتروژن معدنی توسط باکتری ها با سهولت تبدیل آنها به آمونیاک تعیین می شود، زیرا این ساده ترین پیش ساز ترکیبات آلی نیتروژن با مولکولی بالا است. در این گروه از باکتری ها، دو فرآیند متفاوت امکان پذیر است: جذب (اتصال اشکال معدنی نیتروژن به مواد آلی) و تجزیه (آزادسازی اشکال گازی نیتروژن).

فرآیندهای جذب اتصال اشکال معدنی نیتروژن در طول تثبیت نیتروژن، جذب آمونیاک و جذب نیترات انجام می شود.

تثبیت نیتروژن. باکتری های تثبیت کننده نیتروژن (به عنوان مثال Rhizobiut، Azotobacter، Clostridium، Klebsiella، و غیره) قادر به استفاده از نیتروژن هوای اتمسفر هستند و آن را با استفاده از یک آنزیم خاص (نیتروژناز) در فرآیندی به نام تثبیت نیتروژن به آمونیوم کاهش می دهند.

جذب آمونیاک اکثر باکتری ها در طول جذب آمونیاک آمونیوم را جذب می کنند. باکتری‌هایی که روی محیط‌های حاوی آمونیوم رشد می‌کنند می‌توانند مستقیماً آن را در ترکیبات آلی بگنجانند. لازم به یادآوری است که پس از مصرف نمک های غیر آلی آمونیوم، آنیون ها (SO4، Cl، H3PO4 و غیره) در محیط تجمع می یابند که باعث کاهش pH محیط می شود که باعث کند شدن رشد کشت ها می شود. نمک های آمونیوم اسیدهای آلی محیط را کمتر اسیدی می کنند و برای رشد باکتری ها مطلوب تر هستند.

کاهش جذب نیترات اکثریت قریب به اتفاق باکتری ها و قارچ ها، مانند گیاهان، نیترات را در فرآیند جذب نیترات جذب می کنند. در مرحله اول، نیترات ها به نیتریت ها کاهش می یابد، چرخه این دگرگونی ها توسط یک آنزیم خاص - جذب نیترات ردوکتاز B کاتالیز می شود. مرحله دوم مجموعه ای از واکنش های کاهشی است که توسط نیتریت ردوکتاز کاتالیز می شود که منجر به تشکیل آمونیاک می شود. که برای سنتز اسیدهای آمینه و سایر اجزای نیتروژن دار سلول استفاده می شود.

مکانیسم تحویل مواد مغذی

آنزیم های خارجی در قسمت بیرونی غشای سلولی قرار دارند. در باکتری، E. می تواند در محیط خارجی آزاد شود یا بین دیواره سلولی و غشای سلولی قرار گیرد.

طبقه بندی آنزیم ها

در حال حاضر، بیش از 2000 آنزیم شناخته شده است، بنابراین نیاز به یک طبقه بندی مبتنی بر علمی وجود دارد. طبق طبقه‌بندی که توسط کمیسیون ویژه اتحادیه بین‌المللی بیوشیمیایی (1961) ایجاد شده است، همه آنزیم‌ها به شش کلاس دسته‌بندی می‌شوند: اوساندورودکتازها، ترانسفرازها، هیدرولازها، لیازها، ایزومرازها، لیگازها یا سنتتازها.

اکسیدرودوکتازها آنزیم های ردوکس هستند. آنها فرآیندهای کاهش و اکسیداسیون مواد مختلف را تسریع می کنند، نقش مهمی در فرآیندهای تنفس میکروب ها ایفا می کنند. این گروه متعدد است، شامل بیش از 200 آنزیم است. در اینجا به برخی از آنها اشاره می کنیم.

دهیدروژنازها آنزیم هایی هستند که فرآیند اکسیداسیون بیولوژیکی را با حذف هیدروژن از یک بستر دهنده و انتقال آن به اکسیژن یا گیرنده دیگر هدایت می کنند. دهیدروژنازهای هوازی و بی هوازی وجود دارد. دهیدروژنازهای هوازی هیدروژن را مستقیماً به اکسیژن مولکولی و سایر سیستم‌ها منتقل می‌کنند که به آنها اکسیداز می‌گویند. دهیدروژنازهای بی هوازی با بستر تعامل می کنند، هیدروژن را از آن می گیرند و به گیرنده منتقل می کنند، اما به اکسیژن هوا نمی رسد. سیتوکروم اکسیدازها آنزیم های انتقال الکترون هستند. سیتوکروموکسینداز اکسیژن مولکولی را فعال می کند و با کمک آن سیتوکروم احیا شده را که گروه فعال آن هیمین است اکسید می کند. کاتالاز در سلول های میکروب های هوازی یافت می شود و متعلق به گروه آنزیم های همیک حاوی آهن فریک در مولکول آن است که می تواند الکترون ها را از دست بدهد (اکسید شود). تحت تأثیر کاتالاز بر روی پراکسید هیدروژن، کاهش می یابد، آب و اکسیژن مولکولی تشکیل می شود. پراکسیداز در برخی از میکروب ها یافت می شود، اکسیژن پراکسید هیدروژن را فعال می کند و اکسیداسیون ترکیبات آلی مختلف را تسریع می کند.

هیدرولیز - آنزیم هایی که واکنش های هیدرولیز را تسریع می کنند، یعنی فرآیند تقسیم مواد پیچیده به مواد ساده تر با افزودن یک مولکول، آب. آنها در بسیاری از میکروارگانیسم ها یافت می شوند. هیدرولازها بیش از 200 آنزیم را ترکیب می کنند. این گروه شامل: استرازهایی است که استرهای تشکیل شده توسط اسیدهای آلی و الکل ها را جدا می کنند. فسفاتازهایی که استرهای تشکیل شده توسط الکل ها و اسید فسفریک را هیدرولیز می کنند. گلوکوزیدازهایی که پیوندهای گلوکوزیدی را در کربن ها و مشتقات آنها می شکافند. پپتیدازها؛ تسریع هیدرولیز پیوندهای پپتیدی در پروتئین ها. آمیدازها هیدرولیز آمیدها، اسیدهای آمینه و سایر ترکیبات را تسریع می کنند.

لیازها آنزیم هایی هستند که به روشی غیر هیدرولیتیک (واکنش بین کربن و اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، هالوژن) یک یا گروه دیگر را از بسترها جدا می کنند. این کلاس شامل حدود 90 آنزیم است. مهمترین آنها کربوکسیلاز، آلدهید لیاز (آلدولاز) و غیره است.

ایزومرازها آنزیم هایی هستند که حرکت هیدروژن، فسفر و پیوندهای دوگانه را در داخل مولکول ها تسریع می کنند که در متابولیسم مهم است. این گروه شامل فسفوهگزو ایزومراز، تریوسفسفوتی ایزومراز و غیره می باشد.

لیگازها یا سنتتازها آنزیم هایی هستند که به دلیل تجزیه پیوندهای پیروفسفریک (در ATP یا سایر پیروفسفات های غنی از انرژی) سنتز ترکیبات پیچیده را از ترکیبات ساده تر تسریع می کنند. لیگازها نقش مهمی در سنتز پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، اسیدهای چرب و سایر ترکیبات دارند. این دسته شامل حدود 100 آنزیم است. نمایندگان این گروه آسپاراژین سنتتاز، گلوتامیپسینتاز و غیره هستند.