Fiziologija mikroorganizama. Disanje bakterija, vrste disanja

Fiziologija mikroorganizama proučava značajke razvoja, prehrane, metabolizma energije i drugih vitalnih procesa mikroba u različitim uvjetima okoliša.

Ishrana mikroorganizama

Prehrana mikroba provodi se difuzijom kroz ljusku i membranu hranjivih tvari otopljenih u vodi. Netopljivi složeni organski spojevi prethodno se cijepaju izvan stanice uz pomoć enzima koje izlučuju mikrobi u supstrat.

Prema načinu ishrane dijele se na autotrofne i heterotrofne.

Autotrofi sposobni su sintetizirati organske spojeve iz anorganskih tvari (uglavnom ugljičnog dioksida, anorganskog dušika i vode). Kao izvor energije za sintezu ovi mikrobi koriste svjetlosnu energiju (fotosinteza) ili energiju oksidativnih reakcija (kemosinteza).

Sve metaboličke reakcije u mikrobnoj stanici odvijaju se uz pomoć bioloških katalizatora - enzima. Većina enzima sastoji se od proteinskog dijela i protetičke neproteinske skupine. Protetička skupina može uključivati ​​metale poput željeza, bakra, kobalta, cinka, kao i vitamine ili njihove derivate. Neki enzimi se sastoje samo od jednostavnih proteina. Enzimi su specifični i djeluju samo na jednu određenu tvar. Stoga u svakom mikroorganizmu postoji cijeli kompleks enzima, a neki enzimi se mogu istaknuti, gdje sudjeluju u pripremi za asimilaciju složenih organskih spojeva. Enzimi mikroorganizama koriste se u prehrambenoj i drugim industrijama.

Voda. Mikrobna stanica sastoji se od 75-85% vode. Najveći dio vode nalazi se u citoplazmi stanice u slobodnom stanju. U vodi se odvijaju svi biokemijski metabolički procesi, voda je i otapalo za te tvari, budući da hranjive tvari ulaze u stanicu samo u obliku otopine, a s vodom se iz stanice uklanjaju i metabolički produkti. Dio vode u stanici je u vezanom stanju i dio je nekih staničnih struktura. U sporama bakterija i gljivica količina slobodne vode smanjena je na 50% ili manje. Uz značajan gubitak vezane vode, mikrobna stanica umire.

organska tvar mikrobne stanice zastupljene su proteinima (6-14%), mastima (1-4%), ugljikohidratima, nukleinskim kiselinama.

- glavni plastični materijal svake žive stanice, uključujući mikrobne. Proteini čine osnovu citoplazme, dio su stanične membrane i nekih staničnih struktura. Oni imaju vrlo važnu katalitičku funkciju, jer su dio enzima koji kataliziraju metaboličke reakcije u mikrobnoj stanici.

Mikrobne stanice sadrže deoksiribonukleinsku kiselinu (DNA) i ribonukleinsku kiselinu (RNA). DNA se nalazi uglavnom u staničnoj jezgri ili nukleotidima, RNA - u citoplazmi i ribosomima, gdje sudjeluje u sintezi proteina.

Sadržaj masti kod raznih mikroorganizama je različit, kod nekih kvasaca i plijesni je 6-10 puta veći nego kod bakterija. Masti (lipidi) su energetski materijal stanice. Masti u obliku lipoproteina dio su citoplazmatske membrane koja ima važnu funkciju u razmjeni stanica s okolinom. Masti se u citoplazmi mogu naći u obliku granula ili kapljica.

Ugljikohidrati su dio membrana, kapsula i citoplazme. Predstavljeni su uglavnom složenim ugljikohidratima - polisaharidima (škrob, dekstrin, glikogen, vlakna), mogu se kombinirati s proteinima ili lipidima. Ugljikohidrati se mogu taložiti u citoplazmi u obliku zrnaca glikogena kao rezervni energetski materijal.

(fosfor, natrij, magnezij, klor, sumpor i dr.) ulaze u sastav proteina i enzima mikrobne stanice, neophodni su za metabolizam i održavanje normalnog intracelularnog osmotskog tlaka.

Neophodan za normalno funkcioniranje mikroorganizama. Uključeni su u metaboličke procese, jer su dio mnogih enzima. Vitamini, u pravilu, moraju doći iz hrane, ali neki mikrobi imaju sposobnost sintetizirati vitamine, poput B 2 ili B 12.

Disanje mikroorganizama

Procesi biosinteze tvari mikrobne stanice odvijaju se uz utrošak energije. Većina mikroba koristi energiju kemijskih reakcija koje uključuju atmosferski kisik. Ovaj proces oksidacije hranjivih tvari radi oslobađanja energije naziva se disanje. Energija se oslobađa tijekom oksidacije anorganskih (autotrofi) ili organskih (heterotrofi) tvari.

Aerobni mikroorganizmi (aerobi) koristiti energiju koja se oslobađa tijekom oksidacije organskih tvari atmosferskim kisikom pri čemu nastaju anorganske tvari, ugljikov dioksid i voda. Aerobi uključuju mnoge bakterije, gljivice i neke kvasce. Kao izvor energije uglavnom koriste ugljikohidrate.

Anaerobni mikroorganizmi (anaerobi) ne koriste kisik za disanje, žive i razmnožavaju se u nedostatku kisika, primajući energiju kao rezultat procesa fermentacije. Anaerobi su bakterije iz roda Clostridia (botulinum bacillus i perfringens bacillus), bakterije maslačne kiseline itd.

U anaerobnim uvjetima odvija se alkoholno, mliječno i maslačno vrenje, dok se proces pretvaranja glukoze u alkohol, mliječnu ili maslačnu kiselinu odvija uz oslobađanje energije. Oko 50% oslobođene energije rasipa se kao toplina, a ostatak se pohranjuje u ATP (adenozin trifosforna kiselina).

Neki mikroorganizmi mogu živjeti iu prisutnosti kisika i bez njega. Ovisno o uvjetima okoline mogu prijeći s anaerobnih procesa dobivanja energije na aerobne i obrnuto. Takvi se mikroorganizmi nazivaju fakultativni anaerobi.

Disanje bakterija. Bakterijska stanica dobiva energiju potrebnu za svoj život u procesu disanja bakterije.

Prema vrsti disanja svi se mikroorganizmi dijele u dvije skupine: mikrobi, kod kojih je proces disanja povezan s korištenjem slobodnog kisika u zraku, i mikroorganizmi kojima slobodni kisik nije potreban, što im je čak i štetno.

Prva skupina mikroorganizama naziva se aerobi (vrsta disanja je aerobna); druga skupina - anaerobi (tip disanja - anaerobni).

Razgradnja ugljikohidrata u anoksičnim uvjetima naziva se fermentacija. Ovisno o vrsti mikroorganizama koji uzrokuju proces vrenja, vrenje je alkoholno, octeno itd. To znači da se tijekom procesa vrenja može formirati ili alkohol ili octena kiselina itd.

bakterijski enzimi. Procesi prehrane i disanja bakterija odvijaju se nužno uz sudjelovanje enzima - posebnih tvari proteinske prirode. Enzimi, čak iu najmanjim količinama, uvelike ubrzavaju odgovarajuće kemijske procese, sami gotovo nepromijenjeni.

Bez enzima procesi prehrane i disanja mogli bi se odvijati, ali vrlo sporo. Enzimi se proizvode samo u živim stanicama. Jedna skupina enzima nije povezana s mikrobnom stanicom, a otpuštaju ih bakterije u okoliš. Funkcija ove skupine je da enzimi doprinose razgradnji složenih spojeva u jednostavnije, probavljivije. Druga skupina enzima (većina njih) nalazi se unutar bakterijske stanice i povezana je s njom.

Osim toga, postoje enzimi koji se pojavljuju u bakterijama u procesu prilagodbe promjenjivim uvjetima prehrane.

Karakteristična značajka enzima je da vlastiti enzim djeluje na tvari određenog sastava ili skupina. Dakle, postoje enzimi za preradu složenih ugljikovih spojeva (šećera), proteina, masti itd.

Rast i razmnožavanje bakterija. Proces rasta bakterijske stanice izražava se povećanjem njezine veličine. Ovaj proces je vrlo brz - unutar nekoliko minuta.

Nakon što bakterije dosegnu odraslu dob, proces reprodukcije započinje jednostavnom transverzalnom fisijom. U povoljnim uvjetima (dovoljna ishrana, povoljna temperatura) bakterijska stanica se dijeli svakih 50-30 minuta. Procjenjuje se da kada bi se razmnožavanje bakterija odvijalo nesmetano, onda bi u roku od 5 dana iz jedne stanice nastala takva živa masa koja bi ispunila sva mora i oceane. Ali takva reprodukcija zahtijeva, kao što je gore spomenuto, niz povoljnih uvjeta koji ne postoje u vanjskom okruženju.

Kemijski sastav bakterija. Bakterijska stanica sadrži veliku količinu vode - 75-85% stanične mase. Preostalih 15% je suhi ostatak, koji uključuje proteine, ugljikohidrate, masti, soli i druge tvari.

Bakterijski proteini su složeni proteini sastavljeni od različitih kemijskih spojeva. Te su kemikalije neophodne za život bakterijske stanice.

Osim proteina, sastav suhog ostatka bakterija uključuje ugljikohidrate (12-28%), nukleinske kiseline.

Količina masti koja čini suhi ostatak može biti različita. U nekim oblicima bakterija sadržaj masti doseže 1/3 suhog ostatka.U osnovi, masti su dio ljuske, uzrokujući niz njegovih svojstava.

Nužna komponenta bakterijske stanice su mineralne soli, koje čine oko "/zoo cjelokupne mase stanice. Bakterijske stanice također uključuju dušik, kisik, vodik, ugljik, fosfor, kalij, natrij, magnezij, kalcij, silicij, sumpor, klor, željezo.

Ovisno o uvjetima okoline, kemijski sastav bakterija može se mijenjati i kvantitativno i kvalitativno.

Ishrana bakterija. Prehrana bakterija vrlo je složen proces koji nastaje kontinuiranim prodiranjem određenih hranjivih tvari kroz polupropusnu membranu i oslobađanjem produkata metabolizma iz stanice.

Budući da je ljuska bakterija nepropusna za proteine ​​i druge složene spojeve potrebne za prehranu stanica, te se tvari apsorbiraju nakon cijepanja enzimima.

Za normalnu prehranu bakterija od velike je važnosti pravilan omjer koncentracije soli u stanicama iu okolišu. Najpovoljniji prehrambeni uvjeti stvaraju se kada je koncentracija soli u okolišu jednaka 0,5% otopini natrijeva klorida.

Ulaskom u 2-10% otopinu natrijeva klorida dolazi do skupljanja bakterijske stanice – dehidracije, što je čini nesposobnom za razmnožavanje. To je osnova metode konzerviranja hrane uz pomoć soli.

Bakterije za ishranu trebaju kisik, vodik, ugljik i dušik. Izvori opskrbe ovim tvarima mogu biti voda, zrak i sl.

Osim ovih uobičajenih hranjivih tvari, bakterije za rast zahtijevaju posebne kemijske spojeve.

Utvrđeno je da neke vrste streptokoka uopće ne rastu u nedostatku vitamina B.

Stvaranje pigmenta. Neke vrste bakterija i gljivica imaju sposobnost stvaranja različitih tvari za bojenje - pigmenata. Većinu te sposobnosti imaju bakterije koje se nalaze u tlu, zraku i vodi. Osobito jasno se ova kvaliteta mikroba nalazi u laboratorijskim uvjetima. Prilikom razmnožavanja na gustim hranjivim medijima, bakterije stvaraju kolonije, koje zbog različitih pigmenata imaju boju: crvenu, bijelu, ljubičastu, zlatnu itd.

Utvrđeno je da su najbolji uvjeti za stvaranje pigmenta dovoljan pristup kisiku, svjetlost i sobna temperatura.

Vjeruje se da pigmenti u mikrobima imaju zaštitnu funkciju od štetnih učinaka sunčeve svjetlosti; osim toga, igraju ulogu u procesima disanja.

Sjaj. U prirodi postoje mikrobi, uključujući bakterije, koji tijekom svoje vitalne aktivnosti stvaraju tvari koje mogu svijetliti u kombinaciji s atmosferskim kisikom. Razvitkom takvih mikroba objašnjavaju se pojave sjaja truleži, površine mora itd. Takvi svjetleći mikrobi nisu patogeni za ljude.

Stvaranje mirisa. Sposobnost mikroba da stvaraju mirise (stvaranje aroma) objašnjava se prisutnošću posebnih hlapljivih tvari, koje su po svojoj kemijskoj prirodi bliske eterima (tvari slične eteru). Razne bakterije koje proizvode arome koriste se u prehrambenoj industriji za proizvodnju sira, maslaca, vina i drugih proizvoda.

Od bakterija koje su patogene za ljude i ispuštaju miris kada se uzgajaju u laboratorijskim uvjetima, može se nazvati bacil tuberkuloze, čiji se miris približava mirisu meda itd.

mikrobni otrovi. Ulazeći u ljudsko tijelo i tamo se razmnožavajući, mikrobi proizvode tvari koje negativno utječu na živčani sustav, srce i unutarnje organe. Ove štetne tvari nazivaju se toksini. Mikrobni toksini najjači su poznati otrovi. Čak i mala količina njih može imati toksični učinak na tijelo. Lezije opažene kod mnogih zaraznih bolesti povezane su s djelovanjem mikrobnih toksina. Gotovo svi patogeni mikrobi imaju toksine. Postoje dvije vrste toksina: egzotoksini i endotoksini.

Egzotoksini su otrovi koji lako izlaze iz mikrobne stanice u okoliš.

Egzotoksine karakterizira relativno niska stabilnost, lako se uništavaju pod utjecajem topline, svjetlosti i raznih kemikalija. Karakteristično svojstvo egzotoksina je njihovo djelovanje u izrazito malim dozama.

Mikrobni egzotoksini su među najmoćnijima. Tako npr. 0,00001 ml toksina tetanusa uzrokuje leukoreju bijelih miševa, a toksin mikroba botulizma djeluje u manjoj dozi.

Endotoksini su čvrsto vezani za tijelo mikrobne stanice i oslobađaju se tek nakon razaranja mikrobnog tijela. Za razliku od egzotoksina, endotoksini izazivaju u organizmu sljedeće znakove trovanja: glavobolju, slabost, otežano disanje i sl. Endotoksini su stabilniji od egzotoksina, neki mogu podnijeti i kuhanje. Njihova je toksičnost za organizme mnogo manja od egzotoksina.

Endotoksini su prisutni u svim patogenim mikrobima; egzotoksine proizvode samo neki od njih - bacil difterije, zlatni stafilokok, bakterije botulizma.

mikrobna varijabilnost. U prirodnim uvjetima na mikrobe stalno utječu mnogi čimbenici koji određuju proces varijabilnosti. Ovi čimbenici, osim prehrane, temperature, uključuju fenomen mikrobnog antagonizma, utjecaj unutarnje sredine ljudskog i životinjskog organizma.

Zbog bliskog kontakta s okolinom i intenzivnog razmnožavanja mikroorganizmi se brzo prilagođavaju novim uvjetima, a sukladno tome mijenjaju se i njihova početna svojstva. Na primjer, u vrućoj vodi gejzira žive bakterije koje su se kao vrsta oblikovale pod utjecajem okolišnih uvjeta. Neki patogeni mikrobi u interakciji s ljekovitim tvarima mogu postati otporni na njih. Dakle, uvjeti postojanja su od velike važnosti za život organizma, čija promjena (prehrana, temperatura, vlažnost itd.) može izazvati odgovarajuće promjene u prirodi mikroorganizma.

Varijabilnost je karakteristična za sve vrste mikroorganizama. Jedan od razloga varijabilnosti mikroba je bakteriofag.

Bakteriofagi su živi organizmi koji se razmnožavaju samo kada izvana prodru unutar mikrobne stanice. Izvan tijela mikroba, bakteriofagi se ne množe, već miruju. Djelovanje bakteriofaga na mikrobnu stanicu je sljedeće: okružujući mikrobnu stanicu, bakteriofagi postupno prodiru unutra i množe se. Brzina reprodukcije bakteriofaga ovisi o mnogim uvjetima: prirodi mikroba, uvjetima njegovog postojanja itd. Nakon 1-3 sata, unutar mikrobne stanice stvaraju se mnogi novi bakteriofagi, ljuska ove stanice je rastrgana, a iz njega ispadne cjelokupna masa bakteriofaga.

Kada bakteriofag stupi u interakciju s mikrobom, potonji uvijek umire. Ako je aktivnost bakteriofaga nedovoljna, pojedinačne mikrobne stanice prežive i dovode do rasta novih mikrobnih stanica koje su već otporne na taj bakteriofag.

Pod utjecajem bakteriofaga mikrobi mijenjaju svoja svojstva: gube patogenu sposobnost, gube kapsulu itd.

Za svaku vrstu patogenih mikroba postoji bakteriofag, na primjer, dizenterija, tifus, stafilokok.

Pod djelovanjem svjetlosti, kisika iz zraka, topline, bakteriofag gubi svoju aktivnost unutar 1-2 mjeseca. Ultraljubičaste zrake uništavaju bakteriofage za 15 minuta. Brzo uništavanje bakteriofaga događa se u kiseloj sredini.

Bakteriofagi se nalaze svugdje gdje ima bakterija. Razni bakteriofagi mogu se naći u kanalizaciji, riječnoj vodi, ljudskim i životinjskim izlučevinama i drugim predmetima.

Disanje mikroorganizama

Gore opisani procesi asimilacije hrane odvijaju se uz trošenje energije. Potreba za energijom osigurava se procesima energetskog metabolizma, čija je bit oksidacija organskih tvari, popraćena oslobađanjem energije. Nastali produkti oksidacije ispuštaju se u okoliš.

Shematski, oksidacijsko-redukcijska reakcija koja uključuje enzim dehidrogenazu može se prikazati na sljedeći način:

AN 2 + B - A + VN 2 + energija

Mikroorganizmi imaju različite načine dobivanja energije.

Godine 1861. francuski znanstvenik L. Pasteur prvi je skrenuo pozornost na jedinstvenu sposobnost mikroorganizama da se razvijaju bez pristupa kisiku, dok svi viši organizmi - biljke i životinje - mogu živjeti samo u atmosferi koja sadrži kisik.

Na temelju toga (prema vrstama disanja) L. Pasteur je mikroorganizme podijelio u dvije skupine - aerobe i anaerobe.

Aerobi za dobivanje energije organski materijal se oksidira atmosferskim kisikom. To uključuje gljivice, neke kvasce, mnoge bakterije i alge. Mnogi aerobi potpuno oksidiraju organsku tvar, oslobađajući CO 2 i H 2 O kao konačne produkte. Taj se proces općenito može prikazati sljedećom jednadžbom:

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

Anaerobi su mikroorganizmi sposobni za disanje bez upotrebe slobodnog kisika. Anaerobni proces disanja kod mikroorganizama nastaje zbog uklanjanja vodika iz supstrata. Tipični anaerobni respiratorni procesi nazivaju se fermentacije. Primjeri ove vrste proizvodnje energije su alkoholna, mliječna i maslačna fermentacija. Razmotrimo primjer alkoholne fermentacije:

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

Omjer anaerobnih mikroorganizama i kisika je različit. Neki od njih uopće ne podnose kisik i tzv obavezan, ili strog anaerobi. Tu spadaju uzročnici maslačne fermentacije, bacil tetanusa, uzročnici botulizma. Drugi mikrobi mogu rasti i u aerobnim i u anaerobnim uvjetima. Zovu se - izborno, ili uvjetno anaerobi; To su bakterije mliječne kiseline, Escherichia coli, Proteus itd.

Enzimi mikroorganizama

Enzimi Tvari koje mogu katalitički utjecati na brzinu biokemijskih reakcija. Imaju važnu ulogu u životu mikroorganizama. Enzime je 1814. godine otkrio ruski akademik K. S. Kirchhoff.

Kao i drugi katalizatori, enzimi sudjeluju u reakcijama pretvorbe tvari samo kao posrednici. Ne troše se kvantitativno u reakcijama. Enzimi mikroorganizama imaju niz svojstava:

1) Na temperaturama do 40-50ºC, brzina enzimske reakcije se povećava, ali tada brzina opada, enzim prestaje djelovati. Na temperaturama iznad 80°C gotovo svi enzimi se nepovratno inaktiviraju.

2) Po kemijskoj prirodi enzimi su jednokomponentni koji se sastoje samo od proteina i dvokomponentni koji se sastoje od proteinskog i neproteinskog dijela. Neproteinski dio niza enzima predstavlja jedan ili drugi vitamin.

3) Na aktivnost enzima veliki utjecaj ima pH medija. Za neke enzime najbolja je kisela sredina, za druge neutralna ili blago alkalna.

4) Enzimi su vrlo aktivni. Tako molekula katalaze uništi 5 milijuna molekula vodikovog peroksida u minuti, a 1 g amilaze u povoljnim uvjetima pretvara 1 tonu škroba u šećer.

5) Svaki enzim ima strogu specifičnost djelovanja, odnosno sposobnost utjecaja samo na određene veze u složenim molekulama ili samo na određene tvari. Na primjer, amilaza uzrokuje razgradnju samo škroba, laktaza - mliječni šećer, celulaza - celuloza itd.

6) Nazivaju se enzimi svojstveni određenom mikroorganizmu i uključeni u broj komponenti njegove stanice konstitutivni. Postoji još jedna skupina - enzimi induciran(adaptivni), koje stanica proizvodi tek kada se mediju doda tvar (induktor) koja potiče sintezu ovog enzima. U tim uvjetima mikroorganizam sintetizira enzim koji nije posjedovao.

7) Prema karakteru djelovanja enzimi se dijele na egzoenzimi, koje stanica oslobađa u vanjsku okolinu, i endoenzimi, koji su čvrsto povezani s unutarnjim strukturama stanice i djeluju unutar nje.

8) Iako enzime proizvodi stanica, oni čak i nakon svoje smrti privremeno ostaju u aktivnom stanju i autoliza(od grčkog autos - sam, liza - otapanje) - samootapanje ili samoprobava stanice pod utjecajem vlastitih intracelularnih enzima.

Trenutno je poznato više od 1000 enzima. Enzimi se dijele u 6 klasa:

1. razred- oksidoreduktaze - imaju važnu ulogu u procesima fermentacije i disanja mikroorganizama, odnosno u energetskom metabolizmu.

2. razred Transferaze (prijenosni enzimi) kataliziraju prijenos skupina atoma iz jednog spoja u drugi.

3. razred - hidrolaze (hidrolitički enzimi). Oni kataliziraju reakcije cijepanja složenih spojeva (proteina, masti i ugljikohidrata) uz obvezno sudjelovanje vode.

4. razred - u liaze spadaju dvokomponentni enzimi koji na nehidrolitički način (bez sudjelovanja vode) cijepaju određene skupine od supstrata (CO 2, H 2 O, NH s i dr.).

5. razred- izomeraze su enzimi koji kataliziraju reverzibilnu transformaciju organskih spojeva u njihove izomere.

6. razred - ligaze (sintetaze) su enzimi koji kataliziraju sintezu složenih organskih spojeva iz jednostavnijih. Ligaze imaju važnu ulogu u metabolizmu ugljikohidrata i dušika mikroorganizama.

Primjenom mikrobnih enzima u prehrambenoj i lakoj industriji može se značajno intenzivirati tehnološki proces, povećati prinos i poboljšati kvaliteta gotovog proizvoda. Pripravci amilolitičkih enzima koriste se u proizvodnji etilnog alkohola iz sirovina koje sadrže škrob umjesto žitnog slada, au pekarskoj industriji umjesto slada u pripremi pečenog raženog kruha; amilaze gljiva dodaju se i u pšenično tijesto. Budući da ovaj pripravak osim amilaze sadrži i druge enzime (maltazu, proteaze), iako u malim količinama, ubrzava se proces izrade tijesta, povećava volumen i poroznost kruha, poboljšava mu se izgled, miris i okus. Korištenje ovih enzimskih pripravaka u pivarstvu omogućuje djelomičnu zamjenu slada ječmenim. Uz pomoć glukoamilaze gljiva iz škroba se dobiva glukozni sirup i kristalna glukoza. Pektolitički enzimski pripravci gljivica koriste se u proizvodnji sokova i voćnih napitaka te u vinarstvu. Kao rezultat uništavanja pektina ovim enzimima, proces ekstrakcije soka se ubrzava, povećava se njegov prinos, filtracija i bistrenje. Enzimski pripravci koji sadrže mikrobne proteaze koriste se za povećanje stabilnosti (zaštitu od zamagljivanja bjelančevina) vina i piva, au sirarstvu - umjesto (djelomično) sirila. Preporučljivo je koristiti mikrobne proteaze za omekšavanje mesa, ubrzavanje sazrijevanja mesa i haringe, dobivanje prehrambenih hidrolizata iz otpadaka riblje i mesne industrije te za druge tehnološke procese prerade životinjskih i biljnih sirovina.

Kemijski sastav mikroorganizama

Mikrobne stanice se po svom sastavu malo razlikuju od životinjskih i biljnih stanica. Sadrže 75-85% vode, preostalih 16-25% je suha tvar. Voda je u stanici u slobodnom i vezanom stanju. Vezana voda ulazi u sastav staničnih koloida (proteina, polisaharida i dr.) i teško se iz njih oslobađa. Slobodna voda sudjeluje u kemijskim reakcijama, služi kao otapalo za razne spojeve nastale u stanici tijekom metabolizma.

Suha tvar stanice sastoji se od organskih i mineralnih tvari.

proteini - do 52%,

polisaharidi - do 17%,

nukleinske kiseline (RNA do 16%, DNA do 3%),

lipidi - do 9%

Ovi spojevi su dio različitih staničnih struktura mikroorganizama i obavljaju važne fiziološke funkcije. U stanicama mikroorganizama nalaze se i druge tvari - organske kiseline, njihove soli, pigmenti, vitamini itd.

ispitna pitanja

1. Što je turgor?

2. Što je disimilacija?

3. Koji se mikroorganizmi nazivaju autotrofnim?

4. Što je osmoza?

5. Koji se mikroorganizmi nazivaju fakultativnim?

6. Što je plazmoliza?

7. U kojim procesima sudjeluju lipaze?

8. Koliko vode ulazi u sastav mikroorganizama?

10. Koji se mikroorganizmi nazivaju anaerobnim?

Postoje dvije vrste disanja mikroba - aerobno i anaerobno.

Aerobno disanje mikroorganizama je proces u kojem je akceptor vodika (protona i elektrona) molekularni kisik. Kao rezultat oksidacije, uglavnom složenih organskih spojeva, nastaje energija koja se oslobađa u okoliš ili se akumulira u visokoenergetskim fosfatnim vezama ATP-a. Razlikovati potpunu i nepotpunu oksidaciju.

potpuna oksidacija. Glavni izvor energije za mikroorganizme su ugljikohidrati. Kada se razdvoje, što se događa na različite načine, dobiva se važan međuproizvod - pirogrožđana kiselina. Potpuna oksidacija pirogrožđane kiseline događa se u ciklusu trikarboksilnih kiselina (Krebsov ciklus) i dišnom lancu. Kao rezultat razgradnje glukoze u aerobnim uvjetima, proces oksidacije ide do kraja - do stvaranja ugljičnog dioksida i vode uz oslobađanje velike količine energije: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6CO2 + 6H20 + 2874,3 kJ.

nepotpuna oksidacija. Ne dovode svi aerobi reakcije oksidacije do kraja. S viškom ugljikohidrata u mediju nastaju produkti nepotpune oksidacije u kojima je sadržana energija. Krajnji produkti nepotpune aerobne oksidacije šećera mogu biti organske kiseline: limunska, jabučna, oksalna, jantarna i druge, a stvaraju ih plijesni. Na primjer, aerobno disanje provode bakterije octene kiseline, u kojima se oksidacijom etilnog alkohola stvaraju octena kiselina i voda:

CH3CH2OH + O2 - * CH3COOH + H2O + 494,4 kJ.

Neke bakterije tijekom disanja oksidiraju anorganske spojeve. Kao primjer oksidacije anorganskih spojeva mogu poslužiti procesi nitrifikacije, u kojima nitrifikacijske bakterije prvo oksidiraju amonijak u dušikastu kiselinu, a zatim u dušičnu kiselinu. U svakom slučaju oslobađa se energija: u prvoj fazi 274,9 kJ, u drugoj - 87,6 kJ.

Anaerobno disanje provodi se bez sudjelovanja molekularnog kisika. Razlikovati anaerobno nitratno disanje, anaerobno sulfatno disanje i fermentaciju. Tijekom anaerobnog disanja, oksidirani anorganski spojevi su akceptori vodika, koji lako otpuštaju kisik i prelaze u reduciranije oblike, što je popraćeno oslobađanjem energije.

1. anaerobna nitratna respiracija – redukcija nitrata u molekularni dušik

2. anaerobno sulfatno disanje – redukcija sulfata u sumporovodik.

3. Fermentacija - razgradnja organskih spojeva koji sadrže ugljik u anaerobnim uvjetima. Karakterizira ga činjenica da je posljednji akceptor vodika organska molekula s nezasićenim vezama. U tom se slučaju tvar razgrađuje samo na međuprodukte, koji su složeni organski spojevi (alkoholi, organske kiseline). Energija sadržana u njima ispušta se u okoliš u malim količinama. Tijekom fermentacije oslobađa se manje energije. Primjerice, tijekom fermentacije glukoze oslobađa se 24,5 puta manje energije nego tijekom njezine aerobne oksidacije.

Sve vrste vrenja prije stvaranja pirogrožđane kiseline odvijaju se na isti način. Daljnja pretvorba pirogrožđane kiseline ovisi o svojstvima mikroba. Homofermentativne bakterije mliječne kiseline pretvaraju je u mliječnu kiselinu, kvasac u etilni alkohol itd.

Klasifikacija mikroba prema vrsti disanja.

Prema načinu disanja mikroorganizmi se dijele u četiri skupine.

1. Obligatni (bezuvjetni) aerobi rastu uz slobodan pristup kisiku. To uključuje bakterije octene kiseline, uzročnike tuberkuloze, antraksa i mnoge druge.

2. Mikroaerofilne bakterije razvijaju se pri niskoj (do 1%) koncentraciji kisika u okolnoj atmosferi. Takvi su uvjeti povoljni za aktinomicete, leptospire, brucele.

3. Fakultativni anaerobi se razvijaju i uz pristup atmosferskog kisika iu njegovoj odsutnosti. Imaju dva skupa enzima. To je Enterobacteriaceae, uzročnik erizipela svinja.

4. Obligatni (bezuvjetni) anaerobi se razvijaju u potpunoj odsutnosti kisika u okolišu. Anaerobna stanja (zaobilaze ih bakterije maslačne kiseline, uzročnici tetanusa, botulizma, plinske gangrene, emfizematozni karbunkul, nekrobakterioza.

Uvod

hrana dah mikroorganizam bakterija

Kao što znate, mikroorganizmi crpe energiju potrebnu za održavanje svoje vitalne aktivnosti zahvaljujući različitim vrstama oksidacijskih procesa organskih (a ponekad i anorganskih) tvari. U ovom slučaju, oksidacija se događa odvajanjem vodika (ili elektrona) od supstrata. Vodik se prenosi duž lanca enzima i na kraju se spaja s kisikom u vodu. Anaerobni način dobivanja energije karakterizira činjenica da u njemu ne sudjeluje slobodni kisik, a organski supstrati oksidiraju samo zbog eliminacije vodika. Oslobođeni vodik se ili pridružuje produktima raspadanja iste organske tvari, ili se oslobađa u plinovitom stanju.

Vrste disanja mikroorganizama

Disanje mikroba je biološka oksidacija raznih organskih spojeva i nekih minerala. Kao rezultat redoks procesa i fermentacije nastaje toplinska energija čiji dio koristi mikrobna stanica, a ostatak se oslobađa u okoliš.

Trenutno se oksidacija definira kao proces uklanjanja vodika (dehidrogenacija), a redukcija kao njegovo dodavanje. Isti pojmovi vrijede za reakcije koje uključuju prijenos protona i elektrona ili samo elektrona. Kada se tvar oksidira, elektroni se gube, a kada se tvar reducira, oni se dodaju. Vjeruje se da su prijenos vodika i prijenos elektrona ekvivalentni procesi.

Sposobnost spojeva ili elemenata da doniraju ili prihvate elektrone određena je redoks potencijalom. Na prijedlog M. Clarka, označen je rH2 (negativan logaritam parcijalnog tlaka plinovitog vodika). To je stupanj zasićenosti medija kisikom ili vodikom. Raspon J H2 kreće se od 0 do 42,6. Na P12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 oksidira, s iil2 jednakim 28, medij je neutralan.

Aerobi žive na višem redoks potencijalu (ili2 14-35), anaerobi žive na nižem (rH2 0-12). Pops H1 (protoni), što oni zapravo i jesu, prenose se protivno elektrokemijskom gradijentu, odnosno iz okoline s nižom koncentracijom u okolinu u kojoj ih ima mnogo. Proces prijenosa protona povezan je s potrošnjom energije. Prodiranje vodikovih iona kroz membranu ne odvija se prema zakonima osmoze, već aktivno, uz pomoć pumpe koja se naziva vodikova pumpa. Dakle, biološke transformacije u citoplazmi mikrobne stanice povezane su s kretanjem protona i elektrona, ali to nije jednostavno električno kretanje, već složen biokemijski proces koji se odvija uz pomoć enzima. Potonji kataliziraju reakcije, ubrzavaju kidanje kovalentnih veza i time smanjuju energiju aktivacije.

Električna energija koju stvaraju mikrobi čak se može koristiti u nekim uređajima. Trenutno su dizajnirani odašiljači koji rade na biološkom elektricitetu, koji proizvode mikroorganizmi koji se hrane šećerom otopljenim u morskoj vodi. (Aerobno disanje mikroorganizama je proces u kojem je posljednji akceptor vodika (protona i elektrona) molekulski kisik. Kao rezultat oksidacije, uglavnom složenih organskih spojeva, nastaje energija koja se oslobađa u okoliš ili se akumulira u visoko- energije fosfatne veze ATP-a.Razlikovati potpunu i nepotpunu oksidaciju?

potpuna oksidacija. Glavni izvor energije za mikroorganizme su ugljikohidrati. Kada se razdvoje, što se događa na različite načine, dobiva se važan međuprodukt - pirogrožđana kiselina (piruvat). Potpuna oksidacija pirogrožđane kiseline događa se u ciklusu trikarboksilnih kiselina (Krebsov ciklus) i dišnom lancu (slika 17). Kao rezultat razgradnje glukoze u aerobnim uvjetima, proces oksidacije ide do kraja - do stvaranja ugljičnog dioksida i vode uz oslobađanje velike količine energije: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ. .

Ona odgovara potencijalnoj rezervi energije heksoze, odnosno količini koja se nakupila u molekuli šećera tijekom njezine fotosinteze iz ugljičnog dioksida i vode u zelenim biljkama. Prijenos elektrona s vodika na kisik provodi se dišnim lancem, odnosno lancem prijenosa elektrona. Respiratorni lanac je sustav dišnih enzima koji se nalaze u membranama. Membrane su, kao što je poznato, u kontaktu s citoplazmom stanice, zbog čega dolazi do njihove interakcije.

nepotpuna oksidacija. Ne dovode svi aerobi reakcije oksidacije do kraja. S viškom ugljikohidrata u mediju nastaju produkti nepotpune oksidacije u kojima je sadržana energija. Krajnji produkti nepotpune aerobne oksidacije šećera mogu biti organske kiseline: limunska, jabučna, oksalna, jantarna i druge, a stvaraju ih plijesni.

Anaerobi su organizmi koji dobivaju energiju u odsutnosti pristupa kisiku fosforilacijom supstrata, dok se krajnji produkti nepotpune oksidacije supstrata mogu oksidirati kako bi se dobilo više energije u obliku ATP-a uz prisutnost konačnog akceptora protona pomoću organizama koji prenose van oksidativne fosforilacije.

Shema 1 prikazuje transport elektrona tijekom disanja i različite vrste anaerobne proizvodnje energije. Vodik i elektroni se od supstrata cijepaju enzimima piridin nukleotida (PN). Zatim u aerobima prolaze kroz lanac enzima s rastućim potencijalom - flavoprotein (FP - citokromski enzimi (Cit.) - te se uz pomoć citokrom oksidaze (Cit. Ox.) prenose na kisik. Tok elektrona je usmjeren od sustava s nižim (negativnijim potencijalom) prema sustavu s višim (pozitivnijim) potencijalom, od - 0,8 - 0,4 V (potencijal supstrata) do + 0,8 V (potencijal kisika).

Dakle, tijekom disanja kisik je konačni akceptor vodika. Kod anaeroba, ili organski supstrati (fermentacija) ili anorganske tvari, kao što su nitrati ili sulfati ("anaerobno disanje"), djeluju kao akceptori vodika. Iz sheme se može vidjeti da se najjednostavniji i najprimitivniji prijenos elektrona provodi u većini anaeroba zbog nedostatka enzima u lancu prijenosa elektrona koji mogu prenijeti elektrone duž lanca do molekularnog kisika.

Molekularni kisik ima negativan učinak na rast i aktivnost obveznih anaeroba. U prisutnosti slobodnog kisika anaerobne stanice gube pokretljivost. Putem ove reakcije Pasteur je prvi otkrio anaerobe. Jednom je pod mikroskopom pregledao kap fermentirajuće tekućine (tijekom maslačne fermentacije) stavljenu između dva tanka ravna stakla, i primijetio da su stanice smještene na rubovima preparata (gdje slobodno prodire kisik iz zraka) odjednom postale nepomične, a štapići smješten u središtu preparata (gdje zrak nije prodirao), nastavio se vrlo aktivno kretati.

Odavde je Pasteur zaključio da je kisik zraka otrovan za neke mikrobe, te ih je podijelio u dvije skupine - aerobe i anaerobe. Pasteurovi protivnici (npr. Treculle) prigovarali su tvrdnji o postojanju bakterija za koje kisik zraka može biti poguban, a kao primjer su navodili anaerobne spore, sposobne dugo ostati u zraku. Na to je Pasteur odgovorio da spore nisu prava živa bića, jer se ne hrane i ne razmnožavaju. Kasniji razvoj znanosti potvrdio je Pasteurov stav. Tako se pokazalo da bakterijske spore karakterizira izrazito izražena anabioza te da im je metabolizam na toliko niskoj razini da se ne može ni izmjeriti s potrebnom točnošću. S tim u vezi, spore nisu osjetljive na mnoge štetne čimbenike, a spore anaeroba mogu osim toga (za razliku od vegetativnih stanica) lako preživjeti u zraku.

Još uvijek nije dovoljno razjašnjeno pitanje zašto je kisik otrovan za aerobe. Neki istraživači vjeruju da je toksični učinak kisika povezan s stvaranjem toksičnih koncentracija vodikovog peroksida u kulturama anaerobnih mikroorganizama, koji nastaje kao rezultat oksidacije supstrata atmosferskim kisikom. Razlog nakupljanja vodikovog peroksida je nedostatak enzima katalaze (koji razgrađuje peroksid) kod anaeroba. Postoje izvješća da neki sojevi Clostridiuma mogu rasti u aerobnim uvjetima ako se mediju doda katalaza. No, s druge strane, vrlo važan čimbenik koji određuje razvoj anaeroba su redoks uvjeti okoliša. Izraženi su u smislu redoks potencijala (ORP), mjerenog u voltima (napon na elektrodi uronjenoj u medij koji se ispituje). Redoks uvjeti se također mogu izraziti u smislu rH2 indeksa, koji karakterizira omjer između H2 i O2. rH2 u rasponu od 0 do 40 karakterizira sve stupnjeve redukcije ili oksidacije medija, ovisno o njegovoj zasićenosti kisikom ili vodikom. Detaljna istraživanja uvjeta za razvoj apaaeroba pokazala su da se obvezni anaerobi ne mogu razviti pri rH2 (ili ORP) iznad određene granice. rH2 u mediju može se mjeriti ili elektrometrijski (pomoću potenciometara) ili s bojama koje se oporavljaju i blijede (ili mijenjaju boju) pri određenim vrijednostima rH2. Na primjer, u aerobnim uvjetima pri rH2 = 20 i više, boja Janusgrün ima zelenu boju u otopini, pri rH2 u rasponu od 12-14 je ružičasta, a pri još nižim vrijednostima rH2 postaje bezbojna.

Anaerobi su opsežna skupina organizama, kako na mikro tako i na makro razini:

Fakultativni anaerobi

Kapneistički anaerobi i mikroaerofili

Aerotolerantni anaerobi

Umjereno strogi anaerobi

obvezni anaerobi

Ako se organizam može prebaciti s jednog metaboličkog puta na drugi (na primjer, s anaerobnog disanja na aerobno disanje i obrnuto), tada se uvjetno naziva fakultativnim anaerobima.

Do 1991. godine u mikrobiologiji se izdvajala klasa kapneističkih anaeroba koji zahtijevaju nisku koncentraciju kisika i visoku koncentraciju ugljičnog dioksida (Brucella bovine type - B. abortus)

Umjereno strogi anaerobni organizam preživljava u okruženju s molekularnim O2, ali se ne razmnožava. Mikroaerofili mogu preživjeti i razmnožavati se u okruženju s niskim parcijalnim tlakom O2.

Ako organizam nije u stanju "preći" s anaerobnog na aerobno disanje, ali ne umire u prisutnosti molekularnog kisika, tada pripada skupini aerotolerantnih anaeroba. Na primjer, mliječna kiselina i mnoge maslačne bakterije

Obligate anaerobi umiru u prisutnosti molekularnog kisika O2 - npr. predstavnici (rod bakterija i arheja: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Takvi anaerobi stalno žive u okruženju bez kisika. Obligate anaerobe uključuju neke bakterije, kvasce, bičaše i trepljače.

Istodobno, glikoliza je karakteristična samo za anaerobe, koji se, ovisno o konačnim produktima reakcije, dijele na nekoliko vrsta fermentacije:

mliječno kiselo vrenje - rod Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium, kao i neka tkiva višestaničnih životinja i čovjeka. alkoholno vrenje - saharomicete, kandida (organizmi iz carstva gljiva)

mravlja kiselina - obitelj enterobakterija

maslačna - neke vrste klostridije

propionska kiselina - propionobakterije (na primjer, Propionibacterium acnes)

fermentacija uz oslobađanje molekularnog vodika - neke vrste Clostridium, Sticklandova fermentacija

metanska fermentacija – npr. Methanobacterium

Vrste ishrane mikroorganizama

Autotrofi (kemolitotrofi, fotolitotrofi) dobivaju ugljik iz ugljičnog dioksida (CO2) u zraku i stvaraju organsku tvar koristeći energiju oslobođenu pri oksidaciji pojedinih mineralnih spojeva (kemosinteza) ili energiju sunca (fotosinteza). Pojavu kemosinteze u kemolitotrofa prvi je (1887.) ustanovio ruski mikrobiolog S. N. Vinogradski proučavajući bezbojne sumporne bakterije, nitrifikacijske i druge mikroorganizme. Energiju generiranu u procesu oksidativnih reakcija zatim koriste bakterije za asimilaciju ugljika i stvaranje organske tvari.

Fotolitotrofi (modrozelene alge, ljubičaste sumporne bakterije i drugi mikrobi) imaju sposobnost fotosinteze jer sadrže pigmente (tvari za bojenje). Pigmenti fotolitotrofa po sastavu su slični klorofilu zelenih biljaka. Fotobakterije, poput biljaka, stvaraju organsku tvar koristeći ugljik iz ugljičnog dioksida i sunčeve energije. Autotrofi se mogu razviti u čisto mineralnim sredinama; oni nisu u stanju asimilirati složenije ugljikove spojeve i stoga nisu patogeni za životinje.

Izvori energije

Najdostupniji izvori ugljika za bakterije su ugljikohidrati i aminokiseline, što se uzima u obzir pri izradi hranjivih medija.

Autotrofija. Prehrambene potrebe autotrofnih [od grč. auto, self, + trofe, ograničena prehrana bakterijama; za njihov rast dovoljno je u medij unijeti anorganske spojeve koji sadrže dušik i druge mineralne elemente. Lutotrofne bakterije koriste ugljikov dioksid ili karbonate kao izvor ugljika. Takve bakterije mogu sintetizirati sve potrebne spojeve iz jednostavnih tvari. To uključuje foto- i kemotrofne (kemosintetske) bakterije, koje kao izvor energije koriste elektromagnetsko zračenje (svjetlost) ili energiju redoks reakcija koje uključuju supstrate koji im služe kao izvor prehrane. Među autotrofima nisu pronađene vrste od medicinskog značaja.

Dušik je neophodan bakterijama za sintezu aminokiselina (proteina), purinskih i pirimidnih nukleotida te nekih vitamina. Budući da je dušik u svim živim organizmima sadržan u reduciranom obliku, moraju se reducirati svi mineralni oblici dušika s višim stupnjem oksidacije od amonijaka.

Brojni mikroorganizmi mogu iskorištavati dušik samo iz organskih spojeva (aminoheterotrofi). Neki od mikroorganizama asimiliraju dušik u obliku anorganskih oblika (aminoautotrofi). Međutim, mnogi mikroorganizmi mogu koristiti i organski i mineralni dušik.

Upotreba anorganskog dušika

U prirodi mineralni atomi dušika postoje u različitim stupnjevima oksidacije: od N5+ (N205, dušikov anhidrid) do N3- (NH3, amonijak). Stupanj asimilacije mineralnih dušikovih spojeva bakterijama određen je lakoćom njihove pretvorbe u amonijak, budući da je to najjednostavniji prekursor visokomolekularnih organskih dušikovih spojeva. Kod ove skupine bakterija moguća su dva različito usmjerena procesa: asimilacija (vezivanje mineralnih oblika dušika u organski materijal) i disimilacija (oslobađanje plinovitih oblika dušika).

procesi asimilacije. Vezanje mineralnih oblika dušika događa se tijekom fiksacije dušika, asimilacije amonijaka i redukcije asimilacijskih nitrata.

Fiksacija dušika. Bakterije koje fiksiraju dušik (na primjer, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella itd.) mogu iskoristiti dušik iz atmosferskog zraka, reducirajući ga u amonij pomoću posebnog enzima (nitrogenaze) u procesu koji se naziva fiksacija dušika.

asimilacija amonijaka. Većina bakterija apsorbira amonij tijekom asimilacije amonijaka. Bakterije koje rastu na podlozi s amonijem mogu ga izravno ugraditi u organske spojeve. Treba imati na umu da se nakon konzumacije anorganskih amonijevih soli u mediju nakupljaju anioni (SO4, Cl, H3PO4, itd.) koji smanjuju pH medija, što usporava rast kultura. Amonijeve soli organskih kiselina manje zakiseljuju okoliš i povoljnije su za razvoj bakterija.

Redukcija nitrata asimilacijom. Velika većina bakterija i gljivica, kao i biljke, asimiliraju nitrate u procesu redukcije asimilacijskih nitrata. U prvoj fazi nitrati se reduciraju u nitrite, ciklus tih transformacija katalizira specifični enzim - asimilacijska nitrat-reduktaza B. Druga faza je kompleks redukcijskih reakcija kataliziranih nitrit-reduktazom, što dovodi do stvaranja amonijaka, koji se koristi za sintezu aminokiselina i drugih komponenti stanice koje sadrže dušik.

Mehanizam isporuke hranjivih tvari

Egzoenzimi lokalizirani na vanjskoj strani stanične membrane. Kod bakterija, E. se može osloboditi u vanjski okoliš ili se nalaziti između stanične stijenke i stanične membrane.

Podjela enzima.

Trenutno je poznato više od 2000 enzima, pa postoji potreba za znanstveno utemeljenom klasifikacijom. Prema klasifikaciji koju je razvila posebna komisija Međunarodne biokemijske unije (1961.), svi/enzimi su grupirani u šest klasa: ocendoreduktaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze, ligaze ili sintetaze.

Oksidoreduktaze su redoks enzimi. Ubrzavaju procese redukcije i oksidacije raznih tvari, igraju važnu ulogu u procesima disanja mikroba. Ova skupina je brojna, obuhvaća više od 200 enzima. Evo nekih od njih.

Dehidrogenaze su enzimi koji vode proces biološke oksidacije uklanjanjem vodika iz supstrata donora i prijenosom na kisik ili drugi akceptor. Postoje aerobne i anaerobne dehidrogenaze. Aerobne dehidrogenaze prenose vodik izravno na molekularni kisik i na druge sustave; nazivaju se oksidaze. Anaerobne dehidrogenaze stupaju u interakciju sa supstratom, oduzimaju mu vodik i prenose ga na akceptor, ali ne na kisik iz zraka. Citokrom oksidaze su enzimi za prijenos elektrona. Citokromoksindaza aktivira molekularni kisik i uz njegovu pomoć oksidira reducirani citokrom čija je aktivna skupina hemin. Katalaza se nalazi u stanicama aerobnih mikroba i pripada skupini hemičkih enzima koji u svojoj molekuli sadrže feri željezo koje može gubiti elektrone (oksidirati). Pod djelovanjem katalaze na vodikov peroksid dolazi do njegove redukcije, nastaje voda i molekularni kisik. Peroksidaza se nalazi u nekim mikrobima, aktivira kisik vodikovog peroksida i ubrzava oksidaciju raznih organskih spojeva.

Hidroliza - enzimi koji ubrzavaju reakcije hidrolize, odnosno proces cijepanja složenih tvari u jednostavnije uz dodatak molekule, vode. Nalaze se u mnogim mikroorganizmima. Hidrolaze spajaju više od 200 enzima. U ovu skupinu spadaju: esteraze koje cijepaju estere nastale od organskih kiselina i alkohola; fosfataze koje hidroliziraju estere formirane od alkohola i fosforne kiseline; glukozidaze koje cijepaju glukozidne veze u ugljicima i njihovim derivatima; peptidaze; ubrzanje hidrolize peptidnih veza u proteinima; amidaze koje ubrzavaju hidrolizu amida, aminokiselina i drugih spojeva.

Liaze su enzimi koji cijepaju jednu ili drugu skupinu od supstrata na nehidrolitički način (reakcija između ugljika i kisika, dušika, sumpora, halogena). Ova klasa uključuje oko 90 enzima. Najvažniji od njih su karboksilaza, aldehid liaza (aldolaza) itd.

Izomeraze su enzimi koji ubrzavaju kretanje vodika, fosfora i dvostrukih veza unutar molekula, što je važno u metabolizmu. U ovu grupu spadaju fosfoheksoizomeraza, triozafosfotiizomeraza itd.

Ligaze ili sintetaze su enzimi koji ubrzavaju sintezu složenih spojeva iz jednostavnijih zbog razgradnje pirofosfornih veza (u ATP-u ili drugim energetski bogatim pirofosfatima). Ligaze imaju važnu ulogu u sintezi proteina, nukleinskih kiselina, masnih kiselina i drugih spojeva. Ova klasa uključuje oko 100 enzima. Predstavnici ove skupine su asparagin sintetaza, glutamipsintetaza itd.