A mikroorganizmusok élettana. A baktériumok légzése, a légzés típusai

A mikroorganizmusok élettana a mikrobák fejlődésének, táplálkozásának, energia-anyagcseréjének és egyéb életfolyamatainak sajátosságait vizsgálja különböző környezeti feltételek között.

A mikroorganizmusok táplálkozása

A mikrobák a vízben oldott tápanyagok héjon és membránon keresztül történő diffúziójával táplálkoznak. Az oldhatatlan komplex szerves vegyületeket a sejten kívül előzetesen lebontják a mikrobák által a szubsztrátba szekretált enzimek segítségével.

A táplálkozás módszere szerint autotróf és heterotróf csoportokra oszthatók.

Autotrófok szervetlen anyagokból (főleg szén-dioxidból, szervetlen nitrogénből és vízből) képes szerves vegyületeket szintetizálni. A szintézis energiaforrásaként ezek a mikrobák fényenergiát (fotoszintézis) vagy oxidatív reakciók energiáját (kemoszintézis) használják fel.

A mikrobiális sejtben minden anyagcsere-reakció biológiai katalizátorok segítségével megy végbe - enzimek. A legtöbb enzim egy fehérje részből és egy protetikus, nem fehérje csoportból áll. A protéziscsoport tartalmazhat fémeket, például vasat, rézt, kobaltot, cinket, valamint vitaminokat vagy származékaikat. Egyes enzimek csak egyszerű fehérjékből állnak. Az enzimek specifikusak, és csak egy adott anyagra hatnak. Ezért minden mikroorganizmus enzimek egész komplexét tartalmazza, és egyes enzimek szabadulhatnak ki, ahol részt vesznek a komplex szerves vegyületek asszimilációjának előkészítésében. A mikroorganizmusokból származó enzimeket az élelmiszeriparban és más iparágakban használják.

Víz. Egy mikrobiális sejt 75-85%-ban vízből áll. A víz nagy része szabad állapotban a sejt citoplazmájában található. Minden biokémiai anyagcsere-folyamat a vízben játszódik le ezeknek az anyagoknak, mivel a tápanyagok csak oldat formájában jutnak be a sejtbe, és az anyagcseretermékek is a vízzel távoznak. A sejtben lévő víz egy része kötött állapotban van, és néhány sejtszerkezet része. A baktérium- és gombaspórákban a szabad víz mennyisége 50%-ra vagy kevesebbre csökken. A megkötött víz jelentős elvesztésével a mikrobasejt elpusztul.

Szerves anyag a mikrobiális sejteket fehérjék (6-14%), zsírok (1-4%), szénhidrátok, nukleinsavak képviselik.

- bármely élő sejt fő műanyaga, beleértve a mikrobiális sejteket is. A fehérjék képezik a citoplazma alapját, és részei a sejtmembránnak és néhány sejtszerkezetnek. Nagyon fontos katalitikus funkciót töltenek be, mivel a mikrobasejtben metabolikus reakciókat katalizáló enzimek részét képezik.

A mikrobiális sejtek dezoxiribonukleinsavat (DNS) és ribonukleinsavat (RNS) tartalmaznak. A DNS főként a sejtmagban vagy a nukleotidokban, az RNS a citoplazmában és a riboszómákban található, ahol részt vesz a fehérjeszintézisben.

A különböző mikroorganizmusok zsírtartalma egyes élesztő- és penészgombákban 6-10-szer magasabb, mint a baktériumoké. A zsírok (lipidek) a sejt energiaanyagai. A lipoproteinek formájában lévő zsírok a citoplazmatikus membrán részei, amelyek fontos szerepet töltenek be a sejtek és a környezet közötti cserében. A citoplazmában a zsírok granulátumok vagy cseppek formájában lehetnek jelen.

A szénhidrátok a membránok, kapszulák és a citoplazma részét képezik. Főleg összetett szénhidrátok - poliszacharidok (keményítő, dextrin, glikogén, rost) képviselik őket, és fehérjékkel vagy lipidekkel kombinálhatók. A szénhidrátok a citoplazmában glikogénszemcsék formájában rakódnak le tartalék energiaanyagként.

(foszfor, nátrium, magnézium, klór, kén, stb.) a mikrobasejt fehérjéinek és enzimjeinek részei, amelyek szükségesek az anyagcseréhez és a normál intracelluláris ozmotikus nyomás fenntartásához.

Szükséges a mikroorganizmusok normális működéséhez. Részt vesznek az anyagcsere folyamatokban, mivel számos enzim részei. A vitaminoknak általában élelmiszerből kell származniuk, de egyes mikrobák képesek vitaminokat szintetizálni, például B 2 vagy B 12.

A mikroorganizmusok légzése

A mikrobiális sejtanyagok bioszintézisének folyamatai energiafelhasználással mennek végbe. A legtöbb mikroba a levegő oxigénjével járó kémiai reakciók energiáját használja fel. Ezt a tápanyagok oxidációját az energia felszabadítása érdekében légzésnek nevezik. Szervetlen (autotrófok) vagy szerves (heterotrófok) anyagok oxidációja során energia szabadul fel.

Aerob mikroorganizmusok (aerobok) Szerves anyagok légköri oxigénnel történő oxidációja során felszabaduló energiát használják fel szervetlen anyagok, szén-dioxid és víz képzésére. Az aerobok közé sok baktérium, gomba és néhány élesztőgomba tartozik. Leggyakrabban szénhidrátot használnak energiaforrásként.

Anaerob mikroorganizmusok (anaerobok) Nem használnak oxigént a légzéshez, oxigén hiányában élnek és szaporodnak, az erjedési folyamatok eredményeként nyernek energiát. Az anaerobok a Clostridia nemzetségbe tartozó baktériumok (botulinum bacillus és perfringens bacillus), vajsavbaktériumok stb.

Anaerob körülmények között alkoholos, tejsavas és vajsavas erjedés megy végbe, míg a glükóz alkohollá, tejsavvá vagy vajsavvá történő átalakulása energia felszabadulásával megy végbe. A felszabaduló energia körülbelül 50%-a hőként disszipálódik, a többi ATP-ben (adenozin-trifoszforsav) halmozódik fel.

Egyes mikroorganizmusok oxigén jelenlétében és anélkül is képesek élni. A környezeti feltételektől függően az anaerob energiaszerzési folyamatokról aerobokra válthatnak, és fordítva. Az ilyen mikroorganizmusokat ún fakultatív anaerobok.

A baktériumok légzése. A baktériumsejt az élettevékenységéhez szükséges energiát a bakteriális légzés folyamata során kapja meg.

A légzés típusa szerint minden mikroorganizmust két csoportra osztanak: mikrobák, amelyeknél a légzési folyamat a levegőben lévő szabad oxigén felhasználásával függ össze, illetve olyan mikroorganizmusok, amelyek nem igényelnek szabad oxigént, ami még káros is számukra.

A mikroorganizmusok első csoportját aeroboknak (aerob légzéstípus) nevezik; a második csoport az anaerobok (a légzéstípus anaerob).

A szénhidrátok oxigénmentes körülmények közötti lebontását fermentációnak nevezzük. Az erjedési folyamatot okozó mikroorganizmusok típusától függően ez utóbbi lehet alkoholos, ecetsav, stb. Ez azt jelenti, hogy az erjesztési folyamat során alkohol vagy ecetsav stb.

Bakteriális enzimek. A baktériumok táplálkozási és légzési folyamatai szükségszerűen enzimek - speciális fehérjeanyagok - részvételével történnek. Az enzimek még a legkisebb mennyiségben is nagymértékben felgyorsítják a megfelelő kémiai folyamatokat anélkül, hogy maguk sokat változtatnának.

Enzimek nélkül a táplálkozási és légzési folyamatok lezajlhatnának, de nagyon lassan. Az enzimek csak élő sejtekben termelődnek. Az enzimek egy csoportja nem kapcsolódik a mikrobiális sejthez, és a baktériumok juttatják őket a környezetbe. Ennek a csoportnak az a funkciója, hogy az enzimek elősegítik az összetett vegyületek egyszerűbb, emészthető vegyületekké történő lebontását. Az enzimek egy másik csoportja (ezek vannak többségben) a baktériumsejt belsejében található, és azzal társul.

Ezenkívül vannak olyan enzimek, amelyek a megváltozott táplálkozási feltételekhez való alkalmazkodás során jelennek meg a baktériumokban.

Az enzimekre jellemző, hogy bizonyos összetételű vagy csoportos anyagokat saját enzimük befolyásol. Így vannak enzimek komplex szénvegyületek (cukrok), fehérjék, zsírok stb.

A baktériumok növekedése és szaporodása. A baktériumsejt növekedési folyamata méretének növekedésében fejeződik ki. Ez a folyamat nagyon gyorsan - néhány percen belül - lezajlik.

Miután a baktériumok elérik a felnőtt kort, a szaporodási folyamat egyszerű keresztirányú osztódással kezdődik. Kedvező körülmények között (elegendő táplálkozás, kedvező hőmérséklet) a baktériumsejt 50-30 percenként osztódik. Kiszámították, hogy ha a baktériumok akadálytalanul szaporodnának, akkor 5 napon belül egyetlen sejtből élő tömeg alakulna ki, amely kitölti az összes tengert és óceánt. De az ilyen szaporodáshoz, amint azt fentebb jeleztük, számos olyan kedvező körülmény szükséges, amelyek a külső környezetben nem léteznek.

A baktériumok kémiai összetétele. Egy baktériumsejt nagy mennyiségű vizet tartalmaz - a sejttömeg 75-85% -át. A fennmaradó 15% a száraz maradék, amely fehérjét, szénhidrátot, zsírokat, sókat és egyéb anyagokat tartalmaz.

A bakteriális fehérjék összetett fehérjék, amelyek különféle kémiai vegyületekből állnak. Ezek a vegyszerek szükségesek a baktériumsejt életéhez.

A baktériumok száraz maradéka a fehérjéken kívül szénhidrátokat (12-28%) és nukleinsavakat tartalmaz.

A száraz maradékban lévő zsír mennyisége változhat. A baktériumok bizonyos formáiban a zsírtartalom eléri a szárazanyag 1/3-át.

A baktériumsejt szükséges alkotóelemei az ásványi sók, amelyek a sejt teljes tömegének mintegy felét teszik ki. A baktériumsejtek összetétele tartalmaz még nitrogént, oxigént, hidrogént, szenet, foszfort, káliumot, nátriumot, magnéziumot, kalciumot. , szilícium, kén, klór és vas.

A környezeti feltételektől függően a baktériumok kémiai összetétele mennyiségileg és minőségileg is változhat.

A baktériumok táplálkozása. A baktériumok táplálkozása egy nagyon összetett folyamat, amely bizonyos tápanyagok félig áteresztő membránon keresztül történő folyamatos behatolása és az anyagcseretermékek sejtből történő felszabadulása miatt következik be.

Mivel a bakteriális membrán áthatolhatatlan a fehérjék és más, a sejt táplálásához szükséges komplex vegyületek számára, ezek az anyagok az enzimek általi emésztés után felszívódnak.

A sejteken belüli és a környezeti sókoncentráció megfelelő aránya nagy jelentőséggel bír a baktériumok normális táplálkozásában. A legkedvezőbb táplálkozási feltételek akkor jönnek létre, ha a sók koncentrációja a környezetben megegyezik 0,5%-os nátrium-klorid oldattal.

2-10%-os nátrium-klorid-oldatnak kitéve a baktériumsejt összezsugorodik – kiszárad, ami miatt nem képes szaporodni. Ez az alapja az élelmiszerek sózással történő tartósításának.

A baktériumoknak oxigénre, hidrogénre, szénre és nitrogénre van szükségük ahhoz, hogy táplálják magukat. Ezen anyagok ellátási forrása lehet víz, levegő stb.

A fent felsorolt ​​normál tápanyagokon kívül speciális kémiai vegyületekre van szükség a baktériumok növekedéséhez.

Megállapítást nyert, hogy bizonyos típusú streptococcusok egyáltalán nem nőnek B-vitamin hiányában.

Pigmentképződés. Bizonyos típusú baktériumok és gombák képesek különféle színezőanyagokat - pigmenteket - képezni. Ennek a képességnek a nagy részét a talajban, levegőben és vízben található baktériumok birtokolják. A mikrobák ezen minősége különösen jól kimutatható laboratóriumi körülmények között. Szilárd táptalajokon szaporodva a baktériumok kolóniákat képeznek, amelyek a különféle pigmenteknek köszönhetően színesek: piros, fehér, lila, arany stb.

Megállapítást nyert, hogy a pigment képződésének legjobb feltételei az oxigén, a fény és a szobahőmérséklet megfelelő hozzáférése.

Úgy gondolják, hogy a mikrobák pigmentjei védő funkciót töltenek be a napfény káros hatásai ellen; emellett bizonyos szerepet játszanak a légzési folyamatokban.

Világít. A természetben vannak olyan mikrobák, köztük baktériumok, amelyek létfontosságú tevékenységük során olyan anyagokat képeznek, amelyek a levegő oxigénjével együtt izzanak. Az ilyen mikrobák fejlődésével magyarázzák az izzó rothadt gombák, a tenger felszínének stb. Az ilyen világító mikrobák nem patogének az emberre.

Szagok kialakulása. A mikrobák szagképző képességét (aromaképződés) speciális illékony anyagok jelenléte magyarázza, amelyek kémiai természetükben közel állnak az éterekhez (éterszerű anyagok). Az élelmiszeriparban különféle íztermelő baktériumokat használnak sajt, vaj, bor és egyéb termékek előállításához.

Az emberre kórokozó, laboratóriumi körülmények között szagot kibocsátó baktériumok közül megnevezhető a tuberkulózisbacilus, amelynek illata közel áll a méz szagához stb.

Mikrobiális mérgek. Az emberi szervezetbe jutva és ott elszaporodva a mikrobák olyan anyagokat termelnek, amelyek negatív hatással vannak az idegrendszerre, a szívre és a belső szervekre. Ezeket a káros anyagokat toxinoknak nevezzük. A mikrobiális toxinok a legerősebb ismert mérgek. Már kis mennyiségük is mérgező hatással lehet a szervezetre. A számos fertőző betegségben megfigyelt elváltozások a mikrobiális toxinok hatásához kapcsolódnak. Szinte minden kórokozó mikrobának van méreganyaga. Kétféle toxin létezik: exotoxinok és endotoxinok.

Az exotoxinok olyan mérgek, amelyek könnyen kijutnak a mikrobiális sejtekből a környezetbe.

Az exotoxinokat viszonylag alacsony stabilitás jellemzi, és könnyen elpusztulnak hő, fény és különféle vegyszerek hatására. Az exotoxinok jellegzetes tulajdonsága, hogy rendkívül kis dózisokban fejtik ki hatásukat.

A mikrobiális exotoxinok a legerősebbek. Például egy fehér egérben 0,00001 ml tetanusztoxin okoz leucorrhoeát, a botulizmus mikroba toxinja pedig kisebb dózisban hat.

Az endotoxinok szilárdan kötődnek a mikrobiális sejt testéhez, és csak a mikrobiális test elpusztulása után szabadulnak fel. Ellentétben az exotoxinokkal, az endotoxinok a következő mérgezési tüneteket okozzák a szervezetben: fejfájás, gyengeség, légszomj stb. Az endotoxinok stabilabbak, mint az exotoxinok, némelyikük még a forralást is kibírja. A szervezetekre gyakorolt ​​toxicitásuk lényegesen kisebb, mint az exotoxinoké.

Minden patogén mikrobának van endotoxinja; exotoxinokat csak néhányuk termel - diftéria bacillus, staphylococcus, botulizmus baktérium.

Mikrobiális variabilitás. Természetes körülmények között a mikrobákat folyamatosan számos tényező befolyásolja, amelyek meghatározzák a változékonyság folyamatát. Ezek a tényezők a táplálkozáson és a hőmérsékleten kívül a mikrobiális antagonizmus jelenségét, valamint az emberi és állati szervezet belső környezetének hatását foglalják magukban.

A környezettel való szoros érintkezésnek és az intenzív szaporodásnak köszönhetően a mikroorganizmusok gyorsan alkalmazkodnak az új körülményekhez, ennek megfelelően megváltoznak eredeti tulajdonságaik. Például a gejzírek forró vizében olyan baktériumok találhatók, amelyek a környezeti viszonyok hatására fajként alakultak ki. Egyes patogén mikrobák gyógyászati ​​anyagokkal kölcsönhatásba lépve rezisztenssé válhatnak velük szemben. A szervezet életében tehát nagy jelentőséggel bírnak azok a létfeltételek, amelyek megváltoztatásával (táplálkozás, hőmérséklet, páratartalom stb.) ennek megfelelő változásokat lehet előidézni a mikroorganizmus természetében.

A változatosság minden típusú mikroorganizmusra jellemző. A mikrobák változékonyságának egyik oka a bakteriofág.

A bakteriofágok olyan élő szervezetek, amelyek csak akkor szaporodnak, ha kívülről behatolnak a mikrobasejtbe. A mikrobák testén kívül a bakteriofágok nem szaporodnak, hanem nyugalmi állapotban vannak. A bakteriofágok hatása a mikrobasejtre a következő: miután körülvették a mikrobiális sejtet, a bakteriofágok fokozatosan behatolnak a belsejébe és szaporodnak. A bakteriofág szaporodási sebessége számos körülménytől függ: a mikroba természetétől, létezésének körülményeitől stb.. 1-3 óra elteltével sok új bakteriofág képződik a mikrobasejt belsejében, ennek a sejtnek a héja eltörik, ill. a bakteriofágok teljes tömege kihullik belőle.

Amikor egy bakteriofág kölcsönhatásba lép egy mikrobával, az utóbbi mindig elpusztul. Ha a bakteriofág aktivitása nem kielégítő, az egyes mikrobiális sejtek túlélnek, és új, ezzel a bakteriofággal szemben már rezisztens mikrobiális sejtek növekedését idézik elő.

Bakteriofág hatására a mikrobák megváltoztatják tulajdonságaikat: elveszítik kórokozó képességüket, elvesztik tokjukat stb.

Minden kórokozó mikrobának megvan a maga bakteriofágja, például vérhas, tífusz, staphylococcus.

Fény, levegő oxigén, hő hatására a bakteriofág 1-2 hónapon belül elveszíti aktivitását. Az ultraibolya sugarak 15 perc alatt elpusztítják a bakteriofágokat. A bakteriofágok gyors pusztulása savas környezetben történik.

A bakteriofágok mindenütt megtalálhatók, ahol baktériumok találhatók. Különféle bakteriofágok találhatók szennyvízben, folyóvízben, emberi és állati váladékban és egyéb tárgyakban.

A mikroorganizmusok légzése

A fent leírt táplálék-asszimilációs folyamatok energiafelhasználással mennek végbe. Az energiaszükségletet energiaanyagcsere-folyamatok biztosítják, melynek lényege a szerves anyagok oxidációja, amely energia felszabadulásával jár. A keletkező oxidációs termékek a környezetbe kerülnek.

A dehidrogenáz enzim részvételével zajló oxidációs-redukciós reakció sematikusan a következőképpen ábrázolható:

AN 2 + V - A + VN 2 + energia

A mikroorganizmusok energiaszerzési módja változatos.

L. Pasteur francia tudós 1861-ben hívta fel először a figyelmet a mikroorganizmusok egyedülálló képességére, hogy oxigénhez való hozzáférés nélkül fejlődjenek, miközben minden magasabb rendű szervezet - növények és állatok - csak oxigént tartalmazó légkörben tud élni.

E kritérium (a légzés típusai) alapján L. Pasteur a mikroorganizmusokat két csoportra osztotta - aerobokra és anaerobokra.

Aerobok Az energia előállításához a szerves anyagokat légköri oxigénnel oxidálják. Ide tartoznak a gombák, néhány élesztőgomba, sok baktérium és alga. Sok aerob teljesen oxidálja a szerves anyagokat, így végtermékként CO 2 és H 2 O szabadul fel.

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2822 kJ.

Anaerobok olyan mikroorganizmusok, amelyek szabad oxigén használata nélkül képesek lélegezni. A mikroorganizmusok légzésének anaerob folyamata a hidrogén eltávolítása miatt következik be a szubsztrátból. A tipikus anaerob légzési folyamatokat ún fermentációk. Az ilyen típusú energiatermelés példái közé tartozik az alkoholos, tejsavas és vajsavas fermentáció. Nézzük az alkoholos erjesztés példáját:

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

Az anaerob mikroorganizmusok oxigénhez viszonyított aránya változó. Némelyikük egyáltalán nem tolerálja az oxigént, és ún kötelez, vagy szigorú, anaerobok. Ide tartoznak a vajsavas fermentáció kórokozói, a tetanus bacillus és a botulizmus kórokozói. Más mikrobák aerob és anaerob körülmények között is növekedhetnek. Felhívták őket - választható, vagy feltételes anaerobok; ezek a tejsavbaktériumok, Escherichia coli, Proteus stb.

Mikroorganizmus enzimek

Enzimek- olyan anyagok, amelyek katalitikusan befolyásolhatják a biokémiai reakciók sebességét. Fontos szerepet játszanak a mikroorganizmusok életében. Az enzimeket 1814-ben fedezte fel K. S. Kirchhoff orosz akadémikus.

Más katalizátorokhoz hasonlóan az enzimek is csak közvetítőként vesznek részt az anyagok átalakulási reakcióiban. Nem fogyasztják mennyiségileg a reakciókban. A mikroorganizmus enzimek számos tulajdonsággal rendelkeznek:

1) 40-50°C-ig az enzimreakció sebessége megnő, de ezután a sebesség lecsökken és az enzim működése leáll. 80°C feletti hőmérsékleten szinte minden enzim visszafordíthatatlanul inaktiválódik.

2) Kémiai természetüknél fogva az enzimek egykomponensűek, amelyek csak fehérjéből állnak, és kétkomponensűek, amelyek fehérje és nem fehérje részekből állnak. Számos enzim nem fehérje részét egy vagy másik vitamin képviseli.

3) Az enzim aktivitását nagymértékben befolyásolja a környezet pH-ja. Egyes enzimek számára a savas környezet a legjobb, másoknak semleges vagy enyhén lúgos.

4) Az enzimek nagyon aktívak. Így egy katalázmolekula percenként 5 millió hidrogén-peroxid molekulát semmisít meg, 1 g amiláz pedig kedvező körülmények között 1 tonna keményítőt alakít cukorrá.

5) Minden enzimnek szigorú specifikus hatása van, azaz képes csak bizonyos kötéseket befolyásolni komplex molekulákban vagy csak bizonyos anyagokat. Például az amiláz csak keményítő, laktáz - tejcukor, celluláz - cellulóz stb.

6) Az adott mikroorganizmusban rejlő és sejtjének összetevőiben lévő enzimeket ún alkotó. Van egy másik csoport - az enzimek indukálható(adaptív), amelyeket a sejt csak akkor állít elő, ha olyan anyagot (induktort) adnak a táptalajhoz, amely serkenti ennek az enzimnek a szintézisét. Ilyen körülmények között a mikroorganizmus olyan enzimet szintetizál, amellyel nem rendelkezett.

7) Hatásuk jellege szerint az enzimeket a exoenzimek, amelyeket a sejt a külső környezetbe juttat, és endoenzimek, amelyek szilárdan kapcsolódnak a sejt belső struktúráihoz és azon belül hatnak.

8) Bár az enzimeket a sejt termeli, azok halála után is átmenetileg aktív állapotban maradnak, és előfordulhatnak autolízis(a görög autosz - maga, lízis - feloldódás) - egy sejt önfeloldása vagy önemésztése saját intracelluláris enzimjei hatására.

Jelenleg több mint 1000 enzim ismeretes. Az enzimek 6 osztályba sorolhatók:

1. osztály- oxidoreduktázok - fontos szerepet játszanak a mikroorganizmusok fermentációs és légzési folyamataiban, azaz az energiaanyagcserében.

2. osztály- a transzferázok (transzferenzimek) olyan reakciókat katalizálnak, amelyek atomcsoportokat visznek át egyik vegyületből a másikba.

3. osztály - hidrolázok (hidrolitikus enzimek). Komplex vegyületek (fehérjék, zsírok és szénhidrátok) bomlási reakcióit katalizálják a víz kötelező részvételével.

4. osztály - a liázok közé tartoznak azok a kétkomponensű enzimek, amelyek nem hidrolitikus módon (víz részvétele nélkül) távolítanak el bizonyos csoportokat a szubsztrátumokról (CO 2, H 2 O, NH 3 stb.).

5. osztály- az izomerázok olyan enzimek, amelyek katalizálják a szerves vegyületek reverzibilis átalakulását izomerjeikké.

6. osztály - A ligázok (szintetázok) olyan enzimek, amelyek összetett szerves vegyületek szintézisét katalizálják egyszerűbbekből. A ligázok fontos szerepet játszanak a mikroorganizmusok szénhidrát- és nitrogénanyagcseréjében.

A mikrobiális enzimek élelmiszer- és könnyűipari felhasználása jelentősen felerősítheti a technológiai folyamatot, növelheti a hozamot és javíthatja a késztermékek minőségét. Az amilolitikus enzimkészítményeket gabonamaláta helyett keményítőtartalmú nyersanyagokból etil-alkohol előállítása során, a sütőiparban pedig maláta helyett főzött rozskenyér készítésénél alkalmazzák; Gomba amilázt is adnak a búzatésztához. Mivel ez a készítmény az amilázon kívül, bár kis mennyiségben, más enzimeket (maltáz, proteáz) is tartalmaz, felgyorsul a tésztakészítés folyamata, nő a kenyér térfogata, porozitása, javul a megjelenése, aromája és íze. Ezen enzimkészítmények felhasználása a sörfőzésben lehetővé teszi a maláta részleges árpával való helyettesítését. Gombás eredetű glükoamiláz segítségével glükózszirupot és kristályos glükózt nyernek a keményítőből. A pektolitikus enzim gombakészítményeket gyümölcslé- és gyümölcstermelésben, valamint borkészítésben használják. A pektin ezen enzimek általi elpusztítása következtében felgyorsul a gyümölcslé extrakciós folyamata, növekszik a hozam, a szűrés és a derítés. A mikrobiális proteázokat tartalmazó enzimkészítményeket a bor és a sör stabilitásának növelésére (fehérjezavarosodás elleni védelemre), a sajtkészítésben pedig az oltóanyag (részleges) helyettesítésére használják. A hús lágyítására, a hús és a hering érésének gyorsítására, a hal- és húsipari hulladékokból élelmiszer-hidrolizátumok kinyerésére, valamint az állati és növényi alapanyagok feldolgozásának egyéb technológiai folyamataihoz mikrobiális proteázokat célszerű alkalmazni.

A mikroorganizmusok kémiai összetétele

Az anyagok összetételét tekintve a mikrobiális sejtek alig különböznek az állati és növényi sejtektől. 75-85% vizet tartalmaznak, a maradék 16-25% szárazanyag. A sejtben lévő víz szabad és kötött állapotban van. A megkötött víz a sejtkolloidok (fehérjék, poliszacharidok stb.) része, és nehezen szabadul fel belőlük. A szabad víz részt vesz a kémiai reakciókban, és az anyagcsere során a sejtben képződő különféle vegyületek oldószereként szolgál.

A száraz sejtanyag szerves és ásványi anyagokból áll.

fehérjék - akár 52%,

poliszacharidok - akár 17%,

nukleinsavak (RNS legfeljebb 16%, DNS legfeljebb 3%),

lipidek - akár 9%

Ezek a vegyületek a mikroorganizmusok különféle sejtszerkezeteinek részét képezik, és fontos élettani funkciókat látnak el. A mikroorganizmusok sejtjei más anyagokat is tartalmaznak - szerves savakat, sóikat, pigmenteket, vitaminokat stb.

Ellenőrző kérdések

1. Mi a turgor?

2. Mi a disszimiláció?

3. Milyen mikroorganizmusokat nevezünk autotrófnak?

4. Mi az ozmózis?

5. Milyen mikroorganizmusokat nevezünk fakultatívnak?

6. Mi a plazmolízis?

7. Milyen folyamatokban vesznek részt a lipázok?

8. Mennyi vizet tartalmaznak a mikroorganizmusok?

10. Milyen mikroorganizmusokat nevezünk anaerobnak?

A mikrobák légzésének két típusa van - aerob és anaerob.

Aerob légzés A mikroorganizmusok olyan folyamatok, amelyek során a hidrogén (protonok és elektronok) akceptorja a molekuláris oxigén. Főleg összetett szerves vegyületek oxidációja következtében energia keletkezik, amely a környezetbe kerül, vagy az ATP nagy energiájú foszfátkötéseiben halmozódik fel. Különbséget tesznek a teljes és a nem teljes oxidáció között.

Teljes oxidáció. A mikroorganizmusok fő energiaforrása a szénhidrátok. Amikor lebomlanak, ami különböző módon történik, egy fontos köztes termék - piroszőlősav - keletkezik. A piroszőlősav teljes oxidációja a trikarbonsav ciklusban (Krebs-ciklus) és a légzőláncban megy végbe. A glükóz aerob körülmények között történő lebomlásának eredményeként az oxidációs folyamat befejeződik - szén-dioxid és víz képződéséig nagy mennyiségű energia felszabadulásával: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6CO 2 + 6H 2 O + 2874,3 kJ.

Nem teljes oxidáció. Nem minden aerob fejezi be az oxidációs reakciókat. A szénhidrátok feleslegével a környezetben tökéletlen oxidációs termékek képződnek, amelyek energiát tartalmaznak. A cukor tökéletlen aerob oxidációjának végtermékei lehetnek szerves savak: citromsav, almasav, oxálsav, borostyánkősav és mások, amelyeket penészgombák képeznek. Például az aerob légzést ecetsavbaktériumok végzik, amelyekben az etil-alkohol oxidációja során ecetsav és víz képződik:

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

Egyes baktériumok oxidálják a szervetlen vegyületeket a légzés során. A szervetlen vegyületek oxidációjára példa a nitrifikációs folyamat, amelynek során a nitrifikáló baktériumok először az ammóniát salétromsavvá, majd salétromsavvá oxidálják. Minden esetben energia szabadul fel: az első fázisban 274,9 kJ, a másodikban - 87,6 kJ.

Anaerob légzés molekuláris oxigén részvétele nélkül végezzük. Létezik anaerob nitrát légzés, anaerob szulfát légzés és fermentáció. Az anaerob légzés során a hidrogén akceptor az oxidált szervetlen vegyületek, amelyek könnyen leadják az oxigént és redukáltabb formákká alakulnak, ami energia felszabadulással jár.

1. anaerob nitrát légzés - a nitrátok redukciója molekuláris nitrogénné

2. anaerob szulfát légzés - a szulfátok redukciója kénhidrogénné.

3. Fermentáció - szerves széntartalmú vegyületek lebontása anaerob körülmények között. Jellemzője, hogy az utolsó hidrogén akceptor egy szerves anyag molekulája telítetlen kötésekkel. Az anyag csak köztes termékekké bomlik, amelyek összetett szerves vegyületek (alkoholok, szerves savak). A bennük lévő energia kis mennyiségben kerül a környezetbe. Az erjedés során kevesebb energia szabadul fel. Például a glükóz fermentációja során 24,5-szer kevesebb energia szabadul fel, mint az aerob oxidáció során.

A piroszőlősav képződése előtti fermentáció minden típusa ugyanúgy megy végbe. A piroszőlősav további átalakulása a mikroba tulajdonságaitól függ. A homofermentatív tejsavbaktériumok tejsavvá, az élesztő etilalkohollá stb.

A mikrobák osztályozása a légzés típusa szerint.

A légzés típusa alapján a mikroorganizmusokat négy csoportba sorolják.

1. A kötelező (feltétel nélküli) aerobok szabad oxigén hozzáféréssel nőnek. Ide tartoznak az ecetsavbaktériumok, a tuberkulózis kórokozói, a lépfene és még sokan mások.

2. A mikroaerofil baktériumok alacsony (legfeljebb 1%-os) oxigénkoncentráció mellett fejlődnek ki a környező légkörben. Az ilyen körülmények kedvezőek az aktinomyceták, a Leptospira és a Brucella számára.

3. A fakultatív anaerobok oxigénhez jutással és annak hiányában is fejlődnek. Két enzimkészlettel rendelkeznek, ill. Ez az enterobaktérium, a sertésekben előforduló erysipela kórokozója.

4. Kötelező (feltétel nélküli) anaerobok fejlődnek ki a környezet oxigén teljes hiányában. Anaerob állapotok (szükséges a vajsavbaktériumok, a tetanusz kórokozói, a botulizmus, a gáz gangréna, az emphysemás carbuncle, a necrobacteriosis).

Bevezetés

élelmiszer-belélegző mikroorganizmus baktériumok

Mint ismeretes, a mikroorganizmusok a létfontosságú funkcióik fenntartásához szükséges energiát szerves (és esetenként szervetlen) anyagok különféle oxidációs folyamataival nyerik. Ebben az esetben az oxidáció úgy történik, hogy eltávolítják a hidrogént (vagy elektronokat) a szubsztrátumokról. A hidrogént enzimláncok szállítják, és végül oxigénnel egyesülve víz keletkezik. Az energiakinyerés anaerob módszerére jellemző, hogy szabad oxigén nem vesz részt benne, és a szerves szubsztrátumok csak a hidrogén eltávolítása miatt oxidálódnak. A felszabaduló hidrogén vagy csatlakozik ugyanazon szerves anyag bomlástermékeihez, vagy gáz halmazállapotban szabadul fel.

A mikroorganizmusok légzésének típusai

A mikrobiális légzés különféle szerves vegyületek és egyes ásványi anyagok biológiai oxidációja. A redox folyamatok és az erjedés eredményeként hőenergia keletkezik, melynek egy részét a mikrobasejt felhasználja, a többit a környezetbe juttatja.

Jelenleg az oxidációt a hidrogén eltávolításának (dehidrogénezésnek) a folyamataként határozzák meg, a redukciót pedig hozzáadják. Ugyanezeket a kifejezéseket alkalmazzák azokra a reakciókra, amelyek protonok és elektronok vagy csak elektronok átvitelével járnak. Amikor egy anyag oxidálódik, az elektronok elvesznek, redukálva pedig hozzáadódnak. Úgy gondolják, hogy a hidrogénátvitel és az elektronátvitel egyenértékű folyamatok.

A vegyületek vagy elemek elektron adományozó vagy befogadó képességét redox potenciáljuk határozza meg. M. Clark javaslata szerint gH2-nek (a hidrogéngáz parciális nyomásának negatív logaritmusa) jelölik. Ez a közeg oxigénnel vagy hidrogénnel való telítettségi foka. A JH2 tartomány 0 és 42,6 között van. A P12-nél<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 oxidáló, iil2 értéke 28, a környezet semleges.

Az aerobok magasabb redoxpotenciálon (ili2 14-35), az anaerobok alacsonyabban (rH2 0-12) élnek. A H1 popok (pro hangok), amelyek lényegében azok, az elektrokémiai gradiens ellenében kerülnek át, vagyis egy alacsonyabb koncentrációjú környezetből egy olyan környezetbe, ahol sok van belőlük. A protonátviteli folyamat energiafelhasználással jár. A hidrogénionok áthatolása a membránon nem az ozmózis törvényei szerint történik, hanem aktívan, egy hidrogénszivattyúnak nevezett szivattyú segítségével. Tehát a mikrobiális sejt citoplazmájában végbemenő biológiai átalakulások a protonok és elektronok mozgásához kapcsolódnak, ez azonban nem egyszerű elektromos mozgás, hanem összetett biokémiai folyamat, amelyet enzimek segítségével hajtanak végre. Ez utóbbi katalizálja a reakciókat, felgyorsítja a kovalens kötések felszakadását és ezáltal csökkenti az aktiválási energiát.

A mikrobák által termelt elektromosság egyes készülékekben akár felhasználható is. Jelenleg olyan adókat terveztek, amelyek biológiai elektromossággal működnek, azt a tengervízben oldott cukorral táplálkozó mikroorganizmusok állítják elő. (A mikroorganizmusok aerob légzése olyan folyamat, amelyben a hidrogén (protonok és elektronok) utolsó akceptorja a molekuláris oxigén. Az oxidáció eredményeként elsősorban összetett szerves vegyületekből energia keletkezik, amely a környezetbe kerül, vagy felhalmozódik a magas- Az ATP energia-foszfát kötései Vannak teljes és hiányos oxidáció?!

Teljes oxidáció. A mikroorganizmusok fő energiaforrása a szénhidrátok. Különböző módon lebomlásuk során fontos köztes termék keletkezik - piroszőlősav (piruvát). A piroszőlősav teljes oxidációja a trikarbonsav ciklusban (Krebs-ciklus) és a légzési láncban megy végbe (17. ábra). A glükóz aerob körülmények között történő lebomlásának eredményeként az oxidációs folyamat befejeződik - szén-dioxid és víz képződik nagy mennyiségű energia felszabadulásával: C6H12Ob + 602 -* 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ.

A hexóz potenciális energiatartalékának felel meg, vagyis annak a mennyiségnek, amely a zöld növények szén-dioxidból és vízből történő fotoszintézise során felhalmozódott a cukormolekulában. Az elektronok hidrogénből oxigénbe történő átvitele a légzési láncon vagy az elektronszállító láncon keresztül történik. A légzőlánc a membránokban található légző enzimek rendszere. A membránok, mint ismeretes, kapcsolatba kerülnek a sejt citoplazmájával, ami kölcsönhatást eredményez.

Nem teljes oxidáció. Nem minden aerob fejezi be az oxidációs reakciókat. A szénhidrátok feleslegével a környezetben tökéletlen oxidációs termékek képződnek, amelyek energiát tartalmaznak. A cukor tökéletlen aerob oxidációjának végtermékei lehetnek szerves savak: citromsav, almasav, oxálsav, borostyánkősav és mások, amelyeket penészgombák képeznek.

Az anaerobok olyan szervezetek, amelyek oxigén hiányában a szubsztrát foszforilációjával nyernek energiát a szubsztrát tökéletlen oxidációjának végtermékei oxidálódva több energiát termelnek ATP formájában a végső proton akceptor jelenlétében az oxidatív foszforilációt végző szervezetek által; .

Az 1. séma az elektronok légzés közbeni transzportját és a különböző típusú anaerob energiatermelést mutatja be. A hidrogént és az elektronokat piridin nukleotid enzimek (PN-ek) segítségével távolítják el a szubsztrátumokról. Majd az aerobokban egy növekvő potenciálú enzimláncon - flavoproteineken (FP - citokróm enzimek (Cit.) -) áthaladnak, majd a citokróm oxidáz (Cit. oc.) segítségével oxigénbe kerülnek.Az elektronok áramlását irányítják az alacsonyabb (negatívabb potenciálú) rendszertől a magasabb (pozitívabb) potenciálú rendszer felé, -0,8 - 0,4 V (szubsztrátpotenciál) és +0,8 V (oxigénpotenciál) között.

Így a légzés során a hidrogén végső akceptorja az oxigén. Az anaerobokban vagy szerves szubsztrátok (fermentáció), vagy szervetlen anyagok, például nitrátok vagy szulfátok („anaerob légzés”) hidrogénakceptorként működnek. A diagram azt mutatja, hogy az elektronok legegyszerűbb és legprimitívebb szállítása a legtöbb anaerobban megy végbe, mivel hiányoznak az elektrontranszport-lánc enzimek, amelyek képesek elektronokat továbbítani a lánc mentén egészen a molekuláris oxigénig.

A molekuláris oxigén negatívan befolyásolja az obligát anaerobok növekedését és aktivitását. Szabad oxigén jelenlétében az anaerob sejtek elvesztik mobilitásukat. Ennek a reakciónak köszönhetően az anaerobokat először Pasteur fedezte fel. Egyszer mikroszkóp alatt megvizsgált egy csepp fermentáló folyadékot (a vajsavas erjedés során), amelyet két vékony lapos üveglap közé helyezett, és észrevette, hogy a készítmény szélein (ahol a levegő oxigénje szabadon behatolt) elhelyezkedő sejtek hirtelen mozdulatlanná váltak. és a preparátum közepén elhelyezkedő rudak (ahol a levegő nem hatolt be), nagyon aktívan mozogtak tovább.

Ebből Pasteur arra a következtetésre jutott, hogy a levegő oxigénje mérgező egyes mikrobák számára, és ez utóbbiakat két csoportra osztotta - aerobokra és anaerobokra. Pasteur ellenfelei (például Trecule) kifogásolták az olyan baktériumok létezésének állítását, amelyek számára a légköri oxigén végzetes lehet, és példát hoztak az anaerob spórákra, amelyek hosszú ideig képesek életben maradni a levegőben. Erre Pasteur azt válaszolta, hogy a spórák nem valódi élőlények, mivel nem táplálkoznak és nem szaporodnak. A tudomány ezt követő fejlődése megerősítette Pasteur álláspontját. Így bebizonyosodott, hogy a baktériumspórákra rendkívül kifejezett anabiózis jellemző, és anyagcseréjük olyan alacsony szinten van, hogy még a kellő pontossággal sem mérhető. Ebből a szempontból a spórák nem érzékenyek sok károsító tényezőre, ráadásul az anaerobok spórái (a vegetatív sejtekkel ellentétben) könnyen túlélnek a levegőben.

Az a kérdés, hogy az oxigén miért mérgező az apaerobokra, még nem tisztázott kellőképpen. Egyes kutatók úgy vélik, hogy az oxigén toxikus hatása a szubsztrát légköri oxigénnel történő oxidációjából eredően toxikus koncentrációjú hidrogén-peroxid képződésével jár az anaerob mikroorganizmusok kultúrájában. A hidrogén-peroxid felhalmozódásának oka a kataláz enzim (lebontó peroxid) hiánya az anaerobokban. Egyes jelentések szerint egyes clostridia törzsek aerob körülmények között növekedhetnek, ha katalázt adnak a táptalajhoz. Másrészt viszont az anaerobok kialakulását meghatározó nagyon fontos tényező a környezet redox feltételei. Ezeket az oxidációs-redukciós potenciálban (ORP) fejezzük ki, voltban mérve (a vizsgálóközegbe merített elektródán áthaladó feszültség). A redox feltételeket az rH2 indexen keresztül is kifejezhetjük, amely a H2 és az O2 arányát jellemzi. A 0 és 40 közötti rH2 a közeg minden redukciós vagy oxidációs fokát jellemzi, attól függően, hogy oxigénnel vagy hidrogénnel telített-e. Az apaerobok fejlődési feltételeinek részletes vizsgálatai kimutatták, hogy az obligát anaerobok nem fejlődhetnek ki egy bizonyos határ feletti rH2 (vagy ORP) mellett. A közegben lévő rH2 mérhető elektrometriai úton (potenciométerek segítségével), vagy bizonyos rH2 értékeknél redukált és fehérített (vagy színváltoztató) festékek használatával. Például a Janusgrün festék aerob körülmények között rH2 = 20 és afeletti oldatban zöld színű, 12-14 közötti rH2-nél rózsaszín színű, és még alacsonyabb rH2 értékeknél elszíneződik.

Az anaerobok a mikroorganizmusok nagy csoportja, mind mikro-, mind makroszinten:

Fakultatív anaerobok

Kapneisztikus anaerobok és mikroaerofilek

Aerotoleráns anaerobok

Közepesen szigorú anaerobok

Kötelező anaerobok

Ha egy szervezet képes átváltani az egyik anyagcsereútról a másikra (például anaerobról aerob légzésre és vissza), akkor feltételesen fakultatív anaerobnak minősül.

1991-ig a mikrobiológia megkülönböztette a kapneikus anaerobok egy osztályát, amelyek alacsony oxigénkoncentrációt és megnövekedett szén-dioxid koncentrációt igényeltek (Bovine Brucella - B. abortus).

Egy közepesen szigorú anaerob szervezet túlél molekuláris oxigéntartalmú környezetben, de nem szaporodik. A mikroaerofilek képesek túlélni és szaporodni alacsony O2 parciális nyomású környezetben.

Ha egy szervezet nem tud „átváltani” anaerob légzésről aerob légzésre, de molekuláris oxigén jelenlétében nem hal el, akkor az aerotoleráns anaerobok csoportjába tartozik. Például a tejsav és sok vajsavbaktérium

A kötelező anaerobok elpusztulnak molekuláris oxigén O2 jelenlétében - például képviselői (baktériumok és archaeák nemzetsége: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Az ilyen anaerobok állandóan oxigénhiányos környezetben élnek. A kötelező anaerobok közé tartozik néhány baktérium, élesztőgomba, flagellátum és csillós.

Ugyanakkor a glikolízis csak az anaerobokra jellemző, amely a végső reakciótermékektől függően többféle fermentációra oszlik:

tejsavas fermentáció - a Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium nemzetség, valamint a többsejtű állatok és emberek egyes szövetei. alkoholos erjedés - saccharomycetes, candida (a gombavilág élőlényei)

hangyasav - enterobacteriaceae család

vajsav - bizonyos típusú clostridiumok

propionsav - propionobaktériumok (például Propionibacterium acnes)

fermentáció molekuláris hidrogén felszabadulásával - bizonyos típusú klostrídiumok, Stickland fermentáció

metán fermentáció - pl. Methanobacterium

A táplálkozás típusai a mikroorganizmusokban

Az autotrófok (kemolitotrófok, fotolitotrófok) a levegőben lévő szén-dioxidból (CO2) nyerik ki a szenet, és bizonyos ásványi vegyületek oxidációja (kemoszintézis) vagy napenergia (fotoszintézis) során felszabaduló energia felhasználásával szerves anyagokat hoznak létre. A kemoszintézis jelenségét a kemolitotrófokban először S. N. Vinogradsky orosz mikrobiológus állapította meg (1887), miközben színtelen kénbaktériumokat, nitrifikáló és más mikroorganizmusokat vizsgált. Az oxidatív reakciók során keletkező energiát ezután a baktériumok a szén asszimilálására és szerves anyagok létrehozására használják fel.

A fotolitotrófok (kék-zöld algák, lila kénbaktériumok és más mikrobák) fotoszintetikus képességgel rendelkeznek, mivel pigmenteket (festékeket) tartalmaznak. A fotolitotrófok pigmentjei összetételükben közel állnak a zöld növények klorofilléhez. A fotobaktériumok a növényekhez hasonlóan szerves anyagokat hoznak létre a szén-dioxidból származó szén és a napenergia felhasználásával. Az autotrófok tisztán ásványi környezetben fejlődhetnek, nem képesek az összetettebb szénvegyületeket asszimilálni, ezért nem patogének az állatok számára.

Energiaforrások

A baktériumok számára leginkább hozzáférhető szénforrások a szénhidrátok és az aminosavak, amelyeket figyelembe vesznek a tápközegek elkészítésekor.

Autotrófia. Az autotrófok táplálkozási igényei [görögből. auto, self, + trohe, bakteriális táplálkozás korlátozott; Növekedésükhöz elegendő nitrogént és egyéb ásványi elemeket tartalmazó szervetlen vegyületeket hozzáadni a környezethez. A lutotróf baktériumok szén-dioxidot vagy karbonátokat használnak szénforrásként. Az ilyen baktériumok képesek az összes szükséges vegyületet egyszerű anyagokból szintetizálni. Ide tartoznak a foto- és kemotróf (kemoszintetizáló) baktériumok, amelyek az elektromágneses sugárzást (fényt) használják energiaforrásként, vagy a redox reakciók energiáját olyan szubsztrátokkal, amelyek táplálkozási forrásként szolgálnak számukra. Az autotrófok között nem találtunk orvosi jelentőségű fajt.

A nitrogénre a baktériumoknak aminosavak (fehérjék), purin és piriminoid nukleotidok, valamint egyes vitaminok szintéziséhez van szükségük. Mivel a nitrogén minden élő szervezetben redukált formában van jelen, a nitrogén minden ásványi formáját, amely nagyobb oxidációval rendelkezik, mint az ammónia, redukálni kell.

Számos mikroorganizmus csak szerves vegyületekből (aminoheterotrófokból) képes nitrogént hasznosítani. A mikroorganizmusok egy része szervetlen formák (aminoautotrófok) formájában asszimilálja a nitrogént. Sok mikroorganizmus azonban képes szerves és ásványi nitrogént is felhasználni.

Szervetlen nitrogén használata

A természetben az ásványi nitrogénatomok különböző oxidációs fokban léteznek: az N5+-tól (N205, nitrogén-anhidrid) az N3-ig (NH3, ammónia). Az ásványi nitrogénvegyületek baktériumok általi emészthetőségét az ammóniává való átalakulásuk egyszerűsége határozza meg, mivel ez a nagy molekulatömegű szerves nitrogénvegyületek legegyszerűbb előanyaga. Ebben a baktériumcsoportban két eltérő irányú folyamat lehetséges: az asszimiláció (a nitrogén ásványi formáinak szerves anyaggá való megkötése) és a disszimiláció (a nitrogén gáznemű formáinak felszabadulása).

Az asszimilációs folyamatok. A nitrogén ásványi formáinak megkötése a nitrogénkötés, az ammónia asszimiláció és az asszimilációs nitrátredukció során történik.

Nitrogén rögzítés. A nitrogénmegkötő baktériumok (például Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella stb.) képesek a légköri levegő nitrogénjét hasznosítani, és egy speciális enzim (nitrogenáz) segítségével ammóniummá redukálni a nitrogénkötésnek nevezett folyamat során.

Ammónia asszimiláció. A legtöbb baktérium ammóniát szív fel az ammónia asszimilációja során. Az ammóniumot tartalmazó táptalajon szaporodó baktériumok közvetlenül beépíthetik szerves vegyületekbe. Emlékeztetni kell arra, hogy szervetlen ammóniumsók fogyasztása után anionok (SO4, Cl, H3PO4 stb.) halmozódnak fel a közegben, csökkentve a táptalaj pH-ját, ami lassítja a haszonnövények növekedését. A szerves savak ammóniumsói kevésbé savanyítják a környezetet, és kedvezőbbek a baktériumok szaporodásának.

Asszimilatív nitrát redukció. A baktériumok és gombák túlnyomó többsége a növényekhez hasonlóan asszimilálja a nitrátot az asszimilatív nitrátredukció során. Az első szakaszban a nitrátok nitritté redukálódnak, ezeknek az átalakulásoknak a ciklusát egy specifikus enzim - az asszimilációs nitrát-reduktáz B - katalizálja. A második szakasz a nitrit-reduktáz által katalizált redukciós reakciók komplexe, amely ammónia képződéséhez vezet. amelyet a sejt aminosavainak és egyéb nitrogéntartalmú komponenseinek szintézisére használnak.

A tápanyagellátás mechanizmusa

Az exo-enzimek a sejtmembrán külső részén lokalizálódnak. Baktériumokban az E. kikerülhet a külső környezetbe, vagy a sejtfal és a sejtmembrán között helyezkedhet el.

Az enzimek osztályozása.

Jelenleg több mint 2000 enzim ismeretes, ezért szükség van ezek tudományosan megalapozott osztályozására. A Nemzetközi Biokémiai Unió speciális bizottsága által kidolgozott osztályozás (1961) szerint minden enzim hat osztályba sorolható: océnreduktázok, transzferázok, hidrolázok, liázok, izomerázok, ligázok vagy szintetázok.

Az oxidoreduktázok redox enzimek. Felgyorsítják a különböző anyagok redukciós és oxidációs folyamatait, és fontos szerepet játszanak a mikrobák légzési folyamataiban. Ez a csoport számos, több mint 200 enzimet foglal magában. Itt van néhány közülük.

A dehidrogenázok olyan enzimek, amelyek úgy hajtják végre a biológiai oxidáció folyamatát, hogy eltávolítják a hidrogént a donor szubsztrátból, és oxigénhez vagy más akceptorhoz juttatják. Vannak aerob és anaerob dehidrogenázok. Az aerob dehidrogenázok a hidrogént közvetlenül a molekuláris oxigénnek és más rendszereknek is átadják. Az anaerob dehidrogenázok kölcsönhatásba lépnek a szubsztrátummal, elvonják onnan a hidrogént és átadják az akceptornak, de nem a levegő oxigénjének. A citokróm-oxidázok elektrontranszfer enzimek. A citokróm-oxindáz aktiválja a molekuláris oxigént, és segítségével oxidálja a redukált citokrómot, amelynek aktív csoportja a hemin. A kataláz az aerob mikrobák sejtjeiben található, és a hem enzimek csoportjába tartozik, amelyek molekulájában vasat tartalmaznak, amely elektronokat veszíthet (oxidálódik). Amikor a kataláz a hidrogén-peroxidra hat, az redukálódik, és víz és molekuláris oxigén képződik. A peroxidáz egyes mikrobákban található, aktiválja a hidrogén-peroxidból származó oxigént, és felgyorsítja a különböző szerves vegyületek oxidációját.

A hidrolízisek olyan enzimek, amelyek felgyorsítják a hidrolízis reakcióit, vagyis az összetett anyagok egyszerűbbre bontásának folyamatát molekulák, víz hozzáadásával. Számos mikroorganizmusban megtalálhatók. A hidrolázok több mint 200 enzimet tartalmaznak. Ebbe a csoportba tartoznak: észterázok, amelyek lebontják a szerves savak és alkoholok által képződött észtereket; foszfatázok, amelyek az alkoholok és a foszforsav által képzett észtereket hidrolizálják; glükozidázok, amelyek a szénben lévő glükozid kötéseket hasítják és származékaik; peptidázok; a peptidkötések hidrolízisének felgyorsítása a fehérjékben; amidázok, amelyek felgyorsítják az amidok, aminosavak és más vegyületek hidrolízisét.

A liázok olyan enzimek, amelyek nem hidrolitikus módon (szén és oxigén, nitrogén, kén, halogén reakciója) lehasítanak egy vagy másik csoportot a szubsztrátokról. Ez az osztály körülbelül 90 enzimet foglal magában. Ezek közül a legfontosabbak a karboxiláz, aldehid-liáz (aldoláz) stb.

Az izomerázok olyan enzimek, amelyek felgyorsítják a hidrogén-, foszfor- és kettőskötések molekuláin belüli mozgását, ami fontos az anyagcserében. Ebbe a csoportba tartozik a foszfohexoizomeráz, trióz foszfotizomeráz stb.

A ligázok vagy szintetázok olyan enzimek, amelyek a pirofoszfor kötések (ATP-ben vagy más energiadús pirofoszfátokban) felbomlása miatt felgyorsítják az összetett vegyületek szintézisét az egyszerűbbekből. A ligázok fontos szerepet játszanak a fehérjék, nukleinsavak, zsírsavak és más vegyületek szintézisében. Ez az osztály körülbelül 100 enzimet foglal magában. Ennek a csoportnak a képviselői az aszparagin-szintetáz, a glutamipszintetáz stb.