მიკროორგანიზმების ფიზიოლოგია. ბაქტერიების სუნთქვა, სუნთქვის სახეები

მიკროორგანიზმების ფიზიოლოგია სწავლობს მიკრობების განვითარების, კვების, ენერგეტიკული ცვლის და სხვა სასიცოცხლო პროცესების თავისებურებებს სხვადასხვა გარემო პირობებში.

მიკროორგანიზმების კვება

მიკრობები იკვებებიან წყალში გახსნილი საკვები ნივთიერებების დიფუზიით გარსის და მემბრანის მეშვეობით. უხსნადი რთული ორგანული ნაერთები წინასწარ იშლება უჯრედის გარეთ, მიკრობების მიერ სუბსტრატში გამოყოფილი ფერმენტების დახმარებით.

კვების მეთოდის მიხედვით იყოფა ავტოტროფებად და ჰეტეროტროფებად.

ავტოტროფებიშეუძლია ორგანული ნაერთების სინთეზირება არაორგანული ნივთიერებებისგან (ძირითადად ნახშირორჟანგი, არაორგანული აზოტი და წყალი). როგორც ენერგიის წყაროს სინთეზისთვის, ეს მიკრობები იყენებენ სინათლის ენერგიას (ფოტოსინთეზი) ან ჟანგვითი რეაქციების ენერგიას (ქიმიოსინთეზი).

ყველა მეტაბოლური რეაქცია მიკრობულ უჯრედში ხდება ბიოლოგიური კატალიზატორების დახმარებით - ფერმენტები.ფერმენტების უმეტესობა შედგება ცილოვანი ნაწილისა და პროთეზირების არაცილოვანი ჯგუფისგან. პროთეზირების ჯგუფში შეიძლება იყოს ლითონები, როგორიცაა რკინა, სპილენძი, კობალტი, თუთია, ასევე ვიტამინები ან მათი წარმოებულები. ზოგიერთი ფერმენტი შედგება მხოლოდ მარტივი ცილებისგან. ფერმენტები სპეციფიკურია და მოქმედებს მხოლოდ ერთ კონკრეტულ ნივთიერებაზე. ამრიგად, თითოეული მიკროორგანიზმი შეიცავს ფერმენტების მთელ კომპლექსს და ზოგიერთ ფერმენტს შეუძლია გათავისუფლება გარეთ, სადაც ისინი მონაწილეობენ რთული ორგანული ნაერთების ასიმილაციის მომზადებაში. მიკროორგანიზმების ფერმენტები გამოიყენება კვების და სხვა ინდუსტრიებში.

წყალი. მიკრობული უჯრედი 75-85% წყლისგან შედგება. წყლის უმეტესი ნაწილი გვხვდება უჯრედის ციტოპლაზმაში თავისუფალ მდგომარეობაში. ყველა ბიოქიმიური მეტაბოლური პროცესი წყალში ხდება ამ ნივთიერებების გამხსნელიც, ვინაიდან საკვები ნივთიერებები უჯრედში მხოლოდ ხსნარის სახით ხვდება, ხოლო მეტაბოლური პროდუქტებიც უჯრედიდან ამოღებულია წყლით. უჯრედში არსებული წყლის ნაწილი შეკრულ მდგომარეობაშია და ზოგიერთი ფიჭური სტრუქტურის ნაწილია. ბაქტერიულ და სოკოვან სპორებში თავისუფალი წყლის რაოდენობა მცირდება 50%-მდე ან ნაკლები. შეკრული წყლის მნიშვნელოვანი დაკარგვით, მიკრობული უჯრედი კვდება.

ორგანული ნივთიერებებიმიკრობული უჯრედები წარმოდგენილია ცილებით (6-14%), ცხიმებით (1-4%), ნახშირწყლებით, ნუკლეინის მჟავებით.

- ნებისმიერი ცოცხალი უჯრედის მთავარი პლასტიკური მასალა, მათ შორის მიკრობული. პროტეინები ქმნიან ციტოპლაზმის საფუძველს და წარმოადგენს უჯრედის მემბრანის და ზოგიერთი უჯრედული სტრუქტურის ნაწილს. ისინი ასრულებენ ძალიან მნიშვნელოვან კატალიზურ ფუნქციას, რადგან ისინი იმ ფერმენტების ნაწილია, რომლებიც მიკრობული უჯრედის მეტაბოლურ რეაქციებს ახდენენ.

მიკრობული უჯრედები შეიცავს დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას (დნმ) და რიბონუკლეინის მჟავას (რნმ). დნმ ძირითადად გვხვდება უჯრედის ბირთვში ან ნუკლეოტიდებში, რნმ გვხვდება ციტოპლაზმაში და რიბოსომებში, სადაც ის მონაწილეობს ცილის სინთეზში.

სხვადასხვა მიკროორგანიზმების ცხიმის შემცველობა ზოგიერთ საფუარში და ყალიბში 6-10-ჯერ მეტია, ვიდრე ბაქტერიებში. ცხიმები (ლიპიდები) არის უჯრედის ენერგეტიკული მასალა. ლიპოპროტეინების სახით ცხიმები ციტოპლაზმური მემბრანის ნაწილია, რომელიც მნიშვნელოვან ფუნქციას ასრულებს უჯრედების გარემოსთან გაცვლაში. ცხიმები შეიძლება იყოს ციტოპლაზმაში გრანულების ან წვეთების სახით.

ნახშირწყლები მემბრანების, კაფსულების და ციტოპლაზმის ნაწილია. ისინი წარმოდგენილია ძირითადად რთული ნახშირწყლებით - პოლისაქარიდებით (სახამებელი, დექსტრინი, გლიკოგენი, ბოჭკოვანი) და შეიძლება შერწყმული იყოს ცილებთან ან ლიპიდებთან. ნახშირწყლები შეიძლება იყოს დეპონირებული ციტოპლაზმაში გლიკოგენის მარცვლების სახით, როგორც სარეზერვო ენერგიის მასალა.

(ფოსფორი, ნატრიუმი, მაგნიუმი, ქლორი, გოგირდი და ა.შ.) მიკრობული უჯრედის ცილების და ფერმენტების ნაწილია, ისინი აუცილებელია ნივთიერებათა ცვლისათვის და ნორმალური უჯრედშიდა ოსმოსური წნევის შესანარჩუნებლად.

აუცილებელია მიკროორგანიზმების ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. ისინი მონაწილეობენ მეტაბოლურ პროცესებში, რადგან ისინი მრავალი ფერმენტის ნაწილია. ვიტამინები, როგორც წესი, საკვებიდან უნდა მოდიოდეს, მაგრამ ზოგიერთ მიკრობს აქვს ვიტამინების სინთეზის უნარი, მაგალითად B 2 ან B 12.

მიკროორგანიზმების სუნთქვა

მიკრობული უჯრედის ნივთიერებების ბიოსინთეზის პროცესები ხდება ენერგიის ხარჯვით. მიკრობების უმეტესობა იყენებს ჰაერში ჟანგბადის შემცველი ქიმიური რეაქციების ენერგიას. ენერგიის გასათავისუფლებლად საკვები ნივთიერებების დაჟანგვის პროცესს სუნთქვა ეწოდება. ენერგია გამოიყოფა არაორგანული (ავტოტროფები) ან ორგანული (ჰეტეროტროფები) ნივთიერებების დაჟანგვის შედეგად.

აერობული მიკროორგანიზმები (აერობები)ისინი იყენებენ ორგანული ნივთიერებების ატმოსფერული ჟანგბადით დაჟანგვის დროს გამოყოფილ ენერგიას არაორგანული ნივთიერებების, ნახშირორჟანგის და წყლის წარმოქმნის მიზნით. აერობები მოიცავს ბევრ ბაქტერიას, სოკოს და ზოგიერთ საფუარს. ისინი ყველაზე ხშირად იყენებენ ნახშირწყლებს, როგორც ენერგიის წყაროს.

ანაერობული მიკროორგანიზმები (ანაერობები)ისინი არ იყენებენ ჟანგბადს სუნთქვისთვის, ისინი ცოცხლობენ და მრავლდებიან ჟანგბადის არარსებობის პირობებში, იღებენ ენერგიას დუღილის პროცესების შედეგად. ანაერობები არის ბაქტერიები Clostridium-ის გვარიდან (botulinum bacillus and perfringens bacillus), ბუტირის მჟავას ბაქტერიები და ა.შ.

ანაერობულ პირობებში ხდება ალკოჰოლური, რძემჟავა და ბუტირის მჟავა დუღილი, ხოლო გლუკოზის ალკოჰოლად, რძემჟავა ან ბუტირის მჟავად გადაქცევის პროცესი ხდება ენერგიის გამოყოფით. გამოთავისუფლებული ენერგიის დაახლოებით 50% გამოიყოფა სითბოს სახით, ხოლო დანარჩენი გროვდება ATP-ში (ადენოზინტრიფოსფორის მჟავა).

ზოგიერთ მიკროორგანიზმს შეუძლია იცხოვროს როგორც ჟანგბადის თანდასწრებით, ასევე მის გარეშე. გარემო პირობებიდან გამომდინარე, მათ შეუძლიათ გადაერთონ ანაერობული პროცესებიდან ენერგიის მისაღებად აერობულზე და პირიქით. ასეთ მიკროორგანიზმებს ე.წ ფაკულტატური ანაერობები.

ბაქტერიების სუნთქვა. ბაქტერიული უჯრედი იღებს სასიცოცხლო აქტივობისთვის აუცილებელ ენერგიას ბაქტერიული სუნთქვის პროცესში.

სუნთქვის ტიპის მიხედვით, ყველა მიკროორგანიზმი იყოფა ორ ჯგუფად: მიკრობები, რომლებშიც სუნთქვის პროცესი დაკავშირებულია ჰაერში თავისუფალი ჟანგბადის გამოყენებასთან და მიკროორგანიზმები, რომლებიც არ საჭიროებენ თავისუფალ ჟანგბადს, რაც კი საზიანოა მათთვის.

მიკროორგანიზმების პირველ ჯგუფს ეწოდება აერობები (აერობული სუნთქვის ტიპი); მეორე ჯგუფი არის ანაერობები (სუნთქვის ტიპი ანაერობულია).

ნახშირწყლების დაშლას უჟანგბადო პირობებში დუღილი ეწოდება. ფერმენტაციის პროცესის გამომწვევი მიკროორგანიზმების სახეობიდან გამომდინარე, ეს უკანასკნელი შეიძლება იყოს ალკოჰოლური, ძმარმჟავა და ა.შ. ეს ნიშნავს, რომ დუღილის პროცესში შეიძლება წარმოიქმნას ან ალკოჰოლი ან ძმარმჟავა და ა.შ.

ბაქტერიული ფერმენტები. ბაქტერიების კვების და სუნთქვის პროცესები აუცილებლად ხდება ფერმენტების - სპეციალური ცილოვანი ნივთიერებების მონაწილეობით. ფერმენტები, თუნდაც ყველაზე მცირე რაოდენობით, მნიშვნელოვნად აჩქარებენ შესაბამის ქიმიურ პროცესებს, თავად ბევრის შეცვლის გარეშე.

ფერმენტების გარეშე, კვების და სუნთქვის პროცესები შეიძლება მიმდინარეობდეს, მაგრამ ძალიან ნელა. ფერმენტები წარმოიქმნება მხოლოდ ცოცხალ უჯრედებში. ფერმენტების ერთი ჯგუფი არ არის დაკავშირებული მიკრობულ უჯრედთან და ისინი გამოიყოფა ბაქტერიების მიერ გარემოში. ამ ჯგუფის ფუნქციაა ის, რომ ფერმენტები ხელს უწყობენ რთული ნაერთების დაშლას უფრო მარტივ ნაერთებად, რომელთა მონელებაც შესაძლებელია. ფერმენტების კიდევ ერთი ჯგუფი (ეს არის უმრავლესობა) მდებარეობს ბაქტერიული უჯრედის შიგნით და უკავშირდება მას.

გარდა ამისა, არსებობს ფერმენტები, რომლებიც ჩნდებიან ბაქტერიებში შეცვლილ კვების პირობებთან ადაპტაციის პროცესში.

ფერმენტების დამახასიათებელი თვისებაა ის, რომ გარკვეული შემადგენლობის ან ჯგუფების ნივთიერებებზე გავლენას ახდენს საკუთარი ფერმენტი. ამრიგად, არსებობს ფერმენტები რთული ნახშირბადის ნაერთების (შაქარი), ცილების, ცხიმების და ა.შ.

ბაქტერიების ზრდა და რეპროდუქცია. ბაქტერიული უჯრედის ზრდის პროცესი გამოიხატება მისი ზომის ზრდით. ეს პროცესი ძალიან სწრაფად ხდება - რამდენიმე წუთში.

მას შემდეგ, რაც ბაქტერიები სრულწლოვანებამდე მიდიან, გამრავლების პროცესი იწყება მარტივი განივი დაყოფით. ხელსაყრელ პირობებში (საკმარისი კვება, ხელსაყრელი ტემპერატურა) ბაქტერიული უჯრედი იყოფა ყოველ 50-30 წუთში. გამოთვლილია, რომ თუ ბაქტერიები შეუფერხებლად გამრავლდებიან, მაშინ 5 დღეში ერთი უჯრედიდან წარმოიქმნება ცოცხალი მასა, რომელიც შეავსებს ყველა ზღვას და ოკეანეს. მაგრამ ასეთი რეპროდუქცია მოითხოვს, როგორც ზემოთ აღინიშნა, მთელი რიგი ხელსაყრელი პირობები, რომლებიც არ არსებობს გარე გარემოში.

ბაქტერიების ქიმიური შემადგენლობა. ბაქტერიული უჯრედი შეიცავს დიდი რაოდენობით წყალს - უჯრედის მასის 75-85%. დარჩენილი 15% არის მშრალი ნარჩენი, რომელიც შეიცავს ცილებს, ნახშირწყლებს, ცხიმებს, მარილებს და სხვა ნივთიერებებს.

ბაქტერიული ცილები არის რთული ცილები, რომლებიც შედგება სხვადასხვა ქიმიური ნაერთებისგან. ეს ქიმიკატები აუცილებელია ბაქტერიული უჯრედის სიცოცხლისთვის.

ცილების გარდა, ბაქტერიების მშრალ ნარჩენს შეიცავს ნახშირწყლები (12-28%) და ნუკლეინის მჟავები.

მშრალ ნარჩენებში შემავალი ცხიმის რაოდენობა შეიძლება განსხვავდებოდეს. ბაქტერიების ზოგიერთ ფორმაში ცხიმის შემცველობა მშრალი ნარჩენების 1/3-ს აღწევს, ძირითადად, ცხიმები გარსის ნაწილია, რაც განსაზღვრავს მის თვისებებს.

ბაქტერიული უჯრედის აუცილებელი კომპონენტია მინერალური მარილები, რომლებიც შეადგენენ უჯრედის მთლიანი მასის დაახლოებით ნახევარს. , სილიციუმი, გოგირდი, ქლორი და რკინა.

გარემო პირობებიდან გამომდინარე, ბაქტერიების ქიმიური შემადგენლობა შეიძლება შეიცვალოს როგორც რაოდენობრივად, ისე ხარისხობრივად.

ბაქტერიების კვება. ბაქტერიების კვება ძალიან რთული პროცესია, რომელიც ხდება გარკვეული საკვები ნივთიერებების უწყვეტი შეღწევის გამო ნახევრად გამტარი მემბრანის მეშვეობით და უჯრედიდან მეტაბოლური პროდუქტების გამოყოფის გამო.

ვინაიდან ბაქტერიული მემბრანა გაუვალია ცილებისა და სხვა რთული ნაერთების მიმართ, რომლებიც აუცილებელია უჯრედის კვებისათვის, ეს ნივთიერებები შეიწოვება ფერმენტების მიერ მონელების შემდეგ.

უჯრედებში და გარემოში მარილის კონცენტრაციის სწორ თანაფარდობას დიდი მნიშვნელობა აქვს ბაქტერიების ნორმალური კვებისათვის. ყველაზე ხელსაყრელი კვებითი პირობები იქმნება, როდესაც მარილების კონცენტრაცია გარემოში უდრის 0,5% ნატრიუმის ქლორიდის ხსნარს.

ნატრიუმის ქლორიდის 2-10%-იანი ხსნარის ზემოქმედებისას ბაქტერიული უჯრედი იკუმშება – დეჰიდრატაცია, რაც მას რეპროდუცირებას არ ახერხებს. ეს არის მარილის გამოყენებით საკვების შენარჩუნების მეთოდის საფუძველი.

ბაქტერიებს სჭირდებათ ჟანგბადი, წყალბადი, ნახშირბადი და აზოტი საკუთარი თავის გამოსაკვებად. ამ ნივთიერებების მიწოდების წყარო შეიძლება იყოს წყალი, ჰაერი და ა.შ.

ზემოთ ჩამოთვლილი ნორმალური საკვები ნივთიერებების გარდა, ბაქტერიების ზრდისთვის საჭიროა სპეციალური ქიმიური ნაერთები.

დადგენილია, რომ სტრეპტოკოკის ზოგიერთი სახეობა საერთოდ არ იზრდება B ვიტამინის არარსებობის შემთხვევაში.

პიგმენტის ფორმირება. ზოგიერთი სახის ბაქტერიას და სოკოს აქვს უნარი წარმოქმნას სხვადასხვა შეღებვადი ნივთიერებები - პიგმენტები. ამ უნარის უმეტესი ნაწილი ფლობს ბაქტერიებს, რომლებიც გვხვდება ნიადაგში, ჰაერში და წყალში. მიკრობების ეს ხარისხი განსაკუთრებით მკაფიოდ ვლინდება ლაბორატორიულ პირობებში. მყარ საკვებ გარემოზე გამრავლებისას ბაქტერიები ქმნიან კოლონიებს, რომლებიც სხვადასხვა პიგმენტების წყალობით ფერადდება: წითელი, თეთრი, მეწამული, ოქროსფერი და ა.შ.

დადგენილია, რომ პიგმენტის წარმოქმნის საუკეთესო პირობებია ჟანგბადის, სინათლისა და ოთახის ტემპერატურის საკმარისი ხელმისაწვდომობა.

ითვლება, რომ მიკრობებში შემავალი პიგმენტები ასრულებენ დამცავ ფუნქციას მზის მავნე ზემოქმედებისგან; გარდა ამისა, ისინი გარკვეულ როლს ასრულებენ სუნთქვის პროცესებში.

ბზინვარება. ბუნებაში არსებობს მიკრობები, მათ შორის ბაქტერიები, რომლებიც სასიცოცხლო მოქმედების დროს ქმნიან ნივთიერებებს, რომლებიც ანათებენ ჰაერში ჟანგბადთან შერწყმისას. ასეთი მიკრობების განვითარებით აიხსნება ბრჭყვიალა დამპალი სოკოების, ზღვის ზედაპირის და ა.შ. ასეთი მანათობელი მიკრობები არ არის პათოგენური ადამიანისთვის.

სუნების ფორმირება. მიკრობების სუნის წარმოქმნის უნარი (არომატის წარმოქმნა) აიხსნება სპეციალური აქროლადი ნივთიერებების არსებობით, რომლებიც ქიმიური ბუნებით ახლოს არიან ეთერებთან (ეთერის მსგავსი ნივთიერებები). კვების მრეწველობაში ყველის, კარაქის, ღვინის და სხვა პროდუქტების დასამზადებლად გამოიყენება გემოს გამომწვევი სხვადასხვა ბაქტერია.

ადამიანისათვის პათოგენურ და ლაბორატორიულ პირობებში გაზრდისას სუნს გამოყოფს ბაქტერიებს შორის შეიძლება დავასახელოთ ტუბერკულოზის ბაცილი, რომლის სუნიც ახლოსაა თაფლის სურნელთან და ა.შ.

მიკრობული შხამები. მიკრობები ადამიანის ორგანიზმში მოხვედრისას და იქ გამრავლებით წარმოქმნიან ნივთიერებებს, რომლებიც უარყოფითად მოქმედებს ნერვულ სისტემაზე, გულსა და შინაგან ორგანოებზე. ამ მავნე ნივთიერებებს ტოქსინებს უწოდებენ. მიკრობული ტოქსინები ცნობილი ყველაზე ძლიერი შხამებია. მათმა მცირე რაოდენობამაც კი შეიძლება მოახდინოს ტოქსიკური ეფექტი სხეულზე. ბევრ ინფექციურ დაავადებაში დაფიქსირებული დაზიანებები დაკავშირებულია მიკრობული ტოქსინების მოქმედებასთან. თითქმის ყველა პათოგენურ მიკრობს აქვს ტოქსინები. არსებობს ორი სახის ტოქსინები: ეგზოტოქსინები და ენდოტოქსინები.

ეგზოტოქსინები არის შხამები, რომლებიც ადვილად იშლება მიკრობული უჯრედებიდან გარემოში.

ეგზოტოქსინები შედარებით დაბალი მდგრადობით ხასიათდებიან და ადვილად ნადგურდებიან სითბოს, სინათლისა და სხვადასხვა ქიმიკატების გავლენის ქვეშ. ეგზოტოქსინების დამახასიათებელი თვისებაა მათი მოქმედება უკიდურესად მცირე დოზებში.

მიკრობული ეგზოტოქსინები ყველაზე ძლიერია. მაგალითად, 0,00001 მლ ტეტანუსის ტოქსინი იწვევს ლეიკორეას თეთრ თაგვში, ხოლო ბოტულიზმის მიკრობის ტოქსინი მოქმედებს უფრო მცირე დოზით.

ენდოტოქსინები მყარად არის მიბმული მიკრობული უჯრედის სხეულთან და გამოიყოფა მხოლოდ მიკრობული სხეულის განადგურების შემდეგ. ეგზოტოქსინებისაგან განსხვავებით, ენდოტოქსინები ორგანიზმში იწვევენ მოწამვლის შემდეგ ნიშნებს: თავის ტკივილს, სისუსტეს, ქოშინი და ა.შ. ენდოტოქსინები უფრო სტაბილურია ვიდრე ეგზოტოქსინები, ზოგიერთს უძლებს დუღილსაც. მათი ტოქსიკურობა ორგანიზმებისთვის საგრძნობლად ნაკლებია, ვიდრე ეგზოტოქსინების.

ყველა პათოგენურ მიკრობს აქვს ენდოტოქსინები; ეგზოტოქსინებს გამოიმუშავებს მხოლოდ ზოგიერთი მათგანი - დიფტერიის ბაცილი, სტაფილოკოკი, ბოტულიზმის ბაქტერია.

მიკრობული ცვალებადობა. ბუნებრივ პირობებში მიკრობებზე მუდმივად მოქმედებს მრავალი ფაქტორი, რომელიც განსაზღვრავს ცვალებადობის პროცესს. ეს ფაქტორები, გარდა კვებისა და ტემპერატურისა, მოიცავს მიკრობული ანტაგონიზმის ფენომენს და ადამიანისა და ცხოველის ორგანიზმის შიდა გარემოს გავლენას.

გარემოსთან მჭიდრო კონტაქტის და ინტენსიური გამრავლების გამო მიკროორგანიზმები სწრაფად ეგუებიან ახალ პირობებს და შესაბამისად იცვლება მათი საწყისი თვისებები. მაგალითად, გეიზერების ცხელი წყალი შეიცავს ბაქტერიებს, რომლებიც წარმოიქმნება როგორც სახეობა გარემო პირობების გავლენის ქვეშ. ზოგიერთი პათოგენური მიკრობი, სამკურნალო ნივთიერებებთან ურთიერთობისას, შეიძლება გახდეს რეზისტენტული მათ მიმართ. ამრიგად, ორგანიზმის სიცოცხლისთვის დიდი მნიშვნელობა აქვს არსებობის პირობებს, რომელთა შეცვლით (კვება, ტემპერატურა, ტენიანობა და ა.შ.) შეიძლება მოხდეს მიკროორგანიზმის ბუნების შესაბამისი ცვლილებები.

ცვალებადობა დამახასიათებელია ყველა სახის მიკროორგანიზმებისთვის. მიკრობების ცვალებადობის ერთ-ერთი მიზეზი არის ბაქტერიოფაგი.

ბაქტერიოფაგები ცოცხალი ორგანიზმებია, რომლებიც მრავლდებიან მხოლოდ გარედან მიკრობული უჯრედში შეღწევისას. მიკრობების ორგანიზმის გარეთ ბაქტერიოფაგები არ მრავლდებიან, მაგრამ მიძინებულ მდგომარეობაში არიან. ბაქტერიოფაგის მოქმედება მიკრობულ უჯრედზე ასეთია: მიკრობული უჯრედის გარშემო მყოფი ბაქტერიოფაგები თანდათან შედიან შიგნით და მრავლდებიან. ბაქტერიოფაგის გამრავლების სიჩქარე დამოკიდებულია ბევრ პირობაზე: მიკრობის ბუნებაზე, არსებობის პირობებზე და ა.შ. 1-3 საათის შემდეგ მიკრობული უჯრედის შიგნით წარმოიქმნება მრავალი ახალი ბაქტერიოფაგი, ამ უჯრედის გარსი იშლება და მისგან ცვივა ბაქტერიოფაგების მთელი მასა.

როდესაც ბაქტერიოფაგი მიკრობთან ურთიერთობს, ეს უკანასკნელი ყოველთვის კვდება. თუ ბაქტერიოფაგის აქტივობა არასაკმარისია, ცალკეული მიკრობული უჯრედები გადარჩება და წარმოშობს ახალი მიკრობული უჯრედების ზრდას, რომლებიც უკვე რეზისტენტულია ამ ბაქტერიოფაგის მიმართ.

ბაქტერიოფაგის გავლენით მიკრობები ცვლიან თვისებებს: კარგავენ პათოგენურ უნარს, კარგავენ კაფსულას და ა.შ.

თითოეული ტიპის პათოგენური მიკრობისთვის არის საკუთარი ბაქტერიოფაგი, მაგალითად, დიზენტერია, ტიფოიდი, სტაფილოკოკური.

სინათლის, ჰაერის ჟანგბადის, სითბოს გავლენით ბაქტერიოფაგი 1-2 თვეში კარგავს აქტივობას. ულტრაიისფერი სხივები 15 წუთში ანადგურებს ბაქტერიოფაგებს. ბაქტერიოფაგების სწრაფი განადგურება ხდება მჟავე გარემოში.

ბაქტერიოფაგები გვხვდება ყველგან, სადაც ბაქტერიებია. სხვადასხვა ბაქტერიოფაგები გვხვდება ჩამდინარე წყლებში, მდინარის წყალში, ადამიანისა და ცხოველის სეკრეციაში და სხვა ობიექტებში.

მიკროორგანიზმების სუნთქვა

ზემოთ აღწერილი საკვების ასიმილაციის პროცესები ხდება ენერგიის ხარჯვით. ენერგიის მოთხოვნილება უზრუნველყოფილია ენერგეტიკული ცვლის პროცესებით, რომელთა არსი არის ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვა, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა. შედეგად მიღებული დაჟანგვის პროდუქტები გამოიყოფა გარემოში.

სქემატურად, ჟანგვა-აღდგენითი რეაქცია ფერმენტ დეჰიდროგენაზას მონაწილეობით შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

AN 2 + V - A + VN 2 + ენერგია

მიკროორგანიზმების ენერგიის მიღების გზები მრავალფეროვანია.

1861 წელს ფრანგმა მეცნიერმა ლ. პასტერმა პირველად გაამახვილა ყურადღება მიკროორგანიზმების უნიკალურ უნარზე, განვითარდნენ ჟანგბადის წვდომის გარეშე, მაშინ როცა ყველა მაღალ ორგანიზმს - მცენარეს და ცხოველს - შეუძლია მხოლოდ ჟანგბადის შემცველ ატმოსფეროში ცხოვრება.

ამ კრიტერიუმიდან გამომდინარე (სუნთქვის სახეები) ლ.პასტერმა მიკროორგანიზმები დაყო ორ ჯგუფად - აერობებად და ანაერებად.

აერობებიენერგიის მისაღებად ორგანული მასალა იჟანგება ატმოსფერული ჟანგბადით. ეს მოიცავს სოკოებს, ზოგიერთ საფუარს, ბევრ ბაქტერიას და წყალმცენარეებს. ბევრი აერობი მთლიანად ჟანგავს ორგანულ ნივთიერებებს, ათავისუფლებს CO 2 და H 2 O როგორც საბოლოო პროდუქტი, ეს პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგი განტოლებით.

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

ანაერობებიარის მიკროორგანიზმები, რომლებსაც შეუძლიათ სუნთქვა თავისუფალი ჟანგბადის გამოყენების გარეშე. მიკროორგანიზმებში სუნთქვის ანაერობული პროცესი ხდება წყალბადის სუბსტრატიდან მოცილების გამო. ტიპიური ანაერობული რესპირატორული პროცესები ე.წ ფერმენტაციები. ამ ტიპის ენერგიის წარმოების მაგალითებია ალკოჰოლური, რძემჟავა და ბუტირის მჟავა ფერმენტაციები. მოდით შევხედოთ ალკოჰოლური დუღილის მაგალითს:

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

ანაერობული მიკროორგანიზმების თანაფარდობა ჟანგბადთან განსხვავებულია. ზოგიერთი მათგანი საერთოდ არ იტანს ჟანგბადს და ე.წ დავალდებულება,ან მკაცრი,ანაერობები. მათ შორისაა ბუტირის მჟავას ფერმენტაციის პათოგენები, ტეტანუსის ბაცილი და ბოტულიზმის პათოგენები. სხვა მიკრობები შეიძლება გაიზარდოს როგორც აერობულ, ასევე ანაერობულ პირობებში. მათ ეძახიან - სურვილისამებრ,ან პირობითი ანაერობები;ეს არის რძემჟავა ბაქტერიები, Escherichia coli, Proteus და ა.შ.

მიკროორგანიზმების ფერმენტები

ფერმენტები- ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ კატალიზური გავლენა ბიოქიმიური რეაქციების სიჩქარეზე. ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მიკროორგანიზმების ცხოვრებაში. ფერმენტები აღმოაჩინეს 1814 წელს რუსმა აკადემიკოსმა კ.

სხვა კატალიზატორების მსგავსად, ფერმენტები მონაწილეობენ ნივთიერებების ტრანსფორმაციის რეაქციებში მხოლოდ შუამავლების სახით. ისინი არ მოიხმარენ რაოდენობრივად რეაქციებში. მიკროორგანიზმების ფერმენტებს აქვთ მთელი რიგი თვისებები:

1) 40-50ºC-მდე ტემპერატურაზე ფერმენტული რეაქციის სიჩქარე იზრდება, მაგრამ შემდეგ სიჩქარე ეცემა და ფერმენტი წყვეტს მოქმედებას. 80°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე თითქმის ყველა ფერმენტი შეუქცევადად ინაქტივირებულია.

2) ქიმიური ბუნებით ფერმენტები არის ერთკომპონენტიანი, რომელიც შედგება მხოლოდ ცილისგან და ორკომპონენტიანი, რომელიც შედგება ცილოვანი და არაცილოვანი ნაწილებისგან. მთელი რიგი ფერმენტების არაცილოვანი ნაწილი წარმოდგენილია ამა თუ იმ ვიტამინით.

3) ფერმენტის აქტივობაზე დიდ გავლენას ახდენს გარემოს pH. ზოგიერთი ფერმენტისთვის მჟავე გარემო საუკეთესოა, ზოგისთვის ის ნეიტრალური ან ოდნავ ტუტეა.

4) ფერმენტები ძალიან აქტიურია. ამრიგად, კატალაზას მოლეკულა წუთში ანადგურებს წყალბადის ზეჟანგის 5 მილიონ მოლეკულას, ხოლო 1 გ ამილაზა ხელსაყრელ პირობებში გარდაქმნის 1 ტონა სახამებელს შაქარში.

5) თითოეულ ფერმენტს აქვს მოქმედების მკაცრი სპეციფიკა, ანუ კომპლექსურ მოლეკულებში ან მხოლოდ გარკვეულ ნივთიერებებში მხოლოდ გარკვეულ ობლიგაციებზე ზემოქმედების უნარი. მაგალითად, ამილაზა იწვევს მხოლოდ სახამებლის დაშლას, ლაქტაზა - რძის შაქარი, ცელულაზა - ცელულოზა და ა.შ.

6) მოცემული მიკროორგანიზმის თანდაყოლილი და მისი უჯრედის კომპონენტებში შემავალი ფერმენტები ე.წ. კონსტიტუციური. არსებობს კიდევ ერთი ჯგუფი - ფერმენტები ინდუქციური(ადაპტური), რომლებიც წარმოიქმნება უჯრედის მიერ მხოლოდ მაშინ, როდესაც გარემოს ემატება ნივთიერება (ინდუქტორი), რომელიც ასტიმულირებს ამ ფერმენტის სინთეზს. ამ პირობებში მიკროორგანიზმი ასინთეზირებს ფერმენტს, რომელიც მას არ გააჩნდა.

7) მათი მოქმედების ხასიათის მიხედვით ფერმენტები იყოფა ეგზოენზიმები, რომლებიც უჯრედის მიერ გამოიყოფა გარე გარემოში და ენდოენზიმები, რომლებიც მყარად არიან დაკავშირებული უჯრედის შიდა სტრუქტურებთან და მოქმედებენ მის შიგნით.

8) მიუხედავად იმისა, რომ ფერმენტები წარმოიქმნება უჯრედის მიერ, მისი სიკვდილის შემდეგაც კი ისინი დროებით რჩებიან აქტიურ მდგომარეობაში და შეიძლება მოხდეს ავტოლიზი(ბერძნულიდან autos - თავისთავად, lysis - დაშლა) - უჯრედის თვითდაშლა ან თვითმონელება საკუთარი უჯრედშიდა ფერმენტების გავლენით.

ამჟამად ცნობილია 1000-ზე მეტი ფერმენტი. ფერმენტები იყოფა 6 კლასად:

1 კლასი- ოქსიდორედუქტაზები - მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მიკროორგანიზმების დუღილისა და სუნთქვის პროცესებში, ანუ ენერგეტიკულ მეტაბოლიზმში.

მე-2 კლასი- ტრანსფერაზები (გადაცემის ფერმენტები) ახდენენ რეაქციების კატალიზებას, რომლებიც ატომების ჯგუფებს ერთი ნაერთიდან მეორეში გადააქვთ.

მე-3 კლასი -ჰიდროლაზები (ჰიდროლიზური ფერმენტები). ისინი ახდენენ რთული ნაერთების (ცილები, ცხიმები და ნახშირწყლები) დაშლის რეაქციებს წყლის სავალდებულო მონაწილეობით.

მე-4 კლასი -ლიაზები მოიცავს ორკომპონენტიან ფერმენტებს, რომლებიც აშორებენ გარკვეულ ჯგუფებს სუბსტრატებიდან (CO 2, H 2 O, NH 3 და სხვ.) არაჰიდროლიზური გზით (წყლის მონაწილეობის გარეშე).

მე-5 კლასი- იზომერაზები არის ფერმენტები, რომლებიც ახორციელებენ ორგანული ნაერთების შექცევად გარდაქმნას მათ იზომერებად.

მე-6 კლასი - ლიგაზა (სინთეტაზები) არის ფერმენტები, რომლებიც ახდენენ რთული ორგანული ნაერთების სინთეზს უფრო მარტივი ნაერთებისგან. ლიგაზები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მიკროორგანიზმების ნახშირწყლებისა და აზოტის მეტაბოლიზმში.

კვების და მსუბუქ მრეწველობაში მიკრობული ფერმენტების გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააძლიეროს ტექნოლოგიური პროცესი, გაზარდოს მოსავლიანობა და გააუმჯობესოს მზა პროდუქციის ხარისხი. ამილოლიზური ფერმენტის პრეპარატები გამოიყენება ეთილის სპირტის წარმოებაში სახამებლის შემცველი ნედლეულისგან მარცვლეულის ალაოს ნაცვლად, ხოლო საცხობ მრეწველობაში ალაოს ნაცვლად მოხარშული ჭვავის პურის მომზადებისას; სოკოს ამილაზებს ხორბლის ცომსაც უმატებენ. ვინაიდან ეს პრეპარატი ამილაზას გარდა, თუმცა მცირე რაოდენობით შეიცავს სხვა ფერმენტებს (მალტაზა, პროტეაზა), ცომის დამზადების პროცესი დაჩქარებულია, იზრდება პურის მოცულობა და ფორიანობა, უმჯობესდება მისი გარეგნობა, არომატი და გემო. ამ ფერმენტული პრეპარატების გამოყენება ლუდსახარშში შესაძლებელს ხდის ალაოს ნაწილობრივ ჩანაცვლებას ქერით. სოკოს გლუკოამილაზას გამოყენებით სახამებლისგან მიიღება გლუკოზის სიროფი და კრისტალური გლუკოზა. პექტოლიზური ფერმენტის სოკოს პრეპარატები გამოიყენება წვენების და ხილის წარმოებასა და მეღვინეობაში. ამ ფერმენტების მიერ პექტინის განადგურების შედეგად დაჩქარებულია წვენის გამოყოფის პროცესი, იზრდება მისი მოსავლიანობა, ფილტრაცია და გამწმენდი. მიკრობული პროტეაზების შემცველი ფერმენტული პრეპარატები გამოიყენება ღვინისა და ლუდის მდგრადობის (ცილის დაბინდვისგან დაცვა) ასამაღლებლად, ხოლო ყველის დამზადებისას - ნივრის (ნაწილობრივ) ჩანაცვლებისთვის. მიზანშეწონილია გამოიყენოთ მიკრობული პროტეაზები ხორცის დასარბილებლად, ხორცისა და ქაშაყის დამწიფების დასაჩქარებლად, თევზისა და ხორცის მრეწველობის ნარჩენებისგან საკვების ჰიდროლიზატების მისაღებად და ცხოველური და მცენარეული ნედლეულის გადამუშავების სხვა ტექნოლოგიური პროცესებისთვის.

მიკროორგანიზმების ქიმიური შემადგენლობა

ნივთიერებების შემადგენლობის თვალსაზრისით, მიკრობული უჯრედები ნაკლებად განსხვავდება ცხოველური და მცენარეული უჯრედებისგან. ისინი შეიცავს 75-85% წყალს, დარჩენილი 16-25% არის მშრალი ნივთიერება. საკანში წყალი თავისუფალ და შეკრულ მდგომარეობაშია. შეკრული წყალი უჯრედის კოლოიდების ნაწილია (ცილები, პოლისაქარიდები და ა.შ.) და ძნელია მათგან გამოყოფა. თავისუფალი წყალი მონაწილეობს ქიმიურ რეაქციებში და ემსახურება როგორც გამხსნელს ნივთიერებათა ცვლის დროს უჯრედში წარმოქმნილი სხვადასხვა ნაერთებისთვის.

მშრალი უჯრედული ნივთიერება შედგება ორგანული და მინერალური ნივთიერებებისგან.

ცილები - 52% -მდე

პოლისაქარიდები - 17%-მდე

ნუკლეინის მჟავები (რნმ-მდე 16%, დნმ-მდე 3%),

ლიპიდები - 9% -მდე

ეს ნაერთები მიკროორგანიზმების სხვადასხვა უჯრედული სტრუქტურის ნაწილია და ასრულებენ მნიშვნელოვან ფიზიოლოგიურ ფუნქციებს. მიკროორგანიზმების უჯრედები შეიცავს სხვა ნივთიერებებსაც - ორგანულ მჟავებს, მათ მარილებს, პიგმენტებს, ვიტამინებს და ა.შ.

საკონტროლო კითხვები

1. რა არის ტურგორი?

2. რა არის დისიმილაცია?

3. რომელ მიკროორგანიზმებს უწოდებენ ავტოტროფებს?

4. რა არის ოსმოზი?

5. რომელ მიკროორგანიზმებს უწოდებენ ფაკულტატურს?

6. რა არის პლაზმოლიზი?

7. რა პროცესებშია ჩართული ლიპაზები?

8. რამდენ წყალს შეიცავს მიკროორგანიზმები?

10. რომელ მიკროორგანიზმებს უწოდებენ ანაერობულს?

არსებობს მიკრობების სუნთქვის ორი ტიპი - აერობული და ანაერობული.

აერობული სუნთქვა მიკროორგანიზმები არის პროცესი, რომლის დროსაც წყალბადის მიმღები (პროტონები და ელექტრონები) არის მოლეკულური ჟანგბადი. დაჟანგვის შედეგად, ძირითადად, რთული ორგანული ნაერთები, წარმოიქმნება ენერგია, რომელიც გამოიყოფა გარემოში ან გროვდება ATP-ის მაღალენერგეტიკული ფოსფატულ ბმებში. განასხვავებენ სრულ და არასრულ დაჟანგვას.

სრული დაჟანგვა.მიკროორგანიზმების ენერგიის ძირითადი წყარო ნახშირწყლებია. როდესაც ისინი იშლება, რაც ხდება სხვადასხვა გზით, მიიღება მნიშვნელოვანი შუალედური პროდუქტი - პირუვინის მჟავა. პირუვიუმის მჟავას სრული დაჟანგვა ხდება ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში (კრებსის ციკლი) და რესპირატორულ ჯაჭვში. აერობულ პირობებში გლუკოზის დაშლის შედეგად, ჟანგვის პროცესი მიდის დასრულებამდე - ნახშირორჟანგის და წყლის წარმოქმნამდე დიდი რაოდენობით ენერგიის გამოთავისუფლებით: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6CO 2 + 6H 2 O + 2874.3 კჯ.

არასრული დაჟანგვა.ყველა აერობი არ ასრულებს ჟანგვის რეაქციებს. გარემოში ნახშირწყლების ჭარბი რაოდენობით წარმოიქმნება არასრული დაჟანგვის პროდუქტები, რომლებიც შეიცავს ენერგიას. შაქრის არასრული აერობული დაჟანგვის საბოლოო პროდუქტები შეიძლება იყოს ორგანული მჟავები: ლიმონის, ვაშლის, ოქსილის, სუქცინის და სხვა. მაგალითად, აერობული სუნთქვა ხორციელდება ძმარმჟავას ბაქტერიებით, რომელშიც ეთილის სპირტის დაჟანგვის დროს წარმოიქმნება ძმარმჟავა და წყალი:

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

ზოგიერთი ბაქტერია აჟანგავს არაორგანულ ნაერთებს სუნთქვის დროს. არაორგანული ნაერთების დაჟანგვის მაგალითია ნიტრიფიკაციის პროცესი, რომლის დროსაც ნიტრიფიკაციული ბაქტერიები ჯერ ამიაკის ჟანგვას ახდენენ აზოტმჟავად, შემდეგ კი აზოტმჟავამდე. თითოეულ შემთხვევაში გამოიყოფა ენერგია: პირველ ფაზაში 274,9 კჯ, მეორეში - 87,6 კჯ.

ანაერობული სუნთქვახორციელდება მოლეკულური ჟანგბადის მონაწილეობის გარეშე. არსებობს ანაერობული ნიტრატის სუნთქვა, ანაერობული სულფატის სუნთქვა და ფერმენტაცია. ანაერობული სუნთქვისას წყალბადის მიმღები არის დაჟანგული არაორგანული ნაერთები, რომლებიც ადვილად თმობენ ჟანგბადს და გარდაიქმნებიან უფრო შემცირებულ ფორმებად, რასაც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა.

1. ანაერობული ნიტრატის სუნთქვა - ნიტრატების შემცირება მოლეკულურ აზოტამდე

2. ანაერობული სულფატური სუნთქვა - სულფატების რედუქცია წყალბადის სულფიდამდე.

3. დუღილი - ორგანული ნახშირბადის შემცველი ნაერთების დაშლა ანაერობულ პირობებში. იგი ხასიათდება იმით, რომ წყალბადის ბოლო მიმღები არის ორგანული ნივთიერების მოლეკულა უჯერი ბმებით. ნივთიერება იშლება მხოლოდ შუალედურ პროდუქტებად, რომლებიც წარმოადგენს რთულ ორგანულ ნაერთებს (ალკოჰოლი, ორგანული მჟავები). მათში შემავალი ენერგია მცირე რაოდენობით გამოიყოფა გარემოში. დუღილის დროს ნაკლები ენერგია გამოიყოფა. მაგალითად, გლუკოზის დუღილის დროს 24,5-ჯერ ნაკლები ენერგია გამოიყოფა, ვიდრე მისი აერობული დაჟანგვის დროს.

ყველა სახის დუღილი პირუვინის მჟავის წარმოქმნამდე ერთნაირად მიმდინარეობს. პირუვინის მჟავის შემდგომი გარდაქმნა დამოკიდებულია მიკრობის თვისებებზე. რძემჟავა ჰომოფერმენტული ბაქტერია მას რძემჟავად გარდაქმნის, საფუარს ეთილის სპირტად და ა.შ.

მიკრობების კლასიფიკაცია სუნთქვის ტიპის მიხედვით.

სუნთქვის ტიპის მიხედვით, მიკროორგანიზმები იყოფა ოთხ ჯგუფად.

1. სავალდებულო (უპირობო) აერობები იზრდებიან ჟანგბადის თავისუფალი წვდომით. მათ შორისაა ძმარმჟავას ბაქტერიები, ტუბერკულოზის პათოგენები, ჯილეხი და მრავალი სხვა.

2. მიმდებარე ატმოსფეროში ჟანგბადის დაბალი (1%-მდე) კონცენტრაციით ვითარდება მიკროაეროფილური ბაქტერიები. ასეთი პირობები ხელსაყრელია აქტინომიცეტების, ლეპტოსპირისა და ბრუცელისთვის.

3. ფაკულტატური ანაერობები ვითარდება როგორც ჟანგბადის ხელმისაწვდომობით, ასევე მისი არარსებობის შემთხვევაში. მათ აქვთ ფერმენტების ორი ნაკრები, შესაბამისად. ეს არის ენტერობაქტერია, ღორებში ერიზიპელას გამომწვევი აგენტი.

4. სავალდებულო (უპირობო) ანაერობები ვითარდება გარემოში ჟანგბადის სრული არარსებობის პირობებში. ანაერობული პირობები (აუცილებელია ბუტირონმჟავას ბაქტერიებისთვის, ტეტანუსის პათოგენებისთვის, ბოტულიზმისთვის, გაზის განგრენა, ემფიზემატოზური კარბუნკული, ნეკრობაქტერიოზი.

შესავალი

საკვების სუნთქვის მიკროორგანიზმების ბაქტერიები

როგორც ცნობილია, მიკროორგანიზმები თავიანთი სასიცოცხლო ფუნქციების შესანარჩუნებლად აუცილებელ ენერგიას იღებენ ორგანული (და ზოგჯერ არაორგანული) ნივთიერებების სხვადასხვა დაჟანგვის პროცესებით. ამ შემთხვევაში, დაჟანგვა ხდება წყალბადის (ან ელექტრონების) ამოღებით სუბსტრატებიდან. წყალბადი გადადის ფერმენტების ჯაჭვის გასწვრივ და საბოლოოდ ერწყმის ჟანგბადს და წარმოქმნის წყალს. ენერგიის მოპოვების ანაერობული მეთოდი ხასიათდება იმით, რომ მასში თავისუფალი ჟანგბადი არ მონაწილეობს და ორგანული სუბსტრატები იჟანგება მხოლოდ წყალბადის გამოდევნის გამო. გამოთავისუფლებული წყალბადი ან უერთდება იმავე ორგანული ნივთიერების დაშლის პროდუქტებს ან გამოიყოფა აირისებრ მდგომარეობაში.

მიკროორგანიზმების სუნთქვის სახეები

მიკრობული სუნთქვა არის სხვადასხვა ორგანული ნაერთების და ზოგიერთი მინერალის ბიოლოგიური დაჟანგვა. რედოქს პროცესებისა და დუღილის შედეგად წარმოიქმნება თერმული ენერგია, რომლის ნაწილს მიკრობული უჯრედი იყენებს, დანარჩენს კი გარემოში გამოყოფს.

ამჟამად, დაჟანგვა განისაზღვრება, როგორც წყალბადის მოცილების პროცესი (დეჰიდროგენაცია), ხოლო შემცირება არის მისი დამატება. იგივე ტერმინები გამოიყენება რეაქციებზე, რომლებიც მოიცავს პროტონებისა და ელექტრონების ან მხოლოდ ელექტრონების გადაცემას. როდესაც ნივთიერება იჟანგება, ელექტრონები იკარგება, ხოლო შემცირებისას ემატება. ითვლება, რომ წყალბადის გადაცემა და ელექტრონის გადაცემა ექვივალენტური პროცესებია.

ნაერთების ან ელემენტების უნარი შეწირონ ან მიიღონ ელექტრონები, განისაზღვრება მათი რედოქსული პოტენციალით. მ. კლარკის წინადადების მიხედვით, იგი ინიშნება gH2 (წყალბადის აირის ნაწილობრივი წნევის უარყოფითი ლოგარითმი). ეს არის გარემოს გაჯერების ხარისხი ჟანგბადით ან წყალბადით. J H2 დიაპაზონი მერყეობს 0-დან 42,6-მდე. P12-ზე<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 ჟანგვის, iil2 ტოლია 28-ის, გარემო ნეიტრალურია.

აერობები ცხოვრობენ მაღალი რედოქს პოტენციალით (ili2 14-35), ანაერობები უფრო დაბალი (rH2 0-12). H1 პოპები (პრო ტონები), რომლებიც ისინი არსებითად არიან, გადადის ელექტროქიმიური გრადიენტის საწინააღმდეგოდ, ანუ დაბალი კონცენტრაციის მქონე გარემოდან გარემოში, სადაც ბევრი მათგანია. პროტონის გადაცემის პროცესი მოიცავს ენერგიის მოხმარებას. მემბრანის მეშვეობით წყალბადის იონების შეღწევა ხდება არა ოსმოსის კანონების მიხედვით, არამედ აქტიურად, ტუმბოს გამოყენებით, რომელსაც ეწოდება წყალბადის ტუმბო. ამრიგად, მიკრობული უჯრედის ციტოპლაზმაში ბიოლოგიური გარდაქმნები დაკავშირებულია პროტონებისა და ელექტრონების მოძრაობასთან, მაგრამ ეს არ არის მარტივი ელექტრული მოძრაობა, არამედ რთული ბიოქიმიური პროცესი, რომელიც ხორციელდება ფერმენტების დახმარებით. ეს უკანასკნელი ახდენს რეაქციების კატალიზებას, აჩქარებს კოვალენტური ბმების გაწყვეტას და ამით ამცირებს აქტივაციის ენერგიას.

მიკრობების მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგია შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზოგიერთ მოწყობილობაშიც კი. ამჟამად შექმნილია გადამცემები, რომლებიც მუშაობენ ბიოლოგიურ ელექტროენერგიაზე, რომელიც იწარმოება მიკროორგანიზმების მიერ, რომლებიც იკვებებიან ზღვის წყალში გახსნილი შაქრით. (მიკროორგანიზმების აერობული სუნთქვა არის პროცესი, რომლის დროსაც წყალბადის (პროტონები და ელექტრონები) ბოლო მიმღები არის მოლეკულური ჟანგბადი. დაჟანგვის შედეგად, ძირითადად, რთული ორგანული ნაერთების, წარმოიქმნება ენერგია, რომელიც გამოიყოფა გარემოში ან გროვდება მაღალი ატფ-ის ენერგეტიკული ფოსფატური ბმები არსებობს ტოტალური და არასრული დაჟანგვა?!

სრული დაჟანგვა. მიკროორგანიზმების ენერგიის ძირითადი წყარო ნახშირწყლებია. როდესაც ისინი იშლება, რაც ხდება სხვადასხვა გზით, მიიღება მნიშვნელოვანი შუალედური პროდუქტი - პირუვიტის მჟავა (პირუვატი). პირუვის მჟავას სრული დაჟანგვა ხდება ტრიკარბოქსილის მჟავას ციკლში (კრებსის ციკლი) და სასუნთქ ჯაჭვში (ნახ. 17). აერობულ პირობებში გლუკოზის დაშლის შედეგად, ჟანგვის პროცესი მიდის დასრულებამდე - ნახშირორჟანგის და წყლის წარმოქმნამდე დიდი რაოდენობით ენერგიის გამოყოფით: C6H12Ob + 602 -* 6C02 4- 6H20 + 2874.3 კჯ.

იგი შეესაბამება ჰექსოზის პოტენციური ენერგიის რეზერვს, ანუ მის რაოდენობას, რომელიც დაგროვდა შაქრის მოლეკულაში ფოტოსინთეზის დროს მწვანე მცენარეებში ნახშირორჟანგიდან და წყლისგან. ელექტრონების გადატანა წყალბადიდან ჟანგბადში ხდება რესპირატორული ჯაჭვის, ანუ ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვის მეშვეობით. რესპირატორული ჯაჭვი არის რესპირატორული ფერმენტების სისტემა, რომელიც გვხვდება მემბრანებში. მემბრანები, როგორც ცნობილია, შედის კონტაქტში უჯრედის ციტოპლაზმასთან, რის შედეგადაც ხდება მათი ურთიერთქმედება.

არასრული დაჟანგვა. ყველა აერობი არ ასრულებს ჟანგვის რეაქციებს. გარემოში ნახშირწყლების ჭარბი რაოდენობით წარმოიქმნება არასრული დაჟანგვის პროდუქტები, რომლებიც შეიცავს ენერგიას. შაქრის არასრული აერობული დაჟანგვის საბოლოო პროდუქტები შეიძლება იყოს ორგანული მჟავები: ლიმონის, ვაშლის, ოქსილის, სუქცინის და სხვა.

ანაერობები არის ორგანიზმები, რომლებიც იღებენ ენერგიას ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში, სუბსტრატის არასრული დაჟანგვის შედეგად, შეიძლება დაჟანგდეს, რათა გამოიმუშაოს მეტი ენერგია ატფ-ის სახით საბოლოო პროტონის მიმღების თანდასწრებით ორგანიზმების მიერ, რომლებიც ასრულებენ ჟანგვითი ფოსფორილირებას; .

სქემა 1 გვიჩვენებს ელექტრონების ტრანსპორტირებას სუნთქვის დროს და სხვადასხვა სახის ანაერობული ენერგიის წარმოებას. წყალბადი და ელექტრონები ამოღებულია სუბსტრატებიდან პირიდინის ნუკლეოტიდის ფერმენტების (PNs) გამოყენებით. შემდეგ აერობებში გადიან მზარდი პოტენციალის მქონე ფერმენტების ჯაჭვში - ფლავოპროტეინები (FP - ციტოქრომული ფერმენტები (Cit.) - და ციტოქრომ ოქსიდაზას დახმარებით (Cit. oc.) გადადიან ჟანგბადში. ელექტრონების ნაკადი მიმართულია. დაბალი (მეტი უარყოფითი პოტენციალის) სისტემიდან უფრო მაღალი (უფრო დადებითი) პოტენციალის მქონე სისტემამდე, - 0,8 - 0,4 ვ (სუბსტრატის პოტენციალი) +0,8 ვ-მდე (ჟანგბადის პოტენციალი).

ამრიგად, სუნთქვის დროს წყალბადის საბოლოო მიმღები არის ჟანგბადი. ანაერობებში ან ორგანული სუბსტრატები (ფერმენტაცია) ან არაორგანული ნივთიერებები, როგორიცაა ნიტრატები ან სულფატები („ანაერობული სუნთქვა“) მოქმედებენ როგორც წყალბადის მიმღებები. დიაგრამა გვიჩვენებს, რომ ელექტრონების ყველაზე მარტივი და პრიმიტიული ტრანსპორტირება ხორციელდება უმეტეს ანაერობებში, ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვის ფერმენტების არარსებობის გამო, რომლებსაც შეუძლიათ ელექტრონების გადატანა ჯაჭვის გასწვრივ მოლეკულურ ჟანგბადამდე.

მოლეკულური ჟანგბადი უარყოფითად მოქმედებს სავალდებულო ანაერობების ზრდასა და აქტივობაზე. თავისუფალი ჟანგბადის არსებობისას ანაერობული უჯრედები კარგავენ მობილობას. ამ რეაქციის წყალობით ანაერობები პირველად პასტერმა აღმოაჩინა. ერთხელ მან მიკროსკოპის ქვეშ დაათვალიერა დუღილის სითხის წვეთი (ბუტირიუმის მჟავას დუღილის დროს), მოთავსებული შუშის ორ თხელ ბრტყელ ნაჭერს შორის და შენიშნა, რომ უჯრედები, რომლებიც მდებარეობს პრეპარატის კიდეებზე (სადაც ჰაერის ჟანგბადი თავისუფლად შედიოდა) მოულოდნელად გაუნძრევლად გახდა. ხოლო მომზადების ცენტრში მდებარე წნელები (სადაც ჰაერი არ შეაღწია), ისინი ძალიან აქტიურად განაგრძობდნენ მოძრაობას.

აქედან პასტერმა დაასკვნა, რომ ჰაერის ჟანგბადი ტოქსიკურია ზოგიერთი მიკრობისთვის და ეს უკანასკნელი ორ ჯგუფად დაყო - აერობები და ანაერობები. პასტერის ოპონენტები (მაგალითად, ტრეკულე) აპროტესტებდნენ ბაქტერიების არსებობის მტკიცებას, რომლებისთვისაც ატმოსფერული ჟანგბადი შეიძლება ფატალური იყოს და მოჰყავდათ ანაერობული სპორების მაგალითი, რომლებსაც შეუძლიათ ჰაერში დიდი ხნის განმავლობაში გადარჩენა. ამაზე პასტერმა უპასუხა, რომ სპორები არ არიან ნამდვილი ცოცხალი არსებები, რადგან ისინი არ იკვებებიან და არ მრავლდებიან. მეცნიერების შემდგომმა განვითარებამ დაადასტურა პასტერის პოზიციები. ამრიგად, ნაჩვენებია, რომ ბაქტერიულ სპორებს ახასიათებს უკიდურესად გამოხატული ანაბიოზი და მათი მეტაბოლიზმი იმდენად დაბალ დონეზეა, რომ მისი საჭირო სიზუსტით გაზომვაც კი შეუძლებელია. ამასთან დაკავშირებით, სპორები არ არიან მგრძნობიარე მრავალი დამაზიანებელი ფაქტორის მიმართ და ანაერობების სპორებს შეუძლიათ, გარდა ამისა (ვეგეტატიური უჯრედებისგან განსხვავებით), ადვილად გადარჩნენ ჰაერში.

კითხვა იმის შესახებ, თუ რატომ არის ჟანგბადი ტოქსიკური აპაერობებისთვის, ჯერ საკმარისად არ არის განმარტებული. ზოგიერთი მკვლევარი თვლის, რომ ჟანგბადის ტოქსიკური ეფექტი დაკავშირებულია ანაერობული მიკროორგანიზმების კულტურებში წყალბადის ზეჟანგის ტოქსიკური კონცენტრაციების წარმოქმნასთან, რაც გამოწვეულია სუბსტრატის ატმოსფერული ჟანგბადით დაჟანგვით. წყალბადის ზეჟანგის დაგროვების მიზეზი ანაერობებში ფერმენტ კატალაზას (დაშლის პეროქსიდი) ნაკლებობაა. არსებობს ცნობები, რომ კლოსტრიდიის ზოგიერთი შტამი შეიძლება გაიზარდოს აერობულ პირობებში, თუ მასში კატალაზა დაემატება. მაგრამ, მეორე მხრივ, ანაერობების განვითარების განმსაზღვრელი ძალიან მნიშვნელოვანი ფაქტორია გარემოს რედოქსული პირობები. ისინი გამოიხატება ჟანგვა-აღდგენითი პოტენციალის (ORP) თვალსაზრისით, რომელიც იზომება ვოლტებში (ძაბვა ელექტროდზე ჩაძირულ საცდელ გარემოში). რედოქსის პირობები ასევე შეიძლება გამოიხატოს rH2 ინდექსით, რომელიც ახასიათებს თანაფარდობას H2-სა და O2-ს შორის. rH2, რომელიც მერყეობს 0-დან 40-მდე, ახასიათებს გარემოს შემცირების ან დაჟანგვის ყველა ხარისხს, რაც დამოკიდებულია მის გაჯერებაზე ჟანგბადით ან წყალბადით. აპაერობების განვითარების პირობების დეტალურმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ობლიგატური ანაერობები არ შეიძლება განვითარდეს rH2 (ან ORP) გარკვეულ ზღვარზე მეტი. rH2 გარემოში შეიძლება გაიზომოს ან ელექტრომეტრიულად (პოტენციომეტრების გამოყენებით) ან საღებავების გამოყენებით, რომლებიც შემცირებულია და გათეთრებულია (ან იცვლის ფერს) გარკვეული rH2 მნიშვნელობებით. მაგალითად, Janusgrün საღებავს აერობულ პირობებში rH2 = 20 და ზემოთ აქვს მწვანე ფერი ხსნარში, rH2-ზე 12-14 დიაპაზონში მას აქვს ვარდისფერი ფერი, ხოლო rH2-ის კიდევ უფრო დაბალი მნიშვნელობებით იგი უფერულდება.

ანაერობები არის ორგანიზმების დიდი ჯგუფი, როგორც მიკრო, ასევე მაკრო დონეზე:

ფაკულტატური ანაერობები

კაპნეისტური ანაერობები და მიკროაეროფილები

აეროტოლერანტული ანაერობები

ზომიერად მკაცრი ანაერობები

სავალდებულო ანაერობები

თუ ორგანიზმს შეუძლია ერთი მეტაბოლური გზიდან მეორეზე გადასვლა (მაგალითად, ანაერობული აერობულ სუნთქვაზე და უკან), მაშინ იგი პირობითად კლასიფიცირდება როგორც ფაკულტატური ანაერობები.

1991 წლამდე მიკრობიოლოგია გამოყოფდა კაპნეური ანაერობების კლასს, რომელიც მოითხოვდა ჟანგბადის დაბალ კონცენტრაციას და ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის გაზრდას (Bovine Brucella - B. abortus)

ზომიერად მკაცრი ანაერობული ორგანიზმი გადარჩება მოლეკულური O2 გარემოში, მაგრამ არ მრავლდება. მიკროაეროფილებს შეუძლიათ გადარჩენა და გამრავლება გარემოში O2-ის დაბალი ნაწილობრივი წნევით.

თუ ორგანიზმს არ შეუძლია ანაერობული სუნთქვაზე „გადართვა“, მაგრამ არ კვდება მოლეკულური ჟანგბადის თანდასწრებით, მაშინ ის მიეკუთვნება აეროტოლერანტ ანაერობების ჯგუფს. მაგალითად, რძემჟავა და ბევრი ბუტირის მჟავა ბაქტერია

სავალდებულო ანაერობები იღუპებიან მოლეკულური ჟანგბადის O2 თანდასწრებით - მაგალითად, წარმომადგენლები (ბაქტერიების და არქეების გვარი: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). ასეთი ანაერობები მუდმივად ცხოვრობენ ჟანგბადმოკლებულ გარემოში. სავალდებულო ანაერობები მოიცავს ზოგიერთ ბაქტერიას, საფუარს, ფლაგელას და ცილიტას.

ამავდროულად, გლიკოლიზი დამახასიათებელია მხოლოდ ანაერობებისთვის, რომლებიც, საბოლოო რეაქციის პროდუქტებიდან გამომდინარე, იყოფა დუღილის რამდენიმე ტიპად:

რძემჟავა ფერმენტაცია - გვარი Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium, ასევე მრავალუჯრედიანი ცხოველებისა და ადამიანების ზოგიერთი ქსოვილი. ალკოჰოლური დუღილი - საქარომიცეტები, კანდიდა (სოკოვანი სამეფოს ორგანიზმები)

ჭიანჭველა მჟავა - ენტერობაქტერიების ოჯახი

ბუტირის მჟავა - კლოსტრიდიების ზოგიერთი სახეობა

პროპიონის მჟავა - პროპიონობაქტერია (მაგალითად, Propionibacterium acnes)

დუღილი მოლეკულური წყალბადის გამოყოფით - კლოსტრიდიების ზოგიერთი ტიპი, სტიკლენდის დუღილი

მეთანის დუღილი - მაგ

კვების სახეები მიკროორგანიზმებში

ავტოტროფები (ქემოლითოტროფები, ფოტოლითოტროფები) იღებენ ნახშირბადს ჰაერში ნახშირორჟანგიდან (CO2) და ქმნიან ორგანულ ნივთიერებებს გარკვეული მინერალური ნაერთების (ქემოსინთეზი) ან მზის ენერგიის (ფოტოსინთეზის) დაჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის გამოყენებით. ქიმიოსინთეზის ფენომენი ქიმიოლითოტროფებში პირველად (1887) დაადგინა რუსმა მიკრობიოლოგმა ს.ნ. ვინოგრადსკიმ უფერო გოგირდის ბაქტერიების, ნიტრიფიკაციისა და სხვა მიკროორგანიზმების შესწავლისას. ჟანგვითი რეაქციების დროს წარმოქმნილ ენერგიას ბაქტერიები იყენებენ ნახშირბადის ასიმილაციისა და ორგანული ნივთიერებების შესაქმნელად.

ფოტოლითოტროფებს (ლურჯ-მწვანე წყალმცენარეებს, მეწამულ გოგირდის ბაქტერიებს და სხვა მიკრობებს) აქვთ ფოტოსინთეზის უნარი, რადგან ისინი შეიცავს პიგმენტებს (საღებავებს). ფოტოლითოტროფების პიგმენტები შემადგენლობით ახლოსაა მწვანე მცენარეების ქლოროფილთან. ფოტობაქტერიები, მცენარეების მსგავსად, ორგანულ ნივთიერებებს ქმნიან ნახშირბადის გამოყენებით ნახშირორჟანგიდან და მზის ენერგიის გამოყენებით. ავტოტროფები შეიძლება განვითარდეს წმინდა მინერალურ გარემოში, მათ არ შეუძლიათ უფრო რთული ნახშირბადის ნაერთების ათვისება და, შესაბამისად, არ არიან პათოგენური ცხოველებისთვის.

Ენერგიის წყარო

ბაქტერიებისთვის ნახშირბადის ყველაზე ხელმისაწვდომი წყაროა ნახშირწყლები და ამინომჟავები, რომლებიც მხედველობაში მიიღება საკვები ნივთიერებების მომზადებისას.

ავტოტროფია. აუტოტროფების კვებითი მოთხოვნილებები [ბერძ. ავტო, თვითმმართველობის, + trophe, ბაქტერიული კვება შეზღუდულია; მათი ზრდისთვის საკმარისია გარემოში აზოტისა და სხვა მინერალური ელემენტების შემცველი არაორგანული ნაერთების დამატება. ლუტოტროფული ბაქტერიები იყენებენ ნახშირორჟანგს ან კარბონატებს, როგორც ნახშირბადის წყაროს. ასეთ ბაქტერიებს შეუძლიათ მარტივი ნივთიერებებისგან ყველა საჭირო ნაერთის სინთეზირება. ეს მოიცავს ფოტო და ქიმიოტროფულ (ქიმიოსინთეზირებელ) ბაქტერიებს, რომლებიც შესაბამისად იყენებენ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას (სინათლეს), როგორც ენერგიის წყაროს, ან რედოქსის რეაქციების ენერგიას, რომელიც მოიცავს სუბსტრატებს, რომლებიც მათთვის კვების წყაროა. ავტოტროფებს შორის სამედიცინო მნიშვნელობის სახეობები არ აღმოჩნდა.

აზოტი ბაქტერიებს სჭირდებათ ამინომჟავების (ცილების), პურინისა და პირიმინოიდული ნუკლეოტიდების, ასევე ზოგიერთი ვიტამინის სინთეზისთვის. ვინაიდან ყველა ცოცხალ ორგანიზმში აზოტი შეიცავს შემცირებულ ფორმას, უნდა შემცირდეს აზოტის ყველა მინერალური ფორმა დაჟანგვის უფრო მაღალი ხარისხით, ვიდრე ამიაკი.

რიგ მიკროორგანიზმებს შეუძლიათ გამოიყენონ აზოტი მხოლოდ ორგანული ნაერთებიდან (ამინოჰეტეროტროფები). ზოგიერთი მიკროორგანიზმი ითვისებს აზოტს არაორგანული ფორმების (ამინოავტოტროფების) სახით. თუმცა, ბევრ მიკროორგანიზმს შეუძლია გამოიყენოს როგორც ორგანული, ასევე მინერალური აზოტი.

არაორგანული აზოტის გამოყენება

ბუნებაში, მინერალური აზოტის ატომები არსებობს ჟანგვის სხვადასხვა ხარისხით: N5+-დან (N205, აზოტის ანჰიდრიდი) N3-მდე (NH3, ამიაკი). ბაქტერიების მიერ მინერალური აზოტის ნაერთების მონელების ხარისხი განისაზღვრება მათი ამიაკად გარდაქმნის სიმარტივით, რადგან ეს არის მაღალი მოლეკულური წონის ორგანული აზოტის ნაერთების უმარტივესი წინამორბედი. ბაქტერიების ამ ჯგუფში შესაძლებელია ორი განსხვავებულად მიმართული პროცესი: ასიმილაცია (აზოტის მინერალური ფორმების ორგანულ მასალაში შეერთება) და დისიმილაცია (აზოტის აირისებრი ფორმების გამოყოფა).

ასიმილაციის პროცესები. აზოტის მინერალური ფორმების შებოჭვა ხდება აზოტის ფიქსაციის, ამიაკის ასიმილაციისა და ასიმილაციის ნიტრატების შემცირების დროს.

აზოტის ფიქსაცია. აზოტის დამამყარებელ ბაქტერიებს (მაგალითად, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella და ა.შ.) შეუძლიათ გამოიყენონ აზოტი ატმოსფერული ჰაერიდან, ამცირებენ მას ამონიუმამდე სპეციალური ფერმენტის (ნიტროგენაზას) გამოყენებით პროცესში, რომელსაც ეწოდება აზოტის ფიქსაცია.

ამიაკის ასიმილაცია. ბაქტერიების უმეტესობა შთანთქავს ამონიუმს ამიაკის ასიმილაციის დროს. ამონიუმის შემცველ მედიაზე მზარდ ბაქტერიებს შეუძლიათ მისი უშუალოდ შეყვანა ორგანულ ნაერთებში. უნდა გვახსოვდეს, რომ არაორგანული ამონიუმის მარილების მოხმარების შემდეგ, ანიონები (SO4, Cl, H3PO4 და სხვ.) გროვდება გარემოში, რაც ამცირებს გარემოს pH-ს, რაც ანელებს კულტურების ზრდას. ორგანული მჟავების ამონიუმის მარილები ნაკლებად ამჟავებს გარემოს და უფრო ხელსაყრელია ბაქტერიების ზრდისთვის.

ნიტრატების ასიმილაციური შემცირება. ბაქტერიებისა და სოკოების აბსოლუტური უმრავლესობა, მცენარეების მსგავსად, ნიტრატის ასიმილაციას ახდენს ნიტრატების შეთვისების შემცირების პროცესში. პირველ ეტაპზე ნიტრატები მცირდება ნიტრიტებამდე, ამ გარდაქმნების ციკლი კატალიზებულია სპეციფიური ფერმენტით - ასიმილაციის ნიტრატ-რედუქტაზა B. მეორე ეტაპი წარმოადგენს ნიტრიტ-რედუქტაზას მიერ კატალიზებული შემცირების რეაქციების კომპლექსს, რაც იწვევს ამიაკის წარმოქმნას. რომელიც გამოიყენება ამინომჟავების და უჯრედის სხვა აზოტის შემცველი კომპონენტების სინთეზისთვის.

ნუტრიენტებით მომარაგების მექანიზმი

ეგზოენზიმები ლოკალიზებულია უჯრედის მემბრანის გარეთ. ბაქტერიებში E. შეიძლება გათავისუფლდეს გარე გარემოში ან განლაგდეს უჯრედის კედელსა და უჯრედის მემბრანას შორის.

ფერმენტების კლასიფიკაცია.

ამჟამად ცნობილია 2000-ზე მეტი ფერმენტი, ამიტომ საჭიროა მათი მეცნიერულად დაფუძნებული კლასიფიკაცია. საერთაშორისო ბიოქიმიური კავშირის სპეციალური კომისიის (1961) მიერ შემუშავებული კლასიფიკაციის მიხედვით, ყველა ფერმენტი დაჯგუფებულია ექვს კლასად: ოცენის რედუქტაზები, ტრანსფერაზები, ჰიდროლაზები, ლიაზები, იზომერაზები, ლიგაზები ან სინთეზაზები.

ოქსიდორედუქტაზები რედოქს ფერმენტებია. ისინი აჩქარებენ სხვადასხვა ნივთიერების შემცირებისა და დაჟანგვის პროცესებს და მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მიკრობების სუნთქვის პროცესებში. ეს ჯგუფი მრავალრიცხოვანია, მასში შედის 200-ზე მეტი ფერმენტი. აქ არის რამდენიმე მათგანი.

დეჰიდროგენაზები არის ფერმენტები, რომლებიც ახორციელებენ ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესს დონორის სუბსტრატიდან წყალბადის მოცილებით და ჟანგბადში ან სხვა მიმღებში გადატანით. არსებობს აერობული და ანაერობული დეჰიდროგენაზები. აერობული დეჰიდროგენაზა წყალბადს გადასცემს როგორც უშუალოდ მოლეკულურ ჟანგბადს, ასევე სხვა სისტემებს. ანაერობული დეჰიდროგენაზები ურთიერთქმედებენ სუბსტრატთან, იღებენ წყალბადს მისგან და გადააქვთ მიმღებში, მაგრამ არა ჰაერის ჟანგბადში. ციტოქრომ ოქსიდაზები არის ელექტრონების გადაცემის ფერმენტები. ციტოქრომ ოქსინდაზა ააქტიურებს მოლეკულურ ჟანგბადს და მისი დახმარებით ჟანგავს შემცირებულ ციტოქრომს, რომლის აქტიური ჯგუფია ჰემინი. კატალაზა გვხვდება აერობული მიკრობების უჯრედებში და მიეკუთვნება ჰემის ფერმენტების ჯგუფს, რომლებიც შეიცავს მის მოლეკულაში რკინის რკინას, რომელსაც შეუძლია დაკარგოს ელექტრონები (დაჟანგვა). როდესაც კატალაზა მოქმედებს წყალბადის ზეჟანგზე, ის მცირდება და იქმნება წყალი და მოლეკულური ჟანგბადი. პეროქსიდაზა გვხვდება ზოგიერთ მიკრობში, ის ააქტიურებს ჟანგბადს წყალბადის ზეჟანგიდან და აჩქარებს სხვადასხვა ორგანული ნაერთების დაჟანგვას.

ჰიდროლიზი არის ფერმენტები, რომლებიც აჩქარებენ ჰიდროლიზის რეაქციებს, ანუ რთული ნივთიერებების დაშლის პროცესს უფრო მარტივებად, მოლეკულების, წყლის დამატებით. ისინი გვხვდება ბევრ მიკროორგანიზმში. ჰიდროლაზები შეიცავს 200-ზე მეტ ფერმენტს. ამ ჯგუფში შედის: ესთერაზები, რომლებიც ანადგურებენ ორგანული მჟავებისა და სპირტების მიერ წარმოქმნილ ეთერებს; ფოსფატაზები, რომლებიც ჰიდროლიზებენ სპირტებისა და ფოსფორმჟავას მიერ წარმოქმნილ ეთერებს; გლუკოზიდაზები, რომლებიც წყვეტენ გლუკოზიდურ ბმებს ნახშირბადში და მათ წარმოებულებში; პეპტიდაზები; ცილებში პეპტიდური ბმების ჰიდროლიზის დაჩქარება; ამიდაზები, რომლებიც აჩქარებენ ამიდების, ამინომჟავების და სხვა ნაერთების ჰიდროლიზს.

ლიაზეები არის ფერმენტები, რომლებიც ანაწილებენ ამა თუ იმ ჯგუფს სუბსტრატებს არაჰიდროლიზური გზით (რეაქცია ნახშირბადსა და ჟანგბადს, აზოტს, გოგირდს, ჰალოგენს შორის). ეს კლასი მოიცავს დაახლოებით 90 ფერმენტს. მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია კარბოქსილაზა, ალდეჰიდ ლიაზა (ალდოლაზა) და სხვ.

იზომერაზები არის ფერმენტები, რომლებიც აჩქარებენ მოძრაობას წყალბადის, ფოსფორის და ორმაგი ბმების მოლეკულებში, რაც მნიშვნელოვანია მეტაბოლიზმში. ამ ჯგუფში შედის ფოსფოჰექსოიზომერაზა, ტრიოზა ფოსფოტიზომერაზა და ა.შ.

ლიგაზები ან სინთეტაზები არის ფერმენტები, რომლებიც აჩქარებენ რთული ნაერთების სინთეზს უფრო მარტივიდან პიროფოსფორის ბმების დაშლის გამო (ATP-ში ან სხვა ენერგიით მდიდარ პიროფოსფატებში). ლიგაზები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ცილების, ნუკლეინის მჟავების, ცხიმოვანი მჟავების და სხვა ნაერთების სინთეზში. ეს კლასი მოიცავს დაახლოებით 100 ფერმენტს. ამ ჯგუფის წარმომადგენლები არიან ასპარაგინ სინთეტაზა, გლუტამიდის სინთეტაზა და ა.შ.