Fizjologia mikroorganizmów. Oddychanie bakteryjne, rodzaje oddychania

Fizjologia mikroorganizmów bada cechy rozwoju, odżywiania, metabolizmu energetycznego i innych procesów życiowych drobnoustrojów w różnych warunkach środowiskowych.

Odżywianie mikroorganizmów

Odżywianie drobnoustrojów odbywa się poprzez dyfuzję przez skorupę i błonę składników odżywczych rozpuszczonych w wodzie. Nierozpuszczalne złożone związki organiczne są wstępnie rozszczepiane na zewnątrz komórki za pomocą enzymów wydzielanych przez drobnoustroje do podłoża.

Zgodnie z metodą żywienia dzielą się na autotroficzne i heterotroficzne.

autotrofy potrafią syntetyzować związki organiczne z substancji nieorganicznych (głównie dwutlenku węgla, azotu nieorganicznego i wody). Jako źródło energii do syntezy drobnoustroje te wykorzystują energię świetlną (fotosynteza) lub energię reakcji oksydacyjnych (chemosynteza).

Wszystkie reakcje metaboliczne w komórce drobnoustroju zachodzą przy pomocy katalizatorów biologicznych - enzymy. Większość enzymów składa się z części białkowej i prostetycznej grupy niebiałkowej. Do grupy prostetycznej mogą należeć metale takie jak żelazo, miedź, kobalt, cynk, a także witaminy lub ich pochodne. Niektóre enzymy składają się tylko z prostych białek. Enzymy są specyficzne i działają tylko na jedną konkretną substancję. Dlatego w każdym mikroorganizmie znajduje się cały kompleks enzymów, a niektóre enzymy potrafią się wyróżnić, gdzie uczestniczą w przygotowaniu do asymilacji złożonych związków organicznych. Enzymy mikroorganizmów są wykorzystywane w przemyśle spożywczym i innych gałęziach przemysłu.

Woda. Komórka mikroorganizmów składa się w 75-85% z wody. Większość wody znajduje się w cytoplazmie komórki w stanie wolnym. Wszystkie biochemiczne procesy metaboliczne zachodzą w wodzie, woda jest również rozpuszczalnikiem tych substancji, ponieważ składniki odżywcze dostają się do komórki tylko w postaci roztworu, a produkty przemiany materii są również usuwane z komórki wraz z wodą. Część wody w komórce jest w stanie związanym i jest częścią niektórych struktur komórkowych. W zarodnikach bakterii i grzybów ilość wolnej wody zmniejsza się do 50% lub mniej. Przy znacznej utracie wody związanej komórka drobnoustroju umiera.

materia organiczna komórki drobnoustrojów są reprezentowane przez białka (6-14%), tłuszcze (1-4%), węglowodany, kwasy nukleinowe.

- główny materiał plastyczny każdej żywej komórki, w tym drobnoustrojów. Białka stanowią podstawę cytoplazmy, są częścią błony komórkowej i niektórych struktur komórkowych. Pełnią bardzo ważną funkcję katalityczną, gdyż wchodzą w skład enzymów katalizujących reakcje metaboliczne w komórce drobnoustroju.

Komórki drobnoustrojów zawierają kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA). DNA znajduje się głównie w jądrze komórkowym lub nukleotydach, RNA – w cytoplazmie i rybosomach, gdzie bierze udział w syntezie białek.

Zawartość tłuszczu w różnych mikroorganizmach jest różna, w niektórych drożdżach i pleśniach jest 6-10 razy większa niż w bakteriach. Tłuszcze (lipidy) są materiałem energetycznym komórki. Tłuszcze w postaci lipoprotein wchodzą w skład błony cytoplazmatycznej, która pełni ważną funkcję w wymianie komórek z otoczeniem. Tłuszcze można znaleźć w cytoplazmie w postaci granulek lub kropelek.

Węglowodany są częścią błon, kapsułek i cytoplazmy. Reprezentowane są głównie przez złożone węglowodany - polisacharydy (skrobia, dekstryna, glikogen, błonnik), mogą być łączone z białkami lub lipidami. Węglowodany mogą być odkładane w cytoplazmie w postaci ziaren glikogenu jako zapasowy materiał energetyczny.

(fosfor, sód, magnez, chlor, siarka itp.) wchodzą w skład białek i enzymów komórki drobnoustrojów, są niezbędne do metabolizmu i utrzymania prawidłowego wewnątrzkomórkowego ciśnienia osmotycznego.

Niezbędny do prawidłowego funkcjonowania mikroorganizmów. Biorą udział w procesach metabolicznych, ponieważ są częścią wielu enzymów. Witaminy z reguły muszą pochodzić z pożywienia, ale niektóre drobnoustroje mają zdolność syntezy witamin, takich jak B 2 lub B 12.

Oddychanie mikroorganizmów

Procesy biosyntezy substancji komórki drobnoustroju przebiegają z wydatkowaniem energii. Większość drobnoustrojów wykorzystuje energię reakcji chemicznych z udziałem tlenu atmosferycznego. Ten proces utleniania składników odżywczych w celu uwolnienia energii nazywa się oddychaniem. Energia jest uwalniana podczas utleniania substancji nieorganicznych (autotrofy) lub organicznych (heterotrofy).

Mikroorganizmy tlenowe (tlenowce) wykorzystywać energię uwalnianą podczas utleniania substancji organicznych tlenem atmosferycznym z tworzeniem substancji nieorganicznych, dwutlenku węgla i wody. Tlenowce obejmują wiele bakterii, grzybów i niektóre drożdże. Jako źródło energii wykorzystują głównie węglowodany.

Mikroorganizmy beztlenowe (beztlenowce) nie używają tlenu do oddychania, żyją i rozmnażają się przy braku tlenu, uzyskując energię w wyniku procesów fermentacji. Bakterie beztlenowe to bakterie z rodzaju Clostridia (bakterie botulinowe i perfringens), bakterie kwasu masłowego itp.

W warunkach beztlenowych zachodzi fermentacja alkoholowa, mlekowa i masłowa, natomiast proces przemiany glukozy w alkohol, kwas mlekowy lub masłowy następuje z uwolnieniem energii. Około 50% uwolnionej energii jest rozpraszane w postaci ciepła, a reszta jest magazynowana w ATP (kwasie adenozynotrójfosforowym).

Niektóre mikroorganizmy są w stanie żyć zarówno w obecności tlenu, jak i bez niego. W zależności od warunków środowiskowych mogą przechodzić z beztlenowych procesów pozyskiwania energii na tlenowe i odwrotnie. Takie mikroorganizmy są nazywane fakultatywne beztlenowce.

Oddychanie bakteryjne. Komórka bakteryjna otrzymuje energię niezbędną do swojej aktywności życiowej w procesie oddychania bakterii.

Ze względu na rodzaj oddychania wszystkie mikroorganizmy dzielą się na dwie grupy: drobnoustroje, u których proces oddychania wiąże się z wykorzystaniem wolnego tlenu z powietrza oraz mikroorganizmy, które nie potrzebują wolnego tlenu, który jest dla nich wręcz szkodliwy.

Pierwsza grupa mikroorganizmów nazywa się tlenowcami (rodzaj oddychania jest tlenowy); druga grupa - beztlenowce (rodzaj oddychania - beztlenowy).

Rozkład węglowodanów w warunkach beztlenowych nazywa się fermentacją. W zależności od rodzaju mikroorganizmów, które powodują proces fermentacji, ten ostatni jest alkoholowy, octowy itp. Oznacza to, że podczas procesu fermentacji może powstać alkohol lub kwas octowy itp.

enzymy bakteryjne. Procesy odżywiania i oddychania bakterii przebiegają koniecznie z udziałem enzymów - specjalnych substancji o charakterze białkowym. Enzymy, nawet w najmniejszych ilościach, znacznie przyspieszają odpowiednie procesy chemiczne, same w sobie prawie niezmienione.

Bez enzymów procesy odżywiania i oddychania mogłyby przebiegać, ale bardzo wolno. Enzymy są produkowane tylko w żywych komórkach. Jedna grupa enzymów nie jest związana z komórką drobnoustroju i są one uwalniane przez bakterie do środowiska. Funkcją tej grupy jest to, że enzymy przyczyniają się do rozkładu złożonych związków na prostsze, bardziej strawne. Inna grupa enzymów (większość z nich) znajduje się wewnątrz komórki bakteryjnej i jest z nią związana.

Ponadto istnieją enzymy, które pojawiają się u bakterii w procesie adaptacji do zmieniających się warunków żywieniowych.

Cechą charakterystyczną enzymów jest to, że ich własny enzym działa na substancje o określonym składzie lub grupach. Istnieją więc enzymy do przetwarzania złożonych związków węgla (cukrów), białek, tłuszczów itp.

Wzrost i rozmnażanie bakterii. Proces wzrostu komórki bakteryjnej wyraża się wzrostem jej wielkości. Ten proces jest bardzo szybki - w ciągu kilku minut.

Po osiągnięciu przez bakterie dorosłości proces rozmnażania rozpoczyna się od prostego rozszczepienia poprzecznego. W sprzyjających warunkach (wystarczające odżywienie, korzystna temperatura) komórka bakteryjna dzieli się co 50-30 minut. Szacuje się, że gdyby rozmnażanie bakterii przebiegało bez przeszkód, to w ciągu 5 dni z jednej komórki powstałaby taka żywa masa, która wypełniłaby wszystkie morza i oceany. Ale taka reprodukcja wymaga, jak wspomniano powyżej, szeregu sprzyjających warunków, które nie istnieją w środowisku zewnętrznym.

Skład chemiczny bakterii. Komórka bakteryjna zawiera dużą ilość wody - 75-85% masy komórki. Pozostałe 15% to sucha pozostałość, która obejmuje białko, węglowodany, tłuszcze, sole i inne substancje.

Białka bakteryjne to złożone białka zbudowane z różnych związków chemicznych. Te substancje chemiczne są niezbędne do życia komórki bakteryjnej.

Oprócz białek skład suchej pozostałości bakterii obejmuje węglowodany (12-28%), kwasy nukleinowe.

Ilość tłuszczów tworzących suchą pozostałość może być różna. W niektórych formach bakterii zawartość tłuszczu sięga 1/3 suchej pozostałości Zasadniczo tłuszcze są częścią skorupy, powodując szereg jej właściwości.

Niezbędnym składnikiem komórki bakteryjnej są sole mineralne, które stanowią około "/zoo całej masy komórki. Komórki bakteryjne zawierają również azot, tlen, wodór, węgiel, fosfor, potas, sód, magnez, wapń, krzem, siarka, chlor, żelazo.

W zależności od warunków środowiskowych skład chemiczny bakterii może zmieniać się zarówno ilościowo, jak i jakościowo.

Odżywianie bakterii. Odżywianie bakterii jest bardzo złożonym procesem, który zachodzi w wyniku ciągłego przenikania niektórych składników odżywczych przez półprzepuszczalną błonę i uwalniania produktów przemiany materii z komórki.

Ponieważ otoczka bakterii jest nieprzepuszczalna dla białek i innych związków złożonych niezbędnych do odżywiania komórki, substancje te są wchłaniane po rozszczepieniu przez enzymy.

Ogromne znaczenie dla prawidłowego odżywiania bakterii ma właściwy stosunek stężeń soli wewnątrz komórek iw środowisku. Najkorzystniejsze warunki żywieniowe powstają, gdy stężenie soli w środowisku jest równe 0,5% roztworowi chlorku sodu.

Gdy dostanie się do 2-10% roztworu chlorku sodu, komórka bakteryjna kurczy się – odwodnienie, co czyni ją niezdolną do rozmnażania. Na tym opiera się metoda konserwowania żywności za pomocą soli.

Bakterie potrzebują do życia tlenu, wodoru, węgla i azotu. Źródłami zaopatrzenia w te substancje mogą być woda, powietrze itp.

Oprócz tych powszechnych składników odżywczych bakterie potrzebują do wzrostu specjalnych związków chemicznych.

Ustalono, że niektóre rodzaje paciorkowców w ogóle nie rosną przy braku witaminy B.

Tworzenie pigmentu. Niektóre rodzaje bakterii i grzybów mają zdolność tworzenia różnych substancji barwiących – pigmentów. Większość tej zdolności posiadają bakterie znajdujące się w glebie, powietrzu i wodzie. Szczególnie wyraźnie ta jakość drobnoustrojów występuje w warunkach laboratoryjnych. Podczas rozmnażania na gęstych pożywkach bakterie tworzą kolonie, które dzięki różnym pigmentom mają kolor: czerwony, biały, fioletowy, złoty itp.

Ustalono, że najlepsze warunki do powstawania pigmentu to wystarczający dostęp tlenu, światła i temperatury pokojowej.

Uważa się, że pigmenty w drobnoustrojach pełnią funkcję ochronną przed szkodliwym działaniem promieni słonecznych; ponadto odgrywają rolę w procesach oddychania.

Blask. W przyrodzie występują drobnoustroje, w tym bakterie, które w toku swojej życiowej aktywności tworzą substancje, które w połączeniu z tlenem atmosferycznym mogą świecić. Zjawiska blasku zgnilizny, powierzchni morza itp. Wyjaśnia się rozwojem takich drobnoustrojów. Takie świecące drobnoustroje nie są chorobotwórcze dla człowieka.

Powstawanie zapachu. Zdolność drobnoustrojów do tworzenia zapachów (tworzenie aromatu) tłumaczy się obecnością specjalnych substancji lotnych, które ze względu na swój charakter chemiczny są zbliżone do eterów (substancje eteropodobne). Różne bakterie wytwarzające aromat są wykorzystywane w przemyśle spożywczym do produkcji sera, masła, wina i innych produktów.

Spośród bakterii chorobotwórczych dla ludzi i wydzielających zapach podczas hodowli w warunkach laboratoryjnych można wymienić prątek gruźlicy, którego zapach zbliża się do zapachu miodu itp.

trucizny mikrobiologiczne. Dostając się do organizmu człowieka i namnażając się tam, drobnoustroje wytwarzają substancje, które niekorzystnie wpływają na układ nerwowy, serce i narządy wewnętrzne. Te szkodliwe substancje nazywane są toksynami. Toksyny drobnoustrojów są najsilniejszymi znanymi truciznami. Nawet niewielka ich ilość może mieć toksyczny wpływ na organizm. Zmiany obserwowane w wielu chorobach zakaźnych są związane z działaniem toksyn drobnoustrojów. Prawie wszystkie drobnoustroje chorobotwórcze mają toksyny. Istnieją dwa rodzaje toksyn: egzotoksyny i endotoksyny.

Egzotoksyny to trucizny, które z łatwością opuszczają komórkę mikroorganizmów do środowiska.

Egzotoksyny charakteryzują się stosunkowo niską stabilnością, łatwo ulegają zniszczeniu pod wpływem ciepła, światła i różnych chemikaliów. Cechą charakterystyczną egzotoksyn jest ich działanie w skrajnie małych dawkach.

Egzotoksyny drobnoustrojów należą do najsilniejszych. Na przykład 0,00001 ml toksyny tężca powoduje leucorrhoe białej myszy, a toksyna drobnoustroju jadu kiełbasianego działa w niższej dawce.

Endotoksyny są mocno związane z ciałem komórki drobnoustroju i są uwalniane dopiero po zniszczeniu ciała drobnoustroju. W przeciwieństwie do egzotoksyn, endotoksyny powodują następujące objawy zatrucia w organizmie: ból głowy, osłabienie, duszność itp. Endotoksyny są bardziej stabilne niż egzotoksyny, niektóre mogą nawet wytrzymać gotowanie. Ich toksyczność dla organizmów jest znacznie mniejsza niż egzotoksyn.

Endotoksyny są obecne we wszystkich drobnoustrojach chorobotwórczych; egzotoksyny wytwarzane są tylko przez niektóre z nich – bakterię błonicy, gronkowca złocistego, bakterie botulizmu.

zmienność mikrobiologiczna. W warunkach naturalnych na drobnoustroje stale oddziałuje wiele czynników determinujących proces zmienności. Czynniki te, oprócz odżywiania, temperatury, obejmują zjawisko antagonizmu drobnoustrojów, wpływ środowiska wewnętrznego organizmu człowieka i zwierząt.

Dzięki bliskiemu kontaktowi z otoczeniem i intensywnemu rozmnażaniu mikroorganizmy szybko dostosowują się do nowych warunków, a co za tym idzie zmieniają się ich początkowe właściwości. Na przykład bakterie żyją w gorącej wodzie gejzerów, które ukształtowały się jako gatunek pod wpływem warunków środowiskowych. Niektóre drobnoustroje chorobotwórcze, wchodząc w interakcję z substancjami leczniczymi, mogą uodpornić się na nie. Zatem warunki bytowania mają ogromne znaczenie dla życia organizmu, a ich zmiana (odżywianie, temperatura, wilgotność itp.) może powodować odpowiednie zmiany w naturze mikroorganizmu.

Zmienność jest charakterystyczna dla wszystkich rodzajów mikroorganizmów. Jednym z powodów zmienności drobnoustrojów jest bakteriofag.

Bakteriofagi to żywe organizmy, które rozmnażają się tylko wtedy, gdy wnikają do wnętrza komórki drobnoustroju z zewnątrz. Poza organizmem drobnoustrojów bakteriofagi nie namnażają się, lecz odpoczywają. Działanie bakteriofaga na komórkę drobnoustroju jest następujące: otaczające komórkę drobnoustroju bakteriofagi stopniowo przenikają do wnętrza i namnażają się. Szybkość rozmnażania bakteriofaga zależy od wielu warunków: charakteru drobnoustroju, warunków jego istnienia itp. Po 1-3 godzinach w komórce drobnoustroju tworzy się wiele nowych bakteriofagów, skorupa tej komórki jest rozdarta, i wypada z niego cała masa bakteriofagów.

Kiedy bakteriofag wchodzi w interakcję z drobnoustrojem, ten ostatni zawsze umiera. Jeśli aktywność bakteriofaga jest niewystarczająca, poszczególne komórki drobnoustrojów przeżywają i powodują wzrost nowych komórek drobnoustrojów, które są już odporne na tego bakteriofaga.

Pod wpływem bakteriofaga drobnoustroje zmieniają swoje właściwości: tracą zdolność chorobotwórczą, tracą otoczkę itp.

Dla każdego rodzaju patogennego drobnoustroju istnieje bakteriofag, na przykład czerwonka, dur brzuszny, gronkowiec.

Pod wpływem światła, tlenu z powietrza, ciepła bakteriofag traci swoją aktywność w ciągu 1-2 miesięcy. Promienie ultrafioletowe niszczą bakteriofagi w ciągu 15 minut. Szybkie niszczenie bakteriofagów następuje w środowisku kwaśnym.

Bakteriofagi znajdują się wszędzie tam, gdzie są bakterie. Różne bakteriofagi można znaleźć w ściekach, wodzie rzecznej, wydalinach ludzi i zwierząt oraz innych przedmiotach.

Oddychanie mikroorganizmów

Opisane powyżej procesy przyswajania pokarmu przebiegają z wydatkami energetycznymi. Zapotrzebowanie na energię zapewniają procesy metabolizmu energetycznego, których istotą jest utlenianie substancji organicznych, któremu towarzyszy wydzielanie energii. Powstałe produkty utleniania są uwalniane do środowiska.

Schematycznie reakcję utleniania-redukcji z udziałem enzymu dehydrogenazy można przedstawić w następujący sposób:

AN 2 + B - A + VN 2 + energia

Mikroorganizmy mają różne sposoby pozyskiwania energii.

W 1861 roku francuski naukowiec L. Pasteur po raz pierwszy zwrócił uwagę na wyjątkową zdolność mikroorganizmów do rozwoju bez dostępu do tlenu, podczas gdy wszystkie organizmy wyższe – rośliny i zwierzęta – mogą żyć tylko w atmosferze zawierającej tlen.

Na tej podstawie (według rodzajów oddychania) L. Pasteur podzielił mikroorganizmy na dwie grupy - tlenowe i beztlenowe.

Aeroby w celu uzyskania energii materiał organiczny utlenia się tlenem atmosferycznym. Należą do nich grzyby, niektóre drożdże, wiele bakterii i glonów. Wiele tlenowców całkowicie utlenia materię organiczną, uwalniając jako produkty końcowe CO 2 i H 2 O. Proces ten można ogólnie przedstawić za pomocą następującego równania:

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

beztlenowce to mikroorganizmy zdolne do oddychania bez użycia wolnego tlenu. Beztlenowy proces oddychania mikroorganizmów zachodzi na skutek usuwania wodoru z podłoża. Nazywa się typowe procesy oddychania beztlenowego fermentacje. Przykładami tego rodzaju produkcji energii są fermentacje alkoholowe, mlekowe i masłowe. Rozważmy przykład fermentacji alkoholowej:

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

Stosunek mikroorganizmów beztlenowych do tlenu jest inny. Niektóre z nich w ogóle nie tolerują tlenu i są tzw konieczny, Lub ścisły beztlenowce. Należą do nich czynniki sprawcze fermentacji masłowej, prątek tężca, czynniki sprawcze zatrucia jadem kiełbasianym. Inne drobnoustroje mogą rosnąć zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych. Nazywają się - opcjonalny, Lub warunkowy beztlenowce; Są to bakterie kwasu mlekowego, Escherichia coli, Proteus itp.

Enzymy mikroorganizmów

Enzymy Substancje zdolne do katalitycznego wpływania na szybkość reakcji biochemicznych. Odgrywają ważną rolę w życiu mikroorganizmów. Enzymy zostały odkryte w 1814 roku przez rosyjskiego akademika K.S. Kirchhoffa.

Podobnie jak inne katalizatory, enzymy biorą udział w reakcjach przemian substancji jedynie jako pośrednicy. Nie są zużywane ilościowo w reakcjach. Enzymy mikroorganizmów mają szereg właściwości:

1) W temperaturach do 40-50ºC szybkość reakcji enzymatycznej wzrasta, ale potem spada, enzym przestaje działać. W temperaturach powyżej 80°C prawie wszystkie enzymy ulegają nieodwracalnej dezaktywacji.

2) Z natury chemicznej enzymy są jednoskładnikowe, składające się wyłącznie z białka i dwuskładnikowe, składające się z części białkowych i niebiałkowych. Niebiałkowa część wielu enzymów jest reprezentowana przez jedną lub drugą witaminę.

3) Na aktywność enzymu duży wpływ ma pH pożywki. Dla niektórych enzymów najlepsze jest środowisko kwaśne, dla innych obojętne lub lekko zasadowe.

4) Enzymy są bardzo aktywne. Tak więc cząsteczka katalazy niszczy 5 milionów cząsteczek nadtlenku wodoru na minutę, a 1 g amylazy w sprzyjających warunkach przekształca 1 tonę skrobi w cukier.

5) Każdy enzym ma ściśle określoną specyfikę działania, to znaczy zdolność oddziaływania tylko na określone wiązania w złożonych cząsteczkach lub tylko na określone substancje. Na przykład amylaza powoduje rozkład tylko skrobi, laktaza - cukier mleczny, celulaza - celuloza itp.

6) Nazywa się enzymy właściwe dla danego mikroorganizmu i zawarte w liczbie składników jego komórki składowy. Jest jeszcze jedna grupa - enzymy wywołany(adaptacyjne), które są wytwarzane przez komórkę tylko wtedy, gdy do pożywki zostanie dodana substancja (induktor), która stymuluje syntezę tego enzymu. W tych warunkach mikroorganizm syntetyzuje enzym, którego nie posiadał.

7) W zależności od charakteru działania enzymy dzielą się na egzoenzymy, które są uwalniane przez komórkę do środowiska zewnętrznego, oraz endoenzymy, które są trwale połączone z wewnętrznymi strukturami komórki i działają wewnątrz niej.

8) Chociaż enzymy są wytwarzane przez komórkę, to nawet po jej śmierci chwilowo pozostają one w stanie aktywnym i autoliza(z greckiego autos - samo, liza - rozpuszczanie) - samorozpuszczanie lub samotrawienie komórki pod wpływem własnych enzymów wewnątrzkomórkowych.

Obecnie znanych jest ponad 1000 enzymów. Enzymy dzielą się na 6 klas:

1-sza klasa- oksydoreduktazy - odgrywają ważną rolę w procesach fermentacji i oddychania mikroorganizmów, czyli w metabolizmie energetycznym.

II stopnia Transferazy (enzymy przenoszące) katalizują przenoszenie grup atomów z jednego związku do drugiego.

3 klasa - hydrolazy (enzymy hydrolityczne). Katalizują reakcje rozszczepiania związków złożonych (białek, tłuszczów i węglowodanów) przy obowiązkowym udziale wody.

4 klasie - liazy obejmują dwuskładnikowe enzymy, które odszczepiają określone grupy od substratów (CO 2, H 2 O, NH s itp.) w sposób niehydrolityczny (bez udziału wody).

5 klasa- izomerazy to enzymy katalizujące odwracalną przemianę związków organicznych w ich izomery.

6 klasa - ligazy (syntetazy) to enzymy, które katalizują syntezę złożonych związków organicznych z prostszych. Ligazy odgrywają ważną rolę w metabolizmie węglowodanów i azotu mikroorganizmów.

Zastosowanie enzymów mikrobiologicznych w przemyśle spożywczym i lekkim może znacznie zintensyfikować proces technologiczny, zwiększyć wydajność i poprawić jakość gotowego produktu. Preparaty enzymów amylolitycznych stosuje się do produkcji alkoholu etylowego z surowców zawierających skrobię zamiast słodu zbożowego, aw przemyśle piekarniczym zamiast słodu do przygotowania parzonego chleba żytniego; amylazy grzybowe są również dodawane do ciasta pszennego. Ponieważ preparat ten zawiera oprócz amylazy również inne enzymy (maltazę, proteazy), to chociaż w niewielkich ilościach przyspiesza proces wyrabiania ciasta, zwiększa objętość i porowatość chleba, poprawia się jego wygląd, aromat i smak. Zastosowanie tych preparatów enzymatycznych w browarnictwie umożliwia częściowe zastąpienie słodu jęczmieniem. Za pomocą glukoamylazy grzybowej ze skrobi uzyskuje się syrop glukozowy i krystaliczną glukozę. Preparaty grzybobójcze zawierające enzymy pektolityczne znajdują zastosowanie w produkcji soków i napojów owocowych oraz winiarstwie. W wyniku niszczenia pektyn przez te enzymy następuje przyspieszenie procesu ekstrakcji soku, zwiększenie jego wydajności, filtracji i klarowania. Preparaty enzymatyczne zawierające proteazy drobnoustrojowe stosuje się w celu zwiększenia stabilności (ochrony przed zamgleniem białkowym) wina i piwa, aw serowarstwie - zamiast (częściowo) podpuszczki. Wskazane jest stosowanie proteaz mikrobiologicznych do zmiękczania mięsa, przyspieszania dojrzewania mięsa i śledzi, otrzymywania hydrolizatów spożywczych z odpadów przemysłu rybnego i mięsnego oraz do innych procesów technologicznych przetwarzania surowców zwierzęcych i roślinnych.

Skład chemiczny mikroorganizmów

Komórki drobnoustrojów pod względem składu niewiele różnią się od komórek zwierzęcych i roślinnych. Zawierają 75-85% wody, pozostałe 16-25% to sucha masa. Woda w komórce jest w stanie wolnym i związanym. Woda związana jest częścią koloidów komórkowych (białek, polisacharydów itp.) i jest z nich prawie nieuwalniana. Wolna woda bierze udział w reakcjach chemicznych, służy jako rozpuszczalnik dla różnych związków powstających w komórce podczas metabolizmu.

Sucha masa komórki składa się z substancji organicznych i mineralnych.

białka – aż 52%,

polisacharydy – do 17%,

kwasy nukleinowe (RNA do 16%, DNA do 3%),

lipidy - do 9%

Związki te wchodzą w skład różnych struktur komórkowych mikroorganizmów i pełnią ważne funkcje fizjologiczne. W komórkach mikroorganizmów znajdują się również inne substancje - kwasy organiczne, ich sole, pigmenty, witaminy itp.

Pytania kontrolne

1. Co to jest turgor?

2. Czym jest dysymilacja?

3. Jakie mikroorganizmy nazywane są autotrofami?

4. Co to jest osmoza?

5. Jakie mikroorganizmy nazywane są fakultatywnymi?

6. Co to jest plazmoliza?

7. W jakich procesach biorą udział lipazy?

8. Ile wody zawiera mikroorganizmy?

10. Jakie mikroorganizmy nazywane są beztlenowymi?

Istnieją dwa rodzaje oddychania mikrobiologicznego - tlenowe i beztlenowe.

Oddychanie aerobowe mikroorganizmów to proces, w którym akceptorem wodoru (protonów i elektronów) jest tlen cząsteczkowy. W wyniku utleniania, głównie złożonych związków organicznych, powstaje energia, która jest uwalniana do środowiska lub gromadzi się w wysokoenergetycznych wiązaniach fosforanowych ATP. Rozróżnij całkowite i niepełne utlenienie.

całkowite utlenianie. Głównym źródłem energii dla mikroorganizmów są węglowodany. Po ich rozszczepieniu, które odbywa się na różne sposoby, otrzymuje się ważny produkt pośredni - kwas pirogronowy. Całkowite utlenienie kwasu pirogronowego zachodzi w cyklu kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa) i łańcuchu oddechowym. W wyniku rozkładu glukozy w warunkach tlenowych proces utleniania dochodzi do końca - aż do powstania dwutlenku węgla i wody z uwolnieniem dużej ilości energii: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6C02 + 6H2O + 2874,3 kJ.

niepełne utlenianie. Nie wszystkie tlenowce doprowadzają reakcje utleniania do końca. Przy nadmiarze węglowodanów w pożywce powstają produkty niepełnego utlenienia, w których zawarta jest energia. Produktami końcowymi niecałkowitego tlenowego utleniania cukru mogą być kwasy organiczne: cytrynowy, jabłkowy, szczawiowy, bursztynowy i inne, które tworzą grzyby pleśniowe. Na przykład oddychanie tlenowe jest przeprowadzane przez bakterie kwasu octowego, w których kwas octowy i woda powstają podczas utleniania alkoholu etylowego:

CH3CH2OH + O2- * CH3COOH + H2O + 494,4 k J.

Niektóre bakterie utleniają związki nieorganiczne podczas oddychania. Przykładem utleniania związków nieorganicznych mogą być procesy nitryfikacji, w których bakterie nitryfikacyjne najpierw utleniają amoniak do kwasu azotawego, a następnie do kwasu azotowego. W każdym przypadku uwalniana jest energia: w pierwszej fazie 274,9 kJ, w drugiej - 87,6 kJ.

Oddychanie beztlenowe odbywa się bez udziału tlenu cząsteczkowego. Rozróżnij beztlenowe oddychanie azotanami, beztlenowe oddychanie siarczanami i fermentację. Podczas oddychania beztlenowego utlenione związki nieorganiczne są akceptorami wodoru, które łatwo oddają tlen i przekształcają się w formy bardziej zredukowane, czemu towarzyszy wydzielanie energii.

1. oddychanie azotanowe beztlenowe - redukcja azotanów do azotu cząsteczkowego

2. oddychanie beztlenowe siarczanowe - redukcja siarczanów do siarkowodoru.

3. Fermentacja - rozkład związków organicznych zawierających węgiel w warunkach beztlenowych. Charakteryzuje się tym, że ostatnim akceptorem wodoru jest cząsteczka organiczna z wiązaniami nienasyconymi. W tym przypadku substancja rozkłada się tylko do produktów pośrednich, którymi są złożone związki organiczne (alkohole, kwasy organiczne). Zawarta w nich energia uwalniana jest do środowiska w niewielkich ilościach. Podczas fermentacji wydziela się mniej energii. Na przykład podczas fermentacji glukozy uwalniane jest 24,5 razy mniej energii niż podczas jej tlenowego utleniania.

Wszystkie rodzaje fermentacji przed powstaniem kwasu pirogronowego przebiegają w ten sam sposób. Dalsza konwersja kwasu pirogronowego zależy od właściwości drobnoustroju. Homofermentacyjne bakterie kwasu mlekowego przekształcają go w kwas mlekowy, drożdże w alkohol etylowy itp.

Klasyfikacja drobnoustrojów ze względu na sposób oddychania.

W zależności od rodzaju oddychania mikroorganizmy dzielą się na cztery grupy.

1. Obowiązkowe (bezwarunkowe) tlenowce rosną przy swobodnym dostępie do tlenu. Należą do nich bakterie kwasu octowego, patogeny gruźlicy, wąglika i wiele innych.

2. Bakterie mikroaerofilne rozwijają się przy niskim (do 1%) stężeniu tlenu w otaczającej atmosferze. Takie warunki sprzyjają promieniowcom, leptospirom, brucellom.

3. Fakultatywne beztlenowce rozwijają się zarówno przy dostępie tlenu atmosferycznego, jak i przy jego braku. Mają odpowiednio dwa zestawy enzymów. To Enterobacteriaceae, czynnik wywołujący różycę świń.

4. Obowiązkowe (bezwarunkowe) beztlenowce rozwijają się przy całkowitym braku tlenu w środowisku. Warunki beztlenowe (pomijane przez bakterie kwasu masłowego, patogeny tężca, zatrucia jadem kiełbasianym, zgorzel gazowa, karbunkuł rozedmowy, nekrobakterioza.

Wstęp

bakteria mikroorganizmów oddechowych żywności

Jak wiadomo, mikroorganizmy czerpią energię niezbędną do utrzymania swojej życiowej aktywności dzięki różnego rodzaju procesom utleniania substancji organicznych (a czasem nieorganicznych). W tym przypadku utlenianie zachodzi poprzez odszczepienie wodoru (lub elektronów) od substratów. Wodór jest przenoszony wzdłuż łańcucha enzymów i ostatecznie łączy się z tlenem, tworząc wodę. Beztlenowa metoda pozyskiwania energii charakteryzuje się tym, że nie bierze w niej udziału wolny tlen, a utlenianie substratów organicznych następuje jedynie w wyniku eliminacji wodoru. Uwolniony wodór albo łączy się z produktami rozpadu tej samej materii organicznej, albo uwalnia się w stanie gazowym.

Rodzaje oddychania mikroorganizmów

Oddychanie drobnoustrojów to biologiczne utlenianie różnych związków organicznych i niektórych minerałów. W wyniku procesów redoks i fermentacji powstaje energia cieplna, której część jest wykorzystywana przez komórkę drobnoustroju, a pozostała część jest uwalniana do otoczenia.

Obecnie utlenianie definiuje się jako proces usuwania wodoru (odwodornianie), a redukcję jako jego dodatek. Te same terminy odnoszą się do reakcji związanych z przeniesieniem protonów i elektronów lub tylko elektronów. Kiedy substancja jest utleniana, elektrony są tracone, a kiedy substancja jest redukowana, są one dodawane. Uważa się, że przenoszenie wodoru i przenoszenie elektronów są procesami równoważnymi.

Zdolność związków lub pierwiastków do oddawania lub przyjmowania elektronów zależy od potencjału redoks. Zgodnie z sugestią M. Clarka oznacza się ją rH2 (ujemny logarytm ciśnienia cząstkowego gazowego wodoru). Jest to stopień nasycenia ośrodka tlenem lub wodorem. Zakres JH2 mieści się w zakresie od 0 do 42,6. na P12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 utleniające, przy iil2 równym 28, medium jest neutralne.

Tlenowce żyją przy wyższym potencjale redoks (ili2 14-35), beztlenowce żyją przy niższym (rH2 0-12). Popy H1 (protony), którymi w istocie są, przenoszone są wbrew gradientowi elektrochemicznemu, czyli ze środowiska o niższym stężeniu do środowiska, w którym jest ich dużo. Proces przeniesienia protonu wiąże się ze zużyciem energii. Przenikanie jonów wodoru przez membranę nie zachodzi zgodnie z prawami osmozy, ale aktywnie, za pomocą pompy zwanej pompą wodoru. Zatem przemiany biologiczne w cytoplazmie komórki drobnoustrojów są związane z ruchem protonów i elektronów, ale nie jest to prosty ruch elektryczny, ale złożony proces biochemiczny przeprowadzany za pomocą enzymów. Te ostatnie katalizują reakcje, przyspieszają zrywanie wiązań kowalencyjnych, a tym samym zmniejszają energię aktywacji.

Energia elektryczna wytwarzana przez drobnoustroje może być nawet wykorzystywana w niektórych urządzeniach. Obecnie projektowane są przekaźniki działające na energię elektryczną biologiczną, wytwarzaną przez mikroorganizmy żywiące się cukrem rozpuszczonym w wodzie morskiej. (Oddychanie tlenowe mikroorganizmów to proces, w którym ostatnim akceptorem wodoru (protonów i elektronów) jest tlen cząsteczkowy. W wyniku utleniania, głównie złożonych związków organicznych, powstaje energia, która jest uwalniana do środowiska lub gromadzi się w wysoko- energetyczne wiązania fosforanowe ATP Rozróżnij całkowite i niecałkowite utlenienie?

całkowite utlenianie. Głównym źródłem energii dla mikroorganizmów są węglowodany. Po ich rozszczepieniu, które zachodzi na różne sposoby, otrzymuje się ważny produkt pośredni - kwas pirogronowy (pirogronian). Całkowite utlenienie kwasu pirogronowego zachodzi w cyklu kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa) oraz łańcuchu oddechowym (ryc. 17). W wyniku rozpadu glukozy w warunkach tlenowych proces utleniania dochodzi do końca - do powstania dwutlenku węgla i wody z uwolnieniem dużej ilości energii: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ .

Odpowiada potencjalnej rezerwie energii heksozy, czyli ilości, jaka została zgromadzona w cząsteczce cukru podczas jego fotosyntezy z dwutlenku węgla i wody w roślinach zielonych. Przeniesienie elektronów z wodoru na tlen odbywa się poprzez łańcuch oddechowy lub łańcuch transportu elektronów. Łańcuch oddechowy to system enzymów oddechowych, które znajdują się w błonach. Membrany, jak wiadomo, stykają się z cytoplazmą komórki, w wyniku czego zachodzi ich interakcja.

niepełne utlenianie. Nie wszystkie tlenowce doprowadzają reakcje utleniania do końca. Przy nadmiarze węglowodanów w pożywce powstają produkty niepełnego utlenienia, w których zawarta jest energia. Produktami końcowymi niecałkowitego tlenowego utleniania cukru mogą być kwasy organiczne: cytrynowy, jabłkowy, szczawiowy, bursztynowy i inne, które tworzą grzyby pleśniowe.

Beztlenowce to organizmy, które uzyskują energię przy braku dostępu tlenu poprzez fosforylację substratu, podczas gdy końcowe produkty niecałkowitego utlenienia substratu mogą zostać utlenione w celu uzyskania większej ilości energii w postaci ATP w obecności końcowego akceptora protonów przez organizmy niosące fosforylację oksydacyjną.

Schemat 1 przedstawia transport elektronów podczas oddychania i różne rodzaje beztlenowej produkcji energii. Wodór i elektrony są odszczepiane od substratów przez enzymy nukleotydów pirydynowych (PN). Następnie w tlenowcach przechodzą przez łańcuch enzymów o rosnących potencjałach – flawoproteiny (FP – enzymy cytochromowe (Cit.) – i są przenoszone do tlenu za pomocą oksydazy cytochromowej (Cit. Ox.). Przepływ elektronów jest kierowany z układu o niższym (bardziej ujemnym potencjale) do układu o wyższym (bardziej dodatnim) potencjale, od - 0,8 - 0,4 V (potencjał podłoża) do + 0,8 V (potencjał tlenu).

Tak więc podczas oddychania tlen jest końcowym akceptorem wodoru. W beztlenowcach substraty organiczne (fermentacja) lub substancje nieorganiczne, takie jak azotany lub siarczany („oddychanie beztlenowe”) działają jako akceptory wodoru. Ze schematu widać, że najbardziej prosty i prymitywny transport elektronów odbywa się u większości beztlenowców z powodu braku enzymów w łańcuchu transportu elektronów zdolnych do przenoszenia elektronów wzdłuż łańcucha do tlenu cząsteczkowego.

Tlen cząsteczkowy ma negatywny wpływ na wzrost i aktywność bezwzględnych beztlenowców. W obecności wolnego tlenu komórki beztlenowe tracą mobilność. Dzięki tej reakcji beztlenowce zostały po raz pierwszy odkryte przez Pasteura. Pewnego razu zbadał pod mikroskopem kroplę płynu fermentacyjnego (podczas fermentacji masłowej) umieszczoną między dwoma cienkimi płaskimi szklankami i zauważył, że komórki znajdujące się na brzegach preparatu (gdzie tlen z powietrza swobodnie wnikał) nagle się unieruchomiły, a pręciki znajdujące się w centrum preparatu (tam, gdzie powietrze nie wnikało), nadal poruszały się bardzo aktywnie.

Stąd Pasteur wywnioskował, że tlen z powietrza jest trujący dla niektórych drobnoustrojów i podzielił te ostatnie na dwie grupy - tlenowce i beztlenowce. Przeciwnicy Pasteura (np. Treculle) sprzeciwiali się twierdzeniu o istnieniu bakterii, dla których tlen z powietrza może być śmiertelny, podając jako przykład przetrwalniki beztlenowe, zdolne do pozostawania w powietrzu przez długi czas. Na to Pasteur odpowiedział, że zarodniki nie są prawdziwymi żywymi istotami, ponieważ nie żywią się i nie rozmnażają. Dalszy rozwój nauki potwierdził stanowisko Pasteura. Wykazano tym samym, że przetrwalniki bakterii charakteryzują się niezwykle wyraźną anabiozą, a ich metabolizm jest na tak niskim poziomie, że nie można go nawet zmierzyć z niezbędną dokładnością. Pod tym względem zarodniki nie są wrażliwe na wiele czynników uszkadzających, a poza tym zarodniki beztlenowców mogą (w przeciwieństwie do komórek wegetatywnych) łatwo przetrwać w powietrzu.

Pytanie, dlaczego tlen jest toksyczny dla beztlenowców, nie zostało jeszcze wystarczająco wyjaśnione. Niektórzy badacze uważają, że toksyczne działanie tlenu wiąże się z powstawaniem w kulturach mikroorganizmów beztlenowych toksycznych stężeń nadtlenku wodoru, który powstaje w wyniku utleniania podłoża tlenem atmosferycznym. Przyczyną gromadzenia się nadtlenku wodoru jest brak enzymu katalazy (który rozkłada nadtlenek) u beztlenowców. Istnieją doniesienia, że ​​niektóre szczepy Clostridium mogą rosnąć w warunkach tlenowych, jeśli do pożywki zostanie dodana katalaza. Ale z drugiej strony bardzo ważnym czynnikiem determinującym rozwój beztlenowców są warunki redoks środowiska. Wyraża się je jako potencjał redoks (ORP), mierzony w woltach (napięcie na elektrodzie zanurzonej w badanym medium). Warunki redoks można również wyrazić za pomocą wskaźnika rH2, który charakteryzuje stosunek między H2 i O2. rH2 w zakresie od 0 do 40 charakteryzuje wszystkie stopnie redukcji lub utlenienia ośrodka w zależności od jego nasycenia tlenem lub wodorem. Szczegółowe badania warunków rozwoju beztlenowców wykazały, że bezwzględne beztlenowce nie mogą rozwijać się przy rH2 (lub ORP) powyżej pewnej granicy. rH2 w pożywce można zmierzyć elektrometrycznie (za pomocą potencjometrów) lub za pomocą barwników, które odzyskują i blakną (lub zmieniają kolor) przy określonych wartościach rH2. Na przykład w warunkach tlenowych przy rH2=20 i powyżej barwnik Janusgrün ma w roztworze kolor zielony, przy rH2 w zakresie 12-14 jest różowy, a przy jeszcze niższych wartościach rH2 staje się bezbarwny.

Beztlenowce to rozległa grupa organizmów, zarówno na poziomie mikro, jak i makro:

Fakultatywne beztlenowce

Kapneistyczne beztlenowce i mikroaerofile

Aerotolerancyjne beztlenowce

Umiarkowanie surowe beztlenowce

obligatoryjne beztlenowce

Jeśli organizm jest w stanie przejść z jednego szlaku metabolicznego na inny (na przykład z oddychania beztlenowego na oddychanie tlenowe i odwrotnie), to warunkowo określa się go mianem fakultatywnych beztlenowców

Do 1991 r. w mikrobiologii wyróżniano klasę beztlenowców kapneistycznych, wymagających niskiego stężenia tlenu i wysokiego stężenia dwutlenku węgla (Brucella bydlęca – B. abortus)

Umiarkowanie ścisły organizm beztlenowy przeżywa w środowisku z cząsteczkowym O2, ale nie rozmnaża się. Mikroaerofile są w stanie przetrwać i rozmnażać się w środowisku o niskim ciśnieniu cząstkowym O2.

Jeśli organizm nie jest w stanie „przełączyć się” z oddychania beztlenowego na tlenowe, ale nie umiera w obecności tlenu cząsteczkowego, to należy do grupy beztlenowców tolerujących powietrze. Na przykład kwas mlekowy i wiele bakterii masłowych

Bezwzględne beztlenowce giną w obecności tlenu cząsteczkowego O2 - na przykład przedstawiciele (rodzaj bakterii i archeonów: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Takie beztlenowce stale żyją w środowisku pozbawionym tlenu. Obowiązkowe beztlenowce obejmują niektóre bakterie, drożdże, wiciowce i orzęski.

Jednocześnie glikoliza jest charakterystyczna tylko dla beztlenowców, które w zależności od końcowych produktów reakcji dzielą się na kilka rodzajów fermentacji:

fermentacja mlekowa - rodzaj Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium, a także niektóre tkanki zwierząt wielokomórkowych i ludzi. fermentacja alkoholowa - saccharomycetes, candida (organizmy z królestwa grzybów)

kwas mrówkowy - rodzina enterobakterii

masłowy - niektóre rodzaje Clostridia

kwas propionowy - propionobakterie (np. Propionibacterium acnes)

fermentacja z uwolnieniem wodoru cząsteczkowego - niektóre rodzaje Clostridium, fermentacja Stickland

fermentacja metanowa – np. Methanobacterium

Rodzaje odżywiania mikroorganizmów

Autotrofy (chemolitotrofy, fotolitotrofy) pozyskują węgiel z dwutlenku węgla (CO2) w powietrzu i tworzą materię organiczną wykorzystując energię uwalnianą podczas utleniania niektórych związków mineralnych (chemosynteza) lub energię słoneczną (fotosynteza). Zjawisko chemosyntezy w chemolitotrofach zostało po raz pierwszy ustalone (1887) przez rosyjskiego mikrobiologa S. N. Vinogradsky'ego w badaniu bezbarwnych bakterii siarkowych, nitryfikujących i innych mikroorganizmów. Energia wytworzona w procesie reakcji utleniania jest następnie wykorzystywana przez bakterie do asymilacji węgla i tworzenia materii organicznej.

Fotolitotrofy (niebiesko-zielone algi, fioletowe bakterie siarkowe i inne drobnoustroje) mają zdolność fotosyntezy, ponieważ zawierają pigmenty (substancje barwiące). Pigmenty fotolitotrofów mają podobny skład do chlorofilu roślin zielonych. Fotobakterie, podobnie jak rośliny, tworzą materię organiczną przy użyciu węgla z dwutlenku węgla i energii słonecznej. Autotrofy mogą rozwijać się w środowiskach czysto mineralnych, nie są w stanie asymilować bardziej złożonych związków węgla i dlatego nie są chorobotwórcze dla zwierząt.

Źródła energii

Najbardziej dostępnymi źródłami węgla dla bakterii są węglowodany i aminokwasy, co jest brane pod uwagę przy produkcji pożywek.

autotrofia. Potrzeby żywieniowe autotroficzne [z gr. auto, self, + trophe, ograniczone odżywianie bakterii; do ich wzrostu wystarczy wprowadzić do podłoża związki nieorganiczne zawierające azot i inne pierwiastki mineralne. Bakterie lutotroficzne wykorzystują dwutlenek węgla lub węglany jako źródło węgla. Takie bakterie są w stanie syntetyzować wszystkie niezbędne związki z prostych substancji. Należą do nich bakterie foto- i chemotroficzne (chemosyntetyzujące), wykorzystujące odpowiednio promieniowanie elektromagnetyczne (światło) jako źródło energii lub energię reakcji redoks z udziałem substratów będących dla nich źródłem pożywienia. Wśród autotrofów nie stwierdzono gatunków o znaczeniu medycznym.

Azot jest niezbędny bakteriom do syntezy aminokwasów (białek), nukleotydów purynowych i pirymidowych oraz niektórych witamin. Ponieważ azot we wszystkich organizmach żywych występuje w postaci zredukowanej, wszystkie formy mineralne azotu o wyższym stopniu utlenienia niż amoniak muszą zostać zredukowane.

Szereg mikroorganizmów potrafi wykorzystywać azot tylko ze związków organicznych (aminoheterotrofów). Niektóre mikroorganizmy asymilują azot w postaci nieorganicznej (aminoautotrofy). Jednak wiele mikroorganizmów potrafi wykorzystywać zarówno azot organiczny, jak i mineralny.

Zastosowanie azotu nieorganicznego

W naturze mineralne atomy azotu występują w różnych stopniach utlenienia: od N5+ (N2O5, bezwodnik azotowy) do N3- (NH3, amoniak). O stopniu przyswajania mineralnych związków azotu przez bakterie decyduje łatwość ich konwersji do amoniaku, gdyż jest on najprostszym prekursorem wielkocząsteczkowych związków azotoorganicznych. W tej grupie bakterii możliwe są dwa odmiennie ukierunkowane procesy: asymilacja (wiązanie mineralnych form azotu z materią organiczną) i dysymilacja (uwalnianie gazowych form azotu).

procesy asymilacyjne. Wiązanie mineralnych form azotu zachodzi podczas wiązania azotu, asymilacji amoniaku i asymilacji redukcji azotanów.

Wiązanie azotu. Bakterie wiążące azot (na przykład Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella itp.) są w stanie wykorzystywać azot z powietrza atmosferycznego, redukując go do amoniaku za pomocą specjalnego enzymu (azotrogenazy) w procesie zwanym wiązaniem azotu.

asymilacja amoniaku. Większość bakterii absorbuje amon podczas asymilacji amoniaku. Bakterie rosnące na podłożach zawierających amon mogą bezpośrednio włączać go do związków organicznych. Należy pamiętać, że po spożyciu nieorganicznych soli amonowych w podłożu gromadzą się aniony (SO4, Cl, H3PO4 itp.), obniżając pH podłoża, co spowalnia wzrost kultur. Sole amonowe kwasów organicznych w mniejszym stopniu zakwaszają środowisko i sprzyjają rozwojowi bakterii.

Redukcja azotanów asymilacyjnych. Zdecydowana większość bakterii i grzybów, podobnie jak rośliny, asymiluje azotany w procesie asymilacyjnej redukcji azotanów. W pierwszym etapie azotany ulegają redukcji do azotynów, cykl tych przemian katalizuje specyficzny enzym – asymilacyjna reduktaza azotanowa B. Drugi etap to zespół reakcji redukcyjnych katalizowanych przez reduktazę azotynową, co prowadzi do powstania amoniaku, który jest wykorzystywany do syntezy aminokwasów i innych zawierających azot składników komórki.

Mechanizm dostarczania składników odżywczych

Egzoenzymy zlokalizowane na zewnętrznej stronie błony komórkowej. W bakteriach E. może być uwalniana do środowiska zewnętrznego lub znajdować się między ścianą komórkową a błoną komórkową.

Klasyfikacja enzymów.

Obecnie znanych jest ponad 2000 enzymów, dlatego istnieje potrzeba naukowej klasyfikacji. Zgodnie z klasyfikacją opracowaną przez specjalną komisję Międzynarodowej Unii Biochemicznej (1961), wszystkie enzymy są pogrupowane w sześć klas: ocendoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy, ligazy lub syntetazy.

Oksydoreduktazy to enzymy redoks. Przyspieszają procesy redukcji i utleniania różnych substancji, odgrywają ważną rolę w procesach oddychania drobnoustrojów. Ta grupa jest liczna, obejmuje ponad 200 enzymów. Tutaj jest kilka z nich.

Dehydrogenazy to enzymy, które prowadzą proces biologicznego utleniania poprzez usuwanie wodoru z donorowego substratu i przenoszenie go na tlen lub inny akceptor. Istnieją dehydrogenazy tlenowe i beztlenowe. Dehydrogenazy tlenowe przenoszą wodór zarówno bezpośrednio do tlenu cząsteczkowego, jak i do innych układów; nazywane są oksydazami. Dehydrogenazy beztlenowe oddziałują z podłożem, pobierając z niego wodór i przekazując go do akceptora, ale nie do tlenu z powietrza. Oksydazy cytochromowe to enzymy przenoszące elektrony. Cytochromoksyndaza aktywuje tlen cząsteczkowy i przy jego pomocy utlenia zredukowany cytochrom, którego aktywną grupą jest hemina. Katalaza znajduje się w komórkach drobnoustrojów tlenowych i należy do grupy enzymów hemowych zawierających w swojej cząsteczce żelazo żelazowe, które może tracić elektrony (utleniać). Pod działaniem katalazy na nadtlenek wodoru ulega redukcji, powstaje woda i tlen cząsteczkowy. Peroksydaza znajduje się w niektórych drobnoustrojach, aktywuje tlen nadtlenku wodoru i przyspiesza utlenianie różnych związków organicznych.

Hydroliza - enzymy przyspieszające reakcje hydrolizy, czyli proces rozkładania złożonych substancji na prostsze z dodatkiem cząsteczki, wody. Występują w wielu mikroorganizmach. Hydrolazy łączą w sobie ponad 200 enzymów. Do tej grupy należą: esterazy rozszczepiające estry utworzone przez kwasy organiczne i alkohole; fosfatazy, które hydrolizują estry utworzone przez alkohole i kwas fosforowy; glukozydazy rozszczepiające wiązania glukozydowe w atomach węgla i ich pochodne; peptydazy; przyspieszanie hydrolizy wiązań peptydowych w białkach; amidazy przyspieszające hydrolizę amidów, aminokwasów i innych związków.

Liazy to enzymy, które odszczepiają jedną lub drugą grupę od substratów w sposób niehydrolityczny (reakcja między węglem a tlenem, azotem, siarką, halogenem). Ta klasa obejmuje około 90 enzymów. Najważniejsze z nich to karboksylaza, liaza aldehydowa (aldolaza) itp.

Izomerazy to enzymy przyspieszające ruch wodoru, fosforu i wiązań podwójnych wewnątrz cząsteczek, co jest ważne w metabolizmie. Ta grupa obejmuje fosfoheksoizomerazę, triozofosfotiiomerazę itp.

Ligazy lub syntetazy to enzymy przyspieszające syntezę związków złożonych z prostszych w wyniku rozpadu wiązań pirofosforowych (w ATP lub innych bogatych w energię pirofosforanach). Ligazy odgrywają ważną rolę w syntezie białek, kwasów nukleinowych, kwasów tłuszczowych i innych związków. Ta klasa obejmuje około 100 enzymów. Przedstawicielami tej grupy są syntetaza asparaginy, syntetaza glutamipsyny itp.