Fiziologia microorganismelor. Respirația bacteriilor, tipuri de respirație

Fiziologia microorganismelor studiază caracteristicile dezvoltării, nutriției, metabolismului energetic și a altor procese de viață ale microbilor în diferite condiții de mediu.

Nutriția microorganismelor

Microbii se hrănesc prin difuzia nutrienților dizolvați în apă prin înveliș și membrană. Compușii organici complecși insolubili sunt descompuși preliminar în afara celulei cu ajutorul enzimelor secretate de microbi în substrat.

După metoda de nutriție, acestea sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe.

Autotrofi capabile să sintetizeze compuși organici din substanțe anorganice (în principal dioxid de carbon, azot anorganic și apă). Ca sursă de energie pentru sinteza, acești microbi folosesc energia luminii (fotosinteză) sau energia reacțiilor oxidative (chimiosinteză).

Toate reacțiile metabolice dintr-o celulă microbiană au loc cu ajutorul catalizatorilor biologici - enzime. Majoritatea enzimelor constau dintr-o parte proteică și un grup protetic non-proteic. Grupul protetic poate include metale precum fierul, cuprul, cobaltul, zincul, precum și vitaminele sau derivații acestora. Unele enzime constau doar din proteine ​​simple. Enzimele sunt specifice și acționează doar asupra unei substanțe specifice. Prin urmare, fiecare microorganism conține un întreg complex de enzime, iar unele enzime pot fi eliberate în exterior, unde participă la pregătirea pentru asimilarea compușilor organici complecși. Enzimele provenite de la microorganisme sunt utilizate în industria alimentară și în alte industrii.

Apă. O celulă microbiană este formată din 75-85% apă. Cea mai mare parte a apei se găsește în citoplasma celulei în stare liberă. Toate procesele metabolice biochimice au loc în apă; apa este, de asemenea, un solvent pentru aceste substanțe, deoarece nutrienții intră în celulă numai sub formă de soluție, iar produsele metabolice sunt, de asemenea, îndepărtate din celulă cu apă. O parte din apa din celulă este într-o stare legată și face parte din unele structuri celulare. În sporii bacterieni și fungici, cantitatea de apă liberă este redusă la 50% sau mai puțin. Cu o pierdere semnificativă de apă legată, celula microbiană moare.

Materie organică celulele microbiene sunt reprezentate de proteine ​​(6-14%), grasimi (1-4%), carbohidrati, acizi nucleici.

- principalul material plastic al oricărei celule vii, inclusiv cele microbiene. Proteinele formează baza citoplasmei și fac parte din membrana celulară și din unele structuri celulare. Ele îndeplinesc o funcție catalitică foarte importantă, deoarece fac parte din enzimele care catalizează reacțiile metabolice în celula microbiană.

Celulele microbiene conțin acid dezoxiribonucleic (ADN) și acid ribonucleic (ARN). ADN-ul se găsește în principal în nucleul celular sau nucleotide, ARN-ul se găsește în citoplasmă și ribozomi, unde este implicat în sinteza proteinelor.

Conținutul de grăsime al diferitelor microorganisme variază; la unele drojdii și mucegaiuri este de 6-10 ori mai mare decât la bacterii. Grăsimile (lipidele) sunt materialul energetic al celulei. Grăsimile sub formă de lipoproteine ​​fac parte din membrana citoplasmatică, care îndeplinește o funcție importantă în schimbul de celule cu mediul. Grăsimile pot fi prezente în citoplasmă sub formă de granule sau picături.

Carbohidrații fac parte din membrane, capsule și citoplasmă. Ele sunt reprezentate în principal de carbohidrați complecși - polizaharide (amidon, dextrină, glicogen, fibre), care pot fi combinați cu proteine ​​sau lipide. Carbohidrații pot fi depozitați în citoplasmă sub formă de boabe de glicogen ca material de rezervă de energie.

(fosfor, sodiu, magneziu, clor, sulf etc.) fac parte din proteinele si enzimele celulei microbiene, sunt necesare pentru metabolism si mentinerea presiunii osmotice intracelulare normale.

Necesar pentru funcționarea normală a microorganismelor. Ele participă la procesele metabolice, deoarece fac parte din multe enzime. Vitaminele, de regulă, trebuie să provină din alimente, dar unii microbi au capacitatea de a sintetiza vitamine, de exemplu B 2 sau B 12.

Respirația microorganismelor

Procesele de biosinteză a substanțelor celulare microbiene au loc cu cheltuirea energiei. Majoritatea microbilor folosesc energia reacțiilor chimice care implică oxigenul din aer. Acest proces de oxidare a nutrienților pentru a elibera energie se numește respirație. Energia este eliberată prin oxidarea substanțelor anorganice (autotrofe) sau organice (heterotrofe).

Microorganisme aerobe (aerobi) Ei folosesc energia eliberată în timpul oxidării substanțelor organice cu oxigenul atmosferic pentru a forma substanțe anorganice, dioxid de carbon și apă. Aerobii includ multe bacterii, ciuperci și unele drojdii. Ei folosesc cel mai adesea carbohidrații ca sursă de energie.

Microorganisme anaerobe (anaerobe) Ei nu folosesc oxigen pentru respirație, trăiesc și se reproduc în absența oxigenului, obținând energie în urma proceselor de fermentație. Anaerobii sunt bacterii din genul Clostridia (bacilul botulinic și bacilul perfringens), bacteriile cu acid butiric etc.

In conditii anaerobe au loc fermentatii alcoolice, lactice si acid butiric, in timp ce procesul de transformare a glucozei in alcool, acid lactic sau butiric are loc odata cu eliberarea de energie. Aproximativ 50% din energia eliberată este disipată sub formă de căldură, iar restul se acumulează în ATP (acid adenozin trifosforic).

Unele microorganisme sunt capabile să trăiască atât în ​​prezența oxigenului, cât și fără acesta. În funcție de condițiile de mediu, pot trece de la procesele anaerobe de obținere a energiei la cele aerobe și invers. Astfel de microorganisme sunt numite anaerobi facultativi.

Respirația bacteriilor. Celula bacteriană primește energia necesară activității sale de viață în timpul procesului de respirație bacteriană.

În funcție de tipul de respirație, toate microorganismele sunt împărțite în două grupe: microbi în care procesul de respirație este asociat cu utilizarea oxigenului liber în aer și microorganisme care nu necesită oxigen liber, care este chiar dăunător pentru ei.

Primul grup de microorganisme se numește aerobe (tip de respirație aerobă); al doilea grup este anaerobi (tipul de respirație este anaerob).

Descompunerea carbohidraților în condiții fără oxigen se numește fermentație. În funcție de tipul de microorganisme care provoacă procesul de fermentație, acestea din urmă pot fi alcoolice, acid acetic etc. Aceasta înseamnă că în timpul procesului de fermentație se poate forma fie alcool, fie acid acetic etc.

Enzime bacteriene. Procesele de nutriție și respirație ale bacteriilor au loc în mod necesar cu participarea enzimelor - substanțe proteice speciale. Enzimele, chiar și în cele mai mici cantități, accelerează foarte mult procesele chimice corespunzătoare, fără a se schimba prea mult.

Fără enzime, procesele de nutriție și respirație ar putea continua, dar foarte lent. Enzimele sunt produse numai în celulele vii. Un grup de enzime nu este asociat cu celula microbiană și sunt eliberate de bacterii în mediu. Funcția acestui grup este aceea că enzimele ajută la descompunerea compușilor complecși în compuși mai simpli care pot fi digerați. Un alt grup de enzime (acestea sunt majoritatea) se află în interiorul celulei bacteriene și este asociat cu aceasta.

În plus, există enzime care apar în bacterii în procesul de adaptare la condițiile nutriționale modificate.

O trăsătură caracteristică a enzimelor este că substanțele cu o anumită compoziție sau grupuri sunt afectate de propria lor enzimă. Astfel, există enzime pentru prelucrarea compușilor complecși de carbon (zaharuri), proteine, grăsimi etc.

Creșterea și reproducerea bacteriilor. Procesul de creștere al unei celule bacteriene este exprimat printr-o creștere a dimensiunii acesteia. Acest proces are loc foarte repede - în câteva minute.

După ce bacteriile ajung la vârsta adultă, procesul de reproducere începe prin simplă diviziune transversală. În condiții favorabile (nutriție suficientă, temperatură favorabilă), celula bacteriană se divide la fiecare 50-30 de minute. S-a calculat că, dacă bacteriile s-ar înmulți nestingherite, atunci în 5 zile s-ar forma o masă vie dintr-o celulă care ar umple toate mările și oceanele. Dar o astfel de reproducere necesită, după cum sa indicat mai sus, o serie de condiții favorabile care nu există în mediul extern.

Compoziția chimică a bacteriilor. O celulă bacteriană conține o cantitate mare de apă - 75-85% din masa celulei. Restul de 15% este reziduul uscat, care include proteine, carbohidrați, grăsimi, săruri și alte substanțe.

Proteinele bacteriene sunt proteine ​​complexe formate din diverși compuși chimici. Aceste substanțe chimice sunt necesare pentru viața celulei bacteriene.

Pe lângă proteine, reziduurile uscate ale bacteriilor includ carbohidrați (12-28%) și acizi nucleici.

Cantitatea de grăsime inclusă în reziduul uscat poate varia. În unele forme de bacterii, conținutul de grăsime ajunge la 1/3 din reziduul uscat.Practic, grăsimile fac parte din înveliș, determinând o serie de proprietăți ale acesteia.

O componentă necesară a unei celule bacteriene sunt sărurile minerale, care reprezintă aproximativ jumătate din întreaga masă a celulei.Compoziția celulelor bacteriene include și azot, oxigen, hidrogen, carbon, fosfor, potasiu, sodiu, magneziu, calciu. , siliciu, sulf, clor și fier.

În funcție de condițiile de mediu, compoziția chimică a bacteriilor se poate modifica atât cantitativ, cât și calitativ.

Nutriția bacteriilor. Nutriția bacteriilor este un proces foarte complex care are loc datorită pătrunderii continue a anumitor substanțe nutritive printr-o membrană semipermeabilă și eliberării produselor metabolice din celulă.

Deoarece membrana bacteriană este impermeabilă la proteine ​​și alți compuși complecși necesari hrănirii celulei, aceste substanțe sunt absorbite după digestie de către enzime.

Raportul corect al concentrațiilor de sare din interiorul celulelor și din mediu este de mare importanță pentru alimentația normală a bacteriilor. Condițiile nutriționale cele mai favorabile se creează atunci când concentrația de săruri din mediu este egală cu soluția de clorură de sodiu 0,5%.

Când este expusă la o soluție de 2-10% de clorură de sodiu, celula bacteriană se micșorează - deshidratare, ceea ce o face incapabilă de a se reproduce. Aceasta este baza pentru metoda de conservare a alimentelor prin sărare.

Bacteriile au nevoie de oxigen, hidrogen, carbon și azot pentru a se hrăni. Sursele de alimentare cu aceste substanțe pot fi apa, aerul etc.

Pe lângă nutrienții normali enumerați mai sus, sunt necesari compuși chimici speciali pentru creșterea bacteriilor.

S-a stabilit că unele tipuri de streptococi nu cresc deloc în absența vitaminei B.

Formarea pigmentului. Unele tipuri de bacterii și ciuperci au capacitatea de a forma diverse substanțe colorante - pigmenți. Cea mai mare parte a acestei capacități este deținută de bacteriile găsite în sol, aer și apă. Această calitate a microbilor este detectată în mod deosebit în mod clar în condiții de laborator. Atunci când se înmulțesc pe medii nutritive solide, bacteriile formează colonii care, datorită diferiților pigmenți, sunt colorate: roșu, alb, violet, auriu etc.

S-a stabilit că cele mai bune condiții pentru formarea pigmentului sunt accesul suficient la oxigen, lumină și temperatura camerei.

Se crede că pigmenții din microbi îndeplinesc o funcție de protecție împotriva efectelor nocive ale luminii solare; în plus, joacă un anumit rol în procesele respiratorii.

Strălucire. În natură, există microbi, inclusiv bacterii, care, în cursul activității lor vitale, formează substanțe care pot străluci atunci când sunt combinate cu oxigenul din aer. Fenomenele de ciuperci putrede strălucitoare, suprafața mării etc. se explică prin dezvoltarea unor astfel de microbi. Astfel de microbi luminoși nu sunt patogeni pentru oameni.

Formarea mirosurilor. Capacitatea microbilor de a forma mirosuri (formarea aromelor) se explică prin prezența unor substanțe volatile speciale, care prin natura lor chimică sunt apropiate de eterii (substanțe asemănătoare eterului). Diverse bacterii producătoare de arome sunt folosite în industria alimentară pentru a face brânză, unt, vin și alte produse.

Printre bacteriile care sunt patogene pentru oameni și emit un miros atunci când sunt crescute în condiții de laborator, se poate numi bacilul tuberculozei, al cărui miros este apropiat de mirosul de miere etc.

Otrăvuri microbiene. Intrând în corpul uman și înmulțindu-se acolo, microbii produc substanțe care au un efect negativ asupra sistemului nervos, inimii și organelor interne. Aceste substanțe nocive se numesc toxine. Toxinele microbiene sunt cele mai puternice otravuri cunoscute. Chiar și o cantitate mică dintre ele poate avea un efect toxic asupra organismului. Leziunile observate în multe boli infecțioase sunt asociate cu acțiunea toxinelor microbiene. Aproape toți microbii patogeni au toxine. Există două tipuri de toxine: exotoxine și endotoxine.

Exotoxinele sunt otrăvuri care scapă cu ușurință din celulele microbiene în mediu.

Exotoxinele se caracterizează printr-o stabilitate relativ scăzută și sunt ușor distruse sub influența căldurii, luminii și a diferitelor substanțe chimice. O proprietate caracteristică a exotoxinelor este acțiunea lor în doze extrem de mici.

Exotoxinele microbiene sunt unele dintre cele mai puternice. De exemplu, 0,00001 ml de toxină tetanica provoacă leucoree la un șoarece alb, iar toxina microbilor botulismului acționează într-o doză mai mică.

Endotoxinele sunt ferm legate de corpul celulei microbiene și sunt eliberate numai după distrugerea corpului microbian. Spre deosebire de exotoxine, endotoxinele provoacă următoarele semne de otrăvire în organism: cefalee, slăbiciune, dificultăți de respirație etc. Endotoxinele sunt mai stabile decât exotoxinele, unele pot rezista chiar la fierbere. Toxicitatea lor pentru organisme este semnificativ mai mică decât cea a exotoxinelor.

Toți microbii patogeni au endotoxine; exotoxinele sunt produse doar de unele dintre ele - bacilul difteric, stafilococul, bacteria botulismului.

Variabilitatea microbiană. În condiții naturale, microbii sunt influențați în mod constant de mulți factori care determină procesul de variabilitate. Acești factori, pe lângă nutriție și temperatură, includ fenomenul de antagonism microbian și influența mediului intern al corpului uman și animal.

Datorită contactului strâns cu mediul și reproducerii intensive, microorganismele se adaptează rapid la noile condiții și, în consecință, proprietățile lor originale se schimbă. De exemplu, apa fierbinte a gheizerelor conține bacterii care s-au format ca specie sub influența condițiilor de mediu. Unii microbi patogeni, atunci când interacționează cu substanțe medicinale, pot deveni rezistenți la aceștia. Astfel, condițiile de existență sunt de mare importanță pentru viața organismului, prin modificarea cărora (nutriție, temperatură, umiditate etc.), se poate provoca modificări corespunzătoare în natura microorganismului.

Variabilitatea este caracteristică tuturor tipurilor de microorganisme. Unul dintre motivele variabilității microbilor este bacteriofagul.

Bacteriofagele sunt organisme vii care se reproduc numai atunci când pătrund din exterior în celula microbiană. În afara organismului microbilor, bacteriofagii nu se înmulțesc, dar sunt într-o stare latentă. Efectul unui bacteriofag asupra unei celule microbiene este următorul: după ce au înconjurat celula microbiană, bacteriofagii pătrund treptat în interior și se înmulțesc. Viteza de reproducere a unui bacteriofag depinde de multe condiții: natura microbului, condițiile de existență a acestuia etc. După 1-3 ore, în interiorul celulei microbiene se formează mulți bacteriofagi noi, învelișul acestei celule se rupe și din ea cade întreaga masă de bacteriofagi.

Când un bacteriofag interacționează cu un microbi, acesta din urmă moare întotdeauna. Dacă activitatea bacteriofagului este insuficientă, celulele microbiene individuale supraviețuiesc și dau naștere la creșterea de noi celule microbiene care sunt deja rezistente la acest bacteriofag.

Sub influența unui bacteriofag, microbii își schimbă proprietățile: își pierd capacitatea patogenă, își pierd capsula etc.

Pentru fiecare tip de microbi patogen există propriul bacteriofag, de exemplu, dizenterie, tifoidă, stafilococ.

Sub influența luminii, oxigenului aerului, căldurii, bacteriofagul își pierde activitatea în 1-2 luni. Razele ultraviolete distrug bacteriofagii în 15 minute. Distrugerea rapidă a bacteriofagelor are loc într-un mediu acid.

Bacteriofagii se găsesc peste tot unde există bacterii. Diferiți bacteriofagi pot fi găsiți în apele uzate, apa de râu, secreții umane și animale și alte obiecte.

Respirația microorganismelor

Procesele de asimilare a alimentelor descrise mai sus apar cu cheltuirea energiei. Nevoia de energie este asigurată de procesele de metabolism energetic, a căror esență este oxidarea substanțelor organice, însoțită de eliberarea de energie. Produșii de oxidare rezultați sunt eliberați în mediu.

Schematic, reacția de oxidare-reducere cu participarea enzimei dehidrogenaze poate fi reprezentată după cum urmează:

AN 2 + V - A + VN 2 + energie

Modul în care microorganismele obțin energie sunt variate.

În 1861, omul de știință francez L. Pasteur a atras pentru prima dată atenția asupra capacității unice a microorganismelor de a se dezvolta fără acces la oxigen, în timp ce toate organismele superioare - plantele și animalele - pot trăi doar într-o atmosferă care conține oxigen.

Pe baza acestui criteriu (tipuri de respirație), L. Pasteur a împărțit microorganismele în două grupe - aerobe și anaerobe.

Aerobi Pentru a obține energie, materialul organic este oxidat cu oxigenul atmosferic. Acestea includ ciuperci, unele drojdii, multe bacterii și alge. Mulți aerobi oxidează complet substanțele organice, eliberând CO 2 și H 2 O ca produse finite. Acest proces poate fi reprezentat în general prin următoarea ecuație:

C6H12O6 + 6O2 = 6C02 + 6H2O + 2822 kJ.

Anaerobi sunt microorganisme capabile să respire fără utilizarea oxigenului liber. Procesul anaerob al respirației la microorganisme are loc datorită eliminării hidrogenului din substrat. Procesele respiratorii anaerobe tipice sunt numite fermentatii. Exemple de acest tip de producție de energie includ fermentațiile cu acid alcoolic, lactic și butiric. Să ne uităm la exemplul de fermentație alcoolică:

C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2 + 118 kJ.

Raportul dintre microorganismele anaerobe și oxigenul variază. Unele dintre ele nu tolerează deloc oxigenul și sunt numite obliga, sau strict, anaerobi. Acestea includ agenți patogeni ai fermentației acidului butiric, bacilul tetanos și agenți patogeni de botulism. Alți microbi pot crește atât în ​​condiții aerobe, cât și în condiții anaerobe. Ei sunt numiti, cunoscuti - optional, sau condiţional anaerobi; acestea sunt bacterii lactice, Escherichia coli, Proteus etc.

Enzimele microorganismelor

Enzime- substanţe care pot influenţa catalitic viteza reacţiilor biochimice. Ele joacă un rol important în viața microorganismelor. Enzimele au fost descoperite în 1814 de către academicianul rus K.S. Kirchhoff.

Ca și alți catalizatori, enzimele iau parte la reacțiile de transformare ale substanțelor doar ca intermediari. Nu se consumă cantitativ în reacții. Enzimele microorganismelor au o serie de proprietăți:

1) La temperaturi de până la 40-50°C, viteza reacției enzimatice crește, dar apoi viteza scade și enzima nu mai acționează. La temperaturi peste 80°C, aproape toate enzimele sunt inactivate ireversibil.

2) Prin natura chimică, enzimele sunt monocomponente, constând numai din proteine, și bicomponente, formate din părți proteice și neproteice. Partea neproteică a unui număr de enzime este reprezentată de una sau alta vitamină.

3) Activitatea enzimei este mult influențată de pH-ul mediului. Pentru unele enzime, un mediu acid este cel mai bun, pentru altele este neutru sau ușor alcalin.

4) Enzimele sunt foarte active. Astfel, o moleculă de catalază distruge 5 milioane de molecule de peroxid de hidrogen pe minut, iar 1 g de amilază, în condiții favorabile, transformă 1 tonă de amidon în zahăr.

5) Fiecare enzimă are o specificitate strictă de acțiune, adică capacitatea de a influența numai anumite legături în molecule complexe sau numai anumite substanțe. De exemplu, amilaza determină descompunerea numai amidonului, lactază - zahăr din lapte, celulază - celuloză etc.

6) Se numesc enzime inerente unui microorganism dat și incluse în componentele celulei acestuia constitutiv. Există un alt grup - enzimele inductibile(adaptative), care sunt produse de celulă numai atunci când la mediu se adaugă o substanță (inductor) care stimulează sinteza acestei enzime. În aceste condiții, microorganismul sintetizează o enzimă pe care nu o deținea.

7) După natura acțiunii lor, enzimele se împart în exoenzime, care sunt eliberate de celulă în mediul extern și endoenzime, care sunt ferm conectate la structurile interne ale celulei și acționează în interiorul acesteia.

8) Deși enzimele sunt produse de celulă, chiar și după moartea acesteia, acestea rămân temporar în stare activă și pot apărea autoliza(din grecescul autos - în sine, liză - dizolvare) - autodizolvarea sau autodigestia unei celule sub influența propriilor enzime intracelulare.

În prezent, sunt cunoscute peste 1000 de enzime. Enzimele sunt împărțite în 6 clase:

Clasa I- oxidoreductazele - joacă un rol important în procesele de fermentație și respirație a microorganismelor, adică în metabolismul energetic.

clasa a II-a- transferazele (enzime de transfer) catalizează reacții care transferă grupuri de atomi de la un compus la altul.

clasa a 3-a - hidrolaze (enzime hidrolitice). Ele catalizează reacțiile de descompunere a compușilor complecși (proteine, grăsimi și carbohidrați) cu participarea obligatorie a apei.

clasa a IV-a - liazele includ enzime cu două componente care îndepărtează anumite grupări din substraturi (CO2, H2O, NH3 etc.) într-un mod nehidrolitic (fără participarea apei).

clasa a 5-a- izomerazele sunt enzime care catalizează transformările reversibile ale compuşilor organici în izomerii acestora.

clasa a 6-a - Ligaza (sintetazele) sunt enzime care catalizează sinteza compușilor organici complecși din cei mai simpli. Ligazele joacă un rol important în metabolismul carbohidraților și azotului al microorganismelor.

Utilizarea enzimelor microbiene în industria alimentară și ușoară poate intensifica semnificativ procesul tehnologic, poate crește randamentul și poate îmbunătăți calitatea produselor finite. Preparatele cu enzime amilolitice sunt utilizate la producerea alcoolului etilic din materii prime care conțin amidon în locul malțului de cereale, iar în industria de panificație în locul malțului la prepararea pâinii de secară preparată; În aluatul de grâu se adaugă și amilaze de ciuperci. Intrucat acest preparat contine, pe langa amilaza, desi in cantitati mici, alte enzime (maltaza, proteaze), procesul de fabricare a aluatului este accelerat, volumul si porozitatea painii cresc, iar aspectul, aroma si gustul acesteia sunt imbunatatite. Utilizarea acestor preparate enzimatice în fabricarea berii face posibilă înlocuirea parțială a malțului cu orz. Folosind glucoamilază fungică, din amidon se obțin sirop de glucoză și glucoză cristalină. Preparatele de ciuperci cu enzime pectolitice sunt utilizate în producția de suc și fructe și vinificație. Ca urmare a distrugerii pectinei de către aceste enzime, procesul de extracție a sucului este accelerat, randamentul, filtrarea și limpezirea acestuia sunt crescute. Preparatele enzimatice care conțin proteaze microbiene sunt folosite pentru a crește stabilitatea (protecția împotriva tulburării proteice) a vinului și a berii, iar în fabricarea brânzei - pentru a înlocui (parțial) cheag. Este recomandabil să se utilizeze proteaze microbiene pentru a înmuia carnea, pentru a accelera coacerea cărnii și a heringului, pentru a obține hidrolizate alimentare din deșeurile din industria peștelui și a cărnii și pentru alte procese tehnologice de prelucrare a materiilor prime animale și vegetale.

Compoziția chimică a microorganismelor

În ceea ce privește compoziția substanțelor, celulele microbiene diferă puțin de celulele animale și vegetale. Conțin 75-85% apă, restul de 16-25% este substanță uscată. Apa din celulă este într-o stare liberă și legată. Apa legată face parte din coloizii celulari (proteine, polizaharide etc.) și este greu de eliberat din aceștia. Apa liberă participă la reacțiile chimice și servește ca solvent pentru diferiți compuși formați în celulă în timpul metabolismului.

Materia celulară uscată este formată din substanțe organice și minerale.

proteine ​​- până la 52%,

polizaharide - până la 17%,

acizi nucleici (ARN până la 16%, ADN până la 3%),

lipide - până la 9%

Acești compuși fac parte din diferite structuri celulare ale microorganismelor și îndeplinesc funcții fiziologice importante. Celulele microorganismelor conțin și alte substanțe - acizi organici, sărurile acestora, pigmenți, vitamine etc.

Întrebări de control

1. Ce este turgența?

2. Ce este disimilarea?

3. Ce microorganisme se numesc autotrofe?

4. Ce este osmoza?

5. Ce microorganisme se numesc facultative?

6. Ce este plasmoliza?

7. În ce procese sunt implicate lipazele?

8. Câtă apă conțin microorganismele?

10. Ce microorganisme se numesc anaerobe?

Există două tipuri de respirație a microbilor - aerobă și anaerobă.

Respirație aerobică microorganismele este un proces în care acceptorul hidrogenului (protoni și electroni) este oxigenul molecular. Ca urmare a oxidării, în principal a compușilor organici complecși, se generează energie, care este eliberată în mediu sau acumulată în legături de fosfat de mare energie ale ATP. Se face o distincție între oxidarea completă și cea incompletă.

Oxidare completă. Principala sursă de energie pentru microorganisme sunt carbohidrații. Când sunt defalcate, ceea ce are loc în moduri diferite, se obține un produs intermediar important - acidul piruvic. Oxidarea completă a acidului piruvic are loc în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs) și în lanțul respirator. Ca urmare a descompunerii glucozei în condiții aerobe, procesul de oxidare continuă până la finalizare - până la formarea de dioxid de carbon și apă cu eliberarea unei cantități mari de energie: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6C02 + 6H20 + 2874,3 kJ.

Oxidare incompletă. Nu toți aerobii completează reacțiile de oxidare. Cu un exces de carbohidrați în mediu, se formează produse de oxidare incompletă, care conțin energie. Produșii finali ai oxidării aerobe incomplete a zahărului pot fi acizi organici: citric, malic, oxalic, succinic și alții; aceștia sunt formați de ciuperci de mucegai. De exemplu, respirația aerobă este efectuată de bacteriile acidului acetic, în care acidul acetic și apa se formează în timpul oxidării alcoolului etilic:

CH3CH2OH + O2-* CH3COOH + H20 + 494,4 kJ.

Unele bacterii oxidează compușii anorganici în timpul respirației. Un exemplu de oxidare a compușilor anorganici este procesul de nitrificare, în care bacteriile nitrificante oxidează mai întâi amoniacul în acid azotic și apoi în acid azotic. În fiecare caz, se eliberează energie: în prima fază 274,9 kJ, în a doua - 87,6 kJ.

Respirația anaerobă efectuat fără participarea oxigenului molecular. Există respirație anaerobă a nitraților, respirație anaerobă a sulfatului și fermentație. În respirația anaerobă, acceptorul de hidrogen este compuși anorganici oxidați, care renunță ușor la oxigen și sunt transformați în forme mai reduse, ceea ce este însoțit de eliberarea de energie.

1. respirație anaerobă a nitraților - reducerea nitraților la azot molecular

2. respirație anaerobă a sulfatului - reducerea sulfaților la hidrogen sulfurat.

3. Fermentarea - descompunerea compușilor organici care conțin carbon în condiții anaerobe. Se caracterizează prin faptul că ultimul acceptor de hidrogen este o moleculă a unei substanțe organice cu legături nesaturate. Substanța se descompune numai în produși intermediari, care sunt compuși organici complecși (alcooli, acizi organici). Energia conținută în ele este eliberată în cantități mici în mediu. În timpul fermentației, se eliberează mai puțină energie. De exemplu, în timpul fermentației glucozei, este eliberată de 24,5 ori mai puțină energie decât în ​​timpul oxidării sale aerobe.

Toate tipurile de fermentație înainte de formarea acidului piruvic se desfășoară în același mod. Conversia ulterioară a acidului piruvic depinde de proprietățile microbilor. Bacteriile de acid lactic omofermentativ îl transformă în acid lactic, drojdia în alcool etilic etc.

Clasificarea microbilor după tipul de respirație.

În funcție de tipul de respirație, microorganismele sunt clasificate în patru grupe.

1. Aerobii obligatorii (necondiționați) cresc cu acces liber la oxigen. Acestea includ bacterii cu acid acetic, agenți patogeni ai tuberculozei, antrax și mulți alții.

2. Bacteriile microaerofile se dezvoltă la concentrație scăzută (până la 1%) de oxigen în atmosfera înconjurătoare. Astfel de condiții sunt favorabile pentru actinomicete, Leptospira și Brucella.

3. Anaerobii facultativi se dezvoltă atât cu acces la oxigen, cât și în absența acestuia. Au două seturi de enzime, respectiv. Aceasta este enterobacteria, agentul cauzal al erizipelului la porci.

4. Anaerobii obligatorii (necondiționați) se dezvoltă în absența completă a oxigenului din mediu. Condiții anaerobe (necesare pentru bacteriile cu acid butiric, agenți patogeni ai tetanosului, botulism, gangrenă gazoasă, carbuncul emfizematos, necrobacterioză.

Introducere

bacterii ale microorganismelor care respiră alimente

După cum se știe, microorganismele obțin energia necesară pentru a-și menține funcțiile vitale prin diferite procese de oxidare a substanțelor organice (și uneori anorganice). În acest caz, oxidarea are loc prin îndepărtarea hidrogenului (sau electronilor) din substraturi. Hidrogenul este transportat de-a lungul unui lanț de enzime și în cele din urmă se combină cu oxigenul pentru a forma apă. Metoda anaerobă de extracție a energiei se caracterizează prin faptul că oxigenul liber nu ia parte la ea, iar substraturile organice sunt oxidate numai datorită eliminării hidrogenului. Hidrogenul eliberat fie se alătură produselor de descompunere ai aceleiași substanțe organice, fie este eliberat în stare gazoasă.

Tipuri de respirație a microorganismelor

Respirația microbiană este oxidarea biologică a diferiților compuși organici și a unor minerale. Ca urmare a proceselor redox și a fermentației, se generează energie termică, din care o parte este utilizată de celula microbiană, iar restul este eliberată în mediu.

În prezent, oxidarea este definită ca procesul de îndepărtare a hidrogenului (dehidrogenare), iar reducerea este adăugarea acestuia. Aceiași termeni se aplică reacțiilor care implică transferul de protoni și electroni sau numai electroni. Când o substanță este oxidată, electronii se pierd, iar atunci când sunt reduse, se adaugă. Se crede că transferul de hidrogen și cel de electroni sunt procese echivalente.

Capacitatea compușilor sau elementelor de a dona sau accepta electroni este determinată de potențialul lor redox. Conform propunerii lui M. Clark, este desemnat gH2 (logaritmul negativ al presiunii parțiale a hidrogenului gazos). Acesta este gradul de saturație a mediului cu oxigen sau hidrogen. Gama JH2 variază de la 0 la 42,6. La P12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 oxidant, cu iil2 egal cu 28, mediul este neutru.

Aerobii trăiesc la un potențial redox mai mare (ili2 14-35), anaerobii la unul mai scăzut (rH2 0-12). H1 pops (tonurile pro), care sunt în esență, sunt transferate împotriva gradientului electrochimic, adică dintr-un mediu cu o concentrație mai mică într-un mediu în care există multe dintre ele. Procesul de transfer de protoni implică un consum de energie. Pătrunderea ionilor de hidrogen prin membrană nu are loc conform legilor osmozei, ci activ, folosind o pompă numită pompă de hidrogen. Astfel, transformările biologice din citoplasma unei celule microbiene sunt asociate cu mișcarea protonilor și electronilor, dar aceasta nu este o simplă mișcare electrică, ci un proces biochimic complex care se realizează cu ajutorul enzimelor. Acestea din urmă catalizează reacțiile, accelerează ruperea legăturilor covalente și reduc astfel energia de activare.

Electricitatea generată de microbi poate fi folosită chiar și în unele dispozitive. În prezent, au fost proiectate emițătoare care funcționează cu energie electrică biologică; aceasta este produsă de microorganisme care se hrănesc cu zahăr dizolvat în apa de mare. (Respirația aerobă a microorganismelor este un proces în care ultimul acceptor de hidrogen (protoni și electroni) este oxigenul molecular. Ca urmare a oxidării, în principal a compușilor organici complecși, se generează energie care este eliberată în mediu sau acumulată în legături energetice fosfat ale ATP.Există oxidare totală și incompletă?!

Oxidare completă. Principala sursă de energie pentru microorganisme sunt carbohidrații. Când sunt defalcate, ceea ce are loc în moduri diferite, se obține un produs intermediar important - acidul piruvic (piruvat). Oxidarea completă a acidului piruvic are loc în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs) și în lanțul respirator (Fig. 17). Ca urmare a descompunerii glucozei în condiții aerobe, procesul de oxidare se finalizează - la formarea de dioxid de carbon și apă cu eliberarea unei cantități mari de energie: C6H12Ob + 602 -* 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ.

Corespunde rezervei de energie potențială a hexozei, adică cantității din aceasta care a fost acumulată în molecula de zahăr în timpul fotosintezei din dioxid de carbon și apă din plantele verzi. Transferul electronilor de la hidrogen la oxigen are loc prin lanțul respirator sau lanțul de transport de electroni. Lanțul respirator este un sistem de enzime respiratorii care se găsesc în membrane. Membranele, după cum se știe, vin în contact cu citoplasma celulei, rezultând interacțiunea lor.

Oxidare incompletă. Nu toți aerobii completează reacțiile de oxidare. Cu un exces de carbohidrați în mediu, se formează produse de oxidare incompletă, care conțin energie. Produșii finali ai oxidării aerobe incomplete a zahărului pot fi acizi organici: citric, malic, oxalic, succinic și alții; aceștia sunt formați de ciuperci de mucegai.

Anaerobii sunt organisme care obțin energie în absența oxigenului prin fosforilarea substratului; produșii finali ai oxidării incomplete a substratului pot fi oxidați pentru a produce mai multă energie sub formă de ATP în prezența acceptorului final de protoni de către organismele care efectuează fosforilarea oxidativă. .

Schema 1 prezintă transportul electronilor în timpul respirației și diferite tipuri de producere de energie anaerobă. Hidrogenul și electronii sunt îndepărtați din substraturi folosind enzime nucleotidice de piridină (PN). Apoi în aerobi trec printr-un lanț de enzime cu potențial crescător - flavoproteine ​​(FP - enzime citocrom (Cit.) - și cu ajutorul citocrom oxidazei (Cit. oc.) sunt transferate la oxigen. Fluxul de electroni este dirijat de la sistemul cu un potențial mai mic (mai negativ) la un sistem cu un potențial mai mare (mai pozitiv), de la - 0,8 - 0,4 V (potențial substrat) la +0,8 V (potențial oxigen).

Astfel, în timpul respirației, acceptorul final al hidrogenului este oxigenul. La anaerobi, fie substraturile organice (fermentație), fie substanțele anorganice, precum nitrații sau sulfații („respirația anaerobă”) acționează ca acceptori de hidrogen. Diagrama arată că cel mai simplu și primitiv transport de electroni se realizează la majoritatea anaerobilor datorită absenței enzimelor din lanțul de transport de electroni capabile să transfere electroni de-a lungul lanțului până la oxigenul molecular.

Oxigenul molecular afectează negativ creșterea și activitatea anaerobilor obligați. În prezența oxigenului liber, celulele anaerobe își pierd mobilitatea. Datorită acestei reacții, anaerobii au fost descoperiți pentru prima dată de Pasteur. Odată ce a examinat la microscop o picătură de lichid de fermentare (în timpul fermentației cu acid butiric), plasată între două bucăți subțiri de sticlă plate și a observat că celulele situate la marginile preparatului (unde oxigenul aerului pătrundea liber) deveneau brusc nemișcate, iar tijele situate în centrul preparatului (unde aerul nu a pătruns), au continuat să se miște foarte activ.

Din aceasta, Pasteur a concluzionat că oxigenul din aer este toxic pentru unii microbi și i-a împărțit pe aceștia din urmă în două grupe - aerobi și anaerobi. Oponenții lui Pasteur (de exemplu, Trecule) s-au opus afirmației existenței unor bacterii pentru care oxigenul atmosferic poate fi fatal și au citat exemplul sporilor anaerobi care pot supraviețui în aer mult timp. La aceasta Pasteur a răspuns că sporii nu sunt ființe vii reale, deoarece nu se hrănesc și nu se reproduc. Dezvoltarea ulterioară a științei a confirmat pozițiile lui Pasteur. Astfel, s-a demonstrat că sporii bacterieni se caracterizează printr-o anabioză extrem de pronunțată și metabolismul lor este la un nivel atât de scăzut încât nici măcar nu poate fi măsurat cu exactitatea necesară. În acest sens, sporii nu sunt sensibili la mulți factori dăunători, iar sporii anaerobilor pot, în plus (spre deosebire de celulele vegetative), să supraviețuiască cu ușurință în aer.

Întrebarea de ce oxigenul este toxic pentru apaerobi nu a fost încă suficient de clarificată. Unii cercetători consideră că efectul toxic al oxigenului este asociat cu formarea în culturi a microorganismelor anaerobe a concentrațiilor toxice de peroxid de hidrogen, rezultate din oxidarea substratului cu oxigenul atmosferic. Motivul acumulării de peroxid de hidrogen este lipsa enzimei catalaze (peroxid de descompunere) în anaerobi. Există rapoarte că unele tulpini de clostridii pot crește în condiții aerobe dacă se adaugă catalaza în mediu. Dar, pe de altă parte, un factor foarte important care determină dezvoltarea anaerobilor îl reprezintă condițiile redox ale mediului. Ele sunt exprimate în termeni de potențial de oxidare-reducere (ORP), măsurat în volți (tensiune pe un electrod scufundat în mediul de testare). Condițiile redox pot fi exprimate și prin indicele rH2, care caracterizează raportul dintre H2 și O2. rH2, cuprins între 0 și 40, caracterizează toate gradele de reducere sau oxidare ale mediului, în funcție de saturația acestuia cu oxigen sau hidrogen. Studii detaliate ale condițiilor de dezvoltare a apaerobilor au arătat că anaerobii obligați nu se pot dezvolta la rH2 (sau ORP) peste o anumită limită. rH2 într-un mediu poate fi măsurat fie electrometric (folosind potențiometre), fie folosind coloranți care sunt reduse și albite (sau își schimbă culoarea) la anumite valori ale rH2. De exemplu, colorantul Janusgrün în condiții aerobe la rH2 = 20 și mai sus are o culoare verde în soluție, la rH2 în intervalul 12-14 are o culoare roz, iar la valori și mai mici ale rH2 devine decolorat.

Anaerobii sunt un grup mare de organisme, atât la nivel micro, cât și la nivel macro:

Anaerobi facultativi

anaerobii capneisti și microaerofilii

Anaerobi aerotoleranti

Anaerobi moderat strict

Anaerobi obligatorii

Dacă un organism este capabil să treacă de la o cale metabolică la alta (de exemplu, de la respirația anaerobă la cea aerobă și înapoi), atunci este clasificat condiționat ca anaerob facultativ

Până în 1991, microbiologia a distins o clasă de anaerobi capneici care necesitau o concentrație scăzută de oxigen și o concentrație crescută de dioxid de carbon (Bovine Brucella - B. abortus)

Un organism anaerob moderat strict supraviețuiește într-un mediu cu O2 molecular, dar nu se reproduce. Microaerofilii sunt capabili să supraviețuiască și să se reproducă în medii cu presiune parțială scăzută a O2.

Dacă un organism nu este capabil să „trece” de la respirația anaerobă la cea aerobă, dar nu moare în prezența oxigenului molecular, atunci acesta aparține grupului de anaerobi aerotoleranți. De exemplu, acidul lactic și multe bacterii ale acidului butiric

Anaerobii obligați mor în prezența oxigenului molecular O2 - de exemplu, reprezentanți (gen de bacterii și arhee: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Astfel de anaerobi trăiesc în mod constant într-un mediu lipsit de oxigen. Anaerobii obligatorii includ unele bacterii, drojdii, flagelați și ciliați.

În același timp, glicoliza este caracteristică doar anaerobilor, care, în funcție de produșii finali de reacție, se împart în mai multe tipuri de fermentație:

fermentarea acidului lactic - genul Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium, precum și unele țesuturi de animale multicelulare și oameni. fermentație alcoolică - zaharomicete, candida (organisme din regnul fungic)

acid formic - familia enterobacteriaceelor

acid butiric - unele tipuri de clostridii

acid propionic - propionobacterii (de exemplu, Propionibacterium acnes)

fermentație cu eliberare de hidrogen molecular - unele tipuri de clostridii, fermentație Stickland

fermentarea metanului - de exemplu, metanobacteria

Tipuri de nutriție la microorganisme

Autotrofele (chemolitotrofe, fotolitotrofe) obțin carbon din dioxidul de carbon (CO2) din aer și creează materie organică folosind energia eliberată în timpul oxidării anumitor compuși minerali (chimiosinteză) sau energia solară (fotosinteză). Fenomenul de chemosinteză la chemolitotrofi a fost stabilit pentru prima dată (1887) de microbiologul rus S. N. Vinogradsky în timp ce studia bacteriile incolore cu sulf, nitrificante și alte microorganisme. Energia generată în timpul reacțiilor oxidative este apoi folosită de bacterii pentru a asimila carbonul și a crea materie organică.

Fotolitotrofele (alge albastre-verzi, bacterii cu sulf violet și alți microbi) au capacitate fotosintetică deoarece conțin pigmenți (coloranți). Pigmenții fotolitotrofilor sunt aproape ca compoziție cu clorofila plantelor verzi. Fotobacteriile, ca și plantele, creează materie organică folosind carbonul din dioxidul de carbon și energia de la soare. Autotrofele se pot dezvolta în medii pur minerale; nu sunt capabile să asimileze compuși de carbon mai complecși și, prin urmare, nu sunt patogeni pentru animale.

Surse de energie

Cele mai accesibile surse de carbon pentru bacterii sunt carbohidrații și aminoacizii, care sunt luați în considerare la prepararea mediilor nutritive.

Autotrofie. Nevoile nutriționale ale autotrofilor [din greacă. auto, self, + trofe, nutriție bacteriană limitată; Pentru creșterea lor, este suficient să adăugați în mediu compuși anorganici care conțin azot și alte elemente minerale. Bacteriile lutotrofe utilizează dioxid de carbon sau carbonați ca sursă de carbon. Astfel de bacterii sunt capabile să sintetizeze toți compușii necesari din substanțe simple. Acestea includ bacterii foto- și chimiotrofe (chemosintetizatoare), care, respectiv, folosesc radiația electromagnetică (lumina) ca sursă de energie, sau energia reacțiilor redox care implică substraturi care servesc ca sursă de nutriție pentru acestea. Printre autotrofi nu au fost găsite specii de importanță medicală.

Azotul este necesar de bacterii pentru sinteza aminoacizilor (proteinelor), a nucleotidelor purine și piriminoide, precum și a unor vitamine. Deoarece azotul din toate organismele vii este conținut într-o formă redusă, toate formele minerale de azot cu un grad de oxidare mai mare decât amoniacul trebuie reduse.

Un număr de microorganisme sunt capabile să utilizeze azotul numai din compuși organici (aminoheterotrofe). Unele dintre microorganisme asimilează azotul sub formă de forme anorganice (aminoautotrofe). Cu toate acestea, multe microorganisme sunt capabile să utilizeze atât azot organic, cât și mineral.

Utilizarea azotului anorganic

În natură, atomii de azot mineral există în diferite grade de oxidare: de la N5+ (N205, anhidridă nitrică) la N3- (NH3, amoniac). Gradul de digestibilitate a compușilor de azot mineral de către bacterii este determinat de ușurința conversiei lor în amoniac, deoarece este cel mai simplu precursor al compușilor organoazotați cu greutate moleculară mare. În acest grup de bacterii sunt posibile două procese direcționate diferit: asimilarea (legarea formelor minerale de azot în material organic) și disimilarea (eliberarea formelor gazoase de azot).

Procese de asimilare. Legarea formelor minerale de azot are loc în timpul fixării azotului, asimilării amoniacului și reducerii nitraților prin asimilare.

Fixarea azotului. Bacteriile fixatoare de azot (de exemplu, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella etc.) sunt capabile să utilizeze azotul din aerul atmosferic, reducându-l la amoniu folosind o enzimă specială (nitrogenază) într-un proces numit fixare a azotului.

Asimilarea amoniacului. Majoritatea bacteriilor absorb amoniul în timpul asimilării amoniacului. Bacteriile care cresc pe medii care conțin amoniu îl pot încorpora direct în compuși organici. De reținut că după consumul de săruri anorganice de amoniu, în mediu se acumulează anioni (SO4, Cl, H3PO4 etc.), reducând pH-ul mediului, ceea ce încetinește creșterea culturilor. Sărurile de amoniu ale acizilor organici acidifică mai puțin mediul și sunt mai favorabile creșterii bacteriene.

Reducerea asimilativă a nitraților. Marea majoritate a bacteriilor și ciupercilor, ca și plantele, asimilează nitrații în procesul de reducere a asimilării nitraților. În prima etapă, nitrații sunt reduși la nitriți, ciclul acestor transformări este catalizat de o enzimă specifică - asimilarea nitrat reductază B. A doua etapă reprezintă un complex de reacții de reducere catalizate de nitrit reductază, care duce la formarea amoniacului, care este utilizat pentru sinteza aminoacizilor și a altor componente ale celulei care conțin azot.

Mecanismul de aprovizionare cu nutrienți

Exo-enzime localizate în exteriorul membranei celulare. La bacterii, E. poate fi eliberat în mediul extern sau situat între peretele celular și membrana celulară.

Clasificarea enzimelor.

În prezent, sunt cunoscute peste 2000 de enzime, deci este nevoie de o clasificare științifică a acestora. Conform clasificării elaborate de o comisie specială a Uniunii Biochimice Internaționale (1961), toate enzimele sunt grupate în șase clase: ocen reductaze, transferaze, hidrolaze, liazele, izomeraze, ligaze sau sintetaze.

Oxidoreductazele sunt enzime redox. Ele accelerează procesele de reducere și oxidare a diferitelor substanțe și joacă un rol important în procesele de respirație ale microbilor. Acest grup este numeros, include peste 200 de enzime. Aici sunt câțiva dintre ei.

Dehidrogenazele sunt enzime care realizează procesul de oxidare biologică prin îndepărtarea hidrogenului dintr-un substrat donor și transferul acestuia în oxigen sau alt acceptor. Există dehidrogenaze aerobe și anaerobe. Dehidrogenazele aerobe transferă hidrogenul atât direct către oxigenul molecular, cât și către alte sisteme; ele se numesc oxidaze. Dehidrogenazele anaerobe interacționează cu substratul, iau hidrogenul din acesta și îl transferă în acceptor, dar nu și în oxigenul aerului. Citocrom oxidazele sunt enzime de transfer de electroni. Citocrom oxindaza activează oxigenul molecular și, cu ajutorul acestuia, oxidează citocromul redus, al cărui grup activ este hemin. Catalaza se găsește în celulele microbilor aerobi și aparține grupului de enzime hem care conțin fier feric în molecula sa, care poate pierde electroni (oxida). Când catalaza acționează asupra peroxidului de hidrogen, aceasta este redusă și se formează apă și oxigen molecular. Peroxidaza se găsește în unii microbi; activează oxigenul din peroxidul de hidrogen și accelerează oxidarea diferiților compuși organici.

Hidrolizele sunt enzime care accelerează reacțiile de hidroliză, adică procesul de descompunere a substanțelor complexe în altele mai simple cu adăugarea de molecule, apă. Se găsesc în multe microorganisme. Hidrolazele cuprind peste 200 de enzime. Această grupă include: esterazele, care descompun esterii formați din acizi organici și alcooli; fosfataze care hidrolizează esterii formați din alcooli și acid fosforic; glucozidaze, care scindează legăturile glucozidice din atomi de carbon și derivații acestora; peptidaze; accelerarea hidrolizei legăturilor peptidice din proteine; amidaze care accelerează hidroliza amidelor, aminoacizilor și a altor compuși.

Liazele sunt enzime care scindează una sau alta grupă din substraturi într-un mod nehidrolitic (reacție între carbon și oxigen, azot, sulf, halogen). Această clasă include aproximativ 90 de enzime. Cele mai importante dintre ele sunt carboxilaza, aldehida liaza (aldolaza), etc.

Izomerazele sunt enzime care accelerează mișcarea în interiorul moleculelor de hidrogen, fosfor și duble legături, ceea ce este important în metabolism. Acest grup include fosfohexoizomeraza, trioza fosfotisomeraza etc.

Ligazele sau sintetazele sunt enzime care accelerează sinteza compușilor complecși din cei mai simpli datorită ruperii legăturilor pirofosforice (în ATP sau alți pirofosfați bogati în energie). Ligazele joacă un rol important în sinteza proteinelor, acizilor nucleici, acizilor grași și a altor compuși. Această clasă include aproximativ 100 de enzime. Reprezentanții acestui grup sunt asparagin sintetaza, glutamid sintetaza etc.