Fiziologia microorganismelor. Respirația bacteriană, tipuri de respirație

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

Nutriția microorganismelor

Nutriția microbilor se realizează prin difuzie prin învelișul și membrana nutrienților dizolvați în apă. Compușii organici complecși insolubili sunt preclivați în afara celulei cu ajutorul enzimelor secretate de microbi în substrat.

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

Autotrofi sunt capabili să sintetizeze compuși organici din substanțe anorganice (în principal dioxid de carbon, azot anorganic și apă). Ca sursă de energie pentru sinteză, 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 sunt alcătuite doar din proteine ​​simple. Enzimele sunt specifice și acționează doar asupra unei substanțe specifice. Prin urmare, în fiecare microorganism există un întreg complex de enzime, iar unele enzime sunt capabile să iasă în evidență, unde participă la pregătirea pentru asimilarea compușilor organici complecși. Enzimele microorganismelor sunt utilizate în industria alimentară și în alte industrii.

Apă. O celulă microbiană este 75-85% apă. Cea mai mare parte a apei se află 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 de bacterii și ciuperci, 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 cel microbian. Proteinele formează baza citoplasmei, 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 este localizat în principal în nucleul celular sau nucleotide, ARN - în citoplasmă și ribozomi, unde participă la sinteza proteinelor.

Conținutul de grăsime al diferitelor microorganisme este diferit, 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 găsite 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), pot fi combinate 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. Sunt implicați în 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, precum B 2 sau B 12.

Respirația microorganismelor

Procesele de biosinteză a substanțelor unei celule microbiene continuă cu cheltuirea de energie. Majoritatea microbilor folosesc energia reacțiilor chimice care implică oxigenul atmosferic. Acest proces de oxidare a nutrienților pentru a elibera energie se numește respirație. Energia este eliberată în timpul oxidării substanțelor anorganice (autotrofe) sau organice (heterotrofe).

Microorganisme aerobe (aerobi) utilizați energia eliberată în timpul oxidării substanțelor organice de către oxigenul atmosferic cu formarea de substanțe anorganice, dioxid de carbon și apă. Aerobii includ multe bacterii, ciuperci și unele drojdii. Ei folosesc în mare parte carbohidrații ca sursă de energie.

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

În condiții anaerobe, are loc fermentația alcoolică, lactică și butirică, în timp ce procesul de transformare a glucozei în alcool, acid lactic sau butiric are loc odată cu eliberarea de energie. Aproximativ 50% din energia eliberată este disipată sub formă de căldură, iar restul este stocată 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 bacteriană. Celula bacteriană primește energia necesară activității sale de viață în procesul de respirație a bacteriilor.

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 au nevoie de oxigen liber, care este chiar dăunător pentru ei.

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

Descompunerea carbohidraților în condiții anoxice se numește fermentație. În funcție de tipul de microorganisme care provoacă procesul de fermentație, acesta din urmă este alcoolic, 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 se desfășoară în mod necesar cu participarea enzimelor - substanțe speciale de natură proteică. Enzimele, chiar și în cele mai mici cantități, accelerează foarte mult procesele chimice corespunzătoare, ele însele aproape neschimbate.

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 ca enzimele să contribuie la descompunerea compușilor complecși în compuși mai simpli, mai digerabili. Un alt grup de enzime (majoritatea dintre ele) 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 în schimbare.

O trăsătură caracteristică a enzimelor este că propria lor enzimă acționează asupra substanțelor cu o anumită compoziție sau grupuri. Deci, există enzime pentru procesarea 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 este foarte rapid - în câteva minute.

După ce bacteriile ajung la vârsta adultă, procesul de reproducere începe prin fisiune transversală simplă. În condiții favorabile (nutriție suficientă, temperatură favorabilă), celula bacteriană se divide la fiecare 50-30 de minute. Se estimează că, dacă reproducerea bacteriilor s-ar desfășura nestingherită, atunci în 5 zile de la o celulă s-ar forma o astfel de masă vie care ar umple toate mările și oceanele. Dar o astfel de reproducere necesită, după cum sa menționat 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 reziduu uscat, care include proteine, carbohidrați, grăsimi, săruri și alte substanțe.

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

Pe lângă proteine, compoziția reziduului uscat al bacteriilor include carbohidrați (12-28%), acizi nucleici.

Cantitatea de grăsimi care alcătuiesc reziduul uscat poate fi diferită. În unele forme de bacterii, conținutul de grăsime ajunge la 1/3 din reziduul uscat.Practic, grăsimile fac parte din coajă, determinând o serie de proprietăți ale acesteia.

O componentă necesară a unei celule bacteriene este sărurile minerale, care alcătuiesc aproximativ "/zoo din întreaga masă a celulei. Celulele bacteriene includ, de asemenea, azot, oxigen, hidrogen, carbon, fosfor, potasiu, sodiu, magneziu, calciu, siliciu, sulf, clor, 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 învelișul bacteriilor este impermeabil la proteine ​​și alți compuși complecși necesari pentru nutriția celulelor, aceste substanțe sunt absorbite după scindare de către enzime.

De mare importanță pentru alimentația normală a bacteriilor este raportul corect al concentrațiilor de sare din interiorul celulelor și din mediu. 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 intră într-o soluție de clorură de sodiu 2-10%, celula bacteriană se micșorează - deshidratare, ceea ce o face incapabilă de reproducere. Aceasta este baza metodei de conservare a alimentelor cu ajutorul sării.

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 acești nutrienți obișnuiți, bacteriile necesită compuși chimici speciali pentru a crește.

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. Mai ales clar, această calitate a microbilor se găsește în condiții de laborator. Atunci când se înmulțesc pe medii nutritive dense, bacteriile formează colonii care, datorită diferiților pigmenți, au o culoare: 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 rol în procesele de respirație.

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

Formarea mirosului. 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 aromă sunt folosite în industria alimentară pentru a face brânză, unt, vin și alte produse.

Dintre bacteriile care sunt patogene pentru oameni și emit un miros atunci când sunt crescute în condiții de laborator, se poate numi un bacil tuberculos, al cărui miros se apropie de mirosul de miere etc.

otrăvuri microbiene. Intrând în corpul uman și înmulțindu-se acolo, microbii produc substanțe care afectează negativ sistemul nervos, inima și organele 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 părăsesc cu ușurință celula microbiană în mediu.

Exotoxinele se caracterizează printr-o stabilitate relativ scăzută, 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 printre cele mai puternice. Deci, de exemplu, 0,00001 ml de toxină tetanica provoacă leucoree albă de șoarece, iar toxina microbiană a botulismului acționează la 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 mult mai mică decât cea a exotoxinelor.

Endotoxinele sunt prezente în toți microbii patogeni; exotoxinele sunt produse doar de unele dintre ele - bacilul difteric, stafilococul auriu, bacteriile botulismului.

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

Datorită contactului strâns cu mediul și reproducerii intensive, microorganismele se adaptează rapid la noile condiții și, în consecință, proprietățile lor inițiale se schimbă. De exemplu, bacteriile trăiesc în apa fierbinte a gheizerelor, care s-au conturat 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, modificând care (nutriție, temperatură, umiditate etc.) 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 înmulțesc numai atunci când pătrund în interiorul celulei microbiene din exterior. În afara corpului microbilor, bacteriofagii nu se înmulțesc, ci sunt în repaus. Acțiunea unui bacteriofag asupra unei celule microbiene este următoarea: înconjurând 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 este rupt, iar întreaga masă de bacteriofagi cade din ea.

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 microb patogen, există un bacteriofag, de exemplu, dizenterie, tifoidă, stafilococ.

Sub acțiunea 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 oriunde există bacterii. Diferiți bacteriofagi pot fi găsiți în canalizare, apa râului, excrețiile umane și animale și în alte obiecte.

Respirația microorganismelor

Procesele de asimilare a alimentelor descrise mai sus se desfășoară 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 care implică enzima dehidrogenaza poate fi reprezentată după cum urmează:

AN 2 + B - A + VN 2 + energie

Microorganismele au o varietate de moduri de a obține energie.

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 această bază (în funcție de tipurile 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 materia organică, eliberând CO 2 și H 2 O ca produse finite. Acest proces poate fi reprezentat în general prin următoarea ecuație:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 \u003d 6CO 2 + 6H 2 O + 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 producere de energie sunt fermentațiile alcoolice, lactice și butirice. Luați în considerare exemplul de fermentație alcoolică:

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

Raportul dintre microorganismele anaerobe și oxigenul este diferit. Unele dintre ele nu tolerează deloc oxigenul și sunt numite obliga, sau strict anaerobi. Acestea includ agenți cauzali ai fermentației butirice, bacilul tetanos, agenții cauzatori ai botulismului. Alți microbi pot crește atât în ​​condiții aerobe, cât și în condiții anaerobe. Ei sunt numiti, cunoscuti - optional, sau condiţional anaerobi; Acestea sunt bacteriile lactice, Escherichia coli, Proteus etc.

Enzime ale microorganismelor

Enzime Substanțe capabile să influențeze catalitic viteza reacțiilor 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 a substanțelor doar ca intermediari. Nu se consumă cantitativ în reacții. Enzimele microorganismelor au o serie de proprietăți:

1) La temperaturi de până la 40-50ºC, viteza reacției enzimatice crește, dar apoi rata scade, enzima încetează să mai acționeze. 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 foarte influențată de pH-ul mediului. Pentru unele enzime, un mediu acid este cel mai bun, pentru altele, unul 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 doar anumite substanțe. De exemplu, amilaza determină descompunerea numai amidonului, lactază - zahăr din lapte, celulază - celuloză etc.

6) Enzimele inerente unui microorganism dat și incluse în numărul de componente ale celulei sale se numesc constitutiv. Există un alt grup - enzimele induse(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, enzimele se împart în exoenzime, care sunt eliberate de celulă în mediul extern și endoenzime, care sunt ferm conectate cu structurile interne ale celulei și acționează în interiorul acesteia.

8) Deși enzimele sunt produse de celulă, chiar și după moartea acesteia ele rămân temporar în stare activă și 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 (enzimele de transfer) catalizează transferul grupelor de atomi de la un compus la altul.

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

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

clasa a 5-a- izomerazele sunt enzime care catalizează transformarea reversibilă a compuşilor organici în izomerii acestora.

clasa a 6-a - ligazele (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 produsului finit. Preparatele de enzime amilolitice sunt folosite 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 opărite de secară; În aluatul de grâu se adaugă și amilaze de ciuperci. Întrucât acest preparat conține, pe lângă amilază, și alte enzime (maltază, proteaze), deși în cantități mici, procesul de preparare a aluatului este accelerat, volumul și porozitatea pâinii cresc, aspectul, aroma și gustul acesteia se îmbunătățesc. Utilizarea acestor preparate enzimatice în fabricarea berii face posibilă înlocuirea parțială a malțului cu orz. Cu ajutorul glucoamilazei de ciuperci, din amidon se obțin siropul de glucoză și glucoza cristalină. Preparatele fungice cu enzime pectolitice sunt utilizate în producția de sucuri și băuturi din fructe și vinificație. Ca urmare a distrugerii pectinei de către aceste enzime, procesul de extracție a sucului este accelerat, randamentul, filtrarea și limpezirea acestuia cresc. Preparatele enzimatice care conțin proteaze microbiene sunt utilizate pentru a crește stabilitatea (protecția împotriva opacității proteice) a vinului și a berii, iar în fabricarea brânzeturilor - în loc de cheag (parțial). Este indicat să se utilizeze proteaze microbiene pentru înmuierea cărnii, accelerarea maturării cărnii și heringului, obținerea hidrolizatelor 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

Celulele microbiene diferă puțin de celulele animale și vegetale în ceea ce privește compoziția lor. 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 cu greu eliberată din aceștia. Apa liberă este implicată în reacții chimice, servește ca solvent pentru diferiți compuși formați în celulă în timpul metabolismului.

Substanța uscată a celulei 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. În celulele microorganismelor se găsesc și alte substanțe - acizi organici, sărurile acestora, pigmenți, vitamine etc.

întrebări de testare

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 este inclusă în compoziția microorganismelor?

10. Ce microorganisme se numesc anaerobe?

Există două tipuri de respirație microbiană - 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 se acumulează în legături de fosfat de mare energie ale ATP. Distingeți între oxidarea completă și incompletă.

oxidare completă. Principala sursă de energie pentru microorganisme sunt carbohidrații. Când sunt împărțite, 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 merge până la sfârșit - 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 duc la finalizare reacțiile de oxidare. Cu un exces de carbohidrați în mediu, se formează produse de oxidare incompletă, în care este conținută energie. Produșii finali ai oxidării aerobe incomplete a zahărului pot fi acizi organici: citric, malic, oxalic, succinic și alții, sunt formați de ciuperci de mucegai. De exemplu, respirația aerobă este efectuată de bacteriile acidului acetic, în care acidul acetic și apa se formează atunci când alcoolul etilic este oxidat:

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

Unele bacterii oxidează compușii anorganici în timpul respirației. Procesele de nitrificare, în care bacteriile de nitrificare oxidează mai întâi amoniacul la acid azotic și apoi la acid azotic, pot servi ca exemplu de oxidare a compușilor anorganici. 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. Distingeți între respirația anaerobă a nitraților, respirația anaerobă a sulfatului și fermentația. În timpul respirației anaerobe, compușii anorganici oxidați sunt acceptori de hidrogen, 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 organică cu legături nesaturate. În acest caz, substanța se descompune numai în produși intermediari, care sunt compuși organici complecși (alcooli, acizi organici). Energia conținută în ele este eliberată în mediu în cantități mici. 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 o concentrație scăzută (până la 1%) de oxigen în atmosfera înconjurătoare. Astfel de condiții sunt favorabile pentru actinomicete, leptospira, brucella.

3. Anaerobii facultativi se dezvoltă atât cu accesul oxigenului din aer cât și în absența acestuia. Au două seturi de enzime, respectiv. Acesta este Enterobacteriaceae, agentul cauzator al erizipelului porc.

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

Introducere

microorganism respirație alimentară bacterie

După cum știți, microorganismele atrag energia necesară pentru a-și menține activitatea vitală datorită diferitelor tipuri de procese de oxidare a substanțelor organice (și uneori anorganice). În acest caz, oxidarea are loc prin separarea 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 extragere 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 materii organice, fie este eliberat în stare gazoasă.

Tipuri de respirație a microorganismelor

Respirația microbiană este o oxidare biologică a diverșilor compuși organici și a unor minerale. Ca rezultat al proceselor redox și al fermentației, se formează energia 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 definită ca adăugarea acestuia. Aceiași termeni se aplică reacțiilor care implică transferul de protoni și electroni sau numai de electroni. Când o substanță este oxidată, electronii se pierd, iar când o substanță este redusă, aceștia sunt adăugați. Se crede că transferul de hidrogen și transferul de electroni sunt procese echivalente.

Capacitatea compușilor sau elementelor de a dona sau accepta electroni este determinată de potențialul redox. La sugestia lui M. Clark, este desemnat rH2 (logaritmul negativ al presiunii parțiale a hidrogenului gazos). Acesta este gradul de saturație a mediului cu oxigen sau hidrogen. Gama J H2 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 trăiesc la unul mai scăzut (rH2 0-12). Pops H1 (protoni), care sunt în esență, sunt transferați împotriva gradientului electrochimic, adică dintr-un mediu cu o concentrație mai mică într-un mediu în care sunt mulți dintre ei. Procesul de transfer de protoni este asociat cu consumul de energie. Pătrunderea ionilor de hidrogen prin membrană nu are loc conform legilor osmozei, ci activ, cu ajutorul unei pompe numite 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 aparate. În prezent, au fost proiectate emițătoare care funcționează pe baza de energie electrică biologică, care 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 se acumulează în legături energetice fosfat ale ATP.Distinge între oxidarea completă şi cea incompletă?

oxidare completă. Principala sursă de energie pentru microorganisme sunt carbohidrații. Când sunt scindate, 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 merge până la sfârșit - la formarea de dioxid de carbon și apă cu eliberarea unei cantități mari de energie: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ .

Ea corespunde rezervei de energie potențială a hexozei, adică cantității care a fost acumulată în molecula de zahăr în timpul fotosintezei sale din dioxid de carbon și apă din plantele verzi. Transferul electronilor de la hidrogen la oxigen se realizează 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, sunt în contact cu citoplasma celulei, în urma căreia are loc interacțiunea lor.

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

Anaerobii sunt organisme care obțin energie în absența accesului la oxigen prin fosforilarea substratului, în timp ce produșii finali ai oxidării incomplete a substratului pot fi oxidați pentru a obține mai multă energie sub formă de ATP în prezența acceptorului final de protoni de către organismele care transportă. eliminarea fosforilării oxidative.

Schema 1 prezintă transportul electronilor în timpul respirației și diferite tipuri de producere de energie anaerobă. Hidrogenul și electronii sunt scindați din substraturi de către enzimele nucleotidice de piridină (PN). Apoi, în aerobi, trec printr-un lanț de enzime cu potențial crescător - flavoproteina (FP - enzime citocrom (Cit.) - și sunt transferate în oxigen cu ajutorul citocrom oxidazei (Cit. Ox.). Fluxul de electroni este dirijat de la un sistem 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, oxigenul este acceptorul final al hidrogenului. La anaerobi, fie substraturile organice (fermentație), fie substanțele anorganice, precum nitrații sau sulfații („respirația anaerobă”), acționează ca acceptori de hidrogen. Din schemă se poate observa că cel mai simplu și primitiv transport de electroni se realizează la majoritatea anaerobilor din cauza lipsei de enzime din lanțul de transport de electroni capabile să transfere electroni de-a lungul lanțului până la oxigenul molecular.

Oxigenul molecular are un efect negativ asupra creșterii și activității anaerobilor obligatorii. În prezența oxigenului liber, celulele anaerobe își pierd mobilitatea. Prin această reacție, anaerobii au fost descoperiți pentru prima dată de Pasteur. Odată a examinat la microscop o picătură dintr-un lichid de fermentare (în timpul fermentației butirice) plasată între două pahare subțiri plate și a observat că celulele situate la marginile preparatului (unde oxigenul aerului pătrundea liber) au devenit brusc imobile, iar tijele. situat în centrul preparatului (unde aerul nu a pătruns), a continuat să se miște foarte activ.

De aici, Pasteur a concluzionat că oxigenul aerului este otrăvitor pentru unii microbi și i-a împărțit pe aceștia din urmă în două grupe - aerobi și anaerobi. Oponenții lui Pasteur (de exemplu, Treculle) s-au opus afirmației existenței unor bacterii pentru care oxigenul aerului poate fi fatal și au citat ca exemplu sporii anaerobi, capabili să rămână 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 poziția 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 aerobi 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, care se formează ca urmare a oxidării substratului de către oxigenul atmosferic. Motivul acumulării de peroxid de hidrogen este absența enzimei catalaze (care descompune peroxidul) în anaerobi. Există rapoarte că unele tulpini de Clostridium 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 redox (ORP), măsurat în volți (tensiune pe un electrod scufundat în mediul testat). Condițiile redox pot fi exprimate și prin prisma indicelui 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. Studiile detaliate ale condițiilor de dezvoltare a aerobilor apaaerobii 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 cu coloranți care se recuperează și se estompează (sau își schimbă culoarea) la anumite valori ale rH2. De exemplu, în condiții aerobe la rH2 = 20 și mai sus, colorantul Janusgrün are o culoare verde în soluție, la rH2 în intervalul 12-14 este roz, iar la valori și mai mici ale rH2 devine incolor.

Anaerobii sunt un grup extins de organisme, atât la nivel micro cât și 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 respirația aerobă și invers), atunci este denumit în mod condiționat anaerobi facultativi

Până în 1991 s-a distins în microbiologie o clasă de anaerobi capneistici, necesitând o concentrație scăzută de oxigen și o concentrație mare de dioxid de carbon (Brucella bovine tip - 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 înmulțească într-un mediu cu o presiune parțială scăzută de 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 butirice

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 pentru anaerobi, 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 ciupercilor)

acid formic - o familie de enterobacterii

butiric - unele tipuri de clostridii

acid propionic - propionobacterii (de exemplu, Propionibacterium acnes)

fermentație cu eliberare de hidrogen molecular - unele tipuri de Clostridium, 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 soarelui (fotosinteză). Fenomenul de chemosinteză la chemolitotrofe a fost stabilit pentru prima dată (1887) de microbiologul rus S. N. Vinogradsky în studiul bacteriilor incolore cu sulf, nitrificante și alte microorganisme. Energia generată în procesul 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 capacitatea de a fotosintetiza, deoarece conțin pigmenți (substanțe colorante). Pigmenții fotolitotrofilor sunt similari ca compoziție cu clorofilei plantelor verzi. Fotobacteriile, ca și plantele, creează materie organică folosind carbonul din dioxid de carbon și energia solară. 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 disponibile surse de carbon pentru bacterii sunt carbohidrații și aminoacizii, care sunt luate în considerare la fabricarea mediilor nutritive.

Autotrofie. Nevoile nutriționale ale autotrofei [din greacă. auto, self, + trofeu, nutriția bacteriilor limitată; pentru creșterea lor, este suficient să se introducă 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 (chemosintetice), folosind, respectiv, radiația electromagnetică (lumina) ca sursă de energie, sau energia reacțiilor redox care implică substraturi care servesc ca sursă de nutriție pentru acestea. Printre autotrofe nu au fost găsite specii de importanță medicală.

Azotul este necesar pentru bacterii pentru a sintetiza aminoacizi (proteine), nucleotide purine și pirimide și unele vitamine. Deoarece azotul în 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 azotul organic, cât și cel 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 asimilare a compușilor minerali de azot 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).

procesele 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 cu 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 azotaților prin asimilare. Marea majoritate a bacteriilor și ciupercilor, ca și plantele, asimilează nitrații în procesul de asimilare a reducerii 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 este 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 livrare a nutrienților

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

Clasificarea enzimelor.

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

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

Dehidrogenazele sunt enzime care conduc 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. Citocromoxindaza activează oxigenul molecular și, cu ajutorul ei, oxidează citocromul redus al cărui grup activ este hemina. Catalaza se găsește în celulele microbilor aerobi și aparține grupului de enzime hemice care conțin fier feric în molecula sa, care poate pierde electroni (oxida). Sub acțiunea catalazei asupra peroxidului de hidrogen, se reduce, se formează apă și oxigen molecular. Peroxidaza se găsește în unii microbi, activează oxigenul peroxidului de hidrogen și accelerează oxidarea diferiților compuși organici.

Hidroliza - enzime care accelerează reacțiile de hidroliză, adică procesul de scindare a substanțelor complexe în altele mai simple cu adăugarea unei molecule, apă. Se găsesc în multe microorganisme. Hidrolazele combină peste 200 de enzime. Acest grup include: esterazele care scindează 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 accelerând hidroliza amidelor, aminoacizilor și altor compuși.

Liazele sunt enzime care scindează una sau alta grupare din substraturi într-un mod nehidrolitic (reacția dintre 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 hidrogenului, fosforului și a legăturilor duble în interiorul moleculelor, ceea ce este important în metabolism. Acest grup include fosfohexoizomeraza, triozofosfotiisomeraza 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, glutamipsintetaza etc.