Fyziológia mikroorganizmov. Bakteriálne dýchanie, typy dýchania

Fyziológia mikroorganizmov študuje vlastnosti vývoja, výživy, energetického metabolizmu a iných životne dôležitých procesov mikróbov v rôznych podmienkach prostredia.

Výživa mikroorganizmov

Výživa mikróbov sa uskutočňuje difúziou živín rozpustených vo vode cez škrupinu a membránu. Nerozpustné komplexné organické zlúčeniny sú predštiepené mimo bunky pomocou enzýmov vylučovaných mikróbmi do substrátu.

Podľa spôsobu výživy sa delia na autotrofné a heterotrofné.

Autotrofy sú schopné syntetizovať organické zlúčeniny z anorganických látok (najmä oxid uhličitý, anorganický dusík a voda). Ako zdroj energie pre syntézu využívajú tieto mikróby svetelnú energiu (fotosyntéza) alebo energiu oxidačných reakcií (chemosyntéza).

Všetky metabolické reakcie v mikrobiálnej bunke prebiehajú pomocou biologických katalyzátorov - enzýmy. Väčšina enzýmov pozostáva z proteínovej časti a prostetickej neproteínovej skupiny. Protetická skupina môže zahŕňať kovy ako železo, meď, kobalt, zinok, ako aj vitamíny alebo ich deriváty. Niektoré enzýmy sa skladajú iba z jednoduchých bielkovín. Enzýmy sú špecifické a pôsobia len na jednu konkrétnu látku. Preto je v každom mikroorganizme celý komplex enzýmov a niektoré enzýmy sú schopné vyniknúť, kde sa podieľajú na príprave na asimiláciu komplexných organických zlúčenín. Enzýmy mikroorganizmov sa využívajú v potravinárskom a inom priemysle.

Voda. Mikrobiálna bunka obsahuje 75-85% vody. Väčšina vody je v cytoplazme bunky vo voľnom stave. Všetky biochemické metabolické procesy prebiehajú vo vode, voda je aj rozpúšťadlom týchto látok, keďže živiny vstupujú do bunky len vo forme roztoku a s vodou sa z bunky odstraňujú aj produkty látkovej premeny. Časť vody v bunke je vo viazanom stave a je súčasťou niektorých bunkových štruktúr. V spórach baktérií a húb sa množstvo voľnej vody zníži na 50 % alebo menej. Pri výraznej strate viazanej vody mikrobiálna bunka odumiera.

organickej hmoty mikrobiálne bunky predstavujú bielkoviny (6-14%), tuky (1-4%), sacharidy, nukleové kyseliny.

- hlavný plastový materiál každej živej bunky, vrátane mikrobiálnej. Proteíny tvoria základ cytoplazmy, sú súčasťou bunkovej membrány a niektorých bunkových štruktúr. Plnia veľmi dôležitú katalytickú funkciu, keďže sú súčasťou enzýmov, ktoré katalyzujú metabolické reakcie v mikrobiálnej bunke.

Mikrobiálne bunky obsahujú kyselinu deoxyribonukleovú (DNA) a kyselinu ribonukleovú (RNA). DNA sa nachádza najmä v bunkovom jadre alebo nukleotidoch, RNA - v cytoplazme a ribozómoch, kde sa podieľa na syntéze bielkovín.

Obsah tuku u rôznych mikroorganizmov je rôzny, u niektorých kvasiniek a plesní je 6-10x vyšší ako u baktérií. Tuky (lipidy) sú energetickým materiálom bunky. Tuky vo forme lipoproteínov sú súčasťou cytoplazmatickej membrány, ktorá plní dôležitú funkciu pri výmene buniek s okolím. Tuky sa môžu nachádzať v cytoplazme vo forme granúl alebo kvapiek.

Sacharidy sú súčasťou membrán, kapsúl a cytoplazmy. Sú zastúpené najmä komplexnými sacharidmi – polysacharidmi (škrob, dextrín, glykogén, vláknina), možno ich kombinovať s bielkovinami alebo lipidmi. Sacharidy sa môžu ukladať v cytoplazme vo forme glykogénových zŕn ako rezervný energetický materiál.

(fosfor, sodík, horčík, chlór, síra atď.) sú súčasťou bielkovín a enzýmov mikrobiálnej bunky, sú nevyhnutné pre metabolizmus a udržiavanie normálneho vnútrobunkového osmotického tlaku.

Nevyhnutné pre normálne fungovanie mikroorganizmov. Podieľajú sa na metabolických procesoch, keďže sú súčasťou mnohých enzýmov. Vitamíny musia spravidla pochádzať z potravy, ale niektoré mikróby majú schopnosť syntetizovať vitamíny, ako napríklad B2 alebo B12.

Dýchanie mikroorganizmov

Procesy biosyntézy látok mikrobiálnej bunky prebiehajú s výdajom energie. Väčšina mikróbov využíva energiu chemických reakcií zahŕňajúcich atmosférický kyslík. Tento proces oxidácie živín na uvoľnenie energie sa nazýva dýchanie. Energia sa uvoľňuje pri oxidácii anorganických (autotrofy) alebo organických (heterotrofy) látok.

Aeróbne mikroorganizmy (aeróby) využiť energiu uvoľnenú pri oxidácii organických látok vzdušným kyslíkom za vzniku anorganických látok, oxidu uhličitého a vody. Aeróby zahŕňajú mnohé baktérie, plesne a niektoré kvasinky. Ako zdroj energie využívajú väčšinou sacharidy.

Anaeróbne mikroorganizmy (anaeróby) nepoužívajú kyslík na dýchanie, žijú a rozmnožujú sa v neprítomnosti kyslíka, energiu dostávajú v dôsledku fermentačných procesov. Anaeróby sú baktérie z rodu Clostridia (botulinum bacillus a perfringens bacillus), baktérie kyseliny maslovej atď.

V anaeróbnych podmienkach prebieha alkoholová, mliečna a maslová fermentácia, pričom za uvoľňovania energie dochádza k procesu premeny glukózy na alkohol, kyselinu mliečnu alebo maslovú. Asi 50% uvoľnenej energie sa rozptýli vo forme tepla a zvyšok sa uloží do ATP (kyselina adenozíntrifosforečná).

Niektoré mikroorganizmy sú schopné žiť v prítomnosti kyslíka aj bez neho. V závislosti od podmienok prostredia môžu prejsť z anaeróbnych procesov získavania energie na aeróbne a naopak. Takéto mikroorganizmy sa nazývajú fakultatívne anaeróby.

Bakteriálne dýchanie. Bakteriálna bunka získava energiu potrebnú pre svoju životnú činnosť v procese dýchania baktérií.

Podľa druhu dýchania sa všetky mikroorganizmy delia do dvoch skupín: mikróby, u ktorých je dýchací proces spojený s využívaním voľného kyslíka vo vzduchu, a mikroorganizmy, ktoré voľný kyslík nepotrebujú, ktorý im dokonca škodí.

Prvá skupina mikroorganizmov sa nazýva aeróby (druh dýchania je aeróbny); druhá skupina - anaeróbne (typ dýchania - anaeróbne).

Rozklad sacharidov v anoxických podmienkach sa nazýva fermentácia. V závislosti od typu mikroorganizmov, ktoré spôsobujú proces fermentácie, sú tieto mikroorganizmy alkoholické, octové atď. To znamená, že počas procesu fermentácie môže vznikať alkohol alebo kyselina octová atď.

bakteriálne enzýmy. Procesy výživy a dýchania baktérií prebiehajú nevyhnutne za účasti enzýmov - špeciálnych látok bielkovinovej povahy. Enzýmy, dokonca aj v tých najmenších množstvách, výrazne urýchľujú zodpovedajúce chemické procesy, samy osebe takmer nezmenené.

Bez enzýmov by procesy výživy a dýchania mohli prebiehať, ale veľmi pomaly. Enzýmy sa produkujú iba v živých bunkách. Jedna skupina enzýmov nie je spojená s mikrobiálnou bunkou a baktérie ich uvoľňujú do prostredia. Funkciou tejto skupiny je, že enzýmy prispievajú k rozkladu komplexných zlúčenín na jednoduchšie, stráviteľnejšie. Ďalšia skupina enzýmov (väčšina z nich) sa nachádza vo vnútri bakteriálnej bunky a je s ňou spojená.

Okrem toho existujú enzýmy, ktoré sa objavujú v baktériách v procese prispôsobovania sa meniacim sa nutričným podmienkam.

Charakteristickým znakom enzýmov je, že ich vlastný enzým pôsobí na látky určitého zloženia alebo skupín. Existujú teda enzýmy na spracovanie komplexných zlúčenín uhlíka (cukry), bielkovín, tukov atď.

Rast a reprodukcia baktérií. Proces rastu bakteriálnej bunky sa prejavuje zväčšením jej veľkosti. Tento proces je veľmi rýchly - v priebehu niekoľkých minút.

Po dosiahnutí dospelosti baktérií začína proces rozmnožovania jednoduchým priečnym štiepením. Za priaznivých podmienok (dostatočná výživa, priaznivá teplota) sa bakteriálna bunka delí každých 50-30 minút. Odhaduje sa, že ak by rozmnožovanie baktérií prebiehalo bez prekážok, do 5 dní by sa z jednej bunky vytvorila taká živá hmota, ktorá by zaplnila všetky moria a oceány. Takáto reprodukcia si však vyžaduje, ako už bolo uvedené vyššie, množstvo priaznivých podmienok, ktoré vo vonkajšom prostredí neexistujú.

Chemické zloženie baktérií. Bakteriálna bunka obsahuje veľké množstvo vody - 75-85% bunkovej hmoty. Zvyšných 15% je suchý zvyšok, ktorý zahŕňa bielkoviny, sacharidy, tuky, soli a ďalšie látky.

Bakteriálne proteíny sú komplexné proteíny tvorené rôznymi chemickými zlúčeninami. Tieto chemikálie sú nevyhnutné pre život bakteriálnej bunky.

Okrem bielkovín obsahuje zloženie suchého zvyšku baktérií sacharidy (12-28%), nukleové kyseliny.

Množstvo tukov, ktoré tvoria suchý zvyšok, môže byť odlišné. V niektorých formách baktérií dosahuje obsah tuku 1/3 sušiny.V podstate sú tuky súčasťou škrupiny, čo spôsobuje množstvo jej vlastností.

Nevyhnutnou zložkou bakteriálnej bunky sú minerálne soli, ktoré tvoria asi "/zoo celej hmoty bunky. K bakteriálnym bunkám patrí aj dusík, kyslík, vodík, uhlík, fosfor, draslík, sodík, horčík, vápnik, kremík, síra, chlór, železo.

V závislosti od podmienok prostredia sa chemické zloženie baktérií môže meniť kvantitatívne aj kvalitatívne.

Výživa baktérií. Výživa baktérií je veľmi zložitý proces, ku ktorému dochádza v dôsledku nepretržitého prenikania určitých živín cez polopriepustnú membránu a uvoľňovania metabolických produktov z bunky.

Keďže obal baktérií je nepriepustný pre bielkoviny a iné komplexné zlúčeniny potrebné pre výživu buniek, tieto látky sú po štiepení enzýmami absorbované.

Veľký význam pre normálnu výživu baktérií má správny pomer koncentrácií solí vo vnútri buniek a v prostredí. Najpriaznivejšie podmienky výživy sa vytvárajú, keď sa koncentrácia solí v prostredí rovná 0,5% roztoku chloridu sodného.

Keď sa dostane do 2-10% roztoku chloridu sodného, ​​bakteriálna bunka sa zmenší - dehydratácia, čo ju znemožňuje reprodukcii. To je základ metódy konzervovania potravín pomocou soli.

Baktérie potrebujú na potravu kyslík, vodík, uhlík a dusík. Zdrojmi zásobovania týmito látkami môže byť voda, vzduch atď.

Okrem týchto bežných živín potrebujú baktérie na svoj rast špeciálne chemické zlúčeniny.

Zistilo sa, že niektoré druhy streptokokov pri nedostatku vitamínu B vôbec nerastú.

Tvorba pigmentu. Niektoré druhy baktérií a húb majú schopnosť vytvárať rôzne farbiace látky – pigmenty. Väčšinu tejto schopnosti majú baktérie nachádzajúce sa v pôde, vzduchu a vode. Zvlášť jasne sa táto kvalita mikróbov nachádza v laboratórnych podmienkach. Pri množení na hustých živných médiách tvoria baktérie kolónie, ktoré majú v dôsledku rôznych pigmentov farbu: červenú, bielu, fialovú, zlatú atď.

Zistilo sa, že najlepšie podmienky pre tvorbu pigmentu sú dostatočný prístup kyslíka, svetla a izbovej teploty.

Predpokladá sa, že pigmenty v mikróboch vykonávajú ochrannú funkciu pred škodlivými účinkami slnečného žiarenia; okrem toho zohrávajú úlohu v procesoch dýchania.

Žiariť. V prírode existujú mikróby vrátane baktérií, ktoré v priebehu svojej životnej činnosti vytvárajú látky, ktoré môžu žiariť v kombinácii so vzdušným kyslíkom. Vývojom takýchto mikróbov sa vysvetľujú javy žiary hnilého, hladiny mora atď. Takéto svetelné mikróby nie sú pre človeka patogénne.

Tvorba zápachu. Schopnosť mikróbov vytvárať zápach (tvorba arómy) sa vysvetľuje prítomnosťou špeciálnych prchavých látok, ktoré sú svojou chemickou podstatou blízke éterom (látkam podobným éterom). Rôzne baktérie produkujúce arómu sa používajú v potravinárskom priemysle na výrobu syra, masla, vína a iných produktov.

Z baktérií, ktoré sú pre človeka patogénne a pri pestovaní v laboratórnych podmienkach vydávajú zápach, možno pomenovať tuberkulózny bacil, ktorého vôňa sa približuje vôni medu atď.

mikrobiálne jedy. Mikróby, ktoré sa dostanú do ľudského tela a množia sa tam, produkujú látky, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú nervový systém, srdce a vnútorné orgány. Tieto škodlivé látky sa nazývajú toxíny. Mikrobiálne toxíny sú najsilnejšie známe jedy. Aj malé množstvo z nich môže pôsobiť na organizmus toxicky. Lézie pozorované pri mnohých infekčných ochoreniach sú spojené s pôsobením mikrobiálnych toxínov. Takmer všetky patogénne mikróby majú toxíny. Existujú dva typy toxínov: exotoxíny a endotoxíny.

Exotoxíny sú jedy, ktoré ľahko opúšťajú mikrobiálnu bunku do prostredia.

Exotoxíny sa vyznačujú relatívne nízkou stabilitou, ľahko sa ničia vplyvom tepla, svetla a rôznych chemikálií. Charakteristickou vlastnosťou exotoxínov je ich pôsobenie v extrémne malých dávkach.

Mikrobiálne exotoxíny patria medzi najsilnejšie. Takže napríklad 0,00001 ml tetanového toxínu spôsobuje leukoreu bielej myši a toxín mikróbov botulizmu pôsobí v nižšej dávke.

Endotoxíny sú pevne viazané na telo mikrobiálnej bunky a uvoľňujú sa až po deštrukcii mikrobiálneho tela. Na rozdiel od exotoxínov spôsobujú endotoxíny v tele nasledujúce príznaky otravy: bolesť hlavy, slabosť, dýchavičnosť atď. Endotoxíny sú stabilnejšie ako exotoxíny, niektoré znesú aj varenie. Ich toxicita pre organizmy je oveľa nižšia ako toxicita exotoxínov.

Endotoxíny sú prítomné vo všetkých patogénnych mikróboch; exotoxíny produkujú len niektoré z nich - difterický bacil, zlatý stafylokok, baktérie botulizmu.

mikrobiálna variabilita. V prírodných podmienkach sú mikróby neustále ovplyvňované mnohými faktormi, ktoré určujú proces variability. K týmto faktorom okrem výživy, teploty patrí fenomén mikrobiálneho antagonizmu, vplyv vnútorného prostredia ľudského a zvieracieho organizmu.

Vďaka úzkemu kontaktu s prostredím a intenzívnemu rozmnožovaniu sa mikroorganizmy rýchlo prispôsobujú novým podmienkam a podľa toho sa menia aj ich počiatočné vlastnosti. Napríklad v horúcej vode gejzírov žijú baktérie, ktoré sa pod vplyvom podmienok prostredia formovali ako druh. Niektoré patogénne mikróby sa pri interakcii s liečivými látkami môžu voči nim stať odolnými. Pre život organizmu majú teda veľký význam podmienky existencie, ktorých zmena (výživa, teplota, vlhkosť atď.) môže spôsobiť zodpovedajúce zmeny v povahe mikroorganizmu.

Variabilita je charakteristická pre všetky typy mikroorganizmov. Jedným z dôvodov variability mikróbov je bakteriofág.

Bakteriofágy sú živé organizmy, ktoré sa množia len vtedy, keď zvonku preniknú do vnútra mikrobiálnej bunky. Mimo tela mikróbov sa bakteriofágy nemnožia, ale sú v pokoji. Pôsobenie bakteriofága na mikrobiálnu bunku je nasledovné: obklopujúc mikrobiálnu bunku bakteriofágy postupne prenikajú dovnútra a množia sa. Rýchlosť rozmnožovania bakteriofága závisí od mnohých podmienok: povaha mikróba, podmienky jeho existencie atď. Po 1-3 hodinách sa vo vnútri mikrobiálnej bunky vytvorí veľa nových bakteriofágov, obal tejto bunky sa roztrhne. a vypadne z nej celá masa bakteriofágov.

Keď bakteriofág interaguje s mikróbom, ten vždy zomrie. Ak je aktivita bakteriofága nedostatočná, jednotlivé mikrobiálne bunky prežívajú a spôsobujú rast nových mikrobiálnych buniek, ktoré sú už voči tomuto bakteriofágu odolné.

Pod vplyvom bakteriofága menia mikróby svoje vlastnosti: strácajú svoju patogénnu schopnosť, strácajú kapsulu atď.

Pre každý typ patogénneho mikróbu existuje bakteriofág, napríklad úplavica, týfus, stafylokoky.

Pôsobením svetla, vzdušného kyslíka, tepla stráca bakteriofág svoju aktivitu v priebehu 1-2 mesiacov. Ultrafialové lúče zničia bakteriofágy za 15 minút. K rýchlej deštrukcii bakteriofágov dochádza v kyslom prostredí.

Bakteriofágy sa nachádzajú všade tam, kde sú baktérie. Rôzne bakteriofágy možno nájsť v odpadových vodách, riečnych vodách, ľudských a zvieracích exkrétoch a iných predmetoch.

Dýchanie mikroorganizmov

Vyššie opísané procesy asimilácie potravy prebiehajú s výdajom energie. Potrebu energie zabezpečujú procesy energetického metabolizmu, ktorých podstatou je oxidácia organických látok sprevádzaná uvoľňovaním energie. Výsledné produkty oxidácie sa uvoľňujú do životného prostredia.

Schematicky môže byť oxidačno-redukčná reakcia zahŕňajúca enzým dehydrogenázu znázornená nasledovne:

AN 2 + B - A + VN 2 + energia

Mikroorganizmy majú rôzne spôsoby získavania energie.

V roku 1861 francúzsky vedec L. Pasteur prvýkrát upozornil na jedinečnú schopnosť mikroorganizmov vyvíjať sa bez prístupu kyslíka, pričom všetky vyššie organizmy – rastliny a živočíchy – môžu žiť len v atmosfére obsahujúcej kyslík.

Na tomto základe (podľa typov dýchania) rozdelil L. Pasteur mikroorganizmy do dvoch skupín – aeróby a anaeróby.

Aeróby na získanie energie sa organický materiál oxiduje vzdušným kyslíkom. Patria sem plesne, niektoré kvasinky, mnohé baktérie a riasy. Mnohé aeróby úplne oxidujú organickú hmotu, pričom ako konečné produkty sa uvoľňujú CO 2 a H 2 O. Tento proces možno vo všeobecnosti znázorniť nasledujúcou rovnicou:

C6H1206 + 6O2 \u003d 6CO2 + 6H20 + 2822 kJ.

Anaeróby sú mikroorganizmy schopné dýchania bez použitia voľného kyslíka. Anaeróbny proces dýchania v mikroorganizmoch nastáva v dôsledku odstraňovania vodíka zo substrátu. Typické anaeróbne dýchacie procesy sú tzv fermentácie. Príkladmi tohto typu výroby energie sú alkoholové, mliečne a maslové kvasenia. Zvážte príklad alkoholovej fermentácie:

C6H12O6 \u003d 2C2H5OH + 2CO2 + 118 kJ.

Pomer anaeróbnych mikroorganizmov ku kyslíku je rôzny. Niektoré z nich vôbec neznášajú kyslík a sú tzv povinný, alebo prísny anaeróbov. Patria sem pôvodcovia maslovej fermentácie, tetanový bacil, pôvodcovia botulizmu. Iné mikróby môžu rásť za aeróbnych aj anaeróbnych podmienok. Nazývajú sa - voliteľné, alebo podmienené anaeróby; Ide o baktérie mliečneho kvasenia, Escherichia coli, Proteus atď.

Enzýmy mikroorganizmov

Enzýmy Látky schopné katalyticky ovplyvňovať rýchlosť biochemických reakcií. Zohrávajú dôležitú úlohu v živote mikroorganizmov. Enzýmy objavil v roku 1814 ruský akademik K.S. Kirchhoff.

Rovnako ako iné katalyzátory, aj enzýmy sa zúčastňujú na reakciách premeny látok len ako sprostredkovatelia. Pri reakciách sa kvantitatívne nespotrebúvajú. Enzýmy mikroorganizmov majú množstvo vlastností:

1) Pri teplotách do 40-50ºC sa rýchlosť enzymatickej reakcie zvýši, ale potom rýchlosť klesne, enzým prestane pôsobiť. Pri teplotách nad 80°C sú takmer všetky enzýmy nevratne inaktivované.

2) Chemickou povahou sú enzýmy jednozložkové, pozostávajúce iba z bielkovín a dvojzložkové, pozostávajúce z proteínových a nebielkovinových častí. Nebielkovinová časť množstva enzýmov je zastúpená jedným alebo druhým vitamínom.

3) Aktivita enzýmu je značne ovplyvnená pH média. Pre niektoré enzýmy je najvhodnejšie kyslé prostredie, pre iné neutrálne alebo mierne zásadité.

4) Enzýmy sú vysoko aktívne. Molekula katalázy teda zničí 5 miliónov molekúl peroxidu vodíka za minútu a 1 g amylázy za priaznivých podmienok premení 1 tonu škrobu na cukor.

5) Každý enzým má prísnu špecifickosť účinku, to znamená schopnosť ovplyvňovať iba určité väzby v zložitých molekulách alebo len určité látky. Napríklad amyláza spôsobuje rozklad iba škrobu, laktázy - mliečneho cukru, celulázy - celulózy atď.

6) Enzýmy vlastné danému mikroorganizmu a zahrnuté v počte zložiek jeho bunky sa nazývajú konštitutívny. Existuje ďalšia skupina - enzýmy vyvolané(adaptívne), ktoré bunka produkuje len vtedy, keď sa do média pridá látka (induktor), ktorá stimuluje syntézu tohto enzýmu. Za týchto podmienok mikroorganizmus syntetizuje enzým, ktorý nemá.

7) Podľa charakteru pôsobenia sa enzýmy delia na exoenzýmy, ktoré sú uvoľňované bunkou do vonkajšieho prostredia, a endoenzýmy, ktoré sú pevne spojené s vnútornými štruktúrami bunky a pôsobia v jej vnútri.

8) Enzýmy sú síce produkované bunkou, ale aj po jej smrti dočasne zostávajú v aktívnom stave a autolýza(z gréc. autos - sám, lysis - rozpustenie) - samorozpustenie alebo samostrávenie bunky pod vplyvom vlastných vnútrobunkových enzýmov.

V súčasnosti je známych viac ako 1000 enzýmov. Enzýmy sú rozdelené do 6 tried:

1. trieda- oxidoreduktázy - hrajú dôležitú úlohu v procesoch fermentácie a dýchania mikroorganizmov, teda v energetickom metabolizme.

2. stupeň Transferázy (transferové enzýmy) katalyzujú prenos skupín atómov z jednej zlúčeniny na druhú.

3. ročník - hydrolázy (hydrolytické enzýmy). Katalyzujú štiepiace reakcie komplexných zlúčenín (bielkoviny, tuky a sacharidy) s povinnou účasťou vody.

4. ročník - lyázy zahŕňajú dvojzložkové enzýmy, ktoré nehydrolytickým spôsobom (bez účasti vody) odštiepia určité skupiny zo substrátov (CO 2, H 2 O, NH s atď.).

5. trieda- izomerázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú reverzibilnú premenu organických zlúčenín na ich izoméry.

6. trieda - ligázy (syntetázy) sú enzýmy, ktoré katalyzujú syntézu zložitých organických zlúčenín z jednoduchších. Ligázy hrajú dôležitú úlohu v metabolizme sacharidov a dusíka mikroorganizmov.

Použitie mikrobiálnych enzýmov v potravinárskom a ľahkom priemysle môže výrazne zintenzívniť technologický proces, zvýšiť výťažnosť a zlepšiť kvalitu hotového výrobku. Prípravky amylolytických enzýmov sa používajú pri výrobe etylalkoholu zo surovín obsahujúcich škrob namiesto obilného sladu a v pekárskom priemysle namiesto sladu pri príprave opareného ražného chleba; hubové amylázy sa pridávajú aj do pšeničného cesta. Keďže tento prípravok obsahuje okrem amylázy aj iné enzýmy (maltáza, proteázy), hoci v malom množstve, proces výroby cesta sa urýchľuje, zväčšuje sa objem a pórovitosť chleba, zlepšuje sa jeho vzhľad, vôňa a chuť. Použitie týchto enzýmových prípravkov v pivovarníctve umožňuje čiastočne nahradiť slad jačmeňom. Pomocou hubovej glukoamylázy sa zo škrobu získava glukózový sirup a kryštalická glukóza. Pektolytické enzýmové hubové prípravky sa používajú pri výrobe štiav a ovocných nápojov a pri výrobe vína. V dôsledku deštrukcie pektínu týmito enzýmami sa proces extrakcie šťavy zrýchľuje, zvyšuje sa jej výťažnosť, filtrácia a čírenie. Enzýmové prípravky obsahujúce mikrobiálne proteázy sa používajú na zvýšenie stability (ochrana pred bielkovinovým zákalom) vína a piva a pri výrobe syrov - namiesto (čiastočne) syridla. Mikrobiálne proteázy je vhodné použiť na zmäkčovanie mäsa, urýchlenie dozrievania mäsa a sleďov, získavanie potravinových hydrolyzátov z odpadov z rýb a mäsopriemyslu a pre ďalšie technologické procesy spracovania živočíšnych a rastlinných surovín.

Chemické zloženie mikroorganizmov

Mikrobiálne bunky sa svojím zložením len málo líšia od živočíšnych a rastlinných buniek. Obsahujú 75 – 85 % vody, zvyšných 16 – 25 % tvorí sušina. Voda v bunke je vo voľnom a viazanom stave. Viazaná voda je súčasťou bunkových koloidov (bielkoviny, polysacharidy a pod.) a takmer sa z nich neuvoľňuje. Voľná ​​voda sa zúčastňuje chemických reakcií, slúži ako rozpúšťadlo pre rôzne zlúčeniny vznikajúce v bunke počas metabolizmu.

Sušina bunky pozostáva z organických a minerálnych látok.

bielkoviny - až 52%,

polysacharidy - až 17%,

nukleové kyseliny (RNA do 16%, DNA do 3%),

lipidy - až 9%

Tieto zlúčeniny sú súčasťou rôznych bunkových štruktúr mikroorganizmov a vykonávajú dôležité fyziologické funkcie. V bunkách mikroorganizmov sa nachádzajú aj ďalšie látky – organické kyseliny, ich soli, pigmenty, vitamíny atď.

Kontrolné otázky

1. Čo je turgor?

2. Čo je disimilácia?

3. Ktoré mikroorganizmy sa nazývajú autotrofné?

4. Čo je osmóza?

5. Ktoré mikroorganizmy sa nazývajú fakultatívne?

6. Čo je plazmolýza?

7. Na akých procesoch sa podieľajú lipázy?

8. Koľko vody tvoria mikroorganizmy?

10. Aké mikroorganizmy sa nazývajú anaeróbne?

Existujú dva typy mikrobiálneho dýchania – aeróbne a anaeróbne.

Aeróbne dýchanie mikroorganizmov je proces, pri ktorom je akceptorom vodíka (protónov a elektrónov) molekulárny kyslík. V dôsledku oxidácie najmä zložitých organických zlúčenín vzniká energia, ktorá sa uvoľňuje do prostredia alebo sa hromadí vo vysokoenergetických fosfátových väzbách ATP. Rozlišujte medzi úplnou a neúplnou oxidáciou.

úplná oxidácia. Hlavným zdrojom energie pre mikroorganizmy sú sacharidy. Pri ich štiepení, ku ktorému dochádza rôznymi spôsobmi, vzniká dôležitý medziprodukt – kyselina pyrohroznová. K úplnej oxidácii kyseliny pyrohroznovej dochádza v cykle trikarboxylových kyselín (Krebsov cyklus) a dýchacom reťazci. V dôsledku rozkladu glukózy za aeróbnych podmienok sa oxidačný proces končí - až do vzniku oxidu uhličitého a vody s uvoľnením veľkého množstva energie: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6C02 + 6H20 + 2874,3 kJ.

neúplná oxidácia. Nie všetky aeróby dokončia oxidačné reakcie. S nadbytkom uhľohydrátov v médiu sa vytvárajú produkty neúplnej oxidácie, v ktorých je obsiahnutá energia. Konečnými produktmi neúplnej aeróbnej oxidácie cukru môžu byť organické kyseliny: citrónová, jablčná, šťaveľová, jantárová a iné, tvoria ich plesňové huby. Napríklad aeróbne dýchanie vykonávajú baktérie kyseliny octovej, v ktorých sa pri oxidácii etylalkoholu tvorí kyselina octová a voda:

CH3CH2OH + O2 - * CH3COOH + H20 + 494,4 k J.

Niektoré baktérie oxidujú anorganické zlúčeniny počas dýchania. Ako príklad oxidácie anorganických zlúčenín môžu slúžiť nitrifikačné procesy, pri ktorých nitrifikačné baktérie najskôr oxidujú amoniak na kyselinu dusičnú a potom na kyselinu dusičnú. V každom prípade sa uvoľňuje energia: v prvej fáze 274,9 kJ, v druhej - 87,6 kJ.

Anaeróbne dýchanie prebieha bez účasti molekulárneho kyslíka. Rozlišujte medzi anaeróbnym dýchaním dusičnanov, anaeróbnym dýchaním síranov a fermentáciou. Pri anaeróbnom dýchaní sú oxidované anorganické zlúčeniny akceptormi vodíka, ktoré ľahko odovzdávajú kyslík a premieňajú sa na viac redukované formy, čo je sprevádzané uvoľňovaním energie.

1. anaeróbne dýchanie dusičnanov - redukcia dusičnanov na molekulárny dusík

2. anaeróbna sulfátová respirácia – redukcia síranov na sírovodík.

3. Fermentácia – rozklad organických zlúčenín obsahujúcich uhlík za anaeróbnych podmienok. Vyznačuje sa tým, že posledným akceptorom vodíka je organická molekula s nenasýtenými väzbami. V tomto prípade sa látka rozkladá len na medziprodukty, ktorými sú zložité organické zlúčeniny (alkoholy, organické kyseliny). Energia v nich obsiahnutá sa v malom množstve uvoľňuje do okolia. Počas fermentácie sa uvoľňuje menej energie. Napríklad pri fermentácii glukózy sa uvoľní 24,5-krát menej energie ako pri jej aeróbnej oxidácii.

Všetky druhy fermentácie pred tvorbou kyseliny pyrohroznovej prebiehajú rovnakým spôsobom. Ďalšia premena kyseliny pyrohroznovej závisí od vlastností mikróba. Homofermentatívne baktérie mliečneho kvasenia ju premieňajú na kyselinu mliečnu, kvasinky na etylalkohol atď.

Klasifikácia mikróbov podľa typu dýchania.

Podľa typu dýchania sú mikroorganizmy rozdelené do štyroch skupín.

1. Obligátne (bezpodmienečné) aeróby rastú s voľným prístupom kyslíka. Patria sem baktérie kyseliny octovej, patogény tuberkulózy, antrax a mnohé ďalšie.

2. Mikroaerofilné baktérie sa vyvíjajú pri nízkej (do 1 %) koncentrácii kyslíka v okolitej atmosfére. Takéto podmienky sú priaznivé pre aktinomycety, leptospiry, brucelu.

3. Fakultatívne anaeróby sa vyvíjajú tak za prístupu vzdušného kyslíka, ako aj v jeho neprítomnosti. Majú dve sady enzýmov, resp. Ide o Enterobacteriaceae, pôvodcu erysipelu ošípaných.

4. Obligátne (nepodmienené) anaeróby sa vyvíjajú v úplnej neprítomnosti kyslíka v prostredí. Anaeróbne stavy (obchádzané baktériami kyseliny maslovej, patogénmi tetanu, botulizmu, plynatej gangrény, emfyzematózneho karbunkulu, nekrobakteriózy.

Úvod

jedlo dych mikroorganizmus baktéria

Ako viete, mikroorganizmy čerpajú energiu potrebnú na udržanie svojej životnej aktivity v dôsledku rôznych druhov oxidačných procesov organických (a niekedy aj anorganických) látok. V tomto prípade dochádza k oxidácii odštiepením vodíka (alebo elektrónov) zo substrátov. Vodík sa prenáša reťazcom enzýmov a nakoniec sa spojí s kyslíkom za vzniku vody. Anaeróbny spôsob získavania energie sa vyznačuje tým, že sa na ňom nezúčastňuje voľný kyslík a organické substráty sa oxidujú len vďaka eliminácii vodíka. Uvoľnený vodík sa buď spája s produktmi rozpadu tej istej organickej hmoty, alebo sa uvoľňuje v plynnom stave.

Druhy dýchania mikroorganizmov

Mikrobiálne dýchanie je biologická oxidácia rôznych organických zlúčenín a niektorých minerálov. V dôsledku redoxných procesov a fermentácie vzniká tepelná energia, ktorej časť je využitá mikrobiálnou bunkou a zvyšok sa uvoľňuje do okolia.

V súčasnosti je oxidácia definovaná ako proces odstraňovania vodíka (dehydrogenácia) a redukcia je definovaná ako jeho pridávanie. Rovnaké termíny platia pre reakcie zahŕňajúce prenos protónov a elektrónov alebo iba elektrónov. Keď sa látka oxiduje, elektróny sa strácajú a keď sa látka redukuje, pridávajú sa. Predpokladá sa, že prenos vodíka a prenos elektrónov sú ekvivalentné procesy.

Schopnosť zlúčenín alebo prvkov darovať alebo prijímať elektróny je určená redoxným potenciálom. Na návrh M. Clarka sa označuje rH2 (záporný logaritmus parciálneho tlaku plynného vodíka). Toto je stupeň nasýtenia média kyslíkom alebo vodíkom. Rozsah J H2 sa pohybuje od 0 do 42,6. Na P12<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 oxidujúce, pričom iil2 sa rovná 28, médium je neutrálne.

Aeróby žijú pri vyššom redoxnom potenciáli (ili2 14-35), anaeróby žijú pri nižšom (rH2 0-12). Pops H1 (protóny), ktorými v podstate sú, sa prenášajú proti elektrochemickému gradientu, teda z prostredia s nižšou koncentráciou do prostredia, kde ich je veľa. Proces prenosu protónov je spojený so spotrebou energie. Prenikanie vodíkových iónov cez membránu neprebieha podľa zákonov osmózy, ale aktívne, pomocou pumpy nazývanej vodíková pumpa. Biologické premeny v cytoplazme mikrobiálnej bunky sú teda spojené s pohybom protónov a elektrónov, nejde však o jednoduchý elektrický pohyb, ale o zložitý biochemický proces, ktorý sa uskutočňuje pomocou enzýmov. Tie katalyzujú reakcie, urýchľujú štiepenie kovalentných väzieb a tým znižujú aktivačnú energiu.

Elektrina generovaná mikróbmi môže byť dokonca použitá v niektorých spotrebičoch. V súčasnosti sú navrhnuté vysielače, ktoré fungujú na biologickú elektrinu, ktorú produkujú mikroorganizmy, ktoré sa živia cukrom rozpusteným v morskej vode. (Aeróbne dýchanie mikroorganizmov je proces, pri ktorom je posledným akceptorom vodíka (protónov a elektrónov) molekulárny kyslík. V dôsledku oxidácie hlavne zložitých organických zlúčenín vzniká energia, ktorá sa uvoľňuje do prostredia alebo sa hromadí vo vysoko- energie fosfátové väzby ATP.Rozlišovať úplnú a neúplnú oxidáciu?

úplná oxidácia. Hlavným zdrojom energie pre mikroorganizmy sú sacharidy. Pri ich štiepení, ku ktorému dochádza rôznymi spôsobmi, vzniká dôležitý medziprodukt – kyselina pyrohroznová (pyruvát). K úplnej oxidácii kyseliny pyrohroznovej dochádza v cykle trikarboxylových kyselín (Krebsov cyklus) a dýchacom reťazci (obr. 17). V dôsledku štiepenia glukózy za aeróbnych podmienok dochádza k ukončeniu oxidačného procesu - k tvorbe oxidu uhličitého a vody s uvoľnením veľkého množstva energie: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ .

Zodpovedá potenciálnej energetickej rezerve hexózy, teda množstvu, ktoré sa nahromadilo v molekule cukru pri jeho fotosyntéze z oxidu uhličitého a vody v zelených rastlinách. Prenos elektrónov z vodíka na kyslík sa uskutočňuje cez dýchací reťazec alebo reťazec transportu elektrónov. Dýchací reťazec je systém dýchacích enzýmov, ktoré sa nachádzajú v membránach. Membrány, ako je známe, sú v kontakte s cytoplazmou bunky, v dôsledku čoho dochádza k ich interakcii.

neúplná oxidácia. Nie všetky aeróby dokončia oxidačné reakcie. S nadbytkom uhľohydrátov v médiu sa vytvárajú produkty neúplnej oxidácie, v ktorých je obsiahnutá energia. Konečnými produktmi neúplnej aeróbnej oxidácie cukru môžu byť organické kyseliny: citrónová, jablčná, šťaveľová, jantárová a iné, tvoria ich plesňové huby.

Anaeróby sú organizmy, ktoré získavajú energiu bez prístupu kyslíka fosforyláciou substrátu, zatiaľ čo konečné produkty neúplnej oxidácie substrátu môžu byť oxidované, aby získali viac energie vo forme ATP v prítomnosti konečného akceptora protónov organizmami, ktoré nesú z oxidačnej fosforylácie.

Schéma 1 znázorňuje transport elektrónov počas dýchania a rôzne typy výroby anaeróbnej energie. Vodík a elektróny sú štiepené zo substrátov pyridínnukleotidovými enzýmami (PN). Potom v aeróboch prechádzajú reťazcom enzýmov so zvyšujúcimi sa potenciálmi - flavoproteínom (FP - cytochrómové enzýmy (Cit.) - a pomocou cytochrómoxidázy (Cit. Ox.) sa prenášajú na kyslík. Tok elektrónov je usmerňovaný zo systému s nižším (negatívnejším potenciálom) do systému s vyšším (pozitívnejším) potenciálom, od - 0,8 - 0,4 V (potenciál substrátu) do + 0,8 V (potenciál kyslíka).

Počas dýchania je teda kyslík konečným akceptorom vodíka. V anaeróboch pôsobia ako akceptory vodíka buď organické substráty (fermentácia), alebo anorganické látky, ako sú dusičnany alebo sírany ("anaeróbne dýchanie"). Zo schémy je zrejmé, že najjednoduchší a najprimitívnejší transport elektrónov sa uskutočňuje vo väčšine anaeróbov v dôsledku nedostatku enzýmov v reťazci prenosu elektrónov schopných prenášať elektróny pozdĺž reťazca až do molekulárneho kyslíka.

Molekulárny kyslík má negatívny vplyv na rast a aktivitu obligátnych anaeróbov. V prítomnosti voľného kyslíka strácajú anaeróbne bunky svoju pohyblivosť. Prostredníctvom tejto reakcie boli anaeróby prvýkrát objavené Pasteurom. Raz pod mikroskopom preskúmal kvapku fermentačnej tekutiny (počas maslovej fermentácie) umiestnenú medzi dve tenké ploché poháre a všimol si, že bunky nachádzajúce sa na okrajoch prípravku (kam voľne prenikal vzdušný kyslík) sa náhle znehybnili a tyčinky nachádza v strede prípravku (kam vzduch neprenikol), pokračoval v pohybe veľmi aktívne.

Odtiaľ Pasteur dospel k záveru, že vzdušný kyslík je pre niektoré mikróby jedovatý a rozdelil ich do dvoch skupín – aeróby a anaeróby. Pasteurovi odporcovia (napríklad Treculle) namietali proti tvrdeniu o existencii baktérií, pre ktoré môže byť vzdušný kyslík smrteľný, a ako príklad uviedli anaeróbne spóry, schopné zotrvať vo vzduchu dlhší čas. Na to Pasteur odpovedal, že spóry nie sú skutočné živé bytosti, pretože sa nekŕmia a nerozmnožujú. Následný rozvoj vedy potvrdil Pasteurovu pozíciu. Ukázalo sa teda, že bakteriálne spóry sa vyznačujú mimoriadne výraznou anabiózou a ich metabolizmus je na takej nízkej úrovni, že sa ani nedá zmerať s potrebnou presnosťou. V tomto ohľade nie sú spóry citlivé na mnohé škodlivé faktory a spóry anaeróbov môžu navyše (na rozdiel od vegetatívnych buniek) ľahko prežívať vo vzduchu.

Otázka, prečo je kyslík pre aaeróby toxický, ešte nie je dostatočne objasnená. Niektorí vedci sa domnievajú, že toxický účinok kyslíka je spojený s tvorbou toxických koncentrácií peroxidu vodíka v kultúrach anaeróbnych mikroorganizmov, ktorý vzniká v dôsledku oxidácie substrátu vzdušným kyslíkom. Dôvodom akumulácie peroxidu vodíka je absencia enzýmu katalázy (ktorá rozkladá peroxid) v anaeróboch. Existujú správy, že niektoré kmene Clostridium môžu rásť za aeróbnych podmienok, ak sa do média pridá kataláza. Ale na druhej strane veľmi dôležitým faktorom určujúcim vývoj anaeróbov sú redoxné podmienky prostredia. Sú vyjadrené ako redoxný potenciál (ORP), meraný vo voltoch (napätie na elektróde ponorenej do testovaného média). Redoxné podmienky možno vyjadriť aj pomocou indexu rH2, ktorý charakterizuje pomer medzi H2 a O2. rH2 v rozsahu od 0 do 40 charakterizuje všetky stupne redukcie alebo oxidácie média v závislosti od jeho nasýtenia kyslíkom alebo vodíkom. Podrobné štúdie podmienok pre rozvoj apaaeróbov ukázali, že obligátne anaeróby sa nemôžu vyvinúť pri rH2 (alebo ORP) nad určitým limitom. rH2 v médiu možno merať buď elektrometricky (pomocou potenciometrov) alebo pomocou farbív, ktoré sa pri určitých hodnotách rH2 obnovia a vyblednú (alebo menia farbu). Napríklad za aeróbnych podmienok pri rH2 = 20 a viac má farbivo Janusgrün v roztoku zelenú farbu, pri rH2 v rozmedzí 12-14 je ružové a pri ešte nižších hodnotách rH2 sa stáva bezfarebným.

Anaeróby predstavujú rozsiahlu skupinu organizmov na mikro aj makro úrovni:

Fakultatívne anaeróby

Kapneistické anaeróby a mikroaerofily

Aerotolerantné anaeróby

Stredne prísni anaeróbi

povinných anaeróbov

Ak je organizmus schopný prejsť z jednej metabolickej dráhy na druhú (napríklad z anaeróbneho dýchania na aeróbne dýchanie a naopak), potom sa podmienečne označuje ako fakultatívne anaeróby

Do roku 1991 sa v mikrobiológii rozlišovala trieda kapneistických anaeróbov vyžadujúcich nízku koncentráciu kyslíka a vysokú koncentráciu oxidu uhličitého (Brucella bovinný typ - B. abortus)

Stredne prísny anaeróbny organizmus prežíva v prostredí s molekulárnym O2, ale nerozmnožuje sa. Mikroaerofily sú schopné prežiť a množiť sa v prostredí s nízkym parciálnym tlakom O2.

Ak organizmus nie je schopný „prepnúť“ z anaeróbneho na aeróbne dýchanie, ale v prítomnosti molekulárneho kyslíka neumiera, potom patrí do skupiny aerotolerantných anaeróbov. Napríklad kyselina mliečna a mnohé maslové baktérie

Obligátne anaeróby umierajú v prítomnosti molekulárneho kyslíka O2 – napríklad zástupcovia (rod baktérií a archeí: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Takéto anaeróby neustále žijú v prostredí bez kyslíka. Obligátne anaeróby zahŕňajú niektoré baktérie, kvasinky, bičíkovce a nálevníky.

Glykolýza je zároveň charakteristická iba pre anaeróby, ktoré sa v závislosti od konečných reakčných produktov delia na niekoľko typov fermentácie:

mliečna fermentácia - rod Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium, ako aj niektoré tkanivá mnohobunkových zvierat a ľudí. alkoholová fermentácia - sacharomycetes, candida (organizmy z ríše húb)

kyselina mravčia - rodina enterobaktérií

maslová – niektoré druhy klostrídií

kyselina propiónová - propionobaktérie (napríklad Propionibacterium acnes)

fermentácia s uvoľňovaním molekulárneho vodíka - niektoré druhy Clostridium, Stickland fermentácia

metánová fermentácia - napríklad Metanobacterium

Druhy výživy mikroorganizmov

Autotrofy (chemolithotrofy, fotolithotrofy) získavajú uhlík z oxidu uhličitého (CO2) vo vzduchu a vytvárajú organickú hmotu pomocou energie uvoľnenej pri oxidácii niektorých minerálnych zlúčenín (chemosyntéza) alebo energie slnka (fotosyntéza). Fenomén chemosyntézy v chemolithotrofoch prvýkrát stanovil (1887) ruský mikrobiológ S. N. Vinogradsky pri štúdiu bezfarebných sírnych baktérií, nitrifikačných a iných mikroorganizmov. Energiu generovanú v procese oxidačných reakcií potom baktérie využívajú na asimiláciu uhlíka a tvorbu organickej hmoty.

Fotolitotrofy (modrozelené riasy, purpurové sírne baktérie a iné mikróby) majú schopnosť fotosyntézy, keďže obsahujú pigmenty (farbivá). Pigmenty fotolithotrofov majú podobné zloženie ako chlorofyl zelených rastlín. Fotobaktérie, podobne ako rastliny, vytvárajú organickú hmotu pomocou uhlíka z oxidu uhličitého a slnečnej energie. Autotrofy sa môžu vyvíjať v čisto minerálnom prostredí, nie sú schopné asimilovať zložitejšie zlúčeniny uhlíka, a preto nie sú pre zvieratá patogénne.

Zdroje energie

Najdostupnejšími zdrojmi uhlíka pre baktérie sú sacharidy a aminokyseliny, čo sa berie do úvahy pri výrobe živných médií.

Autotrofia. Výživové potreby autotrofných [z gréc. auto, vlastné, + trof, baktérie výživa obmedzená; pre ich rast stačí do média zaviesť anorganické zlúčeniny obsahujúce dusík a iné minerálne prvky. Lutotrofné baktérie využívajú ako zdroj uhlíka oxid uhličitý alebo uhličitany. Takéto baktérie sú schopné syntetizovať všetky potrebné zlúčeniny z jednoduchých látok. Patria sem foto- a chemotrofné (chemosyntetické) baktérie využívajúce ako zdroj energie elektromagnetické žiarenie (svetlo), prípadne energiu redoxných reakcií za účasti substrátov, ktoré pre ne slúžia ako zdroj výživy. Medzi autotrofmi sa nenašli žiadne medicínsky významné druhy.

Dusík je potrebný pre baktérie na syntézu aminokyselín (proteínov), purínových a pyrimidových nukleotidov a niektorých vitamínov. Keďže dusík je vo všetkých živých organizmoch obsiahnutý v redukovanej forme, musia sa redukovať všetky minerálne formy dusíka s vyšším stupňom oxidácie ako amoniak.

Množstvo mikroorganizmov je schopných využívať dusík len z organických zlúčenín (aminoheterotrofy). Niektoré z mikroorganizmov asimilujú dusík vo forme anorganických foriem (aminoautotrofy). Mnohé mikroorganizmy však dokážu využívať organický aj minerálny dusík.

Použitie anorganického dusíka

V prírode existujú minerálne dusíkové atómy v rôznych stupňoch oxidácie: od N5+ (N205, anhydrid dusnatý) po N3- (NH3, amoniak). Stupeň asimilácie minerálnych zlúčenín dusíka baktériami je určený ľahkosťou ich premeny na amoniak, pretože je to najjednoduchší prekurzor vysokomolekulárnych organických zlúčenín dusíka. V tejto skupine baktérií sú možné dva rôzne smerované procesy: asimilácia (naviazanie minerálnych foriem dusíka na organický materiál) a disimilácia (uvoľnenie plynných foriem dusíka).

asimilačné procesy. K väzbe minerálnych foriem dusíka dochádza pri fixácii dusíka, asimilácii amoniaku a asimilačnej redukcii dusičnanov.

Fixácia dusíka. Baktérie viažuce dusík (napríklad Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella atď.) sú schopné využiť dusík z atmosférického vzduchu a redukovať ho na amónium pomocou špeciálneho enzýmu (nitrogenázy) v procese nazývanom fixácia dusíka.

asimilácia amoniaku. Väčšina baktérií absorbuje amoniak počas asimilácie amoniaku. Baktérie rastúce na médiách s amóniom ho môžu priamo začleniť do organických zlúčenín. Je potrebné pripomenúť, že po konzumácii anorganických amónnych solí sa v médiu hromadia anióny (SO4, Cl, H3PO4 atď.), ktoré znižujú pH média, čo spomaľuje rast kultúr. Amónne soli organických kyselín menej okysľujú prostredie a sú priaznivejšie pre rast baktérií.

Asimilačná redukcia dusičnanov. Prevažná väčšina baktérií a húb, podobne ako rastliny, asimiluje dusičnany v procese asimilačnej redukcie dusičnanov. Na prvom stupni sa dusičnany redukujú na dusitany, cyklus týchto premien katalyzuje špecifický enzým - asimilačná nitrátreduktáza B. Druhý stupeň je komplex redukčných reakcií katalyzovaných dusitanreduktázou, čo vedie k tvorbe amoniaku, ktorý sa používa na syntézu aminokyselín a iných zložiek bunky obsahujúcich dusík.

Mechanizmus dodávania živín

Exo-enzýmy lokalizované na vonkajšej strane bunkovej membrány. V baktériách sa E. môže uvoľňovať do vonkajšieho prostredia alebo sa môže nachádzať medzi bunkovou stenou a bunkovou membránou.

Klasifikácia enzýmov.

V súčasnosti je známych viac ako 2000 enzýmov, takže je potrebná vedecky podložená klasifikácia. Podľa klasifikácie vypracovanej špeciálnou komisiou Medzinárodnej biochemickej únie (1961) sú všetky/enzýmy zoskupené do šiestich tried: ocendoreduktázy, transferázy, hydrolázy, lyázy, izomerázy, ligázy alebo syntetázy.

Oxidoreduktázy sú redoxné enzýmy. Urýchľujú procesy redukcie a oxidácie rôznych látok, hrajú dôležitú úlohu v procesoch dýchania mikróbov. Táto skupina je početná, zahŕňa viac ako 200 enzýmov. Tu sú niektoré z nich.

Dehydrogenázy sú enzýmy, ktoré vedú proces biologickej oxidácie tým, že odstraňujú vodík z donorového substrátu a prenášajú ho na kyslík alebo iný akceptor. Existujú aeróbne a anaeróbne dehydrogenázy. Aeróbne dehydrogenázy prenášajú vodík priamo do molekulárneho kyslíka a do iných systémov, nazývajú sa oxidázy. Anaeróbne dehydrogenázy interagujú so substrátom, odoberajú z neho vodík a odovzdávajú ho akceptoru, nie však vzdušnému kyslíku. Cytochrómoxidázy sú enzýmy prenášajúce elektróny. Cytochromoxindáza aktivuje molekulárny kyslík a s jeho pomocou oxiduje redukovaný cytochróm, ktorého aktívnou skupinou je hemín. Kataláza sa nachádza v bunkách aeróbnych mikróbov a patrí do skupiny hemických enzýmov obsahujúcich vo svojej molekule železité železo, ktoré môže strácať elektróny (oxidovať). Pôsobením katalázy na peroxid vodíka sa redukuje, vzniká voda a molekulárny kyslík. Peroxidáza sa nachádza v niektorých mikróboch, aktivuje kyslík peroxidu vodíka a urýchľuje oxidáciu rôznych organických zlúčenín.

Hydrolýza - enzýmy, ktoré urýchľujú hydrolytické reakcie, to znamená proces štiepenia zložitých látok na jednoduchšie s pridaním molekuly, vody. Nachádzajú sa v mnohých mikroorganizmoch. Hydrolázy kombinujú viac ako 200 enzýmov. Do tejto skupiny patria: esterázy, ktoré štiepia estery tvorené organickými kyselinami a alkoholmi; fosfatázy, ktoré hydrolyzujú estery tvorené alkoholmi a kyselinou fosforečnou; glukozidázy, ktoré štiepia glukozidové väzby v uhlíkoch a ich deriváty; peptidázy; urýchlenie hydrolýzy peptidových väzieb v proteínoch; amidázy urýchľujúce hydrolýzu amidov, aminokyselín a iných zlúčenín.

Lyázy sú enzýmy, ktoré odštiepia jednu alebo druhú skupinu zo substrátov nehydrolytickým spôsobom (reakcia medzi uhlíkom a kyslíkom, dusíkom, sírou, halogénom). Táto trieda zahŕňa asi 90 enzýmov. Najdôležitejšie z nich sú karboxyláza, aldehydlyáza (aldoláza) atď.

Izomerázy sú enzýmy, ktoré urýchľujú pohyb vodíka, fosforu a dvojitých väzieb vo vnútri molekúl, čo je dôležité v metabolizme. Táto skupina zahŕňa fosfohexoizomerázu, triosefosfotiizomerázu atď.

Ligázy alebo syntetázy sú enzýmy, ktoré urýchľujú syntézu komplexných zlúčenín z jednoduchších v dôsledku rozpadu pyrofosforových väzieb (v ATP alebo iných energeticky bohatých pyrofosfátoch). Ligázy hrajú dôležitú úlohu pri syntéze proteínov, nukleových kyselín, mastných kyselín a iných zlúčenín. Táto trieda zahŕňa asi 100 enzýmov. Zástupcovia tejto skupiny sú asparagínsyntetáza, glutamipsyntetáza atď.