Mikroorganizmaların fizyolojisi. Bakterilerin solunumu, solunum çeşitleri

Mikroorganizmaların fizyolojisi, çeşitli çevre koşullarında mikropların gelişimi, beslenmesi, enerji metabolizması ve diğer yaşam süreçlerinin özelliklerini inceler.

Mikroorganizmaların beslenmesi

Mikroplar suda çözünmüş besin maddelerinin kabuk ve zardan difüzyonuyla beslenirler. Çözünmeyen kompleks organik bileşikler, mikropların substrata salgıladığı enzimlerin yardımıyla öncelikle hücre dışında parçalanır.

Beslenme yöntemine göre ototrofik ve heterotrofik olarak ayrılırlar.

Ototroflar inorganik maddelerden (çoğunlukla karbondioksit, inorganik nitrojen ve su) organik bileşikler sentezleyebilir. Bu mikroplar sentez için enerji kaynağı olarak ışık enerjisini (fotosentez) veya oksidatif reaksiyonların enerjisini (kemosentez) kullanırlar.

Bir mikrobiyal hücredeki tüm metabolik reaksiyonlar biyolojik katalizörlerin yardımıyla gerçekleşir. enzimler. Enzimlerin çoğu, bir protein kısmı ve protein olmayan bir prostetik gruptan oluşur. Protez grubu demir, bakır, kobalt, çinko gibi metallerin yanı sıra vitaminler veya bunların türevlerini de içerebilir. Bazı enzimler yalnızca basit proteinlerden oluşur. Enzimler spesifiktir ve yalnızca belirli bir maddeye etki eder. Bu nedenle, her mikroorganizma bir bütün enzim kompleksi içerir ve bazı enzimler, karmaşık organik bileşiklerin asimilasyonu için hazırlıklara katılabilecekleri dışarıya salınabilir. Mikroorganizmalardan elde edilen enzimler gıda ve diğer endüstrilerde kullanılmaktadır.

su. Bir mikrobiyal hücrenin %75-85'i sudan oluşur. Suyun çoğu hücrenin sitoplazmasında serbest halde bulunur. Tüm biyokimyasal metabolik süreçler suda gerçekleşir; besinler hücreye yalnızca çözelti halinde girdiğinden ve metabolik ürünler de su ile hücreden uzaklaştırıldığından, su da bu maddeler için bir çözücüdür. Hücredeki suyun bir kısmı bağlı durumdadır ve bazı hücresel yapıların bir parçasıdır. Bakteri ve mantar sporlarında serbest su miktarı %50 veya daha azına iner. Önemli miktarda bağlı su kaybıyla mikrobiyal hücre ölür.

Organik madde mikrobiyal hücreler proteinler (%6-14), yağlar (%1-4), karbonhidratlar, nükleik asitler ile temsil edilir.

- mikrobiyal olanlar da dahil olmak üzere herhangi bir canlı hücrenin ana plastik malzemesi. Proteinler sitoplazmanın temelini oluşturur ve hücre zarının ve bazı hücresel yapıların bir parçasıdır. Mikrobiyal hücredeki metabolik reaksiyonları katalize eden enzimlerin bir parçası oldukları için çok önemli bir katalitik işlevi yerine getirirler.

Mikrobiyal hücreler, deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) içerir. DNA esas olarak hücre çekirdeğinde veya nükleotidlerde bulunur, RNA ise protein sentezinde rol aldığı sitoplazmada ve ribozomlarda bulunur.

Farklı mikroorganizmaların yağ içeriği değişiklik gösterir; bazı maya ve küflerde bu oran bakterilere göre 6-10 kat daha fazladır. Yağlar (lipitler) hücrenin enerji maddesidir. Lipoprotein formundaki yağlar, hücrelerin çevre ile değişiminde önemli bir işlevi yerine getiren sitoplazmik membranın bir parçasıdır. Yağlar sitoplazmada granül veya damlacıklar halinde bulunabilir.

Karbonhidratlar zarların, kapsüllerin ve sitoplazmanın bir parçasıdır. Esas olarak proteinler veya lipitlerle birleştirilebilen karmaşık karbonhidratlar - polisakkaritler (nişasta, dekstrin, glikojen, lif) ile temsil edilirler. Karbonhidratlar, yedek enerji malzemesi olarak sitoplazmada glikojen taneleri şeklinde birikebilir.

(fosfor, sodyum, magnezyum, klor, kükürt vb.) mikrobiyal hücrenin proteinlerinin ve enzimlerinin bir parçasıdır, metabolizma ve normal hücre içi ozmotik basıncın korunması için gereklidirler.

Mikroorganizmaların normal işleyişi için gereklidir. Birçok enzimin parçası oldukları için metabolik süreçlere katılırlar. Vitaminler kural olarak yiyeceklerden gelmelidir, ancak bazı mikroplar B 2 veya B 12 gibi vitaminleri sentezleme yeteneğine sahiptir.

Mikroorganizmaların solunumu

Mikrobiyal hücre maddelerinin biyosentezi süreçleri enerji harcamasıyla gerçekleşir. Çoğu mikrop, havadaki oksijeni içeren kimyasal reaksiyonların enerjisini kullanır. Besinlerin enerji açığa çıkarmak için oksitlendiği bu sürece solunum denir. Enerji, inorganik (ototroflar) veya organik (heterotroflar) maddelerin oksidasyonu yoluyla açığa çıkar.

Aerobik mikroorganizmalar (aeroblar) Organik maddelerin atmosferik oksijenle oksidasyonu sırasında açığa çıkan enerjiyi inorganik maddeler, karbondioksit ve su oluşturmak için kullanırlar. Aeroblar birçok bakteri, mantar ve bazı mayaları içerir. Çoğu zaman karbonhidratları enerji kaynağı olarak kullanırlar.

Anaerobik mikroorganizmalar (anaeroblar) Nefes almak için oksijen kullanmazlar, oksijenin yokluğunda yaşar ve çoğalırlar, fermantasyon işlemleri sonucunda enerji elde ederler. Anaeroblar Clostridia (botulinum basili ve perfringens basili), bütirik asit bakterileri vb. cinsinden bakterilerdir.

Anaerobik koşullar altında alkol, laktik ve bütirik asit fermantasyonları gerçekleşirken, enerjinin açığa çıkmasıyla glikozun alkol, laktik veya bütirik asite dönüştürülmesi işlemi gerçekleşir. Açığa çıkan enerjinin yaklaşık %50'si ısı olarak dağılır ve geri kalanı ATP'de (adenozin trifosforik asit) birikir.

Bazı mikroorganizmalar hem oksijenin varlığında hem de oksijensiz yaşayabilmektedir. Çevresel koşullara bağlı olarak, enerji elde etmek için anaerobik süreçlerden aerobik süreçlere veya tam tersi şekilde geçiş yapabilirler. Bu tür mikroorganizmalara denir fakültatif anaeroblar.

Bakterilerin solunumu. Bakteri hücresi, bakteriyel solunum sürecinde yaşamsal aktivitesi için gerekli enerjiyi alır.

Solunum türüne göre tüm mikroorganizmalar iki gruba ayrılır: Solunum sürecinin havadaki serbest oksijen kullanımıyla ilişkili olduğu mikroplar ve serbest oksijene ihtiyaç duymayan, hatta kendileri için zararlı olan mikroorganizmalar.

Birinci gruptaki mikroorganizmalara aeroblar (aerobik solunum türü) adı verilir; ikinci grup anaeroblardır (solunum tipi anaerobiktir).

Karbonhidratların oksijensiz koşullar altında parçalanmasına fermantasyon denir. Fermantasyon işlemine neden olan mikroorganizmaların türüne bağlı olarak, ikincisi alkolik, asetik asit vb. olabilir. Bu, fermantasyon işlemi sırasında alkol veya asetik asit vb. oluşabileceği anlamına gelir.

Bakteriyel enzimler. Bakterilerin beslenmesi ve solunumu süreçleri mutlaka enzimlerin - özel protein maddelerinin katılımıyla gerçekleşir. Enzimler, en küçük miktarlarda bile, kendilerini fazla değiştirmeden ilgili kimyasal süreçleri büyük ölçüde hızlandırır.

Enzimler olmadan beslenme ve solunum süreçleri çok yavaş da olsa ilerleyebilir. Enzimler yalnızca canlı hücrelerde üretilir. Bir grup enzimin mikrobiyal hücreyle ilişkisi yoktur ve bakteriler tarafından çevreye salınır. Bu grubun işlevi, enzimlerin karmaşık bileşiklerin sindirilebilecek daha basit bileşiklere parçalanmasına yardımcı olmasıdır. Başka bir grup enzim (bunlar çoğunluktadır) bakteri hücresinin içinde bulunur ve onunla ilişkilidir.

Ayrıca bakterilerde değişen beslenme koşullarına uyum sağlama sürecinde ortaya çıkan enzimler de vardır.

Enzimlerin karakteristik bir özelliği, belirli bir bileşime veya gruba sahip maddelerin kendi enzimlerinden etkilenmesidir. Bu nedenle, karmaşık karbon bileşiklerini (şekerler), proteinleri, yağları vb. işlemek için enzimler vardır.

Bakterilerin büyümesi ve çoğalması. Bir bakteri hücresinin büyüme süreci, boyutunda bir artışla ifade edilir. Bu işlem çok hızlı bir şekilde gerçekleşir; birkaç dakika içinde.

Bakteriler yetişkinliğe ulaştıktan sonra basit enine bölünmeyle üreme süreci başlar. Uygun koşullar altında (yeterli beslenme, uygun sıcaklık) bakteri hücresi her 50-30 dakikada bir bölünür. Bakterilerin engellenmeden çoğalması halinde, 5 gün içinde tek bir hücreden tüm denizleri ve okyanusları dolduracak canlı bir kitlenin oluşacağı hesaplanmıştır. Ancak bu tür bir üreme, yukarıda belirtildiği gibi, dış ortamda bulunmayan bir dizi uygun koşulu gerektirir.

Bakterilerin kimyasal bileşimi. Bir bakteri hücresi büyük miktarda su içerir - hücre kütlesinin% 75-85'i. Geriye kalan %15'lik kısım ise protein, karbonhidrat, yağ, tuz ve diğer maddeleri içeren kuru kalıntıdır.

Bakteriyel proteinler çeşitli kimyasal bileşiklerden oluşan karmaşık proteinlerdir. Bu kimyasallar bakteri hücresinin yaşamı için gereklidir.

Bakterilerin kuru kalıntısı, proteinlerin yanı sıra karbonhidratları (%12-28) ve nükleik asitleri de içerir.

Kuru kalıntının içerdiği yağ miktarı değişebilir. Bazı bakteri türlerinde yağ içeriği kuru kalıntının 1/3'üne ulaşır.Temel olarak yağlar kabuğun bir parçasıdır ve bir dizi özelliğini belirler.

Bir bakteri hücresinin gerekli bir bileşeni, hücrenin tüm kütlesinin yaklaşık yarısını oluşturan mineral tuzlardır.Bakteri hücrelerinin bileşimi ayrıca nitrojen, oksijen, hidrojen, karbon, fosfor, potasyum, sodyum, magnezyum, kalsiyum içerir. , silikon, kükürt, klor ve demir.

Çevresel koşullara bağlı olarak bakterilerin kimyasal bileşimi hem niceliksel hem de niteliksel olarak değişebilmektedir.

Bakterilerin beslenmesi. Bakterilerin beslenmesi, belirli besinlerin yarı geçirgen bir zardan sürekli nüfuz etmesi ve metabolik ürünlerin hücreden salınması nedeniyle oluşan çok karmaşık bir süreçtir.

Bakteri zarı, hücreyi beslemek için gerekli olan proteinlere ve diğer kompleks bileşiklere karşı geçirimsiz olduğundan, bu maddeler sindirimden sonra enzimler tarafından emilir.

Hücrelerin içindeki ve ortamdaki tuz konsantrasyonlarının doğru oranı, bakterilerin normal beslenmesi için büyük önem taşımaktadır. En uygun beslenme koşulları, ortamdaki tuz konsantrasyonunun %0,5 sodyum klorür çözeltisine eşit olması durumunda yaratılır.

%2-10'luk bir sodyum klorür çözeltisine maruz kaldığında bakteri hücresi küçülür - dehidrasyon, bu da çoğalmasını engeller. Bu, tuzlama yoluyla gıdaları koruma yönteminin temelidir.

Bakteriler kendilerini beslemek için oksijene, hidrojene, karbona ve nitrojene ihtiyaç duyarlar. Bu maddelerin tedarik kaynakları su, hava vb. olabilir.

Yukarıda sıralanan normal besinlerin yanı sıra bakteri üremesi için özel kimyasal bileşikler de gereklidir.

B vitamini yokluğunda bazı streptokok türlerinin hiç çoğalmadığı tespit edilmiştir.

Pigment oluşumu. Bazı bakteri ve mantar türleri, çeşitli renklendirici maddeler - pigmentler oluşturma yeteneğine sahiptir. Bu yeteneğin çoğuna toprakta, havada ve suda bulunan bakteriler sahiptir. Mikropların bu niteliği özellikle laboratuvar koşullarında açıkça tespit edilmektedir. Bakteriler katı besin ortamlarında çoğalırken, çeşitli pigmentler sayesinde renkli olan koloniler oluşturur: kırmızı, beyaz, mor, altın vb.

Pigment oluşumu için en iyi koşulların oksijene, ışığa ve oda sıcaklığına yeterli erişim olduğu tespit edilmiştir.

Mikroplardaki pigmentlerin güneş ışığının zararlı etkilerine karşı koruyucu bir görev üstlendiğine inanılıyor; ayrıca solunum süreçlerinde de belli bir rol oynarlar.

Parıltı. Doğada, hayati faaliyetleri sırasında havadaki oksijenle birleştiğinde parıldayan maddeler oluşturan bakteriler de dahil olmak üzere mikroplar vardır. Parlayan çürük mantarlar, deniz yüzeyi vb. olgusu bu tür mikropların gelişmesiyle açıklanmaktadır. Bu tür parlak mikroplar insanlar için patojen değildir.

Koku oluşumu. Mikropların koku oluşturma yeteneği (aroma oluşumu), kimyasal yapıları itibarıyla eterlere (eter benzeri maddeler) yakın olan özel uçucu maddelerin varlığıyla açıklanmaktadır. Gıda endüstrisinde peynir, tereyağı, şarap ve diğer ürünlerin yapımında çeşitli lezzet üreten bakteriler kullanılmaktadır.

İnsanlar için patojen olan ve laboratuvar koşullarında yetiştirildiğinde koku yayan bakteriler arasında kokusu bal kokusuna yakın olan tüberküloz basili vb. sayılabilir.

Mikrobiyal zehirler. İnsan vücuduna girip orada çoğalan mikroplar, sinir sistemi, kalp ve iç organlar üzerinde olumsuz etkisi olan maddeler üretir. Bu zararlı maddelere toksin denir. Mikrobiyal toksinler bilinen en güçlü zehirlerdir. Bunların çok küçük bir miktarı bile vücutta toksik etki yaratabilir. Birçok bulaşıcı hastalıkta gözlenen lezyonlar mikrobiyal toksinlerin etkisi ile ilişkilidir. Hemen hemen tüm patojen mikropların toksinleri vardır. İki tür toksin vardır: ekzotoksinler ve endotoksinler.

Ekzotoksinler mikrobiyal hücrelerden çevreye kolaylıkla kaçabilen zehirlerdir.

Ekzotoksinler nispeten düşük stabilite ile karakterize edilir ve ısı, ışık ve çeşitli kimyasalların etkisi altında kolayca yok edilir. Ekzotoksinlerin karakteristik bir özelliği, son derece küçük dozlarda etki göstermeleridir.

Mikrobiyal ekzotoksinler en güçlülerden bazılarıdır. Örneğin, 0,00001 ml tetanoz toksini beyaz bir farede lökoreye neden olur ve botulizm mikrobunun toksini daha küçük bir dozda etki eder.

Endotoksinler mikrobiyal hücrenin gövdesine sıkı bir şekilde bağlanır ve ancak mikrobiyal vücudun yok edilmesinden sonra salınır. Ekzotoksinlerden farklı olarak endotoksinler vücutta aşağıdaki zehirlenme belirtilerine neden olur: baş ağrısı, halsizlik, nefes darlığı vb. Endotoksinler ekzotoksinlerden daha stabildir, hatta bazıları kaynamaya bile dayanabilir. Organizmalara karşı toksisiteleri ekzotoksinlerden önemli ölçüde daha azdır.

Tüm patojenik mikropların endotoksinleri vardır; ekzotoksinler yalnızca bazıları tarafından üretilir - difteri basili, stafilokok, botulizm bakterisi.

Mikrobiyal değişkenlik. Doğal koşullar altında mikroplar değişkenlik sürecini belirleyen birçok faktörden sürekli etkilenir. Bu faktörler, beslenme ve sıcaklığın yanı sıra mikrobiyal düşmanlık olgusunu ve insan ve hayvan vücudunun iç ortamının etkisini de içerir.

Çevreyle yakın temas ve yoğun üreme nedeniyle mikroorganizmalar yeni koşullara hızla uyum sağlar ve buna bağlı olarak orijinal özellikleri değişir. Örneğin gayzerlerin sıcak suları, çevre koşullarının etkisiyle tür olarak oluşmuş bakterileri içermektedir. Bazı patojenik mikroplar tıbbi maddelerle etkileşime girdiğinde onlara karşı dirençli hale gelebilir. Bu nedenle, varoluş koşulları organizmanın yaşamı için büyük önem taşımaktadır; hangisini değiştirerek (beslenme, sıcaklık, nem vb.) Mikroorganizmanın doğasında buna karşılık gelen değişikliklere neden olabilir.

Değişkenlik her türlü mikroorganizmanın karakteristiğidir. Mikropların değişkenliğinin sebeplerinden biri bakteriyofajdır.

Bakteriyofajlar, yalnızca dışarıdan mikrobiyal hücreye nüfuz ettiklerinde üreyen canlı organizmalardır. Mikrop organizmasının dışında bakteriyofajlar çoğalmaz, ancak uyku halindedir. Bir bakteriyofajın bir mikrobiyal hücre üzerindeki etkisi şu şekildedir: mikrobiyal hücreyi çevreleyen bakteriyofajlar yavaş yavaş içeriye nüfuz eder ve çoğalır. Bir bakteriyofajın üreme hızı birçok koşula bağlıdır: mikrobun doğası, varoluş koşulları vb. 1-3 saat sonra mikrobiyal hücrenin içinde birçok yeni bakteriyofaj oluşur, bu hücrenin kabuğu kırılır ve bakteriyofaj kütlesinin tamamı ondan düşer.

Bir bakteriyofaj bir mikropla etkileşime girdiğinde mikrop her zaman ölür. Bakteriyofajın aktivitesi yetersizse, bireysel mikrobiyal hücreler hayatta kalır ve bu bakteriyofajlara karşı zaten dirençli olan yeni mikrobiyal hücrelerin büyümesine yol açar.

Bakteriyofajın etkisi altında mikroplar özelliklerini değiştirir: patojenik yeteneklerini kaybederler, kapsüllerini kaybederler vb.

Her patojenik mikrop türü için kendi bakteriyofajı vardır, örneğin dizanteri, tifo, stafilokok.

Işık, hava oksijeni, ısının etkisi altında bakteriyofaj 1-2 ay içinde aktivitesini kaybeder. Ultraviyole ışınları bakteriyofajları 15 dakikada yok eder. Bakteriyofajların hızlı yıkımı asidik bir ortamda meydana gelir.

Bakteriyofajlar bakterilerin olduğu her yerde bulunur. Atık sularda, nehir suyunda, insan ve hayvan salgılarında ve diğer nesnelerde çeşitli bakteriyofajlar bulunabilir.

Mikroorganizmaların solunumu

Yukarıda anlatılan gıda asimilasyon süreçleri enerji harcanmasıyla gerçekleşir. Enerji ihtiyacı, özü organik maddelerin oksidasyonu ve enerji salınımı olan enerji metabolizması süreçleriyle sağlanır. Ortaya çıkan oksidasyon ürünleri çevreye salınır.

Şematik olarak, dehidrojenaz enziminin katılımıyla oksidasyon-indirgeme reaksiyonu aşağıdaki gibi gösterilebilir:

AN 2 + V - A + VN 2 + enerji

Mikroorganizmaların enerji elde etme yolları çeşitlidir.

1861'de Fransız bilim adamı L. Pasteur, mikroorganizmaların oksijene erişmeden gelişme konusundaki eşsiz yeteneğine ilk kez dikkat çekerken, tüm yüksek organizmalar - bitkiler ve hayvanlar - yalnızca oksijen içeren bir atmosferde yaşayabilir.

Bu kritere (solunum türleri) dayanarak, L. Pasteur mikroorganizmaları aeroblar ve anaeroblar olmak üzere iki gruba ayırdı.

Aeroblar Enerji elde etmek için organik materyal atmosferik oksijenle oksitlenir. Bunlara mantarlar, bazı mayalar, birçok bakteri ve alg dahildir. Birçok aerob, organik maddeleri tamamen oksitleyerek son ürünler olarak CO2 ve H2O'yu açığa çıkarır.Bu işlem genel olarak aşağıdaki denklemle temsil edilebilir:

C 6 H12 Ö 6 + 6 Ö 2 = 6 C02 + 6 H 2 O + 2822 kJ.

Anaeroblar serbest oksijen kullanmadan solunum yapabilen mikroorganizmalardır. Mikroorganizmalarda anaerobik solunum süreci, hidrojenin substrattan uzaklaştırılması nedeniyle ortaya çıkar. Tipik anaerobik solunum süreçlerine denir fermantasyonlar. Bu tür enerji üretiminin örnekleri arasında alkol, laktik ve bütirik asit fermantasyonları yer alır. Alkolik fermantasyon örneğine bakalım:

C6H1206 = 2C2H5OH + 2C02 + 118 kJ.

Anaerobik mikroorganizmaların oksijene oranı değişir. Bazıları oksijeni hiç tolere etmez ve denir mecbur, veya sıkı, anaeroblar. Bunlar arasında bütirik asit fermantasyonunun patojenleri, tetanoz basili ve botulizm patojenleri bulunur. Diğer mikroplar hem aerobik hem de anaerobik koşullar altında büyüyebilir. Arandılar - isteğe bağlı, veya koşullu anaeroblar; bunlar laktik asit bakterileri, Escherichia coli, Proteus vb.'dir.

Mikroorganizma enzimleri

Enzimler- biyokimyasal reaksiyonların hızını katalitik olarak etkileyebilen maddeler. Mikroorganizmaların yaşamında önemli rol oynarlar. Enzimler 1814 yılında Rus akademisyen K.S. Kirchhoff tarafından keşfedildi.

Diğer katalizörler gibi enzimler de maddelerin dönüşüm reaksiyonlarında yalnızca aracı olarak yer alırlar. Reaksiyonlarda niceliksel olarak tüketilmezler. Mikroorganizma enzimlerinin bir takım özellikleri vardır:

1) 40-50°C'ye kadar sıcaklıklarda enzimatik reaksiyonun hızı artar, ancak daha sonra hız düşer ve enzimin etkisi durur. 80°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda hemen hemen tüm enzimler geri dönülemez şekilde inaktive edilir.

2) Kimyasal doğası gereği enzimler, yalnızca proteinden oluşan tek bileşenli ve protein ve protein olmayan parçalardan oluşan iki bileşenlidir. Bir dizi enzimin protein olmayan kısmı bir veya başka bir vitaminle temsil edilir.

3) Enzimin aktivitesi ortamın pH'ından büyük ölçüde etkilenir. Bazı enzimler için asidik ortam en iyisidir, diğerleri için ise nötr veya hafif alkalidir.

4) Enzimler oldukça aktiftir. Böylece bir katalaz molekülü dakikada 5 milyon hidrojen peroksit molekülünü yok eder ve 1 g amilaz, uygun koşullar altında 1 ton nişastayı şekere dönüştürür.

5) Her enzimin kesin bir etki özelliği vardır, yani. karmaşık moleküllerdeki yalnızca belirli bağları veya yalnızca belirli maddeleri etkileme yeteneği. Örneğin amilaz sadece nişastanın, laktaz - süt şekerinin, selülaz - selülozun vb. parçalanmasına neden olur.

6) Belirli bir mikroorganizmanın doğasında bulunan ve hücresinin bileşenlerinde bulunan enzimlere denir. kurucu. Başka bir grup daha var - enzimler uyarılabilir(adaptif), hücre tarafından yalnızca bu enzimin sentezini uyaran ortama bir madde (indükleyici) eklendiğinde üretilir. Bu koşullar altında mikroorganizma, sahip olmadığı bir enzimi sentezler.

7) Etkilerinin doğasına göre enzimler ikiye ayrılır: ekzoenzimler Hücre tarafından dış ortama salınan ve endoenzimler hücrenin iç yapılarına sıkı bir şekilde bağlı olan ve içinde hareket eden.

8) Enzimler hücre tarafından üretilse de, hücre öldükten sonra bile geçici olarak aktif durumda kalırlar ve oluşabilirler. otoliz(Yunanca autos'tan - kendisi, lizis - çözünme) - kendi hücre içi enzimlerinin etkisi altında bir hücrenin kendi kendine çözünmesi veya kendi kendine sindirilmesi.

Şu anda 1000'den fazla enzim bilinmektedir. Enzimler 6 sınıfa ayrılır:

1. sınıf- oksidoredüktazlar - mikroorganizmaların fermantasyon ve solunum süreçlerinde, yani. enerji metabolizmasında.

2. sınıf- transferazlar (transfer enzimleri), atom gruplarını bir bileşikten diğerine aktaran reaksiyonları katalize eder.

3. sınıf - hidrolazlar (hidrolitik enzimler). Suyun zorunlu katılımıyla karmaşık bileşiklerin (proteinler, yağlar ve karbonhidratlar) parçalanma reaksiyonlarını katalize ederler.

4. Sınıf - Liyazlar, belirli grupları substratlardan (CO2, H20, NH3, vb.) hidrolitik olmayan bir şekilde (suyun katılımı olmadan) uzaklaştıran iki bileşenli enzimleri içerir.

5. sınıfİzomerazlar, organik bileşiklerin izomerlerine geri dönüşümlü dönüşümlerini katalize eden enzimlerdir.

6. sınıf - Ligaz (sentetazlar), karmaşık organik bileşiklerin daha basit olanlardan sentezini katalize eden enzimlerdir. Ligazlar mikroorganizmaların karbonhidrat ve nitrojen metabolizmasında önemli bir rol oynar.

Gıda ve hafif endüstride mikrobiyal enzimlerin kullanımı, teknolojik süreci önemli ölçüde yoğunlaştırabilir, verimi artırabilir ve bitmiş ürünlerin kalitesini iyileştirebilir. Amilolitik enzim preparatları, nişasta içeren hammaddelerden etil alkol üretiminde tahıl maltı yerine, fırıncılık sektöründe ise mayalanmış çavdar ekmeğinin hazırlanmasında malt yerine; Buğday hamuruna mantar amilazları da eklenir. Bu preparat amilazın yanı sıra az miktarda da olsa diğer enzimleri de (maltaz, proteazlar) içerdiğinden hamur yapım süreci hızlanır, ekmeğin hacmi ve gözenekliliği artar, görünümü, aroması ve tadı iyileşir. Bu enzim preparatlarının bira yapımında kullanılması, maltın kısmen arpa ile değiştirilmesini mümkün kılar. Fungal glukoamilaz kullanılarak nişastadan glikoz şurubu ve kristal glikoz elde edilir. Pektolitik enzimli mantar preparatları meyve suyu ve meyve üretiminde ve şarap yapımında kullanılmaktadır. Pektinin bu enzimler tarafından yok edilmesi sonucunda meyve suyu ekstraksiyonu süreci hızlandırılır, verimi, filtrasyonu ve berraklaştırılması artar. Mikrobiyal proteazlar içeren enzim preparatları, şarap ve biranın stabilitesini arttırmak (protein bulanıklığına karşı koruma) ve peynir yapımında peynir mayası (kısmen) yerine geçmek için kullanılır. Eti yumuşatmak, et ve ringa balığının olgunlaşmasını hızlandırmak, balık ve et endüstrisi atıklarından gıda hidrolizatları elde etmek ve hayvansal ve bitkisel hammaddelerin işlenmesine ilişkin diğer teknolojik işlemler için mikrobiyal proteazların kullanılması tavsiye edilir.

Mikroorganizmaların kimyasal bileşimi

Maddelerin bileşimi açısından mikrobiyal hücreler, hayvan ve bitki hücrelerinden çok az farklılık gösterir. %75-85'i su, geri kalan %16-25'i ise kuru maddedir. Hücredeki su serbest ve bağlı durumdadır. Bağlı su, hücre kolloidlerinin (proteinler, polisakkaritler vb.) bir parçasıdır ve onlardan salınması zordur. Serbest su, kimyasal reaksiyonlara katılır ve metabolizma sırasında hücrede oluşan çeşitli bileşikler için çözücü görevi görür.

Kuru hücre maddesi organik ve mineral maddelerden oluşur.

proteinler -% 52'ye kadar,

polisakaritler -% 17'ye kadar,

nükleik asitler (%16'ya kadar RNA, %3'e kadar DNA),

lipitler -% 9'a kadar

Bu bileşikler, mikroorganizmaların çeşitli hücresel yapılarının bir parçasıdır ve önemli fizyolojik işlevleri yerine getirir. Mikroorganizmaların hücreleri ayrıca başka maddeleri de içerir - organik asitler, tuzları, pigmentleri, vitaminleri vb.

Kontrol soruları

1. Turgor nedir?

2. Disimilasyon nedir?

3. Hangi mikroorganizmalara ototrofik denir?

4. Osmoz nedir?

5. Hangi mikroorganizmalara fakültatif denir?

6. Plazmoliz nedir?

7. Lipazlar hangi süreçlerde yer alır?

8. Mikroorganizmalar ne kadar su içerir?

10. Hangi mikroorganizmalara anaerobik denir?

Mikropların iki tür solunumu vardır - aerobik ve anaerobik.

Aerobik solunum Mikroorganizmalar, hidrojen alıcısının (protonlar ve elektronlar) moleküler oksijen olduğu bir süreçtir. Çoğunlukla karmaşık organik bileşiklerin oksidasyonunun bir sonucu olarak, çevreye salınan veya ATP'nin yüksek enerjili fosfat bağlarında biriken enerji üretilir. Tam ve eksik oksidasyon arasında bir ayrım yapılır.

Tam oksidasyon. Mikroorganizmaların ana enerji kaynağı karbonhidratlardır. Farklı şekillerde meydana gelen parçalandıklarında önemli bir ara ürün elde edilir - piruvik asit. Pirüvik asidin tam oksidasyonu, trikarboksilik asit döngüsünde (Krebs döngüsü) ve solunum zincirinde meydana gelir. Aerobik koşullar altında glikozun parçalanmasının bir sonucu olarak, oksidasyon işlemi, büyük miktarda enerji açığa çıkarak karbondioksit ve su oluşana kadar tamamlanmaya devam eder: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -*■ 6CO2 + 6H20 + 2874,3 kJ.

Eksik oksidasyon. Tüm aeroblar oksidasyon reaksiyonlarını tamamlamaz. Ortamda fazla miktarda karbonhidrat olması durumunda, enerji içeren eksik oksidasyon ürünleri oluşur. Şekerin eksik aerobik oksidasyonunun son ürünleri organik asitler olabilir: sitrik, malik, oksalik, süksinik ve diğerleri; küf mantarları tarafından oluşturulurlar. Örneğin aerobik solunum, etil alkolün oksidasyonu sırasında asetik asit ve suyun oluştuğu asetik asit bakterileri tarafından gerçekleştirilir:

CH3CH20H + O2-* CH3COOH + H20 + 494.4 kJ.

Bazı bakteriler solunum sırasında inorganik bileşikleri oksitler. İnorganik bileşiklerin oksidasyonunun bir örneği, nitrifikasyon bakterilerinin önce amonyağı nitröz asite ve daha sonra nitrik asite oksitlediği nitrifikasyon işlemidir. Her durumda enerji açığa çıkar: ilk aşamada 274,9 kJ, ikinci aşamada - 87,6 kJ.

Anaerobik solunum moleküler oksijenin katılımı olmadan gerçekleştirilir. Anaerobik nitrat solunumu, anaerobik sülfat solunumu ve fermantasyon vardır. Anaerobik solunumda, hidrojen alıcısı, kolayca oksijeni veren ve daha indirgenmiş formlara dönüşen, enerji salınımının eşlik ettiği oksitlenmiş inorganik bileşiklerdir.

1. anaerobik nitrat solunumu - nitratların moleküler nitrojene indirgenmesi

2. anaerobik sülfat solunumu - sülfatların hidrojen sülfüre indirgenmesi.

3. Fermantasyon - organik karbon içeren bileşiklerin anaerobik koşullar altında parçalanması. Son hidrojen alıcısının doymamış bağlara sahip bir organik madde molekülü olmasıyla karakterize edilir. Bu madde yalnızca karmaşık organik bileşikler (alkoller, organik asitler) olan ara ürünlere ayrışır. İçlerinde bulunan enerji küçük miktarlarda çevreye salınır. Fermantasyon sırasında daha az enerji açığa çıkar. Örneğin, glikozun fermantasyonu sırasında, aerobik oksidasyonuna göre 24,5 kat daha az enerji açığa çıkar.

Piruvik asit oluşumundan önceki her türlü fermantasyon aynı şekilde ilerler. Piruvik asidin daha fazla dönüşümü mikropun özelliklerine bağlıdır. Homofermentatif laktik asit bakterileri onu laktik asite, mayayı etil alkole vb. dönüştürür.

Mikropların solunum türüne göre sınıflandırılması.

Solunum şekline göre mikroorganizmalar dört gruba ayrılır.

1. Zorunlu (koşulsuz) aeroblar oksijene serbest erişimle büyürler. Bunlara asetik asit bakterileri, tüberküloz patojenleri, şarbon ve daha birçokları dahildir.

2. Mikroaerofilik bakteriler çevredeki atmosferdeki düşük (%1'e kadar) oksijen konsantrasyonunda gelişir. Bu koşullar aktinomisetler, Leptospira ve Brucella için elverişlidir.

3. Fakültatif anaeroblar hem oksijene erişimle hem de oksijenin yokluğunda gelişir. Sırasıyla iki takım enzime sahiptirler. Bu, domuzlarda erizipellerin etken maddesi olan enterobakterilerdir.

4. Zorunlu (koşulsuz) anaeroblar, ortamda oksijenin tamamen yokluğunda gelişir. Anaerobik koşullar (bütirik asit bakterileri, tetanoz patojenleri, botulizm, gazlı kangren, amfizematöz karbunkül, nekrobakteriyoz için gereklidir.

giriiş

gıda soluyan mikroorganizma bakteri

Bilindiği gibi mikroorganizmalar yaşamsal fonksiyonlarını sürdürmek için gerekli enerjiyi organik (bazen inorganik) maddelerin çeşitli oksidasyon işlemleri yoluyla elde ederler. Bu durumda oksidasyon, hidrojenin (veya elektronların) substratlardan uzaklaştırılmasıyla meydana gelir. Hidrojen bir enzim zinciri boyunca taşınır ve sonunda oksijenle birleşerek su oluşturur. Anaerobik enerji çıkarma yöntemi, serbest oksijenin içinde yer almaması ve organik substratların yalnızca hidrojenin ortadan kaldırılması nedeniyle oksitlenmesiyle karakterize edilir. Açığa çıkan hidrojen ya aynı organik maddenin bozunma ürünlerine katılır ya da gaz halinde salınır.

Mikroorganizmaların solunum türleri

Mikrobiyal solunum, çeşitli organik bileşiklerin ve bazı minerallerin biyolojik oksidasyonudur. Redoks işlemleri ve fermantasyonun bir sonucu olarak, bir kısmı mikrobiyal hücre tarafından kullanılan ve geri kalanı çevreye salınan termal enerji üretilir.

Şu anda oksidasyon, hidrojenin uzaklaştırılması (dehidrojenasyon) işlemi olarak tanımlanmaktadır ve indirgeme, bunun eklenmesidir. Aynı terimler protonların ve elektronların veya yalnızca elektronların transferini içeren reaksiyonlara da uygulanır. Bir madde oksitlendiğinde elektronlar kaybolur ve indirgendiğinde elektronlar eklenir. Hidrojen transferi ve elektron transferinin eşdeğer süreçler olduğuna inanılmaktadır.

Bileşiklerin veya elementlerin elektron verme veya kabul etme yeteneği redoks potansiyelleri ile belirlenir. M. Clark'ın teklifine göre, gH2 olarak adlandırılmıştır (hidrojen gazının kısmi basıncının negatif logaritması). Bu, ortamın oksijen veya hidrojen ile doygunluk derecesidir. JH2 aralığı 0 ila 42,6 arasındadır. P12'de<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 oksitleyici, iil2 28'e eşit olduğundan ortam nötrdür.

Aeroblar daha yüksek bir redoks potansiyelinde (ili2 14-35), anaeroblar ise daha düşük bir redoks potansiyelinde (rH2 0-12) yaşarlar. Esas itibariyle H1 pop'lar (protonlar) elektrokimyasal gradyana karşı yani konsantrasyonun düşük olduğu bir ortamdan, bunların çok olduğu bir ortama aktarılır. Proton transfer süreci enerji tüketimini içerir. Hidrojen iyonlarının membrandan nüfuz etmesi ozmoz kanunlarına göre değil, aktif olarak hidrojen pompası adı verilen bir pompa kullanılarak gerçekleşir. Dolayısıyla bir mikrobiyal hücrenin sitoplazmasındaki biyolojik dönüşümler, protonların ve elektronların hareketiyle ilişkilidir, ancak bu basit bir elektriksel hareket değil, enzimlerin yardımıyla gerçekleştirilen karmaşık bir biyokimyasal işlemdir. İkincisi reaksiyonları katalize eder, kovalent bağların kırılmasını hızlandırır ve böylece aktivasyon enerjisini azaltır.

Mikropların ürettiği elektrik bazı cihazlarda bile kullanılabiliyor. Günümüzde biyolojik elektrikle çalışan vericiler tasarlanıyor; deniz suyunda çözünen şekerle beslenen mikroorganizmalar tarafından üretiliyor. (Mikroorganizmaların aerobik solunumu, hidrojenin (protonlar ve elektronlar) son alıcısının moleküler oksijen olduğu bir süreçtir. Temel olarak karmaşık organik bileşiklerin oksidasyonu sonucunda, çevreye salınan veya yüksek düzeyde biriken enerji üretilir. ATP'nin enerji fosfat bağları Toplam ve eksik oksidasyon var mı?!

Tam oksidasyon. Mikroorganizmaların ana enerji kaynağı karbonhidratlardır. Farklı şekillerde meydana gelen parçalandıklarında önemli bir ara ürün elde edilir - piruvik asit (piruvat). Pirüvik asidin tam oksidasyonu, trikarboksilik asit döngüsünde (Krebs döngüsü) ve solunum zincirinde meydana gelir (Şekil 17). Aerobik koşullar altında glikozun parçalanmasının bir sonucu olarak, oksidasyon süreci, büyük miktarda enerji açığa çıkarak karbondioksit ve su oluşumuna kadar tamamlanmaya devam eder: C6H12Ob + 602 -* 6C02 4- 6H20 + 2874,3 kJ.

Heksozun potansiyel enerji rezervine, yani yeşil bitkilerde karbondioksit ve sudan fotosentez sırasında şeker molekülünde biriken miktarına karşılık gelir. Elektronların hidrojenden oksijene transferi solunum zinciri veya elektron taşıma zinciri yoluyla gerçekleşir. Solunum zinciri, zarlarda bulunan bir solunum enzimleri sistemidir. Bilindiği gibi membranlar hücrenin sitoplazması ile temas ederek etkileşime girerler.

Eksik oksidasyon. Tüm aeroblar oksidasyon reaksiyonlarını tamamlamaz. Ortamda fazla miktarda karbonhidrat olması durumunda, enerji içeren eksik oksidasyon ürünleri oluşur. Şekerin eksik aerobik oksidasyonunun son ürünleri organik asitler olabilir: sitrik, malik, oksalik, süksinik ve diğerleri; küf mantarları tarafından oluşturulurlar.

Anaeroblar, oksijen yokluğunda substrat fosforilasyonu yoluyla enerji elde eden organizmalardır; substratın eksik oksidasyonunun son ürünleri, oksidatif fosforilasyon gerçekleştiren organizmalar tarafından son proton alıcının varlığında ATP formunda daha fazla enerji üretmek üzere oksitlenebilir. .

Şema 1, solunum sırasında elektronların taşınmasını ve çeşitli anaerobik enerji üretimi türlerini göstermektedir. Hidrojen ve elektronlar, piridin nükleotid enzimleri (PN'ler) kullanılarak substratlardan uzaklaştırılır. Daha sonra aeroblarda artan potansiyele sahip bir enzim zincirinden geçerler - flavoproteinler (FP - sitokrom enzimleri (Cit.) - ve sitokrom oksidazın (Cit. oc.) yardımıyla oksijene aktarılırlar. Elektronların akışı yönlendirilir. daha düşük (daha negatif potansiyel) bir sistemden daha yüksek (daha pozitif) bir potansiyele sahip bir sisteme, - 0,8 - 0,4 V'den (substrat potansiyeli) +0,8 V'a (oksijen potansiyeli) kadar.

Dolayısıyla solunum sırasında hidrojenin son alıcısı oksijendir. Anaeroblarda, ya organik substratlar (fermantasyon) ya da nitratlar veya sülfatlar gibi inorganik maddeler (“anaerobik solunum”) hidrojen alıcıları olarak görev yapar. Diyagram, elektronların en basit ve ilkel taşınmasının, çoğu anaerobda, elektronları zincir boyunca moleküler oksijene kadar aktarabilen elektron taşıma zinciri enzimlerinin bulunmaması nedeniyle gerçekleştirildiğini göstermektedir.

Moleküler oksijen zorunlu anaerobların büyümesini ve aktivitesini olumsuz yönde etkiler. Serbest oksijen varlığında anaerobik hücreler hareket kabiliyetini kaybeder. Bu reaksiyon sayesinde anaeroblar ilk kez Pasteur tarafından keşfedilmiştir. İki ince düz cam parçası arasına yerleştirilen bir damla fermente edici sıvıyı (bütirik asit fermantasyonu sırasında) mikroskop altında inceledikten sonra, preparatın kenarlarında (hava oksijeninin serbestçe nüfuz ettiği yerde) bulunan hücrelerin aniden hareketsiz hale geldiğini fark etti. ve preparasyonun ortasında (havanın nüfuz etmediği yerde) bulunan çubuklar çok aktif bir şekilde hareket etmeye devam ettiler.

Bundan Pasteur, havadaki oksijenin bazı mikroplar için toksik olduğu sonucuna vardı ve ikincisini aeroblar ve anaeroblar olmak üzere iki gruba ayırdı. Pasteur'ün muhalifleri (örneğin Trecule), atmosferik oksijenin ölümcül olabileceği bakterilerin varlığı iddiasına itiraz etti ve havada uzun süre hayatta kalabilen anaerobik sporların örneğini verdi. Buna Pasteur, beslenmedikleri veya üremedikleri için sporların gerçek canlılar olmadığını söyledi. Bilimin daha sonraki gelişimi Pasteur'un görüşlerini doğruladı. Böylece bakteri sporlarının son derece belirgin bir anabiyoz ile karakterize olduğu ve metabolizmalarının gerekli doğrulukla ölçülmeyecek kadar düşük düzeyde olduğu gösterilmiştir. Bu bağlamda, sporlar birçok zararlı faktöre karşı duyarlı değildir ve ayrıca anaerob sporları (bitkisel hücrelerin aksine) havada kolaylıkla hayatta kalabilir.

Oksijenin aperoblar için neden toksik olduğu sorusu henüz yeterince açıklığa kavuşturulmamıştır. Bazı araştırmacılar, oksijenin toksik etkisinin, substratın atmosferik oksijenle oksidasyonundan kaynaklanan, anaerobik mikroorganizma kültürlerinde toksik hidrojen peroksit konsantrasyonlarının oluşmasıyla ilişkili olduğuna inanmaktadır. Hidrojen peroksit birikiminin nedeni, anaeroblarda katalaz enziminin (peroksiti parçalayan) bulunmamasıdır. Ortama katalaz eklenmesi durumunda bazı clostridia suşlarının aerobik koşullar altında gelişebileceğine dair raporlar bulunmaktadır. Ancak diğer taraftan anaerobların gelişimini belirleyen çok önemli bir faktör de ortamın redoks koşullarıdır. Volt (test ortamına daldırılmış bir elektrot üzerindeki voltaj) cinsinden ölçülen oksidasyon-indirgeme potansiyeli (ORP) cinsinden ifade edilirler. Redoks koşulları aynı zamanda H2 ve O2 arasındaki oranı karakterize eden rH2 indeksi aracılığıyla da ifade edilebilir. 0 ila 40 arasında değişen rH2, ortamın oksijen veya hidrojenle doygunluğuna bağlı olarak ortamın tüm indirgenme veya oksidasyon derecelerini karakterize eder. Apaerobların gelişim koşullarına ilişkin ayrıntılı çalışmalar, zorunlu anaerobların belirli bir sınırın üzerindeki rH2'de (veya ORP'de) gelişemeyeceğini göstermiştir. Bir ortamdaki rH2, elektrometrik olarak (potansiyometreler kullanılarak) veya belirli rH2 değerlerinde indirgenmiş ve ağartılmış (veya rengi değiştiren) boyalar kullanılarak ölçülebilir. Örneğin Janusgrün boyası aerobik koşullarda rH2=20 ve üzeri çözeltide yeşil renge sahip olurken, rH2 12-14 aralığında pembe renge sahip olur ve rH2'nin daha düşük değerlerinde rengi bozulur.

Anaeroblar hem mikro hem de makro düzeyde geniş bir organizma grubudur:

Fakültatif anaeroblar

Kapneistik anaeroblar ve mikroaerofiller

Aerotolerant anaeroblar

Orta derecede katı anaeroblar

Zorunlu anaeroblar

Bir organizma bir metabolik yoldan diğerine geçebiliyorsa (örneğin, anaerobik solunumdan aerobik solunuma ve geriye doğru), o zaman şartlı olarak fakültatif anaeroblar olarak sınıflandırılır.

1991 yılına kadar mikrobiyoloji, düşük oksijen konsantrasyonu ve yüksek karbondioksit konsantrasyonu gerektiren bir kapneik anaerob sınıfını ayırdı (Bovine Brucella - B. abortus)

Orta derecede katı bir anaerobik organizma, moleküler O2 içeren bir ortamda hayatta kalır, ancak çoğalmaz. Mikroaerofiller kısmi O2 basıncının düşük olduğu ortamlarda hayatta kalabilir ve çoğalabilirler.

Bir organizma anaerobik solunumdan aerobik solunuma “geçemiyorsa” ancak moleküler oksijenin varlığında ölmezse, o zaman aerotolerant anaeroblar grubuna aittir. Örneğin laktik asit ve birçok bütirik asit bakterisi

Zorunlu anaeroblar, moleküler oksijen O2'nin varlığında ölür - örneğin, temsilciler (bakteri ve arke cinsi: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Bu tür anaeroblar sürekli olarak oksijenden yoksun bir ortamda yaşarlar. Zorunlu anaeroblar arasında bazı bakteriler, mayalar, flagellatlar ve siliatlar bulunur.

Aynı zamanda, glikoliz yalnızca nihai reaksiyon ürünlerine bağlı olarak çeşitli fermantasyon türlerine ayrılan anaerobların karakteristiğidir:

laktik asit fermantasyonu - Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium cinsinin yanı sıra çok hücreli hayvanların ve insanların bazı dokuları. alkolik fermantasyon - saccharomycetes, kandida (mantar krallığının organizmaları)

formik asit - enterobakteriaceae familyası

bütirik asit - bazı clostridia türleri

propiyonik asit - propionobakteriler (örneğin, Propionibacterium akneleri)

moleküler hidrojenin salınmasıyla fermantasyon - bazı clostridia türleri, Stickland fermantasyonu

metan fermantasyonu - örneğin Methanobacterium

Mikroorganizmalarda beslenme türleri

Ototroflar (kemolitotroflar, fotolitotroflar) havadaki karbondioksitten (CO2) karbon elde eder ve belirli mineral bileşiklerinin oksidasyonu (kemosentez) veya güneş enerjisi (fotosentez) sırasında açığa çıkan enerjiyi kullanarak organik madde oluştururlar. Kemolitotroflarda kemosentez olgusu ilk kez (1887) Rus mikrobiyolog S. N. Vinogradsky tarafından renksiz kükürt bakterileri, nitrifikasyon ve diğer mikroorganizmalar incelenirken kuruldu. Oksidatif reaksiyonlar sırasında üretilen enerji daha sonra bakteriler tarafından karbonu asimile etmek ve organik madde oluşturmak için kullanılır.

Fotolitotroflar (mavi-yeşil algler, mor kükürt bakterileri ve diğer mikroplar) pigmentler (boyalar) içerdikleri için fotosentetik yeteneğe sahiptirler. Fotolitotrofların pigmentleri bileşim açısından yeşil bitkilerin klorofiline yakındır. Fotobakteriler, bitkiler gibi, karbondioksitten karbon ve güneşten gelen enerjiyi kullanarak organik madde oluşturur. Ototroflar tamamen mineral ortamlarda gelişebilir; daha karmaşık karbon bileşiklerini özümseyemezler ve bu nedenle hayvanlar için patojen değildirler.

Enerji kaynakları

Bakteriler için en erişilebilir karbon kaynakları, besin ortamı hazırlanırken dikkate alınan karbonhidratlar ve amino asitlerdir.

Ototrofi. Ototrofların beslenme ihtiyaçları [Yunancadan. auto, self, + trophe, bakteriyel beslenme sınırlı; Büyümeleri için çevreye nitrojen ve diğer mineral elementleri içeren inorganik bileşiklerin eklenmesi yeterlidir. Lutotrofik bakteriler karbon kaynağı olarak karbondioksit veya karbonatları kullanır. Bu tür bakteriler, basit maddelerden gerekli tüm bileşikleri sentezleme yeteneğine sahiptir. Bunlar, sırasıyla bir enerji kaynağı olarak elektromanyetik radyasyonu (ışık) kullanan foto ve kemotrofik (kemosentez yapan) bakterileri veya kendileri için bir beslenme kaynağı olarak hizmet eden substratları içeren redoks reaksiyonlarının enerjisini içerir. Ototroflar arasında tıbbi öneme sahip hiçbir tür bulunamadı.

Azot, amino asitlerin (proteinler), pürin ve piriminoit nükleotidlerin ve bazı vitaminlerin sentezi için bakteriler tarafından gereklidir. Tüm canlı organizmalarda nitrojen indirgenmiş formda bulunduğundan, nitrojenin amonyaktan daha yüksek derecede oksidasyona sahip tüm mineral formlarının indirgenmesi gerekir.

Bazı mikroorganizmalar nitrojeni yalnızca organik bileşiklerden (aminoheterotroflar) kullanma yeteneğine sahiptir. Mikroorganizmaların bazıları nitrojeni inorganik formlar (aminoototroflar) formunda özümser. Ancak birçok mikroorganizma hem organik hem de mineral nitrojeni kullanma yeteneğine sahiptir.

İnorganik nitrojen kullanımı

Doğada mineral nitrojen atomları değişen derecelerde oksidasyonla bulunur: N5+'dan (N205, nitrik anhidrit) N3-'ye (NH3, amonyak). Mineral nitrojen bileşiklerinin bakteriler tarafından sindirilebilirlik derecesi, yüksek moleküler ağırlıklı organonitrojen bileşiklerinin en basit öncüsü olduğu için amonyağa dönüşüm kolaylığı ile belirlenir. Bu bakteri grubunda iki farklı yönlendirilmiş süreç mümkündür: asimilasyon (nitrojenin mineral formlarının organik maddeye bağlanması) ve disimilasyon (nitrojenin gaz halindeki formlarının salınması).

Asimilasyon süreçleri. Azotun mineral formlarının bağlanması, nitrojen fiksasyonu, amonyak asimilasyonu ve asimilasyon nitrat redüksiyonu sırasında meydana gelir.

Azot fiksasyonu. Azot sabitleyen bakteriler (örneğin, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella, vb.), atmosferik havadaki nitrojeni kullanabilir ve nitrojen fiksasyonu adı verilen bir işlemle özel bir enzim (nitrojenaz) kullanarak onu amonyuma indirgeyebilir.

Amonyak asimilasyonu. Çoğu bakteri, amonyak asimilasyonu sırasında amonyumu emer. Amonyum içeren ortamda büyüyen bakteriler, onu doğrudan organik bileşiklere dahil edebilir. İnorganik amonyum tuzlarının tüketilmesinden sonra ortamda anyonların (SO4, Cl, H3PO4 vb.) birikerek ortamın pH'ını düşürerek mahsullerin büyümesini yavaşlattığı unutulmamalıdır. Organik asitlerin amonyum tuzları çevreyi daha az asitlendirir ve bakteri üremesine daha elverişlidir.

Asimilatif nitrat azaltımı. Bitkiler gibi bakteri ve mantarların büyük çoğunluğu, asimilatif nitrat indirgeme sürecinde nitratı asimile eder. İlk aşamada nitratlar nitritlere indirgenir, bu dönüşümlerin döngüsü spesifik bir enzim - asimilasyon nitrat redüktaz B tarafından katalize edilir. İkinci aşama, nitrit redüktaz tarafından katalize edilen ve amonyak oluşumuna yol açan bir indirgeme reaksiyonları kompleksini temsil eder, Amino asitlerin ve hücrenin diğer nitrojen içeren bileşenlerinin sentezi için kullanılır.

Besin tedarik mekanizması

Ekzo-enzimler hücre zarının dışında lokalizedir. Bakterilerde E. dış ortama salınabilir veya hücre duvarı ile hücre zarı arasına yerleştirilebilir.

Enzimlerin sınıflandırılması.

Günümüzde 2000'den fazla enzim bilindiğinden bunların bilimsel temelli bir sınıflandırmasına ihtiyaç vardır. Uluslararası Biyokimya Birliği'nin (1961) özel bir komisyonu tarafından geliştirilen sınıflandırmaya göre, tüm enzimler altı sınıfa ayrılır: osen redüktazlar, transferazlar, hidrolazlar, liyazlar, izomerazlar, ligazlar veya sentetazlar.

Oksidoredüktazlar redoks enzimleridir. Çeşitli maddelerin indirgenme ve oksidasyon süreçlerini hızlandırırlar ve mikropların solunum süreçlerinde önemli rol oynarlar. Bu grup çok sayıdadır ve 200'den fazla enzim içerir. Bunlardan bazıları.

Dehidrojenazlar, bir donör substratından hidrojeni çıkarıp oksijene veya başka bir alıcıya aktararak biyolojik oksidasyon işlemini gerçekleştiren enzimlerdir. Aerobik ve anaerobik dehidrojenazlar vardır. Aerobik dehidrojenazlar, hidrojeni hem doğrudan moleküler oksijene hem de diğer sistemlere aktarır; bunlara oksidaz denir. Anaerobik dehidrojenazlar substrat ile etkileşime girer, hidrojeni ondan alır ve onu alıcıya aktarır, ancak hava oksijenine aktarmaz. Sitokrom oksidazlar elektron transfer enzimleridir. Sitokrom oksindaz moleküler oksijeni aktive eder ve onun yardımıyla aktif grubu hemin olan indirgenmiş sitokromu oksitler. Katalaz, aerobik mikropların hücrelerinde bulunur ve molekülünde elektron kaybedebilen (oksitlenebilen) ferrik demir içeren hem enzimleri grubuna aittir. Katalaz hidrojen peroksite etki ettiğinde indirgenir ve su ve moleküler oksijen oluşur. Peroksidaz bazı mikroplarda bulunur; hidrojen peroksitten oksijeni aktive eder ve çeşitli organik bileşiklerin oksidasyonunu hızlandırır.

Hidrolizler, hidroliz reaksiyonlarını hızlandıran, yani karmaşık maddelerin moleküller, su ilavesiyle daha basit maddelere parçalanması işlemini hızlandıran enzimlerdir. Birçok mikroorganizmada bulunurlar. Hidrolazlar 200'den fazla enzim içerir. Bu grup şunları içerir: organik asitler ve alkollerin oluşturduğu esterleri parçalayan esterazlar; alkoller ve fosforik asit tarafından oluşturulan esterleri hidrolize eden fosfatazlar; karbonlardaki ve türevlerindeki glikozidik bağları parçalayan glikozidazlar; peptidazlar; proteinlerdeki peptid bağlarının hidrolizinin hızlandırılması; Amitlerin, amino asitlerin ve diğer bileşiklerin hidrolizini hızlandıran amidazlar.

Liyazlar, substratlardan bir veya daha fazla grubu hidrolitik olmayan bir şekilde (karbon ve oksijen, nitrojen, kükürt, halojen arasındaki reaksiyon) ayıran enzimlerdir. Bu sınıf yaklaşık 90 enzim içerir. Bunlardan en önemlileri karboksilaz, aldehit liyaz (aldolaz) vb.'dir.

İzomerazlar, metabolizmada önemli olan hidrojen, fosfor ve çift bağların molekül içindeki hareketini hızlandıran enzimlerdir. Bu grup fosfoekzoizomeraz, trioz fosfoizomeraz vb.'yi içerir.

Ligazlar veya sentetazlar, pirofosfor bağlarının (ATP veya diğer enerji açısından zengin pirofosfatlarda) parçalanması nedeniyle karmaşık bileşiklerin daha basit olanlardan sentezini hızlandıran enzimlerdir. Ligazlar proteinlerin, nükleik asitlerin, yağ asitlerinin ve diğer bileşiklerin sentezinde önemli bir rol oynar. Bu sınıf yaklaşık 100 enzim içerir. Bu grubun temsilcileri asparajin sentetaz, glutamid sentetaz vb.'dir.