Mikroorganizmaların fizyolojisi. Bakteriyel solunum, solunum türleri

Mikroorganizmaların fizyolojisi, çeşitli çevre koşullarında mikropların gelişim, beslenme, enerji metabolizması ve diğer hayati süreçlerinin özelliklerini inceler.

Mikroorganizmaların beslenmesi

Mikropların beslenmesi, suda çözünmüş besinlerin kabuk ve zar yoluyla difüzyonu ile gerçekleştirilir. Çözünmeyen kompleks organik bileşikler, mikroplar tarafından substrata salgılanan enzimlerin yardımıyla hücre dışında önceden parçalanır.

Beslenme yöntemine göre ototrofik ve heterotrofik olarak ayrılırlar.

Ototroflar inorganik maddelerden (esas olarak karbondioksit, inorganik nitrojen ve su) organik bileşikler sentezleyebilirler. Sentez için bir enerji kaynağı olarak, bu mikroplar ışık enerjisini (fotosentez) veya oksidatif reaksiyonların enerjisini (kemosentez) kullanır.

Bir mikrobiyal hücredeki tüm metabolik reaksiyonlar, biyolojik katalizörlerin yardımıyla gerçekleşir - enzimler. Enzimlerin çoğu, bir protein parçası ve protein olmayan bir prostetik gruptan oluşur. Protez grubu demir, bakır, kobalt, çinko gibi metallerin yanı sıra vitaminler veya bunların türevlerini içerebilir. Bazı enzimler sadece basit proteinlerden oluşur. Enzimler spesifiktir ve yalnızca belirli bir maddeye etki eder. Bu nedenle, her mikroorganizmada bütün bir enzim kompleksi vardır ve bazı enzimler, karmaşık organik bileşiklerin asimilasyonunun hazırlanmasına katıldıkları yerde öne çıkabilirler. Mikroorganizmaların enzimleri gıda ve diğer endüstrilerde kullanılmaktadır.

su. Bir mikrobiyal hücrenin %75-85'i sudur. Suyun çoğu hücrenin sitoplazmasında serbest halde bulunur. Tüm biyokimyasal metabolik işlemler suda gerçekleşir, su aynı zamanda bu maddeler için bir çözücüdür, çünkü besinler hücreye yalnızca çözelti halinde girer ve metabolik ürünler de su ile hücreden uzaklaştırılır. Hücredeki suyun bir kısmı bağlı haldedir ve bazı hücre yapılarının bir parçasıdır. Bakteri ve mantar sporlarında serbest su miktarı %50 veya daha azına iner. Önemli bir bağlı su kaybı ile mikrobiyal hücre ölür.

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

- mikrobiyal dahil herhangi bir canlı hücrenin ana plastik malzemesi. Proteinler sitoplazmanın temelini oluşturur, hücre zarının ve bazı hücre yapılarının bir parçasıdır. Mikrobiyal hücrede metabolik reaksiyonları katalize eden enzimlerin bir parçası oldukları için çok önemli bir katalitik işlev gerçekleştirirler.

Mikrobiyal hücreler, deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) içerir. DNA esas olarak hücre çekirdeğinde veya nükleotitlerde, RNA - protein sentezine katıldığı sitoplazmada ve ribozomlarda bulunur.

Çeşitli mikroorganizmaların yağ içeriği farklıdır, bazı maya ve küflerde bakterilere göre 6-10 kat daha fazladır. Yağlar (lipitler) hücrenin enerji maddesidir. Lipoproteinler şeklindeki yağlar, çevre ile hücre değişiminde önemli bir işlevi yerine getiren sitoplazmik zarın bir parçasıdır. Yağlar, sitoplazmada granül veya damlacık şeklinde bulunabilir.

Karbonhidratlar zarların, kapsüllerin ve sitoplazmanın bir parçasıdır. Esas olarak karmaşık karbonhidratlar - polisakkaritler (nişasta, dekstrin, glikojen, lif) ile temsil edilirler, proteinler veya lipitler ile birleştirilebilirler. Karbonhidratlar, yedek enerji maddesi olarak sitoplazmada glikojen taneleri şeklinde depolanabilir.

(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 çalışması için gereklidir. Birçok enzimin parçası oldukları için metabolik süreçlerde yer alırlar. Vitaminler, kural olarak, yiyeceklerden gelmelidir, ancak bazı mikroplar, B2 veya B12 gibi vitaminleri sentezleme yeteneğine sahiptir.

Mikroorganizma solunumu

Bir mikrobiyal hücrenin maddelerinin biyosentez süreçleri, enerji harcanmasıyla devam eder. Çoğu mikrop, atmosferik oksijen içeren kimyasal reaksiyonların enerjisini kullanır. Enerjiyi serbest bırakmak için besinleri oksitleme sürecine solunum denir. İnorganik (ototroflar) veya organik (heterotroflar) maddelerin oksidasyonu sırasında enerji açığa çıkar.

Aerobik mikroorganizmalar (aeroblar) inorganik maddeler, karbondioksit ve su oluşumu ile organik maddelerin atmosferik oksijen tarafından oksidasyonu sırasında açığa çıkan enerjiyi kullanır. Aeroblar birçok bakteri, mantar ve bazı mayaları içerir. Enerji kaynağı olarak çoğunlukla karbonhidratları kullanırlar.

Anaerobik mikroorganizmalar (anaeroblar) oksijeni nefes almak için kullanmazlar, oksijenin yokluğunda yaşarlar ve ürerler, fermantasyon işlemleri sonucunda enerji alırlar. Anaeroblar, Clostridia (botulinum basili ve perfringens basili), bütirik asit bakterileri vb. cinsinden bakterilerdir.

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

Bazı mikroorganizmalar hem oksijen varlığında hem de onsuz yaşayabilirler. Çevresel koşullara bağlı olarak, anaerobik enerji elde etme süreçlerinden aerobik olanlara geçebilirler ve bunun tersi de geçerlidir. Bu tür mikroorganizmalara denir. fakültatif anaeroblar.

Bakteriyel solunum. Bakteri hücresi, yaşam aktivitesi için gerekli olan enerjiyi, bakterilerin solunum sürecinde alır.

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

İlk mikroorganizma grubuna aeroblar denir (solunum tipi aerobiktir); ikinci grup - anaeroblar (solunum tipi - anaerobik).

Karbonhidratların anoksik koşullarda parçalanmasına fermantasyon denir. Fermantasyon işlemine neden olan mikroorganizmaların türüne bağlı olarak, ikincisi alkollü, asetik vb. Bu, fermantasyon işlemi sırasında alkol veya asetik asit vb. oluşabileceği anlamına gelir.

bakteriyel enzimler. Bakterilerin beslenme ve solunum süreçleri, mutlaka enzimlerin - protein yapısındaki özel maddelerin - katılımıyla devam eder. Enzimler, en küçük miktarlarda bile, kendileri neredeyse hiç değişmeden ilgili kimyasal süreçleri büyük ölçüde hızlandırırlar.

Enzimler olmadan, beslenme ve solunum süreçleri ilerleyebilir, ancak çok yavaş. Enzimler sadece canlı hücrelerde üretilir. Bir grup enzim mikrobiyal hücre ile ilişkili değildir ve bakteriler tarafından çevreye salınır. Bu grubun işlevi, enzimlerin karmaşık bileşiklerin daha basit, daha sindirilebilir olanlara parçalanmasına katkıda bulunmasıdır. Başka bir enzim grubu (çoğu) bakteri hücresinin içinde bulunur ve onunla ilişkilidir.

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

Enzimlerin karakteristik bir özelliği, kendi enzimlerinin belirli bir bileşime veya gruplara sahip maddeler üzerinde etkili olmasıdır. Bu nedenle, karmaşık karbon bileşiklerini (şekerler), proteinleri, yağları vb. İşleme için enzimler vardır.

Bakterilerin büyümesi ve çoğalması. Bir bakteri hücresinin büyüme süreci, boyutunun artmasıyla ifade edilir. Bu işlem çok hızlıdır - birkaç dakika içinde.

Bakteriler yetişkinliğe ulaştıktan sonra, üreme süreci basit enine bölünme ile başlar. Uygun koşullar altında (yeterli beslenme, uygun sıcaklık), bakteri hücresi her 50-30 dakikada bir bölünür. Bakterilerin çoğalması engellenmeden devam ederse, o zaman bir hücreden 5 gün içinde tüm denizleri ve okyanusları dolduracak kadar canlı bir kütlenin oluşacağı tahmin edilmektedir. Ancak bu tür bir üreme, yukarıda belirtildiği gibi, dış ortamda bulunmayan bir takım uygun koşulları gerektirir.

Bakterilerin kimyasal bileşimi. Bir bakteri hücresi, büyük miktarda su içerir - hücre kütlesinin% 75-85'i. Kalan% 15, protein, karbonhidratlar, yağlar, tuzlar ve diğer maddeleri içeren kuru kalıntıdır.

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

Proteinlere ek olarak, kuru bakteri kalıntısının bileşimi karbonhidratlar (% 12-28), nükleik asitler içerir.

Kuru kalıntıyı oluşturan yağların miktarı farklı olabilir. Bazı bakteri formlarında, yağ içeriği kuru kalıntının 1 / 3'üne ulaşır.Temel olarak, yağlar kabuğun bir parçasıdır ve bir dizi özelliğine neden olur.

Bir bakteri hücresinin gerekli bir bileşeni, hücrenin tüm kütlesinin yaklaşık 100'ünü oluşturan mineral tuzlardır. Bakteriyel hücreler ayrıca nitrojen, oksijen, hidrojen, karbon, fosfor, potasyum, sodyum, magnezyum, kalsiyum, silikon, kükürt, klor, demir.

Çevre koşullarına bağlı olarak bakterilerin kimyasal bileşimi hem niceliksel hem de niteliksel olarak değişebilir.

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

Bakteri kabuğu, proteinler ve hücre beslenmesi için gerekli olan diğer kompleks bileşikler için geçirimsiz olduğundan, bu maddeler parçalandıktan sonra enzimler tarafından emilir.

Bakterilerin normal beslenmesi için büyük önem taşıyan, hücrelerin içindeki ve çevredeki tuz konsantrasyonlarının doğru oranıdır. En uygun beslenme koşulları, ortamdaki tuzların konsantrasyonu %0,5 sodyum klorür çözeltisine eşit olduğunda oluşturulur.

% 2-10'luk bir sodyum klorür çözeltisine girdiğinde, bakteri hücresi küçülür - dehidrasyon, bu da üremesini engeller. Bu, tuz yardımıyla gıdaları koruma yönteminin temelidir.

Bakteriler beslenmek için oksijen, hidrojen, karbon ve nitrojene ihtiyaç duyarlar. Bu maddelerin tedarik kaynakları su, hava vb. olabilir.

Bu yaygın besinlere ek olarak, bakteriler büyümek için özel kimyasal bileşiklere ihtiyaç duyar.

Bazı streptokok türlerinin B vitamini yokluğunda hiç büyümediği 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. Özellikle mikropların bu kalitesi laboratuvar koşullarında açıkça bulunur. Yoğun besin ortamlarında çoğalırken, bakteriler, çeşitli pigmentler nedeniyle bir renge sahip 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 işlev gördüğüne inanılır; ayrıca solunum süreçlerinde rol oynarlar.

Parıltı. Doğada, hayati faaliyetleri sırasında atmosferik oksijenle birleştiğinde parlayabilen maddeler oluşturan bakteriler de dahil olmak üzere mikroplar vardır. Çürümüş parıltı, deniz yüzeyi vb. Olaylar, bu tür mikropların gelişmesiyle açıklanır. Bu tür parlak mikroplar insanlar için patojenik değildir.

Koku oluşumu. Mikropların koku oluşturma yeteneği (aroma oluşumu), kimyasal yapıları gereği etere (eter benzeri maddeler) yakın olan özel uçucu maddelerin varlığıyla açıklanır. Gıda endüstrisinde peynir, tereyağı, şarap ve diğer ürünleri yapmak için çeşitli aroma üreten bakteriler kullanılır.

İnsanlar için patojenik olan ve laboratuvar koşullarında büyüdüğünde koku yayan bakterilerden, kokusu bal kokusuna yaklaşan tüberkül basili vb.

mikrobiyal zehirler. İnsan vücuduna giren ve orada çoğalan mikroplar, sinir sistemini, kalbi ve iç organları olumsuz etkileyen maddeler üretir. Bu zararlı maddelere toksin denir. Mikrobiyal toksinler bilinen en güçlü zehirlerdir. Az bir miktarı bile vücut üzerinde toksik etkiye sahip olabilir. Birçok enfeksiyöz hastalıkta gözlenen lezyonlar, mikrobiyal toksinlerin etkisiyle ilişkilidir. Hemen hemen tüm patojenik mikropların toksinleri vardır. İki tür toksin vardır: ekzotoksinler ve endotoksinler.

Ekzotoksinler, mikrobiyal hücreyi kolayca çevreye bırakan zehirlerdir.

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

Mikrobiyal ekzotoksinler en güçlüleri arasındadır. Örneğin, 0.00001 ml tetanoz toksini beyaz fare lökoresine neden olur ve botulizm mikrop toksini daha düşük bir dozda etki eder.

Endotoksinler, mikrobiyal hücrenin vücuduna sıkıca 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 kararlıdır, hatta bazıları kaynamaya dayanabilir. Organizmalara karşı toksisiteleri ekzotoksinlerden çok daha azdır.

Endotoksinler tüm patojenik mikroplarda bulunur; ekzotoksinler sadece bazıları tarafından üretilir - difteri basili, stafilokok aureus, botulizm bakterileri.

mikrobiyal değişkenlik. Doğal koşullar altında mikroplar, değişkenlik sürecini belirleyen birçok faktörden sürekli olarak etkilenirler. Bu faktörler, beslenmeye ek olarak, sıcaklık, mikrobiyal düşmanlık olgusunu, insan ve hayvan organizmasının iç ortamının etkisini içerir.

Çevre ile yakın temas ve yoğun üreme nedeniyle mikroorganizmalar yeni koşullara hızla uyum sağlar ve buna bağlı olarak başlangıçtaki özellikleri değişir. Örneğin bakteriler, çevre koşullarının etkisiyle bir tür olarak şekillenen gayzerlerin sıcak sularında yaşarlar. Bazı patojenik mikroplar, tıbbi maddelerle etkileşime girdiklerinde bunlara karşı dirençli hale gelebilir. Bu nedenle, varoluş koşulları organizmanın yaşamı için büyük önem taşır, değişen (beslenme, sıcaklık, nem vb.) mikroorganizmanın doğasında karşılık gelen değişikliklere neden olabilir.

Değişkenlik, tüm mikroorganizma türlerinin karakteristiğidir. Mikropların değişken olmasının nedenlerinden biri de bakteriyofajlardır.

Bakteriyofajlar, ancak dışarıdan mikrobiyal hücrenin içine girdiklerinde çoğalan canlı organizmalardır. Mikropların vücudunun dışında, bakteriyofajlar çoğalmaz, ancak dinlenir. 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, var olma koşulları vb. 1-3 saat sonra mikrobiyal hücrenin içinde birçok yeni bakteriyofaj oluşur, bu hücrenin kabuğu yırtılır, ve tüm bakteriyofaj kütlesi ondan düşer.

Bir bakteriyofaj bir mikropla etkileşime girdiğinde, ikincisi her zaman ölür. Bakteriyofaj aktivitesi yetersiz ise, tek tek mikrobiyal hücreler hayatta kalır ve bu bakteriyofajlara zaten dirençli olan yeni mikrobiyal hücrelerin büyümesine yol açar.

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

Her bir patojenik mikrop türü için, örneğin dizanteri, tifo, stafilokok gibi bir bakteriyofaj vardır.

Işık, hava oksijen, ısı etkisi altında bakteriyofaj 1-2 ay içinde aktivitesini kaybeder. Ultraviyole ışınları bakteriyofajları 15 dakikada yok eder. Bakteriyofajların hızlı yıkımı asidik bir ortamda gerçekleşir.

Bakteriyofajlar, bakterilerin olduğu her yerde bulunur. Kanalizasyonda, nehir suyunda, insan ve hayvan dışkılarında ve diğer nesnelerde çeşitli bakteriyofajlar bulunabilir.

Mikroorganizma solunumu

Yukarıda açıklanan gıda asimilasyon süreçleri, enerji harcanmasıyla devam eder. Enerji ihtiyacı, özü organik maddelerin oksidasyonu olan ve enerjinin serbest bırakılmasıyla birlikte enerji metabolizması süreçleri tarafından sağlanır. Ortaya çıkan oksidasyon ürünleri çevreye salınır.

Şematik olarak, dehidrojenaz enzimini içeren oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu aşağıdaki gibi gösterilebilir:

AN 2 + B - A + VN 2 + enerji

Mikroorganizmaların enerji elde etmek için çeşitli yolları vardır.

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

Bu temelde (solunum türlerine göre), L. Pasteur mikroorganizmaları iki gruba ayırdı - aeroblar ve anaeroblar.

Aeroblar enerji elde etmek için organik malzeme atmosferik oksijen ile oksitlenir. Bunlara mantarlar, bazı mayalar, birçok bakteri ve alg dahildir. Birçok aerob organik maddeyi tamamen okside ederek nihai ürünler olarak CO 2 ve H 2 O salar. Bu süreç genel olarak aşağıdaki denklemle temsil edilebilir:

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

anaeroblar serbest oksijen kullanmadan solunum yapabilen mikroorganizmalardır. Mikroorganizmalarda anaerobik solunum süreci, substrattan hidrojenin uzaklaştırılması nedeniyle gerçekleşir. Tipik anaerobik solunum süreçleri denir fermantasyonlar. Bu tür enerji üretiminin örnekleri alkollü, laktik ve bütirik fermantasyonlardır. Alkolik fermantasyon örneğini düşünün:

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

Anaerobik mikroorganizmaların oksijene oranı farklıdır. Bazıları oksijeni hiç tolere etmez ve denir zorunlu, veya sıkı anaeroblar. Bunlar, bütirik fermantasyonun etken maddelerini, tetanoz basilini, botulizm etkenlerini içerir. Diğer mikroplar hem aerobik hem de anaerobik koşullar altında büyüyebilir. Arandılar - isteğe bağlı, veya koşullu anaeroblar; Bunlar laktik asit bakterileri, Escherichia coli, Proteus vb.

Mikroorganizma enzimleri

enzimler Biyokimyasal reaksiyonların hızını katalitik olarak etkileyebilen maddeler. Mikroorganizmaların yaşamında önemli bir rol oynarlar. Enzimler 1814 yılında Rus akademisyen K.S. Kirchhoff tarafından keşfedilmiştir.

Diğer katalizörler gibi, enzimler de maddelerin dönüşüm reaksiyonlarında sadece aracı olarak yer alırlar. Tepkimelerde kantitatif olarak tüketilmezler. Mikroorganizmaların enzimleri bir takım özelliklere sahiptir:

1) 40-50ºC'ye kadar sıcaklıklarda enzimatik reaksiyonun hızı artar, ancak daha sonra hız düşer, enzim hareket etmeyi bırakır. 80°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda neredeyse tüm enzimler geri dönüşümsüz olarak inaktive edilir.

2) Enzimler kimyasal yapıları gereği sadece proteinden oluşan tek bileşenli, protein ve protein olmayan kısımlardan 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 bir ortam en iyisidir, diğerleri için ise nötr veya hafif alkali bir ortamdır.

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

5) Her enzimin kesin bir eylem özgüllüğü vardır, yani karmaşık moleküllerdeki yalnızca belirli bağları veya yalnızca belirli maddeleri etkileme yeteneği. Örneğin, amilaz sadece nişasta, laktaz - süt şekeri, selülaz - selüloz vb.'nin parçalanmasına neden olur.

6) Belirli bir mikroorganizmada bulunan ve hücresinin bileşenlerinin sayısına dahil olan enzimlere denir. kurucu. Başka bir grup var - enzimler uyarılmış(uyarlanabilir), hücre tarafından yalnızca bu enzimin sentezini uyaran ortama bir madde (indüktör) eklendiğinde üretilir. Bu koşullar altında mikroorganizma sahip olmadığı bir enzimi sentezler.

7) Eylemin doğasına göre, enzimler ayrılır ekzoenzimler hücre tarafından dış ortama salınan ve endoenzimler, hücrenin iç yapılarıyla sıkı bir şekilde bağlantılı olan ve içinde hareket eden.

8) Enzimler hücre tarafından üretilmelerine rağmen, öldükten sonra bile geçici olarak aktif durumda kalırlar ve otoliz(Yunan otomobillerinden - kendisi, parçalanma - çözünme) - bir hücrenin kendi hücre içi enzimlerinin etkisi altında 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 önemli bir rol oynarlar.

2. sınıf Transferazlar (transfer enzimleri), atom gruplarının bir bileşikten diğerine transferini katalize eder.

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

4. Sınıf - liyazlar, belirli grupları substratlardan (C02, H20, NHs, vb.) hidrolitik olmayan bir şekilde (suyun katılımı olmadan) ayıran iki bileşenli enzimleri içerir.

5. sınıf- izomerazlar, organik bileşiklerin izomerlerine geri dönüşümlü dönüşümünü katalize eden enzimlerdir.

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

Gıda ve hafif endüstrilerde mikrobiyal enzimlerin kullanımı, teknolojik süreci önemli ölçüde yoğunlaştırabilir, verimi artırabilir ve bitmiş ürünün kalitesini iyileştirebilir. Amilolitik enzimlerin müstahzarları, nişasta içeren hammaddelerden etil alkol üretiminde tahıl maltı yerine, fırıncılık sektöründe malt yerine haşlanmış çavdar ekmeği yapımında; Buğday hamuruna mantar amilazları da eklenir. Bu müstahzar, amilaza ek olarak diğer enzimleri (maltaz, proteazlar) içerdiğinden, küçük miktarlarda da olsa hamur yapım süreci hızlanır, ekmeğin hacmi ve gözenekliliği artar, görünümü, aroması ve tadı gelişir. Bu enzim müstahzarlarının bira yapımında kullanılması, maltın kısmen arpa ile değiştirilmesini mümkün kılar. Mantar glukoamilaz yardımıyla nişastadan glikoz şurubu ve kristal glikoz elde edilir. Pektolitik enzim mantar müstahzarları, meyve suyu ve meyve-içecek üretiminde ve şarap yapımında kullanılır. Pektinin bu enzimler tarafından parçalanması sonucunda şıra ekstraksiyonu süreci hızlanmakta, verimi, filtrasyonu ve durultulması artmaktadır. Mikrobiyal proteazlar içeren enzim müstahzarları, (kısmen) peynir mayası yerine şarap ve biranın ve peynir yapımında stabiliteyi artırmak (protein bulanıklığından koruma) için kullanılır. Etin yumuşatılması, et ve ringa balığının olgunlaşmasının hızlandırılması, balık ve et endüstrisi atıklarından gıda hidrolizatlarının elde edilmesi ve hayvansal ve bitkisel ham maddelerin işlenmesine yönelik diğer teknolojik işlemler için mikrobiyal proteazların kullanılması tavsiye edilir.

Mikroorganizmaların kimyasal bileşimi

Mikrobiyal hücreler, bileşimleri bakımından hayvan ve bitki hücrelerinden çok az farklılık gösterir. %75-85 su içerirler, geri kalan %16-25 kuru maddedir. Hücredeki su serbest ve bağlı durumdadır. Bağlı su, hücre kolloidlerinin (proteinler, polisakkaritler, vb.) bir parçasıdır ve bunlardan neredeyse hiç salınmaz. Serbest su, kimyasal reaksiyonlarda yer alır, metabolizma sırasında hücrede oluşan çeşitli bileşikler için çözücü görevi görür.

Hücrenin kuru maddesi organik ve mineral maddelerden oluşur.

proteinler -% 52'ye kadar,

polisakkaritler - %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 hücrelerinde başka maddeler de bulunur - organik asitler, tuzları, pigmentleri, vitaminleri vb.

Kontrol soruları

1. Turgor nedir?

2. Benzetme nedir?

3. Hangi mikroorganizmalara ototrofik denir?

4. Osmoz nedir?

5. Hangi mikroorganizmalara fakültatif denir?

6. Plazmoliz nedir?

7. Lipazlar hangi süreçlerde yer alır?

8. Mikroorganizmaların bileşimine ne kadar su dahildir?

10. Hangi mikroorganizmalara anaerobik denir?

İki tür mikrobiyal solunum vardır - aerobik ve anaerobik.

Aerobik solunum mikroorganizmalar, hidrojen alıcısının (protonlar ve elektronlar) moleküler oksijen olduğu bir süreçtir. Oksidasyonun bir sonucu olarak, esas olarak karmaşık organik bileşiklerden, çevreye salınan veya ATP'nin yüksek enerjili fosfat bağlarında biriken enerji üretilir. Tam ve eksik oksidasyon arasında ayrım yapın.

tam oksidasyon. Mikroorganizmalar için temel enerji kaynağı karbonhidratlardır. Farklı şekillerde meydana gelen ayrıldıklarında önemli bir ara ürün elde edilir - piruvik asit. Pirüvik asidin tam oksidasyonu, trikarboksilik asit döngüsünde (Krebs döngüsü) ve solunum zincirinde gerçekleşir. Aerobik koşullar altında glikozun parçalanmasının bir sonucu olarak, oksidasyon süreci sona erer - büyük miktarda enerji açığa çıkaran karbondioksit ve su oluşana kadar: C6H12O6 + 6O2 -*■ 6CO2 + 6H20 + 2874.3 kJ.

eksik oksidasyon Tüm aeroblar oksidasyon reaksiyonlarını tamamlamaz. Ortamdaki fazla karbonhidrat ile, içinde enerji bulunan 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 alkol oksitlendiğinde asetik asit ve suyun oluştuğu asetik asit bakterileri tarafından gerçekleştirilir:

CH3CH2OH + O2 - * CH3COOH + H20 + 494.4 kJ.

Bazı bakteriler solunum sırasında inorganik bileşikleri oksitler. Nitrifikasyon bakterilerinin önce amonyağı nitröz aside ve ardından nitrik aside oksitlediği nitrifikasyon süreçleri, inorganik bileşiklerin oksidasyonuna bir örnek olarak hizmet edebilir. 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 arasında ayrım yapın. Anaerobik solunum sırasında, oksitlenmiş inorganik bileşikler, oksijeni kolayca bırakan ve enerjinin serbest bırakılmasıyla birlikte daha indirgenmiş formlara dönüştürülen hidrojen alıcılarıdır.

1. anaerobik nitrat solunumu - nitratların moleküler nitrojene indirgenmesi

2. anaerobik sülfat solunumu - sülfatların hidrojen sülfide indirgenmesi.

3. Fermantasyon - anaerobik koşullar altında organik karbon içeren bileşiklerin parçalanması. Son hidrojen alıcısının doymamış bağlara sahip organik bir molekül olması ile karakterize edilir. Bu durumda, 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 tüm fermantasyon türleri aynı şekilde ilerler. Piruvik asidin daha fazla dönüştürülmesi mikrobun özelliklerine bağlıdır. Homofermentatif laktik asit bakterileri onu laktik aside, mayayı etil alkole vb. dönüştürür.

Mikropların solunum tipine göre sınıflandırılması.

Solunum tipine göre mikroorganizmalar dört gruba ayrılır.

1. Zorunlu (koşulsuz) aeroblar, oksijene serbest erişimle büyür. Bunlar arasında asetik asit bakterileri, tüberküloz patojenleri, şarbon ve diğerleri bulunur.

2. Mikroaerofilik bakteriler, çevredeki atmosferde düşük (%1'e kadar) oksijen konsantrasyonunda gelişir. Bu tür koşullar aktinomisetler, leptospira, brusella için uygundur.

3. İsteğe bağlı anaeroblar, hem hava oksijeninin erişimiyle hem de yokluğunda gelişir. Sırasıyla iki enzim seti vardır. Bu, domuz erizipellerinin etken maddesi olan Enterobacteriaceae'dir.

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

giriiş

gıda nefes mikroorganizma bakteri

Bildiğiniz gibi, mikroorganizmalar yaşamsal faaliyetlerini sürdürmek için gerekli olan enerjiyi, organik (ve bazen inorganik) maddelerin çeşitli oksidasyon süreçleri nedeniyle çekerler. Bu durumda oksidasyon, substratlardan hidrojenin (veya elektronların) ayrılmasıyla gerçekleşir. Hidrojen bir enzim zinciri boyunca taşınır ve sonunda oksijenle birleşerek suyu oluşturur. Anaerobik enerji çıkarma yöntemi, içinde serbest oksijenin yer almaması ve organik substratların yalnızca hidrojenin ortadan kaldırılması nedeniyle oksitlenmesiyle karakterize edilir. Serbest kalan 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 fermantasyon sonucunda, bir kısmı mikrobiyal hücre tarafından kullanılan ve geri kalanı çevreye salınan termal enerji oluşur.

Şu anda oksidasyon, hidrojenin uzaklaştırılması (dehidrojenasyon) işlemi olarak tanımlanır ve indirgeme, eklenmesi olarak tanımlanır. Aynı terimler, protonların ve elektronların veya sadece elektronların transferini içeren reaksiyonlar için de geçerlidir. Bir madde oksitlendiğinde elektronlar kaybolur ve bir madde indirgendiğinde eklenirler. Hidrojen transferinin ve elektron transferinin eşdeğer süreçler olduğuna inanılmaktadır.

Bileşiklerin veya elementlerin elektron verme veya kabul etme yeteneği, redoks potansiyeli ile belirlenir. M. Clark'ın önerisiyle rH2 (hidrojen gazının kısmi basıncının negatif logaritması) olarak adlandırılır. Bu, ortamın oksijen veya hidrojen ile doygunluk derecesidir. J H2 aralığı 0 ile 42,6 arasındadır. P12'de<.,28 среда характеризуется восстановительными свойствами, при НТ2,.>28 oksitleyici, iil2 28'e eşittir, ortam nötrdür.

Aeroblar daha yüksek bir redoks potansiyelinde (ili2 14-35), anaeroblar daha düşük bir redoks potansiyelinde (rH2 0-12) yaşarlar. Özünde oldukları Pops H1 (protonlar), elektrokimyasal gradyan'a karşı, yani daha düşük konsantrasyonlu bir ortamdan, bunların çok olduğu bir ortama aktarılır. Proton transfer süreci enerji tüketimi ile ilişkilidir. Hidrojen iyonlarının zardan penetrasyonu, ozmoz yasalarına göre değil, aktif olarak hidrojen pompası adı verilen bir pompanın yardımıyla gerçekleşir. Bu nedenle, bir mikrobiyal hücrenin sitoplazmasındaki biyolojik dönüşümler, protonların ve elektronların hareketi ile ilişkilidir, ancak bu basit bir elektriksel hareket değil, enzimler yardımıyla gerçekleştirilen karmaşık bir biyokimyasal süreçtir. İkincisi reaksiyonları katalize eder, kovalent bağların kırılmasını hızlandırır ve böylece aktivasyon enerjisini azaltır.

Mikropların ürettiği elektrik, bazı cihazlarda bile kullanılabilir. Şu anda, deniz suyunda çözünmüş şekerle beslenen mikroorganizmalar tarafından üretilen biyolojik elektrikle çalışan vericiler tasarlanmıştır. (Mikroorganizmaların aerobik solunumu, hidrojenin son alıcısının (protonlar ve elektronlar) moleküler oksijen olduğu bir süreçtir. Oksidasyon sonucunda, özellikle karmaşık organik bileşiklerde, çevreye salınan veya yüksekte biriken enerji üretilir. ATP'nin enerji fosfat bağları Tam ve eksik oksidasyon arasında ayrım yapın?

tam oksidasyon. Mikroorganizmalar için temel enerji kaynağı karbonhidratlardır. Farklı şekillerde meydana gelen ayrıldıklarında, önemli bir ara ürün elde edilir - pirüvik asit (piruvat). Piruvik asidin tam oksidasyonu, trikarboksilik asit döngüsünde (Krebs döngüsü) ve solunum zincirinde gerçekleşir (Şekil 17). Aerobik koşullar altında glikozun parçalanmasının bir sonucu olarak, oksidasyon süreci sona erer - büyük miktarda enerji açığa çıkararak karbondioksit ve su oluşumuna kadar: C6H12Ob + 602 - * 6C02 4- 6H20 + 2874.3 kJ .

Heksozun potansiyel enerji rezervine, yani yeşil bitkilerde karbondioksit ve sudan fotosentezi sırasında şeker molekülünde biriken miktara karşılık gelir. Elektronların hidrojenden oksijene transferi, solunum zinciri veya elektron taşıma zinciri yoluyla gerçekleştirilir. Solunum zinciri, zarlarda bulunan bir solunum enzimleri sistemidir. Bilindiği gibi zarlar, etkileşimlerinin meydana gelmesinin bir sonucu olarak hücrenin sitoplazması ile temas halindedir.

eksik oksidasyon Tüm aeroblar oksidasyon reaksiyonlarını tamamlamaz. Ortamdaki fazla karbonhidrat ile, içinde enerji bulunan eksik oksidasyon ürünleri oluşur. Şekerin eksik aerobik oksidasyonunun son ürünleri organik asitler olabilir: sitrik, malik, oksalik, süksinik ve diğerleri, küf mantarları tarafından oluşturulurlar.

Anaeroblar, substrat fosforilasyonu ile oksijen erişimi yokluğunda enerji elde eden organizmalardır, oysa substratın tamamlanmamış oksidasyonunun son ürünleri, son proton alıcısının varlığında ATP formunda daha fazla enerji elde etmek için oksitlenebilir. oksidatif fosforilasyon.

Şema 1, solunum ve çeşitli anaerobik enerji üretimi sırasında elektronların taşınmasını gösterir. Hidrojen ve elektronlar, piridin nükleotit enzimleri (PN) tarafından substratlardan ayrılır. Daha sonra aeroblarda, artan potansiyele sahip bir enzim zincirinden - flavoprotein (FP - sitokrom enzimleri (Cit.) - geçerler ve sitokrom oksidaz (Cit. Ox.) yardımıyla oksijene aktarılırlar.Elektron akışı yönlendirilir. - 0,8 - 0,4 V'tan (substrat potansiyeli) + 0,8 V'a (oksijen potansiyeli) kadar, daha düşük (daha negatif potansiyel) bir sistemden daha yüksek (daha pozitif) potansiyele sahip bir sisteme.

Böylece, solunum sırasında oksijen, hidrojenin son alıcısıdır. Anaeroblarda, ya organik substratlar (fermentasyon) ya da nitratlar veya sülfatlar ("anaerobik solunum") gibi inorganik maddeler hidrojen alıcısı olarak işlev görür. Şemadan, elektronların en basit ve ilkel taşınmasının, elektronları zincir boyunca moleküler oksijene kadar aktarabilen elektron taşıma zincirindeki enzimlerin eksikliğinden dolayı çoğu anaerobda gerçekleştirildiği görülebilir.

Moleküler oksijen, zorunlu anaerobların büyümesi ve aktivitesi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Serbest oksijen varlığında, anaerobik hücreler hareketliliklerini kaybederler. Bu reaksiyon sayesinde anaeroblar ilk olarak Pasteur tarafından keşfedildi. Bir keresinde, iki ince düz cam arasına yerleştirilmiş (bütirik fermantasyon sırasında) fermente edici bir sıvıdan bir damlayı mikroskop altında inceledi ve müstahzarın kenarlarında (hava oksijeninin serbestçe nüfuz ettiği yerlerde) bulunan hücrelerin aniden hareketsiz hale geldiğini ve çubukların hareket ettiğini fark etti. müstahzarın merkezinde (havanın girmediği yerde) bulunan çok aktif hareket etmeye devam etti.

Buradan Pasteur, havadaki oksijenin bazı mikroplar için zehirli olduğu sonucuna vardı ve ikincisini aeroblar ve anaeroblar olmak üzere iki gruba ayırdı. Pasteur'ün muhalifleri (örneğin, Treculle), havadaki oksijenin kendileri için ölümcül olabileceği bakterilerin varlığı iddiasına itiraz ettiler ve havada uzun süre kalabilen anaerobik sporları örnek olarak gösterdiler. Buna Pasteur, sporların beslenmedikleri ve üremedikleri için gerçek canlılar olmadığını söyledi. Bilimin müteakip gelişimi, Pasteur'ün konumunu doğruladı. Böylece bakteri sporlarının son derece belirgin bir anabiyoz ile karakterize olduğu ve metabolizmalarının gerekli doğrulukta ölçülemeyecek kadar düşük seviyede olduğu gösterilmiştir. Bu bağlamda, sporlar birçok zararlı faktöre karşı hassas değildir ve anaerobların sporları ayrıca (vejetatif hücrelerin aksine) havada kolayca hayatta kalabilir.

Oksijenin neden aeroblar için toksik olduğu sorusu henüz yeterince açıklığa kavuşturulmamıştır. Bazı araştırmacılar, oksijenin toksik etkisinin, substratın atmosferik oksijen tarafından oksidasyonunun bir sonucu olarak oluşan toksik hidrojen peroksit konsantrasyonlarının anaerobik mikroorganizmalarının kültürlerinde oluşumu ile ilişkili olduğuna inanmaktadır. Hidrojen peroksit birikiminin nedeni, anaeroblarda (peroksidi parçalayan) katalaz enziminin bulunmamasıdır. Ortama katalaz eklenirse bazı Clostridium suşlarının aerobik koşullar altında büyüyebileceğine dair raporlar vardır. Ancak diğer yandan anaerobların gelişimini belirleyen çok önemli bir faktör de ortamın redoks koşullarıdır. Volt cinsinden ölçülen redoks potansiyeli (ORP) cinsinden ifade edilirler (test edilen ortama daldırılmış bir elektrot boyunca voltaj). Redoks koşulları, H2 ve O2 arasındaki oranı karakterize eden rH2 indeksi cinsinden de ifade edilebilir. 0 ila 40 arasında değişen rH2, oksijen veya hidrojen ile doygunluğuna bağlı olarak ortamın tüm indirgeme veya oksidasyon derecelerini karakterize eder. Apaaerobların gelişim koşullarıyla ilgili ayrıntılı çalışmalar, zorunlu anaerobların rH2'de (veya ORP) belirli bir sınırın üzerinde gelişemeyeceğini göstermiştir. Bir ortamdaki rH2, elektrometrik olarak (potansiyometreler kullanılarak) veya belirli rH2 değerlerinde toparlanan ve solan (veya renk değiştiren) boyalarla ölçülebilir. Örneğin, aerobik koşullar altında, Janusgrün boyası, rH2 = 20 ve üzerinde, çözelti halinde yeşil bir renge sahiptir, rH2'de 12-14 aralığında pembedir ve daha da düşük rH2 değerlerinde renksiz hale gelir.

Anaeroblar, hem mikro hem de makro seviyelerde geniş bir organizma grubudur:

Fakültatif anaeroblar

Kapneistik anaeroblar ve mikroaerofiller

Aerotolerant anaeroblar

Orta derecede katı anaeroblar

zorunlu anaeroblar

Bir organizma bir metabolik yoldan diğerine geçebilirse (örneğin, anaerobik solunumdan aerobik solunuma veya tersi), o zaman şartlı olarak fakültatif anaeroblar olarak adlandırılır.

1991 yılına kadar, mikrobiyolojide düşük konsantrasyonda oksijen ve yüksek konsantrasyonda karbondioksit gerektiren bir kapneistik anaerob sınıfı ayırt edildi (Brucella sığır tipi - B. abortus)

Orta derecede katı bir anaerobik organizma, moleküler O2 içeren bir ortamda hayatta kalır, ancak üremez. Mikroaerofiller, düşük kısmi O2 basıncına sahip bir ortamda hayatta kalabilir ve çoğalabilir.

Bir organizma anaerobikten aerobik solunuma "geçiş yapamıyorsa", ancak moleküler oksijen varlığında ölmüyorsa, o zaman aerotolerant anaeroblar grubuna aittir. Örneğin laktik asit ve birçok bütirik bakteri

Zorunlu anaeroblar, moleküler oksijen O2 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 birkaç fermantasyon türüne ayrılan anaeroblar için karakteristiktir:

laktik asit fermantasyonu - Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium cinsi ve ayrıca çok hücreli hayvanların ve insanların bazı dokuları. alkollü fermantasyon - saccharomycetes, candida (mantar krallığının organizmaları)

formik asit - bir enterobakteri ailesi

butirik - bazı clostridia türleri

propiyonik asit - propionobacteria (örneğin, Propionibacterium acnes)

moleküler hidrojen salınımı ile fermantasyon - bazı Clostridium türleri, Stickland fermantasyonu

metan fermantasyonu - örneğin Methanobacterium

Mikroorganizmalarda beslenme türleri

Ototroflar (kemolitotroflar, fotolitotroflar) havadaki karbondioksitten (CO2) karbon elde ederler ve bazı mineral bileşiklerin oksidasyonu sırasında açığa çıkan enerjiyi (kemosentez) veya güneş enerjisini (fotosentez) kullanarak organik madde oluştururlar. Kemolithotroflarda kemosentez fenomeni ilk olarak Rus mikrobiyolog S. N. Vinogradsky tarafından renksiz kükürt bakterileri, nitrifikasyon ve diğer mikroorganizmalar çalışmasında kuruldu (1887). Oksidatif reaksiyonlar sürecinde üretilen enerji daha sonra bakteriler tarafından karbonu asimile etmek ve organik madde oluşturmak için kullanılır.

Fotolithotroflar (mavi-yeşil algler, mor kükürt bakterileri ve diğer mikroplar) pigment (renklendirici maddeler) içerdiklerinden fotosentez yapma yeteneğine sahiptirler. Fotolitotrofların pigmentleri, bileşimde yeşil bitkilerin klorofiline benzer. Bitkiler gibi fotobakteriler de karbondioksit ve güneş enerjisinden karbon kullanarak organik madde oluştururlar. Ototroflar tamamen mineral ortamlarda gelişebilir; daha karmaşık karbon bileşiklerini asimile edemezler ve bu nedenle hayvanlar için patojenik değildirler.

Enerji kaynakları

Bakteriler için en uygun karbon kaynakları, besin ortamlarının üretiminde dikkate alınan karbonhidratlar ve amino asitlerdir.

Ototrofi. Ototrofiklerin beslenme ihtiyaçları [Yunanlılardan. oto, öz, + trofe, bakteri beslemesi sınırlı; büyümeleri için azot ve diğer mineral elementleri içeren inorganik bileşiklerin ortama verilmesi yeterlidir. Lutotrofik bakteriler, bir karbon kaynağı olarak karbondioksit veya karbonatları kullanır. Bu tür bakteriler, gerekli tüm bileşikleri basit maddelerden sentezleyebilir. Bunlar, bir enerji kaynağı olarak sırasıyla elektromanyetik radyasyon (ışık) kullanan foto- ve kemotrofik (kemosentetik) bakterileri veya onlar için bir besin kaynağı olarak hizmet eden substratları içeren redoks reaksiyonlarının enerjisini içerir. Ototroflar arasında tıbbi önemi olan hiçbir tür bulunamadı.

Azot, bakterilerin amino asitleri (proteinleri), pürin ve pirimid nükleotitleri ve bazı vitaminleri sentezlemesi için gereklidir. Tüm canlı organizmalardaki nitrojen indirgenmiş bir formda bulunduğundan, amonyağa göre daha yüksek oksidasyon derecesine sahip nitrojenin tüm mineral formları indirgenmelidir.

Bazı mikroorganizmalar, nitrojeni yalnızca organik bileşiklerden (aminoheterotroflar) kullanabilir. Bazı mikroorganizmalar nitrojeni inorganik formlar (aminoototroflar) formunda asimile eder. Bununla birlikte, birçok mikroorganizma hem organik hem de mineral nitrojeni kullanabilir.

inorganik nitrojen kullanımı

Doğada, mineral nitrojen atomları çeşitli oksidasyon derecelerinde bulunur: N5+ (N205, nitrik anhidrit) ila N3- (NH3, amonyak). Mineral nitrojen bileşiklerinin bakteriler tarafından asimilasyon derecesi, yüksek moleküler ağırlıklı organonitrojen bileşiklerinin en basit öncüsü olduğundan, amonyağa dönüştürülmelerinin kolaylığı ile belirlenir. Bu bakteri grubunda, farklı şekilde yönlendirilmiş iki işlem mümkündür: asimilasyon (nitrojenin mineral formlarının organik materyale bağlanması) ve disimilasyon (nitrojenin gaz formlarının salınması).

asimilasyon süreçleri Azotun mineral formlarının bağlanması, azot fiksasyonu, amonyak asimilasyonu ve asimilasyon nitrat indirgenmesi sırasında meydana gelir.

Azot fiksasyonu. Azot fikse eden bakteriler (örneğin, Rhizobiut, Azotobacter, Clostridium, Klebsiella, vb.), nitrojen fiksasyonu adı verilen bir süreçte özel bir enzim (nitrojenaz) kullanarak atmosferik havadaki nitrojeni amonyuma indirgeyebilirler.

amonyak asimilasyonu. Çoğu bakteri, amonyak asimilasyonu sırasında amonyumu emer. Amonyum içeren ortamlarda büyüyen bakteriler, onu doğrudan organik bileşiklere dahil edebilir. Unutulmamalıdır ki inorganik amonyum tuzlarının tüketilmesinden sonra anyonlar (SO4, Cl, H3PO4 vb.) ortamda birikerek ortamın pH'ını düşürür ve bu da kültürlerin büyümesini yavaşlatır. Organik asitlerin amonyum tuzları çevreyi daha az asitleştirir ve bakteri üremesi için daha elverişlidir.

Asimilasyon nitrat indirgemesi. Bitkiler gibi bakteri ve mantarların büyük çoğunluğu, nitrat indirgeme asimilasyon 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 kompleksidir, amino asitlerin ve hücrenin diğer nitrojen içeren bileşenlerinin sentezi için kullanılır.

Besin dağıtım mekanizması

Hücre zarının dış tarafında lokalize olan ekzo-enzimler. Bakterilerde E. dış ortama salınabilir veya hücre duvarı ile hücre zarı arasına yerleştirilebilir.

Enzimlerin sınıflandırılması.

Şu anda 2000'den fazla enzim bilinmektedir, bu nedenle bilimsel temelli bir sınıflandırmaya ihtiyaç vardır. Uluslararası Biyokimya Birliği'nin (1961) özel bir komisyonu tarafından geliştirilen sınıflandırmaya göre, tüm/enzimler altı sınıfa ayrılır: okendoredüktazlar, transferazlar, hidrolazlar, liyazlar, izomerazlar, ligazlar veya sentetazlar.

Oksidoredüktazlar redoks enzimleridir. Çeşitli maddelerin indirgeme ve oksidasyon işlemlerini hızlandırırlar, mikropların solunum süreçlerinde önemli rol oynarlar. Bu grup çoktur, 200'den fazla enzim içerir. Bunlardan bazıları.

Dehidrojenazlar, bir donör substrattan hidrojeni uzaklaştırarak ve onu oksijene veya başka bir alıcıya aktararak biyolojik oksidasyon sürecine öncülük eden enzimlerdir. Aerobik ve anaerobik dehidrogenazlar vardır. Aerobik dehidrojenazlar, hidrojeni hem doğrudan moleküler oksijene hem de diğer sistemlere aktarır; bunlara oksidazlar denir. Anaerobik dehidrogenazlar substrat ile etkileşime girer, ondan hidrojeni alır ve onu hava oksijenine değil, akseptöre aktarır. Sitokrom oksidazlar elektron transfer enzimleridir. Sitokromoksindaz moleküler oksijeni aktive eder ve onun yardımıyla aktif grubu hemin olan indirgenmiş sitokromu okside eder. Katalaz, aerobik mikropların hücrelerinde bulunur ve molekülünde elektron kaybedebilen (oksitlenebilen) ferrik demir içeren hemik enzimler grubuna aittir. Katalazın hidrojen peroksit üzerindeki etkisi altında indirgenir, su ve moleküler oksijen oluşur. Peroksidaz bazı mikroplarda bulunur, hidrojen peroksitin oksijenini aktive eder ve çeşitli organik bileşiklerin oksidasyonunu hızlandırır.

hidroliz - hidroliz reaksiyonlarını hızlandıran enzimler, yani karmaşık maddeleri bir molekül, su ilavesiyle daha basit olanlara ayırma işlemi. Birçok mikroorganizmada bulunurlar. Hidrolazlar 200'den fazla enzimi birleştirir. Bu grup şunları içerir: organik asitler ve alkoller tarafından oluşturulan esterleri parçalayan esterazlar; alkoller ve fosforik asit tarafından oluşturulan esterleri hidrolize eden fosfatazlar; karbonlardaki ve türevlerindeki glukozidik bağları parçalayan glukozidazlar; peptidazlar; proteinlerdeki peptit bağlarının hidrolizinin hızlandırılması; amidlerin, amino asitlerin ve diğer bileşiklerin hidrolizini hızlandıran amidazlar.

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

İzomerazlar, metabolizmada önemli olan hidrojen, fosfor ve moleküllerin içindeki çift bağların hareketini hızlandıran enzimlerdir. Bu grup fosfohekzoizomeraz, triosefosfotiizomeraz vb. içerir.

Ligazlar veya sentetazlar, pirofosforik bağların (ATP'de 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, glutamipsentaz vb.