Физиология микроорганизмов (часть2)

Физиология микроорганизмов (часть1)

Ферменты микроорганизмов. Сложные процессы питания и дыхания микроорганизмов осуществляются с помощью ферментов, или энзимов. Ферменты, выделяемые микроорганизмами в окружающую среду, называются экзоферментами, а ферменты, тесно связанные с их клеткой, — эндоферментами. Первые подготавливают питательные вещества для всасывания через оболочку клетки, вторые внутри клетки превращают поступившие вещества в составные части клетки.

Ферменты имеют белковую природу. Некоторые из них состоят исключительно из белка. В состав других ферментов, кроме белка, входит еще небелковая часть (простетическая группа), которая может содержать ион металла или органические соединения, имеющие свойства витаминов.

Ферменты делят на 6 классов: 1) оксидоредуктазы; 2) трансферазы; 3) гидролазы; 4) лиазы; 5) изомеразы; 6) лигазы (синтетазы). Согласно действующей номенклатуре ферментов, кроме названия, введено обозначение ферментов четырьмя цифрами, разделенными точками (например, каталаза — 1.11.1.6). Цифры указывают на классификацию ферментов. Первая цифра обозначает класс фермента (тип катализируемой ферментом реакции), вторая — подкласс (обозначает соединения, на которые действует фермент), третья — подподкласс, четвертая — индивидуальный номер фермента. Названия ферментов имеют окончание — аза.

Оксидоредуктазы — ферменты, осуществляющие окислительно-восстановительные реакции. Это большая группа ферментов, имеющихся во всех живых организмах, в том числе и в микроорганизмах. К данному классу ферментов принадлежат различные дегидрогеназы, которые могут окислять спирты в альдегиды или кетоны; другие дегидрогеназы могут окислять альдегиды в кислоты. В том случае, когда в реакции принимает участие кислород, активируемый во время реакции, ферменты называются оксидазами. К ним относятся, медьсодержащий фермент аскорбинат-оксидаза и железосодержащие ферменты — гидрогеназа, каталаза, пероксидаза. Гидрогеназа может использовать молекулярный водород для восстановления различных веществ, Под влиянием каталазы перекись водорода разлагается на воду и молекулярный кислород. Этим обезвреживается губительное действие перекисей. При действии пероксидазы происходит окисление ароматических аминов, фенолов и других веществ и расщепление перекиси водорода до воды.

Трансферазы — ферменты, переносящие отдельные функциональные группы веществ в реакциях между молекулами, например метальную группу — СН3, аминогруппы — NH2 (важно в белковом обмене), альдегидные или кетоновые остатки (их роль велика в обмене углеводов, они катализируют взаимопревращение Сахаров), группы, содержащие фосфор. Так, фермент гексокиназа катализирует реакцию фосфорилирования глюкозы, фруктозы и маннозы у шестого углеродного атома, что играет большую роль в углеводном обмене.

Гидролазы — ферменты, гидролизующие жиры, углеводы и белки с присоединением воды. Гидролазы, действующие на сложноэфирные связи, называются эстеразами (от эстер — эфир). Примером эстераз может служить фермент липаза, катализирующая гидролиз жиров на глицерин и жирные кислоты. Под влиянием эстераз жиры, масла и воск расщепляются на жирные кислоты и спирты. Пчелиный воск, состоящий из высших жирных кислот и высшего одноатомного спирта, под действием эстеразы распадается на цериновую (C25H51COOH) и пальмитиновую (C25H51COOH) кислоты и мерициловый спирт (С32Н63ОН). Разрушают воск и образуют эстеразы следующие грибы: Aspergillus niger, A. flavus, A. fumigatus, A. versicolor, A. regulosus, A. tamarii, A. fiischeri, Penicillium rogueformii, P. chrysogenum, P. purpurescens, P. nissarum, P. oxalicum, P. decumbens, P. javanicum, P. soppi, Aureobasidium pullulans, Candida albicans, Oidium lactis, Fusarium sporotrichiella. Эстеразы образуют также некоторое бактерии, например Micrococcus cerolyticus, М. aureus, М. citreus, Proteus, Serratia marcescens. Наиболее часто микроорганизмы разрушают воск сотов и мервы.

Для определения у микробов эстеразы их выращивают на агарной среде с добавлением растительного масла и небольшого количества нильского синего. При наличии эстеразы среда из розовой становится фиолетовой в результате появления свободных жирных кислот.

Гидролазы фосфомоноэфиров называются фосфатазами, сюда же относится образуемая многими микроорганизмами дезоксирибонуклеаза (ДНК-аза).

Наиболее обширная и важная группа гидролаз — это гидролазы, действующие на гликозильные соединения. Они осуществляют гидролиз сложных углеводов (крахмала, других полисахаридов, трисахаридов и дисахаридов) до более простых. Амилазы катализируют гидролиз крахмала, причем в зависимости от конечных продуктов они подразделяются так: α-амилаза гидролизует крахмал в основном до декстринов с небольшой примесью мальтозы; β-амилаза расщепляет крахмал до мальтозы и небольшого количества декстринов; глюкоамилаза — до глюкозы; хитиназа расщепляет азотсодержащий полисахарид хитин до хитозана, вискозина и N-ацетилглюкозамина. Хитиназу образуют грибы Coprinus comatus, Phallus impudicus, Fistulina hepatica, Beauveria bassiana, Aspergillus niger, A. flavus, Ascosphaera apis. В местах скопления насекомых (пасеки, червоводни) количество хитинорасщепляющих микроорганизмов возрастает, некоторые из них усиливают свои патогенные свойства.

Дисахариды под влиянием соответствующих ферментов гидролаз расщепляются в результате присоединения воды на углевод (моносахара) и шестиуглеродный спирт. Так, под действием α-глюкозидазы (старое название мальтаза) солодовый сахар — мальтоза гидролизуется до глюкозы и спирта, β-фруктофуранозидаза (старое название сахараза или инвертаза) катализует распад сахарозы до спирта и фруктозы.

Каждый микроб имеет свой, присущий ему набор ферментов. Для определения ферментов, расщепляющих углеводы, применяют цветные среды.

Гидролазы, действующие на пептидные связи, относятся к пептид-гидролазам. Они осуществляют разложение белков и пептидов до аминокислот. Сюда относятся все протеолитические ферменты: аминопептидазы, карбоксипептидазы, протеиназы. Наличие протеаз определяют по разжижению белка желатины и пептонизации молока (молочного белка — казеина). Протеазу образуют Bacillus larvae, Вас. alvei, Вас. subtilis, Вас. mesentericus, Bacterium apisepticum, B. vulgaris.

Лиазы — ферменты, отщепляющие от субстрата различные группировки негидролитическим путем с образованием двойной связи или присоединяющие группу к двойной связи.

У микробов широко распространены декарбоксилазы, отщепляющие карбоксильную группу от оксикислот или аминокислот, в результате чего происходит укорочение углеродной цепи. Так, под действием пируватде-карбоксилазы от пировиноградной кислоты отщепляется молекула углекислоты, при этом образуется уксусный альдегид.

В процессе брожения важны альдолазы, под действием которых фосфорилированный шестиуглеродный сахар распадается на две молекулы фосфорилированных трехуглеродных соединений. Глубокое разложение микробами безазотистых соединений называется брожением.

Спиртовое брожение — превращение сахара в этиловый спирт. Брожение вызывают дрожжи Saccharomyces cerevisiae, S. vini.

Молочно-кислое брожение — превращение углеводов (лактозы, сахарозы, глюкозы) в молочную кислоту. Это брожение вызывают Lactobacterium pollinis, L. bulgaricus, L. acidophilus. Молочно-кислому брожению подвергается пыльца, превращаясь в длительно сохраняющуюся пергу.

Изомеразы — ферменты, осуществляющие внутримолекулярные перестройки в субстратах (например, превращают фосфат глюкозы в фосфат фруктозы).

Лигазы (синтетазы) — ферменты, катализирующие присоединение друг к другу двух молекул с одновременным разрывом фосфатных связей.

Ферментная способность микробов широко используется в быту, сельском хозяйстве и промышленности. С помощью микроорганизмов уничтожают вредных насекомых, удобряют почвы, получают молочные продукты (сыр, ацидофилин, кумыс), хранят сельскохозяйственные продукты (квашение капусты, силос), получают уксусную, молочную, щавелевую кислоты, обеспечивают хлебопечение, виноделие, пивоварение.

Размножение микроорганизмов. Микроорганизмы размножаются быстро. При благоприятных условиях бактериальные клетки делятся через каждые 20—30 мин. При таком темпе деления из одной бактериальной клетки будет через 5ч 1024 клетки, а через 5 сут живая масса бактерий могла бы заполнить все моря и океаны. В действительности же этого не бывает. Их развитие ограничивается рядом неблагоприятных факторов, в первую очередь отсутствием достаточного количества питательной среды. В развитии микроорганизмов наблюдается определенная закономерность: после засева питательной среды наблюдается стадия покоя — микробы не развиваются, затем следует стадия бурного размножения, после достижения максимальной концентрации микробов в среде начинается стадия ускоренного их отмирания.

Пигментообразование свойственно многим микроорганизмам. Пигменты микробов, или красящие вещества, бывают красные, розовые, лимонные, желтые, золотистые, синие, фиолетовые, зеленые, черные. Пигменты могут быть нерастворимыми в воде, тогда окрашиваются только колонии, и могут быть растворимыми в воде, в этом случае они окрашивают в соответствующий цвет питательную среду.

Пигментообразование наиболее полно выявляется на картофельной среде при доступе кислорода и температуре 22—28 °С. Пигменты наиболее активно образуют микроорганизмы, селящиеся в зеленой кроне растений. Пигменты играют защитную роль против действия солнечного света и ультрафиолетовых лучей. Широко распространен в природе дрожжеподобный гриб Aureobasidium pullulans (De Bary) Arnaund, имеющий в своих клетках черный пигмент меланин. Красный железосодержащий пигмент пульхерримин образуется клетками дрожжей Candida runkaufii, и Candida pulcherrima, которые часто обнаруживаются в цветках растений и кишечнике пчел.

Свечение микроорганизмов. Фотогенные, светящиеся бактерии излучают фосфоресцирующий свет. Они образуют соединения, которые при притоке кислорода воздуха начинают светиться. Такие бактерии воздуха начинают светиться. Такие бактерии встречаются в морской и пресной воде. Фотогенные бактерии можно получить на среде из рыбы с добавлением; 4% хлористого натрия и при культивировании их; при температуре 9—12 °С.

Ароматообразование свойственно многим микроорганизмам, которые синтезируют летучие ароматические сложные эфиры. Такие микроорганизмы широко используются в виноделии, сыроварении, приготовлении масла. Многие патогенные хмикроорганизмы издают неприятные гнилостные запахи. Они иногда служат одним из признаков для определения болезней насекомых.

Токсинообразование. Некоторые патогенные микроорганизмы образуют яды — токсины. Различают экзотоксины — токсины, выделяемые живой микробной клеткой в питательную среду, и эндотоксины, тесно связанные с микробной клеткой. Токсины подавляют защитные свойства организма хозяина, например пчелы, тутового шелкопряда, благодаря чему микроорганизмы могут паразитировать.

физиология микроорганизмов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *