ЛЕКЦІЯ №3-4.
ТЕМА: ФІЗІОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ.
МЕТА ЛЕКЦІЇ Ознайомити студентів з хімічним складом та фізіологією живлення, дихання мікроорганізмів.
КЛЮЧОВІ СЛОВА: о рганогени, білки, вуглеводи, ліпіди, автотрофи, гетеротрофи, анаболізм, катаболізм, аероби, анаероби, токсини, ферменти, пігменти, ароматичні речовини.
ПЛАН ЛЕКЦІЇ
1. Хімічний склад мікробної клітини.
2. Живлення мікроорганізмів:
· автотрофи;
· гетеротрофи;
· анаболізм та катаболізм;
· механізм надходження поживних речовин до мікробної клітини.
3. Дихання мікроорганізмів:
· аероби(аеробне дихання, повне, неповне окислення);
· анаероби(нітратне, сульфатне дихання, бродіння);
· факультативні анаероби.
4. Ферменти мікроорганізмів.
5. Токсини, пігменти, ароматичні речовини мікробів.
Хімічний склад мікробів.
При вивченні мікроорганізмів необхідно знати не тільки морфологічні особливості цих істот, а й ті зміни у природі до яких вони призводять. Це в свою чергу дозволить направлено впливати на них і регулювати фізіологічні процеси у середовищі.
У кожному живому організмі, в т.ч. і у мікробів, постійно відбувається обмін речовинами з навколишнім середовищм. Для існування мікроорганізмам потрібні певні джерела живлення, з яких мікробна клітина будує своє тіло і дістає необхідну енергію.
До складу бактеріальної клітини входять вода (75-85 %) і сухі речовини (15-25%)
Вода складає основну масу мікробної клітини. У капсульних бактерій її більше, в бацилах менше. Так у Azotobacter води міститься до 97,3%, у кишкової палички-73,3 %, у спорах- 50 %. У спорах вода знаходиться у зв’язаному стані, у вегетативних клітинах- у вільному. Більш високий вміст кальцію і магнію у спорах обумовлює зв’язування води. В таких умовах білки не коагулюють,що збільшує їх стійкість до високих температур. Зв’язана вода входить до складу молекул білків, вуглеводів,жирів і інших сполук. У вільній воді відбувається рух іонів і електричних зарядів. Біологічні і фізіологічні процеси в клітині, також відбувається з участю води. Зменшення її призводить до уповільнення життєдіяльності (анабіозу) а висушування до загибелі вегетативних форм.
Сухої речовини в мікробних клітинах у середньому 15-25%. Для синтезу життєво важливих органічних сполук (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів) мікробам необхідні органогени- вуглець, азот, водень, кисень, вміст яких досягає 90-97% маси всієї сухої речовини. Вуглець- 45-55 %, кисень- 30-40 %, азот- 8-10 %,водень- 6-8 %. Крім цих елементів у мікробній клітині містяться зольні елементи- фосфор, сірка, натрій, магній, кальцій(3-10 %), у незначній кількості залізо(0,1-0,5%)мідь, цинк, марганець, кобальт, молібден, а також вітаміни та інші фактори росту.
Основну масу сухої речовини мікробів складають білки, вміст яких залежно від виду мікроорганізмів та складу живильного середовища доходить до 80 %.Білки мікроорганізмів мають ті ж амінокислоти, що й білки тварин і рослин.
Мікробна клітина містить прості білки- протеїни і складні- протеїди. Складні білки складаються з протеїнів, небілкових компонентів, нуклеїнових кислот, полісахаридів.
Найбільше значення для життєдіяльності мікроорганізмів мають складні білки, осбливо нуклеопротеїди, до складу яких входять білки і нуклеїнові кислоти. Вони відіграють важливу роль у рості та розмноженні мікробів. З ними пов’язані видові особливості, спадкова передача специфічних властивостей, утворення нових рас, штамів та видів у бактерій, грибів, вірусів.
Керування синтезом білка відбувається за допомогою РНК, що міститься головним чином у цитоплазмі клітини і відтворює структуру спадкової хімічної речовини - ДНК.
До складу мікробів входять також такі складні білки як глюкопротеїди, ліпопротеїди, хромопротеїди та різні ферменти.
Вуглеводи у мікробній клітині представлені полісахаридами (12-28 %). У протоплазмі вуглеводи зустрічаються у вигляді зернин крохмалю і глікогену. Вони є енергетичним матеріалом.
У великій кількості полісахариди виявляються у капсульних мікробів (азотобактер, сибірка, пневмокок.) Кожний мікроб має певний полісахарид, що дає можливість диференцюювати їх. Капсула патогенних мікробів, яка утворюється із вуглеводів, обумовлює вірулентність мікроба і виконує захисну функцію.
Ліпіди (жири та жироподібні речовини ліпоїди) знаходяться найчастіше в оболонці клітини на поверхневому шарі цитоплазми. Їх кількість коливається від 3,8% (дифтерійна бактерія) до 40 % (туберкульозна бактерія).
Вони впливають на проникність клітинних оболнок, зумовлюють токсичні та антигенні властивості хвороботворних мікробів, захищають їх від впливу несприятливих умов навколишнього сердовища, можуть накопичуватись як живильний матеріал.
З жироподібних речовин у мікробній клітині наявні вільні жирні кислоти, фосфатиди, віск. Значна кількість ліпідів з іншими речовинами клітини утворює складні комплекси - ліпопротеїди,фосфоліпіди, що виконують роль в окислювально- відновних процесах метаболізму клітини.
Мінеральні речовини різноманітні як по складу, так і по кількості. Вони утворюють золу після спалювання мікробів і складають від 2-14 % сухої речовини клітини.
Живлення мікробів.
Основною ознакою живого організму є обмін речовин. Він вміщує в собі два процеси:
1. асиміляція - надходження з навколишнього середовища поживних речовин, необхідних для синтезу складових частин мікробної клітини;
2. дисиміляція - виділення в навколишнє середовище продуктів життєдіяльності.
За типом живлення мікроорганізми поділяються на 2 основні групи: авто- і гетеротрофи. Залежно від джерел енергії їх поділяють на фототрофи, які використовують сонячне світло, і хемотрофи, енергетичним матеріалом для яких є різноманітні органічні і неорганічні речовини.
В залежності від того в якій формі мікроорганізми отримають із навколишнього середовища вуглець, їх розділяють на дві групи:
1. автотрофні - використовують єдине джерело вуглеця- вуглекислий газ повітря із якої вони синтезують для себе необхідні сполуки;
2. гетеротрофні -отримують вуглець із органічних сполук(сапрофіти, паразіти)
Таким чином, в залежності від способу отримання енергії і вуглецю мікроорганізми поділяють на:
· фотоавтотрофи;
· фотогетеротрофи;
· хемоавтотрофи;
· хемогетеротрофи.
Міксотрофи- здатні окислювати і мінеральні, і органічні сполуки, або джерелом вуглецю може бути і СО2 і органічні речовини.
В залежності від походження окислювального субстрату, який називають донором електронів (-Н- донором). м/о поділяють на органотрофи, які використовують органічні речовини як джерело енергії і л ітотрофи, отримують енергію за рахунок окислення неорганічних сполук.
Тому в залежності від використовуємого м/о джерела енергії і донора електронів їх розрізняють:
1. фотолітотрофи - використовують енергію світла (фотосинтез) для синтеза речовин клітини із СО2 і неорганічних сполук(Н2О, Н2S, S). До цієї групи відносять ціанобактерії, пурпурові сіркові бактерії і зелені сіркові бактерії.
2. фотоорганоротрофи - для отримання енергії, окрім фотосинтезу, використовують ще і прості неорганічні сполуки. До цієї групи відносять пурпурні несіркові бактерії, що не здатні окислювати сірко-водень (Н2S) до сірки. Можуть розвиватися як при світлі, так і в темноті.
3. хемолітотрофи - м/о які отримують енергію при окисленні неорганічних сполук і елементів: Н2,СО2, NH3, H2S, Fe, S, S2O3.
4. хемоорганотрофи - м/о які отримують енергію при окисленні або бродінні органічних речовин. До них відносять більшість мікробів грунту, води, повітря.
Явище хемосинтезу у мікроорганізмів (сіркобактерій, залізобактерій, нітрифікаторів) було відкрито в 1887-1890 р. російським вченим Виноградським С.М.
Гетеротрофи - чисельна група м/о які використовують для живлення вуглець органічних сполук. Гетеротрофи поділяють на сапрофіти та паразити.
Сапрофіти(метатрофи) - мікроби, які ростуть на мертвому субстраті (продуктах харчування, кормах, тваринних та рослинних рештках та ін.).
Паразити(паратрофи) - живляться органічними сполуками живих організмів. Сюди відносяться збудники інфекційних хвороб тварин, людини (патогени) і рослин (фітопатогени).
Крім вуглецю життєво важливим компонентом мікробної клітини є азот, який входить до складу білків,нуклеїнових кислот.
Залежно від джерела азоту мікроби поділяють на дві групи:
1. аміноавтотрофи - синтезують білок з мінеральних або найпростіших сполук азоту (нітратів, амонійних солей, повітря), властивий грунтовим мікроорганізмам.
2. аміногетеротрофи - використовують для живлення готові амінокислоти (патогенні і деякі сапрофітні м/о).
Мікробна клітина потребує також мінеральних речовин, або зольних елементів. Потреба в них не дуже велика, але без деяких сполук мікроб не може існувати.
Калій - активізує ферментні системи, прискорює фізіологічні процеси.
Магній - входить до складу пігментів, підвищує активність карбоксилази, пептидази.
Фосфор -бере участь у процесах дихання, входить до складу нуклеїнових кислот
Сірка - один з компонентів білків, що складаються з амінокислот цистину, цистеїну та метіоніну.
Залізо -входить до складу дихальних ферментів.
Джерела живлення надходять в середину клітини через її поверхню. Це складний фізико-хімічний процес, в якому важливе значення мають концентрація поживних речовин, їх хімічна будова, розмір молекул, розчинність,ступінь проникності цитоплазматичної мембрани, активність ферментів, рН сердовища.
Потрапивши в середину мікробної клітини поживні речовини беруть участь у різних хімічних реакціях. Ці реакції та інші прояви життєдіяльності м/о мають загальну назву метаболізм (обмін речовин). Метаболізм складається із двох життєво важливих процесів - катаболізму і анаболізма.
Катаболізм(енергетичний обмін) - процеси розщеплення поживних речовин - вуглеводів, жирів, білків за рахунок окислення, в результаті чого виділяється енергія. У м/о розрізняють дві основні форми катаболізму- аеробне дихання і бродіння. При аеробному диханні здійснюється повний розпад органічних сполук із звільненням великої кількості енергії і утворенню бідних енергією кінцевих продуктів (СО2 і Н2О). При бродінні відбувається не повний розпад органічних речовин, звільнюється незначна кількість енергії і накопичуються багаті енергією кінцеві продукти (етиловий спирт, молочна, масляна, уксусна та ін. кислоти).
Енергія, що утворилася при катаболізмі органічних сполук акумулюється у формі енергії фосфатних зв’язків аденозинтрифосфата (АТФ).
Анаболізм(біосинтез,контструктивний обмін) -об’єднує процеси синтезу макромолекул клітини (нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів) із простих сполук, які присутні в навколишньому середовищі. Процеси біосинтезу пов’язані з споживанням вільної енергії, яка утворилася в результаті аеробного дихання чи бродіння.
Катаболізм і анаболізм відбуваються одночасно, вони взаємозв’язані і складають єдиний процес метаболізму.
Надходження поживних речовин у клітину м/о.
Надходження води і розчинних в ній поживних речовин із навколишнього середовища всередину мікробної клітини, а також вихід продуктів обміну відбувається через капсулу, клітинну стінку, цитоплазматичну мембрану. Виділяють різні механізми, за допомогою яких речовини з навколишнього середовища проходять через цитоплазматичну мембрану:
Пасивна дифузія - найпростіший спосіб живлення мікробної клітини який не потребує енергії і відбувається в наслідок різниці концентрації речовин у навколишньому середовищі і клітині. Шляхом пасивної дифузії через цитоплазматичну мембрану проходить вода і лише деякі речовини (кисень), швидкість такої дифузії невелика.
При більш високій концентрації речовин у навколишньому середовищі цитоплазма зморщується і відштовхується від оболонки. Клітина знаходиться у розслабленому, в’ялому стані і гине. Це явище має назву плазмоліз. Подібне явище спостерігається у природі, а інколи його створює людина. При приготуванні варення, солінні огірків, капусти, збереження м’яса, сала за допомогою соління людина створює несприятливі умови для розвитку мікроорганізмів, підвищуючи концентрацію розчинів.
Зворотне явище - деплазмоліз спостерігається при низькій концентрації солей у розчині. Рідина проходить у клітину доти, доки концентрація речовини клітини і середовища не зрівняються. Цьому може передувати розрив клітинної оболонки. Це відбувається коли мікробна клітина потрапляє у дистильовану воду.
Коли концентрація солей у розчині помірна, рідина з розчиненими в ній сполуками проходить у клітину, протоплазма щільно притискається до мембрани і знаходиться у стані напруги. Це нормальний стан мікробної клітини і називається таке явище тургор.
Перенесення речовин живильного субстрату в клітину відбувається за допомогою ферментів. Це так звані перміази. Їх синтез і локалізація відбувається в цитоплазматичній мембрані. Такий процес потребує витрат метаболічної енергії (АТФ), яку виділяють клітини внаслідок окислювально- відновних реакцій. Відомо два типа процесів транспорту, які відбуваються за допомогою переносників. Перший тип – полегшена дифузія. Рушівною силою цього процесу є різниця в концентрації речовин по обидві сторони мембрани. Молекула речовини з’єднується з молекулою-переносником біля зовнішньої поверхні мембрани, і утворений комплекс дифундує крізь мембрану до її внутрішньої сторони. Там він дисоціює і звільнена речовина опиняється в середині клітини. Потім переносник дифундує до зовнішньої поверхні і одразу може приєднати до себе іншу молекулу речовини.
Полегшена дифузія не потребує витрат енергії, якщо зовнішня концентрація речовин вища внутрішньої, і речовина таким чином переміщується „вниз” по хімічному градієнту. Рахують, що вихід продуктів обмну речовин з мікробної клітини відбувається по типу полегшеної дифузії при участі переносників.
Другий тип називається активним транспортом. В цьому випадку розчинені речовини переносяться з клітини мікроорганізмів „вгору” по хімічному градієнту (або проти градієнта концентрації).
Вважають, що більшість речовин проникає в клітину м/о внаслідок активного транспорту. Такий рух речовин потребує енергію (АТФ), яка утворюється в клітині внаслідок дихання або бродіння.
Кількість перміазних білків у цитоплазматичній мембрані мікроорганізмів може бути значною. Так у однієї клітини кишкової палочки є близько 8000 молекул перміаз, які переносять лактозу.
Джерела живлення можуть потрапляти за рахунок обміної адсорбції. Вона обумовлена здатністю електрично зарядженої поверхні мікробної клітини адсорбувати протилежно заряджені речовини. Адсорбовані сполуки проходять в середину клітини і використовуються для побудови її тіла.
Швидше і легше проникають дрібні молекули. Білки, жири, вуглеводи поступають у мікробну клітину після гідролізу їх екзоферментами. Мінеральні- при дисоціації на іони.
Як правило засвоєння (асиміляція) їжі та біосинтетична діяльність клітини первищують розклад (дисиміляцію) сполук протоплазми. Це сприяє тому, що клітина росте, розвивається, розмножується.
Дихання мікроорганізмів.
У 1780 р. французьський вчений Лавуаз’є відкрив, що тварини поглинають кисень із повітря, а виділяють СО2. Цей процес біологічного окислення отримав назву дихання. Це явище властиве і для рослин.
Дихання можна визначити як метаболічний процес, який відбувається з утворенням АТФ, при проходженні якого органічні або неорганічні сполуки є донорами електронів(вони при цьому окислюються), а акцепторами електронів обов’язково є неорганічні сполуки (вони при цьому відновлюються).
Розмежувати процес живлення і дихання у мікроорганізмів дуже важко.
Вважають, що в процесі живлення відбувається ендотермічні реакції (з поглинанням теплоти), основу дихання складають екзотермічні реакції (з виділенням теплоти). Ці процеси відбуваються паралельно; виділена при диханні енергія необхідна мікробам для синтезу ними органічних сполук клітини.
Джерелом для ендо-та екзотермічних реакцій, тобто дихальним і будівельним матеріалами може бути одна й таж органічна сполука. Наприклад, цукор для гетеротрофів - це джерело вуглецю і енергетичний субстрат.
У більшості мікробів які живуть і розмножуються при наявності кисню повітря, дихання відбувається за допомогою ферментів, що активізують дихальні субстрати і молекулярний кисень. Відомо, що молекулярний кисень повітря нездатний окислювати речовини мікробної клітини. Необхідно спочатку активізувати молекулярний кисень або водень в окислювальному субстраті. Кисень активізується завдяки дихальним ферментами оксидазам, водень-дегідразам.
Окислення визначають як процес віддачі водню (дегідрування), а відновлення- його приєднення до дихального субстрату. Тобто при окисленні речовина втрачає електрони, а при відновленні- приєднує їх.
Окислення може бути представлено таким рівнянням:
АН2 àА + 2Н
В +2Н àВН2
Відбувається окислення АН2 за допомогою В:
АН2+ВàВН2 +А
В цій реакції АН2- відновник, або донор водню, В- окисник, або акцептор водню.
Поняття окислення застосовується і до реакцій, які пов’язані тільки з перенесенням електронів. Ні електрони, ні водень не можуть накопичуватися у середовищі у вільному стані. Вони повинні бути акцептовані якою небудь хімічною сполукою. Тому кожне окислення обов’язково супроводжується відновленням.
Таким чином, біологічні перетворення в цитоплазмі мікробної клітини зв’язані з рухом протонів та електронів, це не простий електричний рух, а складний біохімічний процес, який здійснюється за допомогою ферментів. Енергія, яка звільняється в процесі окислювально - відновних реакцій, накопичується у макроергічних сполуках АДФ і АТФ. Ці сполуки мають велику кількість доступної енергії. Вони локалізуються у мітохондріях. Саме в цих утворення відбувається окислення вуглеводів, амінокислот, жирних кислот і інших сполук.
Велика кількість енергії, яка утворюється м/о може виділятися у навколишнє середовище і викликати підвищення температури. Подібне явище спостерігається при силосуванні кормів, біотермічному знезараженні гною, у скиртах або стогах погано висушеного сіна, у вологому зерні.Тепло, яке виділяють м/о називають біопаливом. Воно може бути використане у сільському господарстві при створені парників для вирощування ранніх овочів, виготовленні бурого сіна.
По типу дихання мікробів ділять на аеробів, анаеробів і факультативних анаеробів.
Якщо кінцевим акцептором електронів є молекулярний кисень, то такий дихальний процес називається аеробним диханням. Аероби добре ростуть на поверхні середовища, яке зіткається з середовищем.
У деяких м/о кінцевий акцептор електронів не молекулярний кисень, а неорганічна сполука, такі як (нітрати, сульфати і карбонати). Це так зване анаеробне дихання.
Деякі групи аеробних м/о можуть утворювати АТФ шляхом бродіння, або при анаеробному диханні коли вони використовують нітрати в якості акцептора електронів. Такі м/о називають факультативними анаеробами.
Аеробне дихання - це процес розпаду органічних сполук із звльненням великої кількості енергії і утворення бідних енергією кінцевих сполук. Окисленням, головним чином складних органічних сполук, утворюється енергія, яка виділяється у навколишнє середовище або накопичується у макроергічних фосфатних зв’язках АТФ. Розрізняють повне і неповне окислення.
Повне окислення. Основне джерело енергії у мікробів- вуглеводи. При їх розщепленні утворюється важливий продукт піровіноградна кислота (піруват). Повне окислення піровіноградної кислоти відбувається у циклі трикарбованих кислот (цикл Кребса). Внаслідок розщеплення глюкози в аеробних умовах процес окислення йде до кінця- до утворення вуглекислоти та води і звільнується велика кількість енергії:
С6Н12О6 + 6О2à 6СО2 +6Н2О +2874,3 кДж.
Неповне окислення. Не всі аероби доводять реакції окислення до кінця. При великій кількості вуглеводів у середовищі утворюється продукти неповного окислення, в яких міститься енергія. Кінцевими продуктами неповного аеробного окислення цукру можуть бути органічні кислоти: яблучна, цитринова, щавлева та ін., вони утворюються плісеневими грибами. Так же здійснюється аеробне дихання оцтовокислими бактеріями у яких при окисленні етилового спирту утворюється не вуглекислота і вода, а оцтова кислота та вода:
С2Н5ОН+О2àСН3СООН+Н2О+494,4 кДж
У деяких бактерій в процесі диханя відбувається окислення неорганічних сполук.
Прикладом окислення неорганічних сполук можуть бути процеси нітріфікації, при яких нітрифікуючи бактерії спочатку окислюють аміак до азотистої кислоти, а потім до азотної. У кожному випадку при цьому виділяється енергія: у першій фазі 274,9 кДж, у другій 87,6 кДж.
Анаеробне дихання відбувається без участі молекулярного кисню. Розрізняють власне анаеробне дихання (нітратне, сульфатне) і бродіння (токсична для кисню – утворення і накопиченя перекісі водню у літальних дозах).
При анаеробному диханні акцептором водню є окислені неорганічні сполуки які легко віддають кисень і перетворюються у відновленні форми. Таким чином відбувається денітрифікація і десульфофікація.
Нітратне дихання -це відновлення нітратів до молекулярного азоту.
Сульфатне дихання - відновлення сульфатів до сірководня. У обох випадках вивільнюється значна кількість енергії 1760 кДж. Ці процеси відбуваються тільки в анаеробних умовах. Бо процес відновлення нітратів до молекульного азоту, а сульфатів до сірководня каталізується ферментами нітратредуктазою та сульфатредуктазою. Якщо в середовищі міститься кисень, функція ферментів пригнічується.
Бродіння –розщеплення органічних вуглеводистих сполук в анаеробних умовах. Воно характеризується тим, що останнім акцептором водню є молекула органічної речовини з ненасиченими зв’язками. Речовина при цьому розкладається тільки до проміжних продуктів, які представляють собою складні органічні сполуки (спирти, органічні кислоти). Енергія яка в них міститься не використовується мікробами, а утворена в невеликій кількості виділяється у навколишнє середовище. Так, при бродінні молекули глюкози звільнюються тільки 117,3 кДж, або приблизно 24,5 рази менше, ніж при аеробному окисленні.
Усі види бродінь до утворення піровиноградної кислоти проходять однаково, подальше перетворення піровиноградної кислоти залежить від властивостей мікроба. Молочнокислі гомоферментативні м/о перетворюють її у молочну кислоту, дріжджі у етиловий спирт.
Ферменти мікробів.
1. Ферменти беруть участь у розщепленні та синтезі речовин. Вони
специфічні тобто виявляють свою активністьщодо певних сполук нестійкідо впливу несприятливих зовнішніх факторів: руйнуютьсяпри температурі 60 °С,а також: під дією лугів, кислот, солей важких металів тощо.
2. Ферменти не змінюються до кінця реакції, не входять до складу кінцевих продуктів. Вони не токсичні. Ця важлива властивість має велике значення для багатьох галузей народного господарства, особливо харчової промисловості і медицини.
3. Ферменти діють при певному рН: пепсин активний тільки в кислому середовищі (рН 1,5—2,5), трипсин—слабко- лужному (рН 7,8—8,7), каталаза і уреаза—нейтральному(рН -7,0).
4. Ферменти в основному білкові комплекси, що мають велику молекулярну масу, за формою — кристали, які можуть випадати в розчинах, мають електричний заряд. Ферменти бувають одно- і двокомпонентними До складу останніх входять білок-носій і простетична або активна група. Білковий носій називається апоферментом, активна група - коферментом.Власне ні білкова, ні простатична група не має ферментативної активності і тільки разом вони набувають її.
5. Розрізняють ендоферметита екзоферменти. Перші міцно зв'язані зцитоплазмою і здійснюють перетворення поживних речовин у складі частини клітини. Другі виділяються в живильне середовище,розчиняються в ньому, проходять через бактеріальні фільтри, розкладаютьскладні сполуки на прості. Останні єпластичним матеріалом дня побудови тіла мікробної клітини.
6. Каталітичну дію ферментів визначають надзвичайно малі їх кількості: 1 г амілази може розщепити 1 т крохмалю, а 1 г хімозину може зумовити зсідання 12 т молока: 1 г пепсину здатний розщепити 50 кг коагульованого білка, 1 молекула каталази при 40°С за 1 с руйнує 550 тис. молекул пероксиду водню.
Еміль Дюкло (1898) запропонував називати ферменти за речовиною, на яку вони впливають, з додаванням закінчення -аза. Наприклад, фермент; що розкладає жири, називають ліпаза, білки—протеїназа.
І. П. Павлов відмічав, що ферменти — це збудники усіх хімічних перетворень, вони обумовлюють життєво важливі процеси.
На сьогодні відомо близько 2000 ферментів, які за класифікацією розробленою Міжнародним біохімічним товариством (1961), об'єднані в шість класів: оксидоредуктази, трансферази, гідролази, ліази, ізомерази лігази, або синтетази.
1. Оксидоредуктази — окислювально-відновні ферменти, що
прискорюють процеси окислення і відновлення різних сполук беруть участь
у процесах дихання мікробів. Ця група включає більше 200 ферментів.
Наприклад, дегідрогенази—ферменти, що обумовлюють процес-біологічного
окислення шляхом відняття водню від. субстрату донора і приєднання його до
кисню або іншого акцептора. Розрізняють аеробні і анаеробні дегідрогенази.
Аеробні дегідрогенази переносять водень безпосередньо до молекулярного
кисню або інших систем, їх називають оксидазами (аеробіоз). Анаеробні
дегідрогенази взаємодіють з субстратом, віднімають від нього ведень іпередають акцептору—ненасиченим речовинам. В результаті утворюються
органічні кислоти і спирти (анаеробіоз).,
2. Трансферази — ферменти переносу. Вони переносять окремі груші
радикали і атоми як між окремими молекулами, так і всередині них
(метальні, карбоксильні та н.). Представниками цього класу є амінотрансферази, фосфотрансферази та ін. Амінотрансферази переносять аміногрупу з однієї амінокислоти на іншу, фосфотрансферази—фосфатний залишок з АТФ на глюкозу і фруктозу.
3. Гідролази —ферменти, що прискорюють гідроліз- реакцію обмінного розкладу між водою і різними сполуками. Вони є у багатьох мікроорганізмів Гідролази об'єднують більше 200 ферментів. У цю групу входять естерази, фосфатази, глюкозидази, що відповідно розщеплюють складні ефіри, глюкозиді зв'язки у вуглеводах і їх похідних пептидази, що прискорюють гідроліз пептидних зв'язки у білках; амілази, які регулюють гідроліз амідів, амінокислот та інших сполук.
4. Ліази ферменти, що негідролітичним шляхом відщеплюються від
субстратів яку-небудь групу (реакція між вуглецем 1 киснем, азотом, сіркою,галогеном). Цей клас ензимів об'єднує близько 90 ферментів. Найважливіше значення них миють карбоксилаза, альдегід-ліаза (альдолаза) та ін.
5. Ізомерази - ферменти, які каталізують реакції ізомеризації переміщення всередині молекул водню, фосфору, що має важливе значення в
обміні речовин. До цієї групи відносяться фосфорогексоізомераза,
гріозофосфорізомераза та ін.
6. Лігази або синтетази — ферменти, що прискорюють синтез
складних сполук за рахунок розпаду пі-рофосфорннх зв'язків у АТФ, або
інших багатих на енергію пірофосфатів. Лігази беруть участь у синтезі
білків, нуклеїнових, жирних кислот та інших речовин.
Ферменти мікробного походження широко застосовують у харчовій промисловості, сільському господарстві, особливо тваринництві, -медицині, а також інших галузях народного господарства. Наприклад, амілази використовуються при ферментативному одержанні глюкози з крохмалю, глюкозної та мальтозної патоки, в спиртовій пивоварній та хлібопекарській промисловості. 'У ветеринарії високоактивні очищені препарати амілаз застосовують для лікування тварин, хворих на дистрофію, що зумовлене неперетравленням крохмалю.
Пектиназирозщеплюють пектини — речовини, що «склеюють» окремі клітини рослин. Вони містяться в ягодах, фруктах, стеблах та коренях. •Пектинази мікроорганізмів різних видів застосовують у технологічних процесах, що вимагають руйнування рослинних тканин, звільнення клітин та зміни структури клітинних оболонок. Пектинази використовують для мацерації1 фруктової або плодоягідної м'язги, що сприяє збільшенню виходу соку, його освітленню та руйнуванню розчинених у ньому пектинових речовині
Ферменти мікроорганізмів целюлози розкладають основний компонент клітинної оболонки рослин целюлозу, і шляхи їх використання давно відомі людству.
Протеїназиздатні покращувати якість м'ясних виробів, рибопродуктів, збільшувати строки зберігання і підвищувати поживну цінність кормів тощо.
Сичужний ензим, який одержують з сичуга, використовують у виробництві сирів, де головним процесом є зсідання білків молока під дією цього ферменту.
Пігменти мікробів
Наявність пігментів у світі мікроорганізмів спадково закріплюється при їх розмноженні. Багато кольорових бактерій знаходиться в повітрі. Вважають, то пігменти виконують захисну функцію проти згубної дії на мікроорганізми ультрафіолетового випромінювання. Забарвлені колонії у кисневому середовищі та при освітленні зберігаються краще, ніж без пігментні Більшість пігментоутворюючнх мікробів—сапрофіти. Першим пігментом, відомим людству, був криваво-червоного кольору продигіозин, який утворює чудова паличка (Ваct. рrodigiosum). Синій пігмент піоціанін продукує Рzeudomonas aeruginosa, фіолетовий – Chromobacterium violaccum. Ці види бактерій характеризуються антибіотичною активністю. Вони нерідко забруднюють рани, забарвлюючи гній у синьо-зелений колір. Жовтий пігмент утворюють сарцини, стафілококи; чоріїний (меланіни)—деякі види дріжджів та міцеліальних грибів Stachybotrys alternans тощо.
Важливою групою мікробних пігментів є каротиноїди, які утворюють більшість фототрофних бактерій, деякі родини дріжджів, мікроміцетів та актиноміцетів. У фототрофів каротиноїди беруть участь у процесах фотосинтезу. У гетеротрофів вони локалізуються в цитоплазматичній
мембрані. У гіфоміцетів каротиноїди зв'язані головним чином з ліпідами.
.
Токсини мікробів.
Патогенні мікроорганізми в процесі життєдіяльності виробляють отруйні речовини—токсини, які спричиняють захворювання людини, тварин, -рослин (токсикози). Розрізняють екзотоксини—токсичні речовини, що виділяються мікробами назовні, та ендотоксини, що тісно зв'язані з мікробйою клітиною і вивільняються з неї лише після її розпаду. Ендотоксини синтезуються сальмонелами, ешерихіями, збудниками бруцельозу, туберкульозу та ін.
Екзотоксини бактерій мають білкову природу. Це високоактивні повноцінні антигени (збудники ботулізму, правпя. дифтерії ), на які організм виробляє антитіла Екзотоксини легко дифундують з клітини в навколишнє середовище. Вони високотоксичні, здатні вибірково уражати окремі органи, викликають утворення антитоксинів в організмі. Термолабільні мають білкову природу, руйнуються протеолітичними ферментами під дією формаліну переходять в анатоксини. Антитоксична сироватка ще проти токсину, а не проти мікробної клітини.
Ендотоксини міцно з’єднані з тілом бактеріальної клітини, менш токсичні, вибіркова дія слабко виражена. Термостабільні.. За молекулярною будовою ендотоксини більш складні білки, що містять фосфоліпіди і полісахариди. Належать до глюцедоліпідних комплексів, резистентні до дії протеолітичних ферментів. Під дією формаліну частково руйнуються
Особливу загрозу для здоров'я людини та тварин становлять токсичні речовини грибів, що пошкоджують продукти харчування і корми. На сьогодні описано 300 видів плісеневих мікроміцетів, що продукують більше 120 мікотоксишв. Вони відрізняються за хімічною будовою (білки, полісахариди, кислоти, спирти тощо) і характером загальнотоксичної дії на живий організм.
