Ферменты и их роль в обмене веществ

Ферменты - это вещества белковой природы, выраба­тываемые живой клеткой. Они являются биологическими катализаторами и играют важную роль в обмене веществ микроорганизмов.

По химическому строению, свойствам и механизму действия ферменты микробов сходны с ферментами, образующимися в клетках и тканях животных и растений. Ферменты микробной клетки локализуются в основном в цитоплазме, некоторые содержатся в ядре и клеточной оболочке. Микроорганизмы могут синтезировать самые разнообразные ферменты, относящиеся к шести изве­стным классам: оксиредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы.

Характерным свойством ферментов является специфичность действия, т. е. каждый фермент реагирует с определенным химическим соединением или катализиру­ет одну или несколько близких химических реакций.

Активность ферментов зависит от температуры среды, рН и других факторов. Для многих патогенных микроорганизмов оптимальное значение рН 7,2-7,4, а оптимальная температура находится в пределах 37-50˚С.

Ферменты микроорганизмов классифицируются на эк­зоферменты и эндоферменты. Экзоферменты, выделя­ясь во внешнюю среду, расщепляют макромолекулы питательных веществ до более простых соединений, кото­рые могут быть усвоены микробной клеткой. Так, к экзоферментам относят гидролазы, вызывающие гидролиз белков, жиров, углеводов. В результате этих реакций белки расщепляются на аминокислоты и пептоны, жи­ры - на жирные кислоты и глицерин, углеводы (полисаха­риды) - на дисахариды и моносахариды. Распад белков вызывают ферменты протеазы, жиров - липазы, углево­дов - карбогидразы. Эндоферменты участвуют в ре­акциях обмена веществ, происходящих внутри клетки.

У микроорганизмов различают также конститутивные и индуктивные ферменты. Конститутивные фермен­ты постоянно находятся в микробной клетке независимо от условий существования. Это в основном ферменты клеточного обмена: протеазы, липазы, карбогидразы и др. Индуктивные (адаптивные) ферменты синтезируются в клетке только под влиянием соответствующего субстрата, находящегося в питательной среде, и когда микроорга­низм вынужден его усваивать. Таким образом, индуктивные ферменты позволяют микро­бной клетке приспособиться к изменившимся условиям существования.

Наряду с ферментами обмена многие патогенные бак­терии вырабатывают также ферменты агрессии, которые служат для преодоления естественных защитных барьеров макроорганизма и являются факторами патогенности. К таким ферментам относятся гиалуронидаза, дезоксирибонуклеаза, лецитиназа.

 

ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ

Дыхание (или биологическое окисление) микроорганиз­мов представляет собой совокупность биохимических про­цессов, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микробных клеток.

Все физиологические процессы, такие как движение, рост и размножение, образование спор и капсул, выработ­ка токсинов, могут осуществляться при постоянном прито­ке энергии. Микроорганизмы добывают энергию за счет окисления различных химических соединений: углеводов (чаще глюкозы), спиртов, органических кислот, жиров и т. д. Сущность окисления состоит в том, что окисляемое вещество отдает электроны, а восстанавливаемое получает их.

По типу дыхания все микроорганизмы разделяются на облигатные (строгие) аэробы, облигатные анаэробы и факультативные (необязательные) анаэробы.

Облигатные аэробы - живут и развиваются при свободном доступе кисло­рода, т. е. реакции окисления осуществляются у них при участии молекулярного кислорода с высвобождением большого количества энергии. Примером может служить окисление глюкозы в аэробных условиях:

С₆Н₁₂ 0₆+60₂ →6CO₂+6H₂O+2882,6 кД (688,5 ккал)

Существуют и микроаэрофилы, которые нуждаются в малых количествах кислорода.

Облигатные анаэробы - способны жить и размножаться только в отсутствие свободного кислорода воздуха. Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с образованием небольшого количества энергии. Так, при анаэробном разложении 1 моль глюкозы энергии выделяется значительно меньше, чем при аэробном дыхании:

С6Н₁₂0₆ →2С2Н₅ОН+2СО₂+130,6 кД (31,2 ккал)

Наличие свободного кислорода для облигатных анаэро­бов является губительным. Это связано с тем, что в присутствии кислорода конечным продуктом окисления органических соединений оказывается перекись водорода. А поскольку анаэробы не обладают способностью проду­цировать фермент каталазу, расщепляющую перекись водорода, то она накапливается и оказывает токсическое действие на бактерии.

Факультативные анаэробы могут размножаться как при наличии молекулярного кислорода, так и при отсутствии его. К ним относят большинство патогенных и сапрофитных бактерий.

Процессы разложения органических веществ в бескис­лородных условиях, сопровождающиеся выделением энер­гии, называют также брожением. В зависимости от участия определенных микроорганизмов и конечных продуктов расщепления углеводов различают несколько ти­пов брожения: спиртовое, осуществляемое дрожжами; молочнокислое, вызываемое молочнокислыми бактери­ями; маслянокислое, обусловленное маслянокислыми бактериями и др.

Выделение тепла при дыхании микроорганизмов можно наблюдать при выращивании культур в сосудах, защищен­ных от потери тепла - температура питательной среды будет постепенно повышаться. С выделением избыточного тепла при дыхании некоторых микроорганизмов связаны процессы самовозгорания торфа, навоза, влажного сена и хлопка.

 

 

ПИГМЕНТЫ МИКРООРГАНИЗМОВ

Некоторые микроорганизмы (бактерии, грибы) в про­цессе обмена веществ образуют красящие вещества - ­пигменты. По химическому составу и свойствам пигменты неоднородны. Они подразделяются на растворимые в воде; растворимые в спирте и нерастворимые в воде; нерастворимые ни в воде, ни в спирте. Нерастворимые в воде пигменты (липохромы) обычно окрашивают колонии бактерий (например: желтый, золотистый, палевый пигменты стафилококков), а раствори­мые - окрашивают питательную среду (синегнойная па­лочка).

Образование пигментов у микробных клеток происхо­дит на свету при достаточном доступе кислорода и определенном составе питательной среды.

Пигментообразование в ряде случаев является стойким признаком микроорганизмов, что позволяет использовать его в качестве теста для идентификации некоторых бактерий (например, стафилококки, синегнойная палочка).

Пигменты защищают микробную клетку от природной ультрафиолетовой радиации, принимают участие в процессах дыхания, некоторые обладают антибиотическим действием (продигиозан).

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: