2.2. Физиология микроорганизмов

При изучении данной темы в первую очередь познакомьтесь с химическим составом клетки, уясните роль основных соединений клетки в жизнедеятельности микроорганизмов. Обратите внимание, что микроорганизмы могут накапливать в клетках или синтезировать и выделять белки, аминокислоты, органические кислоты, витамины, полисахариды, антибиотики и др., благодаря чему могут использоваться в биотехнологии как продуценты этих веществ. Изучите практическое использование микроорганизмов в качестве продуцентов пищевого и кормового белка и др.

При изучении обмена веществ микроорганизмов уясните, что он состоит из двух неотделимых друг от друга процессов: конструктивного обмена (питания) и энергетического обмена.

Все процессы обмена веществ в клетке идут при обязательном участии ферментов: белков-катализаторов, ускорителей всех химических реакций, происходящих в клетке. Следует разобраться в строении ферментов, их свойствах, изучить классификацию. Обратите особое внимание на 2 класса ферментов: 1-й (оксидоредуктазы) и 3-й (гидролазы). Уясните, какие ферменты относятся к анаэробным, а какие к аэробным дегидрогеназам (1-ый класс). Эти ферменты участвуют во всех окислительно-восстановительных реакциях клетки, в том числе в процессах дыхания и брожений.

Гидролазы – это ферменты, которые наиболее широко используются в промышленности. Из гидролаз микроорганизмов наиболее широкое применение находят карбогидразы (особенно амилазы) и протеазы (пептидгидролазы). Разберитесь, в чем особенности гидролиза крахмала под действием  и глюкоамилазы. Уясните, в каких пищевых производствах используют амилазы микроорганизмов.

Протеазы – ферменты, катализирующие гидролиз белков, пептидов. Ознакомьтесь с областями применения протеаз.

Для многочисленных проявлений жизнедеятельности микробной клетки (размножения, движения, образования спор и т. д.) необходима энергия, которую большинство из них получает за счет окисления различных химических веществ. Одни микроорганизмы получают энергию, окисляя вещества с использованием молекулярного кислорода воздуха (аэробы), другие – без участия кислорода (анаэробы). Для многих микроорганизмов энергетическим материалом служат углеводы, которые аэробами окисляются полностью в процессе дыхания, а анаэробами – частично в процессах брожения.

Обратите внимание, что первая стадия процессов дыхания и брожения одинакова – это окисление углеводов до пировиноградной кислоты, осуществляемое без участия кислорода, в присутствии анаэробных дегидрогеназ. Чаще всего этот процесс идет по пути гликолиза.

Уясните, что в процессе гликолиза микроорганизмы получают мало энергии в виде АТФ. После образования пировиноградной кислоты в процессе дыхания происходит ее дальнейшее окисление до СО₂ в цикле Кребса и образования Н₂О и энергии в виде АТФ в дыхательной цепи.

В процессе брожений из пировиноградной кислоты образуются восстановленные продукты за счет передачи водорода от восстановленных дегидрогеназ. Сравните количество энергии, получаемой микроорганизмами в процессах дыхания и брожения. Разберитесь, почему происходит самосогревание различных органических материалов (хлопка, зерна, муки, картофеля и т. д.) и какое это имеет значение.

В процессе обмена веществ у различных микроорганизмов возникают самые разнообразные биохимические реакции, продукты которых широко используются в народном хозяйстве и быту. С другой стороны, биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами, могут разрушать пищевые продукты, вызывать различные виды их порчи.

Биохимические процессы, в основе которых лежит жизнедеятельность микроорганизмов, могут протекать в анаэробных условиях (спиртовое, молочнокисдлое, пропионовокислое, маслянокислое брожения), другие – аэробных (уксуснокислое и лимоннокислое «брожения»).

При изучении анаэробных процессов, вызываемых микроорганизмами, уясните, что во всех видах брожений промежуточным продуктом является пировиноградная кислота, образование которой обычно идет по пути гликолиза (кроме гетероферментативного молочнокислого брожения). Конечные продукты брожений зависят от особенностей ферментативного аппарата микроорганизмов. Для понимания химизма брожений следует изучить процесс гликолиза (см. тема «энергетический обмен" ). Разберитесь в химизме образования типичных продуктов брожений из пировиноградной кислоты. При изучении химизма брожения пектиновых веществ и клетчатки уясните, что первоначально эти соединения под действием гидролитических ферментов расщепляются до соответствующих углеводов, которые затем сбраживаются по типу мяслянокислого брожения. Разберитесь, в чем сходство и различие между гомоферментативным и гетероферментативным молочнокислым брожением.

Изучите особенности морфологии возбудителей брожений, их потребности в питании, условия протекания брожений. Уясните, возбудители каких брожений являются факультативными анаэробами, а каких – строгими анаэробами.

Обратите особое внимание на практическое использование и роль в процессах порчи пищевых продуктов отдельных видов брожений.

При изучении уксуснокислого и лимоннокислого «брожений» уясните, что это процессы неполного окисления органических веществ; они идут с участием кислорода воздуха. Брожениями эти процессы называются условно. Изучите способы промышленного получения уксусной и лимонной кислоты. Уясните роль уксуснокислых бактерий в процессах порчи пищевых продуктов.

Изучите процесс аэробного разрушения клетчатки и пектиновых веществ, его возбудителей, значение в природе и практике.

Обратите внимание на процесс расщепления белков под действием микроорганизмов, который называется гниением или аммонификацией. Этот процесс многоступенчатый и может идти в аэробных и анаэробных условиях. Разберитесь в химизме процесса гниения в аэробных и анаэробных условиях. Микроорганизмы, вызывающие гниение, называют гнилостными или аммонификаторами. Важное место среди них занимают бактерии – аэробные, факультативно-анаэробные и анаэробные. Изучите возбудителей процесса гниения. Обратите внимание на то, что процессы гниения приносят большой вред продовольственным товарам, содержащим белки, особенно мясу, рыбе, яйцам и др.

Разберитесь в процессах нитрификации и денитрификации, вызываемых микроорганизмами. Изучите химизм процесса разложения жиров и продуктов, содержащих жиры.

Контрольные вопросы:

1. Роль основных соединений клетки в жизнедеятельности микроор

ганизмов?

2.Практическое использование микроорганизмов?

3.Гидролазы и их роль?

4. Протеазы и их роль?

5. Какие ферменты относятся к анаэробным, а какие к аэробным де

гидрогеназам?

6. Микроорганизмы, вызывающие гниение?

7. Биохимические процессы, в основе которых лежит жизнедеяте

льность микроорганизмов?

8. Возбудителей процесса гниения?