42. Питание микроорганизмов. Ферменты микроорганизмов. Классы и виды ферментов. Пути катаболизма.

Ферменты, выделяемые микроорганизмами, имеют сложное строение. Одни состоят только из белка, другие из белка и небелкового компонента. Ферменты характеризуются высокой активностью и строгой специфичностью. Они нашли широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине.

Активность ферментов и скорость ферментативных реакций зависят от различных факторов: температуры среды, водородного показателя (рН), наличия в среде химических веществ и пр. Любой фактор, неблагоприятно воздействующий на фермент, подавляет и жизнедеятельность микроорганизма.

Каждый микроорганизм имеет набор ферментов, обусловленный его физиологическими свойствами. Набор ферментов любого микроорганизма определяется его геномом и считается достаточно постоянным признаком, поэтому выявление тех или иных ферментов имеет важное значение при идентификации и дифференциации различных микроорганизмов.

*Различают экзоферменты и эндоферменты. Ферменты, которые выделяются микробной клеткой во внешнюю среду и катализируют разложение сложных веществ субстрата (полисахаридов, белков и др.), называют экзоферментами, а ферменты, которые локализуются в самой клетке и участвуют во внутриклеточных процессах обмена веществ, – эндоферментами. Экзоферменты локализуются и функционируют на внешнем лепестке цитоплазматической мембраны, а эндоферменты – на внутреннем, а также в цитоплазме клетки.

*Различают также индуцибельные и конститутивные ферменты. К конститутивным относят ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно, независимо от наличия специфических питательных веществ в среде. Индуцибельные (адаптивные) ферменты синтезируются клеткой только при наличии в среде субстрата данного фермента.

В клетках некоторых бактерий вырабатываются ферменты агрессии (факторы агрессивности), которые обуславливают способность таких бактерий распространяться в тканях, разрушать их и вызывать сепсис и токсикемию. К таким ферментам относятся гиалуронидаза, коллагеназа, ДНКаза, нейраминидаза, лецитиназа, лецитивителлаза, плазмокоагулаза.

Известно более 2000 ферментов, которые подразделяют на шесть классов:

1. Гидролазы Катализируют реакции расщепления сложных ОВ по типу реакции гидролиза. Подразделяют: протеазы, липазы, амилазы, карбогидразы, эстеразы

2. Оксидоредуктазы Катализируют ОВР процессов дыхания и брожения. Относятся: дегидрогеназы, оксидазы, каталаза, пероксидаза.

3. Трансферазы Ферменты переноса групп атомов от одного соединения к другому. Имеются: фосфоферазы и аминоферазы.

4. Лиазы Ферменты расщепления, реакции глубокого расщепления веществ, разрывают химические связи между атомами углерода и кислорода. Относятся: альдолазы и декарбоксилазы.

5. Изомеразы Играют роль в процессах расщепления углеводов на первой стадии аэробного и анаэробного дыхания. Относятся: фосфогексоизомераза, катализирующая превращение галактозы (в форме фосфата) в глюкозу; изомеразы пентоз, триоз и пр.

6. Лигазы Синтетазы катализируют реакции карбоксилирования органических кислот, образование амидов (аспарагина, глутамина), участвуют в реакции соединения 2-х молекул, которые образуются параллельно с расщеплением АТФ. Энергия используется в реакциях синтеза.

В качестве источника питания и энергии при выращивании в искусственных условиях бакте рии наиболее часто используют углеводы. Способность утилизировать различные углеводы -важный диагностический признак. Базовый субстрат — глюкоза, которую бактерии разла гают в процессе дыхания либо брожения. Многие реакции катаболизма глюкозы протекают одинаково у аэробных и анаэробных бактерий, в частности три пути превращения гексоз в триозы (гликолиз, пентозофосфатный путь и путь Энтнера-Дудорова).

Гликолитический путь (гликолиз, путь Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса, фруктозо-1,6-дифосфатный путь) доминирует у большинства аэробных и анаэробных микроорганизмов — кишечной палочки, бацилл, пенициллов, дрожжей, стрептомицетов и многих других. Характерная реакция гликолиза — расщепление фруктозо-1,6-дифосфата альдолазой, в результате чего образуется смесь триозофосфатов, состоящая из дигидрооксиацетонфосфата и глицероальдегидтрифосфата, которые затем превращаются в пируват. Фермент обратной связи, лимитирующий скорость процесса, — фруктозо-6-фосфат дегидрогеназа (фосфофруктокиназа). В этом процессе образуется 2 моля АТФ и 2 моля восстановленного НАД (НАДН+ на 1 моль глюкозы.

Пентозофосфатный путь (схема Варбурга-Диккенса-Хореккера-Рэкера, фосфоглюконатный путь) включает не только образование пентозофосфатов, но и реакции превращения пентозофосфатов в триозо-3-фосфаты. В результате изомеризации фруктозо-6-фосфата в глюкозо-6-фосфат и конденсации двух молекул триозо-3-фосфата в гексозофосфат все перечисленные реакции замыкаются в цикл, при одном обороте которого из 3 молекул глюкозо-6-фосфата образуются 2 молекулы фруктозо-6-фосфата, одна молекула триозо-3-фосфата, 3 молекулы С02 и трижды по 2 восстановленных НАДФ (НАДФН+). Последовательность подобных превращений глюкозы у бактерий идентична таковой у высших организмов. Этот путь катаболизма глюкозы следует рассматривать как второстепенный, но имеющий специальное назначение — источник пентоз для синтеза нуклеиновых кислот, а также источник восстановительных эквивалентов НАДФН+.