dfbdbdgf / 3вопр

3.Конструктивный обмен у микроорганизмов (анабиоз микроорганизмов). Типы питания: автотрофное и гетеротрофное. Сапрофиты и паразиты. Тургор, плазмолиз и плазмоптис микробной клетки. Роль ферментов в конструктивном обмене.

Конструктивный обмен у микроорганизмов.  Совокупность химических реакций, приводящих к построению вещества клетки, получила название конструктивного обмена или анаболизма. 

Клетка микроорганизма состоит из многих химических элементов, важнейшими из которых являются:  - биогены (т.е. вещества, влияющие на жизнедеятельность микроорганизмов, необходимые для их жизни): углерод, кислород, водород, азот, фосфор и сера;  - минеральные вещества: макроэлементы - калий, кальций, магний натрий, хлор, железо и т.д.; микроэлементы - медь, цинк, никель, бром, марганец, йод и другие;  - ростовые вещества: аминокислоты, витамины, пуриновые и пиримидиновые основания (фрагменты нуклеиновых кислот).  Все указанные элементы образуют органические и неорганические вещества, входящие в состав микробной клетки.  Как и другие организмы, микробы состоят из воды и сухого остатка - белков, жиров, углеводов, минеральных веществ и витаминов и т.д.  Вода составляет от 75 до 85% массы тела микроорганизмов. Она служит средой, в которой протекают все химические превращения, происходящие в клетке. Недостаток воды приводит к нарушению обмена веществ в клетке, а затем к ее гибели.  Сухие вещества – 25-15%, из них органические вещества – 85-95% (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и т.д.); минеральные вещества (макро- и микроэлементы) – 5-15%.  Белки или протеины (протос греч. – первый, важнейший) – высокомолекулярные природные соединения, построенные из аминокислот. Различаются по аминокислотному составу и входят в состав ферментов, рибосом, являются основным строительным материалом клетки. Нуклеиновые кислоты (РНК-рибонуклеиновая и ДНК-дезокстрибонуклеиновая) составляют основу ядерного аппарата (нуклеоид, ядро), входят в состав рибосом.  Содержание белков в клетке бактерий 40-80% от сухого вещества клетки, в дрожжевой клетке 40-60%, мицелиальных грибов 15-40%. 

Анабио́з (aна— нет, биос- жизнь «состояние мнимой смерти») — состояние живого организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) настолько замедлены, что отсутствуют все видимые проявления жизни.

Анабиоз наблюдается при резком ухудшении условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.). При наступлении благоприятных условий жизни происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов. Наиболее устойчивы к высушиванию, нагреванию, охлаждению спорообразующие бактерии, грибы, простейшие.

Обмен веществ у микроорганизмов состоит из двух основ­ных процессов: 1) получения из окружающей среды необходи­мых питательных веществ и синтеза из них составных частей клетки и 2) выделения в окружающую среду продуктов жизне­деятельности.

Первый из этих процессов, собственно, и является питанием.

Обмен веществ у микроорганизмов происходит путем осмоса через всю поверхность клетки.

Осмос означает медленное проникновение (просачивание) жидкости и растворенных в ней веществ через полупроницае­мую перепонку. У микроорганизмов явление осмоса возникает вследствие разницы концентраций веществ внутри микробной клетки и вне ее.

Роль полупроницаемой перепонки при этом выполняет обо­лочка микроба. Сквозь нее внутрь клетки поступают в виде растворов нужные вещества и удаляются также в виде раство­ров продукты жизнедеятельности.

Растворенные в клетке вещества создают внутри нее опре­деленное давление, которое называется осмотическим. Чем больше концентрация растворенных веществ, тем выше осмоти­ческое давление. При повышении концентрации веществ внутри клетки, в силу осмотических законов, через оболочку усили­вается извне приток воды, которая стремится как бы разбавить концентрированный раствор в клетке до концентрации раствора вне ее и тем самым уравнять осмотическое давление по обе стороны оболочки.

Биохимические процессы, протекающие внутри клетки, по­степенно приводят к накоплению в клетке веществ - продуктов жизнедеятельности. На основе тех же осмотических законов эти вещества по мере накопления начинают двигаться в сторону их меньшей концентрации, т. е. за пределы клетки.

В свою очередь, клетка станет получать нужные ей веще­ства, концентрация которых в клетке ниже, чем в питательном субстрате.

Таким образом, растворитель (вода) движется в сторону более высокой концентрации раствора, а растворенные веще­ства - в сторону их меньшей концентрации.

В живой микробной клетке концентрация веществ всегда не­сколько выше, чем в окружающей среде. Поэтому происходит слабый избыточный приток воды из внешней среды внутрь клетки, вследствие чего ее эластичная оболочка напрягается. Такое состояние клетки называется туpгopом, а давление, растягивающее оболочку, тургорным.

Нормальное состояние микробной клетки всегда характеризуется определенным тургорным давлением.

Если микробная клетка попадает в концентрированный рас­твор, осмотическое давление которого выше, чем в самой клетке, то протоплазма ее начинает терять воду, отдавая ее внешней среде. В результате протоплазма сжимается и отстает от оболочки. Такое явление называется плазмолизом клетки.

Наоборот, при чрезмерном притоке воды в микробную клетку протоплазма переполняется водой, разбухает и растягивает клеточную оболочку вплоть до ее разрыва. Это явление, обрат­ное плазмолизу, называется плазмоптисом.

На явлении плазмолиза основано консервирование продук­тов поваренной солью и сахаром. Концентрированные растворы этих веществ обезвоживают протоплазму микробных клеток и вызывают их гибель.

Источниками питания микроорганизмов могут служить са­мые разнообразные вещества. Одни микробы питаются неорга­ническими соединениями, получая нужные углерод и азот из неорганических веществ, и затем строят из них органиче­ские соединения. Такие микроорганизмы называются автотрофными.

Среди автотрофных микробов встречаются такие, которые усваивают углекислый газ, подобно зеленым растениям, с ис­пользованием солнечной энергии (фотосинтез). К ним относятся, например, некоторые пигментные бактерии, зеленые и пурпур­ные серобактерии. В их клетках находятся пигменты, выпол­няющие роль хлорофилла зеленых растений.

Некоторые автотрофные микроорганизмы для синтеза нуж­ных органических соединений вместо солнечной энергии исполь­зуют энергию химических реакций окисления минеральных ве­ществ (хемосинтез). К числу таких микробов принадлежат водородные бактерии, окисляющие водород с образованием воды, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак в азот­ную кислоту, и др.

Многие микробы в качестве источников питания могут ис­пользовать только готовые органические соединения. Эти микро­организмы называются гетеротрофными.

Среди гетеротрофных микроорганизмов есть такие, которые живут за счет органических остатков животного и раститель­ного мира. Их называют сапрофитами. К ним относятся микроорганизмы, разлагающие различные органические веще­ства в почве и воде, и микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов. Сапрофитами являются многие бактерии, плесневые грибки и дрожжи.

Большинство сапрофитов использует в качестве источников азота различные белковые вещества, а в отдельных случаях - неорганические азотистые соединения (соли аммония и азотной кислоты).

Часть гетеротрофных микроорганизмов способна разви­ваться только в живом организме, питаясь его органическими веществами. Такие гетеротрофы называются паразитами. К их числу относятся микроорганизмы - возбудители различ­ных заболеваний человека, животных и растений. Паразиты особенно требовательны к источникам азота, они могут суще­ствовать лишь за счет белков того организма, в котором пара­зитируют.

Ферменты микроорганизмов

Ферменты представляют собой органические катализаторы, вырабатываемые живыми клетками организма.

Все биохимические процессы обмена веществ совершаются при участии ферментов. Без ферментов эти процессы проте­кали бы очень медленно или совсем не происходили. Открыты ферменты русским химиком К. С. Кирхгофом в начале XIX в.

Ферменты (их называют также энзимами) обладают чрез­вычайно высокой активностью. Ничтожное количество фермента способно вовлечь в реакцию в сотни тысяч и даже миллионы раз большую массу веществ - реагентов. Например, одна весо­вая часть сычужного фермента (применяется в сыроделии) вызывает свертывание в 70 млн. раз большей массы молока.

Названия ферментов, за некоторыми исключениями, состав­ляются из корня слова, обозначающего субстрат, который рас­щепляется данным ферментом, с добавлением к нему оконча­ния «аза». Например, фермент, расщепляющий крахмал (амилум), получил название амилаза; фермент, разлагающий са­хар, - сахараза и т. д. За отдельными ферментами сохранились названия, которые они получили до введения указанного пра­вила («аза»). Так, ферменты желудочно-кишечного тракта че­ловека носят свое первоначальное название - пепсин и трипсин.

Ферменты состоят из белков, часть из них кроме белков включает также небелковые образования.

Ферменты обладают расщепляющей и синтезирующей спо­собностью, т. е. вызывают или ускоряют как реакции расщеп­ления, так и реакции синтеза.

Ферменты могут действовать внутри микробной клетки и вне ее. Те из них, которые вызывают биохимические процессы внутри клетки, называются эндоферментами.

Некоторые ферменты выделяются клетками в окружающий субстрат, который под их влиянием расщепляется до состояния, удобного для усвоения клеткой. Такие ферменты называются экзоферментами.

Все ферменты активны только в определенных условиях. При повышении температуры, кислотности или щелочности среды активность их падает, а при более резких изменениях условий среды ферменты разрушаются.

Большинство ферментов проявляет самую высокую актив­ность при температурах в пределах 30-40°С. Повышение температуры свыше 40°С приводит сначала к падению активности фермента, а при температуре около 80°С почти все ферменты разрушаются.

Кислотность или щелочность среды оказывает большое влия­ние, на активность ферментов. Некоторые ферменты наиболее активны в кислой среде, для других нужна нейтральная или слабощелочная среда.

Сильно действуют на ферменты многие химические веще­ства. При этом одни вещества (активаторы) способны активи­зировать ферменты, другие (парализаторы), наоборот, снижают или полностью парализуют их активность.

Каждый фермент обладает строго избирательным действием, т. е. воздействует только на какое-нибудь одно соединение, вы­зывает или ускоряет лишь определенную реакцию. Поэтому микроорганизмы выделяют несколько ферментов, обеспечиваю­щих многочисленные биохимические процессы внутри и вне клетки. Одни ферменты действуют на белки, другие - на угле­воды, третьи - на жиры.

Ферменты, катализирующие превращения белков, называются протеазами, или протеолитическими ферментами. К ним относятся пепсин, разлагающий белки до более простых соеди­нений - пептонов, трипсин, продолжающий распад белков до аминокислот. Протеолитические ферменты выделяются многими гнилостными бактериями и плесневыми грибами.

Ферменты, катализирующие гидролиз и синтез углеводов, относятся к карбогидразам. В эту группу входят амилаза, мальтаза, сахараза, лактаза, пектиназа, целлюлаза.

Амилаза превращает крахмал в солодовый сахар – мальтозу. Этот фермент содержится в плесневых грибах, многих бакте­риях, в растениях, а также в слюне и соке поджелудочной же­лезы человека и животных. Амилаза образуется в проросших зернах ячменя (солод) и других злаковых. Она играет большую роль в производстве хлеба, спирта, пива и др.

Мальтаза расщепляет сахар мальтозу на две частицы глюкозы. Этот фермент вырабатывается бактериями и гриба­ми, а также дрожжами.

Сахараза разлагает сахарозу на глюкозу и фруктозу. Фер­мент содержится в большинстве микроорганизмов и в расте­ниях. Сахаразу применяют в кондитерской промышленности.

Лактаза расщепляет молочный сахар - лактозу - на галак­тозу и глюкозу. Она выделяется многими микроорганизмами, а также животными организмами.

Пектиназа катализирует расщепление пектиновых веществ. Она содержится в плесневых грибах и бактериях и находит применение в пищевой промышленности.

Целлюлаза подвергает гидролизу очень устойчивое соеди­нение - целлюлозу (клетчатку). Целлюлаза выделяется гри­бами и некоторыми бактериями.

Жиры расщепляются липолитическимиферментами (липа­зами). Липазы разлагают жиры на глицерин и жирные кислоты. Эти ферменты вырабатываются некоторыми бактериями и пле­сенями, встречаются в растениях, а также образуются в жи­вотных организмах.