1.2.4. Дыхание бактерий

Для осуществления биологических синтезов, помимо питатель­ных веществ, бактерии нуждаются в определенном количестве энергии. Универсальным аккумулятором химической энергии в клетке является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая образуется в результате дыхания, биологического окисления, основанного на окислительно- восстановительных реакциях или брожении. Молекулы АТФ синтези­руются в результате переноса электрона от первичного донора к конеч­ному акцептору. Конечным акцептором электронов чаще всего высту­пает молекулярный кислород О₂, и тогда осуществляется аэробное ды­хание. Если в качестве акцептора электронов выступают неорганиче­ские соединения (NO₂, SO₄, SO₃), возникает анаэробное дыхание.

В том случае, когда продукты органического субстрата служат одновременно и донорами и акцепторами водорода, метаболический процесс называется брожением (ферментацией).

По потребности в кислороде бактерии можно разделить на 5 групп:

1. Строгие (облигатные) аэробы, рост этих микроорганизмов пре­кращается в отсутствии О2.

2. Строгие (облигатные) анаэробы не переносят доступа воздуха, так как образующиеся токсические производные кислорода (перекись водорода, супероксидный и гидроксильный радикалы, синглетный кис­лород) губительны для самих же бактерий из-за отсутствия у них фер­ментов (каталазы, пероксидазы, супероксиддисмутазы), разрушающих эти токсические продукты.

3. Факультативные анаэробы - наиболее обширная группа пато­генных микроорганизмов, которые способны использовать в качестве акцепторов электронов как молекулярный кислород, так и органические соединения, а так же переключатся на процесс брожения в отсутствии молекулярного кислорода.

4. Микроаэрофильные бактерии хорошо растут при сниженном парциальном давлении кислорода, но при повышенном содержании СО2.

5. Аэрофилы нуждаются в повышенном содержании кислорода.

1.2.5.Ферменты бактерий

Питание микроорганизмов осуществляется благодаря наличию в клетке различных ферментов, катализирующих все жизненно необхо­димые реакции. Ферменты - это биологические катализаторы белковой природы. Микробная клетка, подобно клеткам высших организмов, оснащена достаточно активным ферментативным аппаратом. Ферменты микроорганизмов обладают теми же свойствами и функциями, что и ферменты высших организмов. В соответствии с катализирующими ре­акциями все ферменты разделяют на шесть классов:

1. Оксидоредуктазы - катализируют реакции окисления- восстановления.

2. Трансферазы - катализируют реакции переноса различных групп от донора к акцептору.

3. Гидролазы - катализируют разрыв связей в субстратах с при­соединением воды.

4. Лиазы - катализируют реакции разрыва связей в субстрате без присоединения воды или окисления.

5. Изомеразы - катализируют превращения в пределах одной мо­лекулы (внутримолекулярные перестройки).

6. Лигазы (синтетазы) - катализируют присоединение двух моле­кул с использованием энергии фосфатных связей.

Несмотря на малые размеры микробной клетки, распределение в ней ферментов строго упорядочено. Ферменты энергетического обмена и транспорта питательных веществ локализованы в цитоплазматической мембране и ее производных. Ферменты белкового синтеза связаны с ри­босомами. Многие ферменты не связаны с определенными структурами клетки, а находятся в цитоплазме в растворенном виде.

Ферменты бактерий подразделяются на экзо- и эндоферменты. Эндоферменты функционируют только внутри клетки. Они катализи­руют реакции биосинтеза и энергетического обмена. Экзоферменты вы­деляются клеткой в среду и катализируют реакции гидролиза сложных органических соединений на более простые, доступные для ассимиля­ции микробной клеткой. К ним относятся гидролитические ферменты, играющие исключительно важную роль в питании микроорганизмов.

Известны ферменты, которые получили название аллостериче- ских. Кроме активного центра, у них имеется регуляторный, или алло- стерический центр, который в молекуле фермента пространственно раз­делен с активным центром. Аллостерическим (от греч. alios - иной, чу­жой) он называется потому, что молекулы, связывающиеся с этим цен­тром, по строению (стерически) не похожи на субстрат, но оказывают влияние на связывание и превращение субстрата в активном центре, из­меняя его конфигурацию. Молекула фермента может иметь несколько аллостерических центров. Вещества, связывающиеся с аллостерическим центром, называют аллостерическими эффекторами. Они влияют через аллостерический центр на функцию активного центра: или облегчают ее, или затрудняют. Соответственно аллостерические эффекторы назы­ваются положительными (активаторы) или отрицательными (ингиби­торы). Аллостерические ферменты играют важную роль в тонкой регу­ляции метаболизма бактерий. Поскольку практически все реакции в клетке катализируются ферментами, регуляция метаболизма сводится к регуляции интенсивности ферментативных реакций.

Ферменты микроорганизмов, такие, как лигазы и рестриктазы, нашли широкое применение в биотехнологии, в том числе в генетиче­ской инженерии, для получения различных биологически активных ве­ществ, гибридом, продуцирующих моноклональные антитела, а также ряда продуктов в легкой и пищевой промышленности.

Ферменты микроорганизмов характеризуют их биологические свойства и поэтому их исследуют с целью идентификации бактерий. В зависимости от субстрата гидролитические ферменты принято делить на две большие группы:

1. - гидролитические (или сахаролитические) ферменты, субстра­том для которых являются различные сахара, а продуктами их расщеп­ления - кислоты, спирты, альдегиды, Н₂О и СО₂;

2. - протеолитические ферменты, расщепляющие белки с образо­ванием полипептидов, аминокислот, аммиака, индола, сероводорода.

Для изучения активности ферментов при идентификации микро­организмов широко используют дифференциально-диагностические среды, в состав которых входят определенные субстраты - сахара или белки.