- •Лекция 1 Предмет и задачи микробиологии
- •История микробиологии
- •Лекция 2 Методы микробиологических исследований
- •Положение микроорганизмов в системе живого мира
- •Лекция 3 Систематика микроорганизмов
- •Размеры микроорганизмов
- •Форма прокариот
- •Лекция 4 Структура, химический состав и функции компонентов прокариотной клетки
- •Лекция 5 Покоящиеся формы прокариот. Спорообразование
- •Химический состав бактерий
- •Лекция 6 Рост и размножение бактерий
- •Культивирование микроорганизмов
- •Лекция 7 Генетика бактерий
- •Лекция 8 Потребности прокариот в питательных веществах
- •Питание бактерий
- •Лекция 9 Механизмы питания
- •Ферменты бактерий
- •Общая характеристика метаболизма прокариот
- •Лекция 10 Синтез прокариотами основных клеточных компонентов
- •Дыхание бактерий
- •Брожение
- •Лекция 11 Фотосинтез
- •Молекулярный кислород как фактор эволюции
- •Происхождение, эволюция, место бактерий в развитии жизни на Земле
- •Экологические и биосферные функции бактерий
- •Бактерии в мутуалистических отношениях с другими организмами
- •Патогенные бактерии
- •Лекция 12 Влияние факторов окружающей среды на микрооранизмы
- •Лекция 13 Экология микроорганизмов
- •Рост микроорганизмов в прикрепленном состоянии
- •Микрофлора почвы
- •Микрофлора воды
- •Лекция 14 Микрофлора воздуха
- •Микрофлора тела человека
- •Практическое применение микроорганизмов
- •Проблема загрязнения природных экосистем и возможности самоочищения
- •Принципы биологической обработки отходов
- •Лекция 15 Очистка сточных вод
- •Особенности экосистемы активного ила
- •Обработка осадков сточных вод и твердых отходов
- •Биоремедиация загрязненных почв и грунтов
- •Лекция 16 Классификация водоемов и биоценозов по сапробности
- •Определение сапробности по Пантле и Букку
- •Лекция 17 Санитарная микробиология
- •Санитарно-микробиологическое исследование воды
- •Санитарно-микробиологическое исследование почвы
- •Санитарно-микробиологический анализ воздуха
Ферменты бактерий
Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты), вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Ферменты являются белками, участвуют в процессах метаболизма. Многие ферменты взаимосвязаны со структурами микробной клетки. Например, в цитоплазматической мембране имеются окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании и делении клетки; ферменты, обеспечивающие питание клетки, и др. Окислительно-восстановительные ферменты цитоплазматической мембраны и ее производных обеспечивают энергией интенсивные процессы биосинтеза различных структур, в том числе клеточной стенки. Ферменты, связанные с делением и аутолизом клетки, обнаруживаются в клеточной стенке. Так называемые эндоферменты катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки. Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расщепляя макромолекулы питательных субстратов до простых соединений, усваиваемых клеткой в качестве источников энергии, углерода и др. Некоторые экзоферменты (пенициллиназа и др.) инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию.
Различают конститутивные и индуцибельные ферменты. К конститутивным ферментам относят ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно, вне зависимости от наличия субстратов в питательной среде. Индуцибельные (адаптивные) ферменты синтезируются бактериальной клеткой только при наличии в среде субстрата данного фермента.
Некоторые ферменты (так называемые ферменты агрессии) разрушают ткань и клетки, обусловливая широкое распространение в инфицированной ткани микроорганизмов и их токсинов.
Известно более 2000 ферментов. Они объединены в шесть классов: оксидоредуктазы — окислительно-восстановительные ферменты (к ним относят дегидрогеназы, оксидазы и др.); трансферазы, переносящие отдельные радикалы и атомы от одних соединений к другим; гидролазы, ускоряющие реакции гидролиза, т.е. расщепления веществ на более простые с присоединением молекул воды (эстеразы, фосфатазы, глюкозидазы и др.); лиазы, отщепляющие от субстратов химические группы негидролитическим путем (карбоксилазы и др.); изомеразы, превращающие органические соединения в их изомеры (фосфогексои-зомераза и др.); лигазы, или синтетазы, ускоряющие синтез сложных соединений из более простых (аспарагинсинтетаза, глютаминсинтетаза и др.).
Различия в ферментном составе используются для идентификации микроорганизмов, так как они определяют их различные биохимические свойства: сахаролитические (расщепление сахаров), протеолитические (разложение белков) и другие, выявляемые по конечным продуктам расщепления (образование щелочей, кислот, сероводорода, аммиака и др.).
Ферменты микроорганизмов используют в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы и др.) для получения биологически активных соединений, уксусной, молочной, лимонной и других кислот, молочнокислых продуктов, в виноделии и других отраслях. Ферменты применяют в качестве биодобавок в стиральные порошки для уничтожения загрязнений белковой природы.
Общая характеристика метаболизма прокариот
Образ жизни прокариот состоит в постоянном воспроизводстве своей биомассы. Совокупность протекающих в клетке процессов, обеспечивающих воспроизводство биомассы, называется обменом веществ, или метаболизмом. Клеточный метаболизм складывается из двух потоков реакций, имеющих разную направленность: энергетического и конструктивного метаболизма. Энергетический метаболизм – это поток реакций, сопровождающихся мобилизацией энергии и преобразованием ее в электрохимическую или химическую (АТФ) форму, которая затем может использоваться во всех энергозависимых процессах. Конструктивный метаболизм (биосинтезы) – поток реакций, в результате которых за счет поступающих извне веществ строится вещество клеток; это процесс, связанный с потреблением свободной энергии, запасенной в химической форме в молекулах АТФ или других богатых энергией соединений.
Метаболические пути конструктивной и энергетической направленности состоят из множества последовательных ферментативных реакций и могут быть разделены на три этапа. На начальном — воздействию подвергаются молекулы, служащие исходными субстратами. Иногда эту часть метаболического пути называют периферическим метаболизмом, а ферменты, катализирующие первые этапы превращения субстрата, — периферическими. Последующие превращения включают ряд ферментативных реакций и приводят к образованию промежуточных продуктов, или метаболитов, а сама цепь превращений объединяется под названием промежуточного метаболизма. Образующиеся на последних этапах конечные продукты конструктивных путей используются для построения вещества клеток, а энергетических — выделяются в окружающую среду.
Конструктивные и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. У большинства прокариот они тесно связаны между собой. Определенные реакции поставляют энергию, необходимую для биосинтезов и других клеточных энергозависимых функций. Определенные промежуточные этапы или метаболиты обоих путей могут быть одинаковыми (хотя направленность потоков реакций, относящихся к каждому из путей, различна). Это создает возможности для использования общих промежуточных продуктов в каждом из метаболических путей. Промежуточные соединения такой природы предложено называть амфиболитами, а промежуточные реакции, одинаковые для обоих потоков, — амфиболическими.