Кислое и бутандиоловое брожение

Бактерии кишечной группы Enterobacteriaceae осуществляют смешанное кислое и бутандиоловое (2,3-бутиленгликоль) брожение, при котором образуются: ряд органических кислот, спирты, СО₂ и Н₂.

Энтеробактерии – факультативные анаэробы, подвижные, не образуют спор.

E.coli – существует в почве, воде, кишечнике человека и животных.

Salmonella typhimurium – кишечная патогенная палочка. Возбудитель кишечных инфекций и пищевых отравлений. Обитает в почве, воде.

Shigella sonnei – возбудитель кишечных инфекций, дизентерии.

E.coli, Salmonella typhimurium, Shigella сбраживают сахара с образованием молочной, уксусной, янтарной, муравьиной кислот и СО₂.

Enterobacter, Erwinia, Serratia – с образованием СО₂, этанола, 2,3-бутандиола.

Лимоннокислое брожение

По биохимическому механизму является неполным окислением, протекающим в аэробных условиях.

Лимонная кислота широко распространена в природе (лимоны, апельсины, клюква, шиповник). Раньше ее получали из лимонов – 9% (с.в.). Наиболее рациональный способ получения лимонной кислоты из глюкозы при помощи плесневого гриба Aspergillus niger.

Субстрат: сахароза, глюкоза, вводят азот и фосфор. Мицелий аэрофильный. Среда аэрируется. При 10% СО₂ в воздухе рост угнетается. Температура 34–37 °С.

Два способа культивирования: глубинный и поверхностный. Засевают спорами 350–400 тыс. на 1мл. При 32 °С брожение идет 14–15 суток. 1м субстрата дает 500–600 г лимонной кислоты.

В промышленности чаще всего гриб выращивают в специальных кюветах на средах с высокой концентрацией сахара (до 20%) и слабой аэрацией стерильным воздухом. Растет на поверхности в виде плотной толстой пленки. Конидии создают пушистость белого цвета. Их собирают специальным вакуумным насосом, концентрируют и прессуют для дальнейшего применения в промышленности. Срок хранения 1–2 года и больше.

Для выделения лимонной кислоты в чистом виде сбраживаемый субстрат подвергают многократной очистке. Кроме лимонной кислоты образуется около 3% глутаминовой и 1% щавелевой кислот.

Уксуснокислое брожение

Осуществляется уксуснокислыми бактериями рода Acetobacter и по своему биохимическому механизму также является неполным окислением. Уксуснокислые бактерии могут развиваться только в субстрате, в котором имеется этанол. Процесс скисания вина это процесс образования уксусной кислоты в субстрате, который стал аэробным.

В промышленности используют Acetobacter acetis, который выращивают в виде биопленки на поверхности древесных опилок или стружки. Лучший носитель – древесина бука.

Биомасса уксуснокислых бактерий может накапливаться в среде в виде биопленки и обладает рядом ценных качеств, которые используются в медицине. Такие биопленки на стружке называются биофильмами и применяются при лечении ожогов.

Анаэробное разложение целлюлозы

P. Clostridium – обитают в почве, компостах, навозе, речном иле, сточных водах. Они устойчивы к кислоте и живут в кислых почвах. Типичный представитель, разлагающий целлюлозу при температуре 30–40°С, Cl. omelianski – открытый в 1902 году Омельянским. Это палочка, 4–8 мкм, подвижен, толстые споры, похожа на барабанную палочку.

Разлагать целлюлозу может и другой микроорганизм – Cl. cellobioparum (мезофильный).

Есть и термофилы: Cl. thermocellum, оптимальная температура 60°С, максимальная – 70°С, при 40–45°С растет плохо. Хорошо растут на целлюлозе и плохо на сахарах.

В рубце жвачных есть специфичные целлюлозу разрушающие микроорганизмы.

От целлюлозы до глюкозы: уксусная, пропионовая, масляная, муравьиная, янтарная кислоты, СO₂ и Н₂.

Кокки и палочки: Ruminococcus albus

Ruminobacter parvum

p. Butyrovibrio

Целлюлоза – полимер с неразветвленной цепью.

1. этап – целлюлаза (фермент) – переводит целлюлозу в дисахарид – целлобиозу;

2. этап – в-глюкозидаза – переводит целлобиозу в глюкозу.

Конечные продукты образуемые некоторыми культурами:

Cl. omelianski: этиловый спирт, уксусная кислота, молочная кислота, муравьиная кислота, СО₂ и Н₂.

Cl. cellobioparum: этиловый спирт, уксусная кислота, муравьиная кислота, СО₂ и Н₂.

Термофилы:

Cl. thermocellum: этиловый спирт, уксусная кислота, молочная кислота, муравьиная кислота, СО₂ и Н₂. СН₄ не образуют.

Разложение гемицеллюлозы

Гемицеллюлозы – входят в состав межклеточного вещества растительных тканей. Это гетерополисахариды: состоят из пентоз (ксилозы, арабинозы) или гексоз (глюкозы, манозы, галактозы).

Ксилан – полимер ксилозы – второй после целлюлозы.

Разлагаются неспецифичными микроорганизмами: Bacillus, Clostridium, Vibrio, Rhizopus, Streptomyces.

Ферменты – гемицеллюлазы.

Разложение лигнина

Лигнин – межклеточный компонент древесины (составляет 3–6% от сухого вещества, а древесина 15–30%). Не встречается в свободном виде. Молекулярная масса лигнина 1000–10 000, не растворим в воде и в органических растворителях.

Представляет собой трехмерный полимер фенольной природы. Очень устойчив к воздействию микроорганизмов. Разлагается очень медленно. Окисляется до альдегидов.

Разлагают: грибы – Fusarium lactis

Pseudomonas (термофилы)

Clostridium

В почве лигнин разлагается медленно до ванилина. Является основой образования гумусовых веществ.

Разложение пектиновых веществ

Пектины – межклеточные вещества растительных тканей. Это полисахариды – полигалактурониды, состоящие из б-D-галактуроновых кислот, соединенных 1,4-связями.

Есть три вида пектинов:

1. пропектин – водонерастворимая часть клеточной стенки;

2. пектин – водорастворимый полимер галактуроновой кислоты с метилэфирными связями;

3. пектиновая кислота – водорастворимый полимер галактуроновой кислоты без метилэфирных связей.

Большой активностью в разложении пектинов обладают Bacillus polymyxa, Clostridium pectinovorum, грибы.

Ферменты: пектиназа, пектинэстераза (гидролизует метилэфирные связи), пропектиназа.

Продукты разложения пектиновых веществ: ксилоза, арабиноза, галактоза, метиловый спирт, уксусная кислота, галактуроновая кислота.

Брожение пектина наблюдается при мочке лубоволокнистых растений – льна, конопли, джута. Замачивают в чанах при 32–38 °С в течении 3–5 суток.

Анаэробное разложение белков

Расщепление белков до пептидов осуществляют ферменты протеазы. Расщепление пептидов до аминокислот – пептидазы.

Пути расщепления:

1. дезаминирование;

2. декарбоксилирование.

Далее происходит расщепление до СО₂ и органических кислот, аммиака, сульфатов, H₂S и Н₂О.

Из органических соединений: меркаптаны, индол, скатол – обладают неприятным запахом.

Сопряженное сбраживание двух аминокислот (реакция Стикленда)

Пептидолитические клостридии гидролизуют белки и затем используют аминокислоты.

Многие аминокислоты сбраживаются только вместе с какими-нибудь другими. Как установил Стикленд (1934г), Cl. sporogenes быстро сбраживает смесь аланина и глицина, но не может использовать ни ту, ни другую из этих аминокислот в отдельности.

Пример: аланин – донор водорода глицин – акцептор

Ацетат + СО₂ + NH₃

Источником энергии служит сопряженная реакция окисления-восстановления.

Доноры: лейцин, валин, глицин, метионин, изолейцин. Акцепторы: аргинин, триптофан, пролин.

Разложение хитина

Хитин – азотсодержащий полисахарид, полимер ацетилглюкозоамина. Он содержится в наружном скелете беспозвоночных животных, панцирных покровах насекомых, в клеточной стенке грибов.

Способностью разлагать хитин обладают бактерии родов: Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Streptomyces, Nocardia. Грибы: мукоровые, аспергиллы.

Фермент – хитиназа.

Хитин с помощью хитиназы превращается в хитобиозу, которая хитобиазой расщепляется до уксусной кислоты, аммиака и глюкозы.

ЛЕКЦИЯ №8

Вирусы

Вирусы – группа ультрамикроскопических внутриклеточных паразитов, размножающихся только в клетках живых организмов.

История вирусологии

Ивановский Дмитрий Иосифович (1892). Табак на Украине и Молдавии (рябуха – болезнь табака). В Никитском ботаническом саду, лаборатория Академии наук (1891) Ялта. «О двух болезнях табака». Вывод: бактерии, проходящие через фильтр Шамберлена, не способны расти на искусственных питательных средах – «фильтрующиеся бактерии». 1903 г. – защитил докторскую диссертацию в Киевском университете.

Леффер и Фрош в 1898 г. установили возбудителя болезни животных – ящура.

Размер самых мелких оказался 20–30нм, а наиболее крупных 300 нм. Хламидии и риккетсии относили к вирусам.

Три группы феноменов:

1. мозаичные болезни листьев растений;

2. болезни животных и человека;

3. явление бактериофагии.

Связанны причинно с деятельностью мельчайших микроорганизмов – вирусов.

Место вирусов в биосфере

Организм хозяина – это среда обитания вирусов, поэтому влияние внешних условий опосредовано, через организм хозяина. Есть температурочувствительные вирусы, которые размножаются при 32–37°С и гибнут при температуре 38–40°С.

Все вирусы паразиты. Каждый вирус имеет свой круг хозяев. Он может быть очень широкий, как, например, при бешенстве, или узкий – некоторые РНК-геномные фаги (лишь отдельные бактерии кишечной палочки). Циркуляция вируса может идти по горизонтали (в популяции) и по вертикали (от родителей к детям).

Строение вирусов

Введение термина «вирион» – 1966 г. Львов А., Турниер Р. – удачно заменило: особи, вирусные индивидуумы, вирусные частицы.

Изучение архитектуры вирусов показало, что генетическим веществом является нуклеиновая кислота, которая заключена в капсид – футляр из белковых молекул – икосаэдр (кубический тип симметрии), либо палочковидное тело. У некоторых вирусов – сложных – может быть суперкапсид. состоящий из белков и липидов (вирусы гриппа). Генетический материал представлен ДНК и РНК, одно- и двуспиральными, непрерывными и фрагментарными.

Virus – яд. Вирус отличается от микроорганизмов следующими особенностями:

1. содержат только одну нуклеиновую кислоту ДНК или РНК;

2. для репродукции необходима только нуклеиновая кислота;

3. они не способны размножаться вне живой клетки.

Вирусы не являются самостоятельными организмами.

Развитие вируса приводит к гибели клетки-хозяина.

Клеточные механизмы нужны для репликации нуклеиновой кислоты и синтеза белковой оболочки. Вне клетки вирус существует в виде вирусной частицы (вириона) или нуклеокапсидом.

Вирусы растений – фитопатогенные вирусы. Заражение происходит через повреждения, а не в результате активного внедрения. Переносчиками являются насекомые, в пищеварительном тракте которых происходит размножение. Генетическим материалом фитопатогенных вирусов является РНК.

Патогенные для человека и животных (оспа, ветрянка, корь, бешенство, полиомиелит (детский паралич), грипп, ящур и т.д.). переносятся насекомыми. Генетический материал ДНК или РНК. ДНК всегда двойная, РНК – из одной спирали.

Вирусы бактерий – бактериофаги. Геном – ДНК или РНК. «Стерильные пятна» (бляшки). Исследование фагов E.coli дало возможность изучить механизмы передачи генетического материала от клетки к клетке. Биологическая борьба с бактериями.

головка с ДНК

воротничок

стержень

чехол

хвостовые нити

базальная пластина

Есть:

голая спираль

с оболочкой

Капсомеры – блоки, которые составляют капсид. Полый стержень внутри чехла – проводник ДНК. Базальная пластинка с шипами и нитями – от них зависит специфика адсорбции на поверхности клеток.