Frymëmarrja e baktereve është e shkurtër. Frymëmarrja e mikroorganizmave

Frymëmarrja e mikroorganizmave.

Frymëmarrja e mikroorganizmave është oksidimi biologjik i përbërjeve të ndryshme organike dhe disa substancave minerale. Si rezultat i proceseve redoks dhe fermentimit, energji termale, një pjesë e së cilës përdoret nga qeliza mikrobike dhe pjesa tjetër lirohet në mjedis. Sot oksidimi përkufizohet si procesi i largimit të hidrogjenit (dehidrogjenimi), dhe rikuperimi - aderimi i saj. Këto terma zbatohen për reaksionet që përfshijnë transferimin e protoneve dhe elektroneve ose vetëm elektroneve. Kur një substancë oksidohet, elektronet humbasin dhe kur një substancë reduktohet, ato shtohen. Besohet se transferimi i hidrogjenit dhe transferimi i elektroneve janë procese ekuivalente.

Energjia e çliruar gjatë reaksioneve redoks grumbullohet në komponimet me energji të lartë ADP dhe ATP (adenozinë difosfat dhe adenozinë trifosfat). Këto komponime kanë lidhje me energji të lartë që kanë një furnizim të madh të energjisë biologjikisht të disponueshme. Οʜᴎ i lokalizuar në kompleks strukturat e rregulluara qelizat mikrobike - mezozomet, ose mitokondritë.

Sipas llojit të frymëmarrjes, mikroorganizmat ndahen në aerobet, anaerobet dhe anaerobet fakultative.

Frymëmarrja aerobike mikroorganizmat është një proces në të cilin pranuesi i fundit i hidrogjenit (protonet dhe elektronet) është oksigjeni molekular. Si rezultat i oksidimit të komponimeve organike kryesisht komplekse, gjenerohet energji, e cila lëshohet në mjedis ose grumbullohet në lidhjet fosfatike me energji të lartë të ATP. Bëhet dallimi midis oksidimit të plotë dhe jo të plotë.

Oksidim i plotë. Burimi kryesor i energjisë për mikroorganizmat janë karbohidratet. Si rezultat i zbërthimit të glukozës në kushte aerobike, procesi i oksidimit vazhdon në formimin e dioksidit të karbonit dhe ujit me lëshimin e një sasie të madhe të energjisë së lirë:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 674 kcal.

Oksidim jo i plotë. Jo të gjithë aerobet përfundojnë reaksionet e oksidimit. Kur ka një tepricë të karbohidrateve në mjedis, formohen produkte oksidimi jo i plotë, të cilat përmbajnë energji. Produktet përfundimtare të oksidimit jo të plotë aerobik të sheqerit janë acidet organike: limon, mollë, lëpjetë, qelibar e të tjera që formohen kallëpe. E njëjta gjë kryhet frymëmarrje aerobike bakteret e acidit acetik, në të cilat gjatë oksidimit alkool etilik Ajo që formohet nuk është dioksidi i karbonit dhe uji, por acidi acetik dhe uji:

C 2 H 5 OH + O 2 → CH 3 COOH + H 2 O + 116 kcal.

uthull alkool etilik. to-ta

Oksidimi i alkoolit etilik nga bakteret e acidit acetik mund të shkojë më tej - derisa të shfaqen dioksidi i karbonit dhe uji, i cili çliron nje numer i madh i energji:

C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O + 326 kcal.

etanol

Frymëmarrja anaerobe kryhet pa pjesëmarrje oksigjen molekular. Të dallojë frymëmarrja reale anaerobe (nitrat, sulfat) dhe fermentimi . Gjatë frymëmarrjes anaerobe, pranuesi i hidrogjenit oksidohet me komponime inorganike, të cilat lehtë heqin dorë nga oksigjeni dhe shndërrohen në forma më të reduktuara. Frymë nitrat- reduktimi i nitrateve në azot molekular . Frymëmarrja e sulfatit - reduktimi i sulfateve në sulfid hidrogjeni.

Fermentimi- zbërthimi i përbërjeve organike që përmbajnë karbon në kushte anaerobe. Karakterizohet nga fakti se pranuesi i fundit i hidrogjenit është një molekulë e lëndës organike me lidhje të pangopura. Substanca dekompozohet vetëm në produkte të ndërmjetme, të cilat janë komponime organike komplekse (alkoolet, acidet organike). Energjia që përmbahet në to nuk përdoret nga mikrobet, dhe energjia e gjeneruar në sasi të vogla lëshohet në mjedis.

Shembuj tipikë frymëmarrje anaerobe janë:

Fermentimi alkoolik (frymëmarrja e majave në kushte anaerobe):

C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 27 kcal;

etil alkoolit

Fermentimi i acidit laktik (frymëmarrja e baktereve të acidit laktik):

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 6 O 3 + 18 kcal;

qumështore to-ta

Fermentimi i acidit butirik (frymëmarrja e baktereve të acidit butirik):

C 6 H 12 O 6 → C 3 H 7 COOH + 2CO 2 + 2H 2 + 15 kcal;

vaj to-ta

Siç mund të shihet nga ekuacionet e mësipërme, frymëmarrja anaerobe çliron dukshëm më pak energji sesa frymëmarrja aerobike. Për këtë arsye, gjatë frymëmarrjes anaerobe, për të plotësuar nevojën për një sasi jashtëzakonisht të rëndësishme energjie, është jashtëzakonisht e rëndësishme që mikroorganizmat të konsumojnë më shumë sheqerna sesa gjatë frymëmarrjes aerobike.

Shumica Energjia e gjeneruar gjatë frymëmarrjes lëshohet në mjedis. Kjo bën që ushqimi të nxehet në të cilin zhvillohen mikroorganizmat. Kështu nxehet vera në të cilën ndodh fermentimi alkoolik; drithërat e lagura, torfe, sanë ngrohen.

Frymëmarrja e mikroorganizmave. - koncepti dhe llojet. Klasifikimi dhe veçoritë e kategorisë "Frymëmarrje e mikroorganizmave". 2017, 2018.

Pothuajse të gjithë organizmat e gjallë në Tokë kërkojnë procesin e frymëmarrjes. Oksigjeni është një nga agjentët oksidues më të zakonshëm në zinxhirin respirator të kafshëve, bimëve, protistëve dhe shumë baktereve. Megjithatë, jo të gjithë e dinë se sa i ndryshëm është trupi ynë në kompleksitetin strukturor nga qelizat e vogla të mikroorganizmave. Shtrohet pyetja: si marrin frymë bakteret? A është mënyra e tyre për të marrë energji ndryshe nga e jona?

A marrin të gjitha bakteret oksigjen?

Jo të gjithë e dinë që oksigjeni nuk është gjithmonë një komponent i detyrueshëm, ai luan, para së gjithash, rolin e një pranuesi të elektroneve, kështu që ky gaz oksidohet mirë dhe ndërvepron me protonet e hidrogjenit. ATP është arsyeja pse të gjithë organizmat e gjallë marrin frymë. Megjithatë, shumë lloje bakteresh nuk kanë oksigjen dhe ende marrin një burim kaq të çmuar energjie si adenozina trifosfati. Si marrin frymë bakteret e këtij lloji?

Procesi i frymëmarrjes në trupin tonë ndodh në dy faza. E para prej tyre - anaerobe - nuk kërkon praninë e oksigjenit në qelizë, dhe kërkon vetëm burime karboni dhe pranues të protoneve të hidrogjenit. Faza e dytë - aerobike - ndodh ekskluzivisht në prani të oksigjenit dhe karakterizohet nga sasi e madhe reagime hap pas hapi.

Bakteret që nuk thithin oksigjen dhe nuk e përdorin atë për frymëmarrje kanë vetëm një fazë anaerobe. Në fund të tij, mikroorganizmat marrin edhe ATP, por sasia e tij është shumë e ndryshme nga ajo që marrim pasi kalojmë dy faza të frymëmarrjes njëherësh. Rezulton se jo të gjitha bakteret thithin oksigjen.

ATP është një burim universal i energjisë

Është e rëndësishme për çdo organizëm të ruajë funksionet e tij jetësore. Prandaj, në procesin e evolucionit, ishte e nevojshme të gjendeshin burime energjie që, kur përdoren, mund të siguronin burime të mjaftueshme për të gjitha reaksionet e nevojshme të ndodhin në qelizë. Së pari, fermentimi u shfaq në baktere: ky është emri i fazës së glikolizës ose një faza aerobike frymëmarrja e prokariotëve. Dhe vetëm atëherë ndër më të avancuarit organizmat shumëqelizorë U zhvilluan pajisje, falë të cilave, me pjesëmarrjen e oksigjenit atmosferik, efikasiteti i frymëmarrjes u rrit ndjeshëm. Kështu u shfaq faza aerobike

Si marrin frymë bakteret? klasën e 6-të kursi shkollor biologjia tregon se për çdo organizëm është e rëndësishme të merret një pjesë e caktuar e energjisë. Në procesin e evolucionit, ajo filloi të ruhet në molekula të sintetizuara posaçërisht për këtë qëllim, të quajtura adenozinë trifosfat.

ATP është një substancë me energji të lartë, baza e së cilës është një unazë karboni pentozë, bazë azotike(adenozinë). Prej tij largohen mbetjet e fosforit, midis të cilave formohen lidhje me energji të lartë. Kur njëra prej tyre prishet, një mesatare prej rreth 40 kJ lëshohet, dhe një molekula ATP të aftë për të ruajtur maksimumi tre mbetje fosfori. Pra, nëse ATP zbërthehet në ADP (adenozid difosfat), atëherë qeliza merr 40 kJ energji në procesin e defosforilimit. Në të kundërt, ruajtja ndodh nga fosforilimi i ADP në ATP me shpenzimin e energjisë.

Glikoliza prodhon 2 molekula të adenozinës trifosfatit, kur faza aerobike e frymëmarrjes, pas përfundimit, mund të furnizojë menjëherë qelizën me 36 molekula të kësaj lënde. Prandaj, në pyetjen "Si marrin frymë bakteret?" Përgjigja mund të jepet si më poshtë: procesi i frymëmarrjes për shumë prokariote konsiston në formimin e ATP pa praninë dhe konsumimin e oksigjenit.

Si marrin frymë bakteret? Llojet e frymëmarrjes

Në lidhje me oksigjenin, të gjithë prokariotët ndahen në disa grupe. Midis tyre:

1. Anaerobet e detyrueshme.
2. Anaerobet fakultative.
3. Aerobet e detyrueshme.

Grupi i parë përbëhet vetëm nga ato baktere që nuk mund të jetojnë në kushte të aksesit të oksigjenit. O2 është toksik për ta dhe çon në vdekjen e qelizave. Shembuj të baktereve të tilla janë prokariote thjesht simbiotike që jetojnë brenda një organizmi tjetër në mungesë të oksigjenit.

Si marrin frymë bakteret e grupit të tretë? Këta prokariote dallohen nga fakti se ata mund të jetojnë vetëm në kushte të aerolizimit të mirë. Nëse nuk ka oksigjen të mjaftueshëm në ajër, qelizat e tilla vdesin shpejt, pasi ato kanë nevojë jetike për O2 për frymëmarrje.

Si ndryshon fermentimi nga frymëmarrja e oksigjenit?

Fermentimi në baktere është i njëjti proces i glikolizës që ndodh në tipe te ndryshme Prokariotët mund të prodhojnë produkte të ndryshme reagimi. Për shembull, çon në formimin e një nënprodukti të acidit laktik, fermentimit alkoolik - etanolit dhe dioksid karboni, acid butirik - acid butirik (butanoik) etj.

Frymëmarrja e oksigjenit është zinxhir i plotë procese që fillojnë me fazën e glikolizës me formimin dhe përfundojnë me çlirimin e CO2, H2O dhe energjisë. Reaksionet e fundit zhvillohen në prani të oksigjenit.

Si marrin frymë bakteret? Biologji (klasa e 6-të) Kursi i mikrobiologjisë shkollore

Në shkollë na u dhanë vetëm njohuritë më të thjeshta se si ndodh procesi i frymëmarrjes së prokariotëve. Këta mikroorganizma nuk kanë mitokondri, megjithatë, ata kanë mezozome - zgjatime të membranës citoplazmike në qelizë. Por këto struktura nuk luajnë më shumë rol kyç në frymëmarrjen e baktereve.

Meqenëse fermentimi është një lloj glikolize, ai ndodh në citoplazmën e prokariotëve. Ekzistojnë gjithashtu shumë enzima të nevojshme për kryerjen e të gjithë zinxhirit të reaksioneve. Në të gjitha bakteret, pa përjashtim, fillimisht formohen dy molekula të acidit piruvik, ashtu si te njerëzit. Dhe vetëm atëherë ato kthehen në nënprodukte të tjera, të cilat varen nga lloji i fermentimit.

konkluzioni

Bota e prokariotëve, megjithë thjeshtësinë e saj të dukshme organizimi celular, është plot me momente komplekse dhe ndonjëherë të pashpjegueshme. Tani ka një përgjigje se si bakteret marrin frymë, sepse jo të gjitha kanë nevojë për oksigjen. Përkundrazi, shumica janë përshtatur për të përdorur një metodë tjetër, më pak praktike për marrjen e energjisë - fermentimin.

Frymëmarrje(oksidimi biologjik, katabolizmi, disimilimi) - një grup procesesh biokimike të shoqëruara me formimin e energjisë, e cila është jashtëzakonisht e rëndësishme për mbështetjen e jetës së qelizës. bakteret e frymëmarrjes aerobe Ata përdorin energji si rezultat i oksidimit të substancave me oksigjen atmosferik dhe janë në gjendje të zhvillohen vetëm në prani të oksigjenit. Kur a lloji naerobik i mikroorganizmave të frymëmarrjes mund të zhvillohet në mungesë të oksigjenit, duke marrë energji si rezultat i zbërthimit enzimatik të substancave organike. Ka gjithashtu anaerobe fakultative, duke u rritur si në prani dhe në mungesë të oksigjenit. Lloji i frymëmarrjes së mikroorganizmave përcaktohet duke inokuluar një kulturë bakteriale duke e injektuar atë në një kolonë të lartë agar. Në këtë rast, aerobet rriten në pjesën e sipërme të mediumit, anaerobet fakultative - përgjatë gjithë gjatësisë së injektimit, anaerobet - në pjesën e poshtme të mbjelljes.

Në prokariotët, ekzistojnë tre mënyra të mundshme për të marrë energji, të cilat ndryshojnë në prodhimin e energjisë (Tabela 4):

1. Fotosinteza(fosforilimi fotosintetik), në të cilin marrin pjesë energjia e fotonit, klorofili ose analogët e tij - pigmentet. Fotosinteza është përshkruar në një grup shumë të vogël mikrobesh (cianobakteret ose algat blu-jeshile) që përmbajnë pigmente të ngjashme me klorofilin.

2. Frymëmarrje(fosforilimi oksidativ) - një proces transferimi redoks që përfshin ndërveprimin e një substrati me oksigjenin e lirë dhe enzimat e zinxhirit të frymëmarrjes, zinxhiri i reaksioneve biologjike të oksidimit. Shumica e baktereve të quajtur Skotobakteret, marrin energji përmes reaksioneve kimike.

Thelbi i oksidimit është shtimi i oksigjenit ose heqja e hidrogjenit nga nënshtresa, për shkak të të cilit substanca ndahet dhe shkatërrohet. lidhjet kimike. Energjia e këtyre lidhjeve lëshohet në mjedis dhe pothuajse 70% kapet nga qeliza në formë energji biologjike, në formën e formimit të komponimeve me energji të lartë, kryesoret e të cilave te prokariotët janë ATP (adenozinatrifosfat), UDP (difosfat uridine), komplekset enzimë NADP (nikotina adenine fosfat kleotid) dhe FADP (flavin adeninë dinukleotide fosfat), pirofosfati dhe volutina (orto- dhe metafosfatet).

Nje nga shtigjet bazë realizimi i energjisë që përmbahet në lidhjet fosforike të përbërjeve organike është fosforilimi - aftësia për të transferuar mbetjet e fosfatit në substanca të tjera, gjë që i bën këto përbërje të paqëndrueshme, duke çuar në shpërbërjen e tyre me çlirimin e energjisë. Të gjitha proceset e frymëmarrjes ndodhin në CPM të prokariotëve dhe fillojnë me glikolizën, e cila rezulton në formimin e acidit piruvik (piruvat - PVA), i cili është materiali fillestar për reaksione të mëtejshme katabolike.

Sipas llojit të frymëmarrjes bakteret ndahen në:

· aerobet e detyrueshme (për shembull, Neisseria, Pseudomonas aeruginosa) rriten vetëm në prani të oksigjenit;

· anaerobe të detyrueshme mund të rritet vetëm pa oksigjen (peptostreptokokët, veillonella, bakteroidet fusobacteria, anaerobospirillum);

· aerobet fakultative dhe anaerobe mund të ekzistojë si në prani të oksigjenit ashtu edhe pa të;

· mikrobet aerotolerante (për shembull, bacilet anaerobe që formojnë spore - klostridia e gangrenës së gazit, tetanusit). - këto janë baktere anaerobe, rezistente ndaj oksigjenit, të cilat nuk riprodhohen në prani të oksigjenit, por nuk vdesin;

· mikroaerofilët (streptokokët, aktinomicetet dhe disa bacile të zgavrës me gojë) janë një grup i vogël bakteresh anaerobe fakultative që janë rezistente ndaj oksigjenit në përqendrime të vogla (deri në 5-10%);

· kapnofilët (agjentët shkaktarë të brucelozës, streptokoket orale) kërkojnë një sasi të tepërt të dioksidit të karbonit (deri në 20%).

Lloji i frymëmarrjes bakteriale varet nga grupi i enzimave. Nga substrati i oksiduar (dhuruesi), një elektron hidrogjeni transferohet duke përdorur dehidrogjenazat në substancën e reduktuar (pranues) - flavoproteina(FAD) ose enzimë e verdhë, e cila transferon një elektron hidrogjeni drejtpërdrejt në oksigjen për të formuar peroksid hidrogjeni ose transmetuesin e ndërmjetëm vijues - citokrom, i cili në fund e kalon atë oksigjen me formimin e ujit ose peroksidit të hidrogjenit. Janë përshkruar tre lloje citokromesh - A, B, C. Jo të gjitha bakteret i përmbajnë të tre komponentët e citokromit dhe jo në të njëjtën masë. Kështu, për shembull, aerobet strikte përmbajnë të tre komponentët e citokromit. Oʜᴎ kanë zinxhirin më të gjatë të frymëmarrjes (dehidrogjenazat, flavoproteinat, citokromet). Pranuesi përfundimtar i elektroneve është oksigjeni.

Anaerobet fakultative përmbajnë një ose dy komponentë citokrom, ndërsa anaerobet strikte, si rregull, nuk kanë citokromin C, dhe për këtë arsye pranuesi i tyre përfundimtar i elektroneve të hidrogjenit nuk është çështje organike(nitratet, sulfatet, karbonatet). Në kushte aerobike, një elektron hidrogjeni nga flavoproteina mund të transferohet drejtpërdrejt në oksigjen për të formuar peroksid hidrogjeni, hidroksilanion dhe anion superoksid.

Aerobet dhe anaerobet fakultative, ndryshe nga anaerobet e detyrueshme, kanë enzima që shpërbëjnë katalazën dhe peroksidazën, si dhe një enzimë të fuqishme, superoksid dismutazën (SOD), për të neutralizuar radikalet toksike të oksigjenit. Anaerobet e detyrueshme nuk prodhojnë këto enzima, dhe për këtë arsye akumulimi i përbërjeve toksike për membranat qelizore shkakton këputjen e tyre dhe vdekjen e pashmangshme.

3. Fermentimi(fosforilimi i substratit) është një lloj i frymëmarrjes anaerobe në të cilën lënda organike është edhe dhurues edhe pranues i hidrogjenit.

Gjatë fermentimit, substancat organike komplekse ndahen në më të thjeshta, duke çliruar një sasi të vogël energjie. Kur glukoza hyn në qelizë, ndodh glikoliza dhe formohet PVC. Transformimet e tij të mëtejshme varen nga një grup enzimash të baktereve anaerobe. Duke marrë parasysh varësinë nga produktet përfundimtare që formohen, ne dallojmë tipe te ndryshme fermentimi:

· Fermentimi i acidit laktik shkaktuar nga laktobacilet, bifidobakteret, streptokoket, duke formuar acid laktik (fermentim homofermentues) ose laktik, sukcinik, acid acetik, aceton (fermentim heteroenzimatik) nga PVA. Këto baktere përdoren në prodhimin e produkteve të acidit laktik: qumësht i pjekur i fermentuar, kos, kefir, kos dhe gjizë.

· Fermentimi i acidit butirik. Agjentët shkaktarë të këtij lloji fermentimi janë bakteret anaerobe të gjinisë Clostridia, si dhe bakteroidet, fusobakteret dhe mikroorganizmat e tjerë që shkaktojnë rrezikshmëri. infeksionet anaerobe. Produkti kryesor i fermentimit është acidet butirik, izobutirik, acetik dhe valerik.

· Fermentimi i acidit propionik të shkaktuara edhe nga anaerobet - propionibakteret (banorët e lëkurës dhe mukozave të njerëzve dhe kafshëve mund të shkaktojnë infeksione anaerobe), të cilat përdoren në prodhimin e djathit. Produkti përfundimtar i fermentimit është acidi propionik.

· Fermentimi alkoolik. Shkaktuar nga maja. Si rezultat fermentimi alkoolik Formohet alkool etilik, i cili është përdorur prej kohësh në prodhimin e birrës dhe verës.

· Fermentimi i butilenglikolit. Si rezultat i fermentimit, formohen alkool butil, etilen glikol, sulfid hidrogjeni dhe produkte të tjera toksike. Ky lloj fermentimi shkaktohet coli dhe enterobaktere të tjera, përfshirë. - patogjenët e infeksioneve të zorrëve - salmoneloza, dizenteria.

Gjatë fosforilimit të substratit, një sasi e vogël energjie lirohet nga glukoza ose burime të tjera karboni, pasi produktet e fermentimit që rezultojnë (acidi laktik, alkoolet, etj.) ruajnë sasi të konsiderueshme të energjisë. Për këtë arsye, në kushte anaerobe, kultura bakteriale dekompozohet shumë herë më shumë për të marrë energji jashtëzakonisht të rëndësishme. materiali ushqimor sesa në prani të oksigjenit. Gjenerimi i nxehtësisë gjatë zhvillimit të florës bakteriale në materialin organik (plehu organik, torfe, mbeturina) mund të çojë në djegien e saj spontane.

Studimi i enzimave bakteriale është i një rëndësie të madhe rëndësi praktike për zhvillimin e metodave diagnostike (identifikimi) të patogjenëve sëmundjet infektive mbi një grup enzimash, si dhe për krijimin e bioteknologjive moderne për prodhimin e produkteve ushqimore, përfshirë. produktet e qumështit, djathi, buka, vera, birra etj.

Frymëmarrja e baktereve - koncepti dhe llojet. Klasifikimi dhe veçoritë e kategorisë “Frymëmarrja e baktereve” 2017, 2018.

Fiziologjia e mikroorganizmave studion veçoritë e zhvillimit, të ushqyerit, metabolizmit të energjisë dhe proceseve të tjera jetësore të mikrobeve në kushte të ndryshme mjedisi.

Ushqyerja e mikroorganizmave

Ushqimi i mikrobeve kryhet me difuzion përmes guaskës dhe membranës së tretur në ujë lëndë ushqyese. Komponimet organike komplekse të patretshme shpërbëhen paraprakisht jashtë qelizës me ndihmën e enzimave të sekretuara nga mikrobet në substrat.

Sipas metodës së të ushqyerit, ato ndahen në autotrofike dhe heterotrofe.

Autotrofet të aftë për të sintetizuar nga substancave inorganike(kryesisht dioksidi i karbonit, azoti inorganik dhe uji) komponimet organike. Si burim energjie për sintezë, këto mikrobe përdorin energjinë e dritës (fotosintezën) ose energjinë reaksionet oksidative(kemosinteza).

Të gjitha reaksionet metabolike në një qelizë mikrobike ndodhin me ndihmën e katalizatorëve biologjikë - enzimat. Shumica e enzimave përbëhen nga një pjesë proteinike dhe një grup protetik joproteinik. Grupi protetik mund të përfshijë metale si hekuri, bakri, kobalti, zinku, si dhe vitaminat ose derivatet e tyre. Disa enzima përbëhen vetëm nga proteina të thjeshta. Enzimat janë specifike dhe veprojnë vetëm në një substancë specifike. Prandaj, çdo mikroorganizëm përmban një kompleks të tërë enzimash, dhe disa enzima janë në gjendje të lëshohen jashtë, ku marrin pjesë në përgatitjen për asimilimin e kompleksit. komponimet organike. Enzimat nga mikroorganizmat përdoren në ushqim dhe industri të tjera.

Uji. Një qelizë mikrobike përbëhet nga 75-85% ujë. Pjesa më e madhe e ujit gjendet në citoplazmën e qelizës në gjendje të lirë. Të gjitha proceset metabolike biokimike zhvillohen në ujë. Një pjesë e ujit në qelizë është në gjendje të lidhur dhe është pjesë e disave strukturat qelizore. Në sporet bakteriale dhe kërpudhore, sasia e ujit të lirë reduktohet në 50% ose më pak. Me një humbje të konsiderueshme të ujit të lidhur, qeliza mikrobike vdes.

Çështje organike qelizat mikrobike përfaqësohen nga proteinat (6-14%), yndyrat (1-4%), karbohidratet, acidet nukleike.

- materiali kryesor plastik i çdo qelize të gjallë, përfshirë ato mikrobike. Proteinat formojnë bazën e citoplazmës dhe janë pjesë e membranës qelizore dhe disa strukturave qelizore. Kryejnë një funksion shumë të rëndësishëm katalitik, pasi janë pjesë e enzimave që katalizojnë reaksionet metabolike në qelizën mikrobike.

Qelizat mikrobike përmbajnë acid deoksiribonukleik (ADN) dhe acid ribonukleik (ARN). ADN-ja gjendet kryesisht në bërthamën e qelizës ose nukleotidet, ARN gjendet në citoplazmë dhe ribozome, ku përfshihet në sintezën e proteinave.

Përmbajtja e yndyrës së mikroorganizmave të ndryshëm ndryshon në disa maja dhe myk është 6-10 herë më e lartë se në bakteret. Yndyrnat (lipidet) janë materiali energjetik i qelizës. Yndyrnat në formën e lipoproteinave janë pjesë e membranës citoplazmike, e cila kryen funksion i rëndësishëm në shkëmbimin e qelizave me mjedisi. Yndyrnat mund të jenë të pranishme në citoplazmë në formën e granulave ose pikave.

Karbohidratet janë pjesë e membranave, kapsulave dhe citoplazmës. Ato përfaqësohen kryesisht nga karbohidratet komplekse - polisaharide (niseshte, dekstrinë, glikogjen, fibra), të cilat mund të kombinohen me proteina ose lipide. Karbohidratet mund të depozitohen në citoplazmë në formën e kokrrave të glikogjenit si një material rezervë energjie.

(fosfori, natriumi, magnezi, klori, squfuri, etj.) janë pjesë e proteinave dhe enzimave të qelizës mikrobike, ato janë të nevojshme për metabolizmin dhe ruajtjen e presionit osmotik ndërqelizor;

E nevojshme për funksionimin normal të mikroorganizmave. Ata marrin pjesë në proceset metabolike, pasi janë pjesë e shumë enzimave. Vitaminat, si rregull, duhet të vijnë nga ushqimi, por disa mikrobe kanë aftësinë për të sintetizuar vitaminat, për shembull B 2 ose B 12.

Frymëmarrja e mikroorganizmave

Proceset e biosintezës së substancave qelizore mikrobike ndodhin me shpenzimin e energjisë. Shumica e mikrobeve përdorin energjinë e reaksioneve kimike që përfshijnë oksigjenin në ajër. Ky proces i oksidimit të lëndëve ushqyese për të çliruar energji quhet frymëmarrje. Energjia lirohet nga oksidimi i substancave inorganike (autotrofë) ose organikë (heterotrofë).

Mikroorganizmat aerobikë (aerobë) Ata përdorin energjinë e çliruar gjatë oksidimit të substancave organike me oksigjenin atmosferik për të formuar substanca inorganike, dioksid karboni dhe ujë. Aerobet përfshijnë shumë baktere, kërpudha dhe disa maja. Ata më shpesh përdorin karbohidratet si burim energjie.

Mikroorganizmat anaerobe (anaerobe) Ata nuk përdorin oksigjen për frymëmarrje, ata jetojnë dhe riprodhohen në mungesë të oksigjenit, duke marrë energji si rezultat i proceseve të fermentimit. Anaerobet janë baktere nga gjinia Clostridium (botulinum bacillus dhe perfringens bacillus), bakteret e acidit butirik etj.

Në kushte anaerobe ndodhin fermentimet alkoolike, laktike dhe butirik, ndërsa procesi i shndërrimit të glukozës në alkool, acid laktik ose butirik ndodh me çlirimin e energjisë. Rreth 50% e energjisë së çliruar shpërndahet si nxehtësi, dhe pjesa tjetër akumulohet në ATP (acidi adenozinë trifosforik).

Disa mikroorganizma janë në gjendje të jetojnë si në prani të oksigjenit ashtu edhe pa të. Në varësi të kushteve mjedisore, ato mund të kalojnë nga proceset anaerobe për marrjen e energjisë në ato aerobe dhe anasjelltas. Mikroorganizma të tillë quhen anaerobe fakultative.

Frymëmarrja e mikroorganizmave

Proceset e asimilimit të ushqimit të përshkruara më sipër ndodhin me shpenzimin e energjisë. Nevoja për energji sigurohet nga proceset e metabolizmit të energjisë, thelbi i të cilave është oksidimi i substancave organike, i shoqëruar me çlirimin e energjisë. Produktet e oksidimit që rezultojnë lëshohen në mjedis.

Skematikisht, reaksioni i oksidimit-reduktimit me pjesëmarrjen e enzimës dehidrogjenazë mund të përfaqësohet si më poshtë:

AN 2 + V - A + VN 2 + energji

Mënyrat se si mikroorganizmat marrin energji janë të ndryshme.

Në vitin 1861, shkencëtari francez L. Pasteur së pari tërhoqi vëmendjen për aftësinë unike të mikroorganizmave për t'u zhvilluar pa qasje në oksigjen, ndërsa të gjithë organizmat më të lartë- bimët dhe kafshët - mund të jetojnë vetëm në një atmosferë që përmban oksigjen.

Në bazë të këtij kriteri (llojet e frymëmarrjes), L. Pasteur i ndau mikroorganizmat në dy grupe - aerobe dhe anaerobe.

Aerobet oksidimi kryhet për të marrë energji material organik oksigjenin e ajrit. Këto përfshijnë kërpudhat, disa maja, shumë baktere dhe alga. Shumë aerobe oksidojnë plotësisht substancat organike, duke i çliruar ato si produktet përfundimtare CO 2 dhe H 2 O. Ky proces është pamje e përgjithshme mund të përfaqësohet nga ekuacioni i mëposhtëm:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2822 kJ.

Anaerobet janë mikroorganizma të aftë për të marrë frymë pa përdorimin e oksigjenit të lirë. Procesi anaerobik i frymëmarrjes tek mikroorganizmat ndodh për shkak të largimit të hidrogjenit nga nënshtresa. Quhen procese tipike të frymëmarrjes anaerobe fermentimet. Shembuj të këtij lloji të prodhimit të energjisë përfshijnë fermentimet alkoolike, laktike dhe butirik. Le të shohim shembullin e fermentimit alkoolik:

C 6 H 12 O 6 = 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 118 kJ.

Raporti i mikroorganizmave anaerobe ndaj oksigjenit ndryshon. Disa prej tyre nuk e tolerojnë fare oksigjenin dhe quhen i detyruar, ose i rreptë, anaerobe. Këto përfshijnë patogjenët e fermentimit të acidit butirik, bacilin e tetanozit dhe patogjenët e botulizmit. Mikrobe të tjera mund të rriten si në kushte aerobike ashtu edhe në ato anaerobe. Ata quhen - opsionale, ose kushtëzuar anaerobe; këto janë bakteret e acidit laktik, Escherichia coli, Proteus, etj.

Enzimat e mikroorganizmave

Enzimat- substanca që mund të ndikojnë në mënyrë katalitike në shpejtësinë e reaksioneve biokimike. Ata po luajnë rol i rendesishem në jetën e mikroorganizmave. Enzimat u zbuluan në 1814 nga akademiku rus K.S.

Ashtu si katalizatorët e tjerë, enzimat marrin pjesë në reaksionet e transformimit të substancave vetëm si ndërmjetës. Ato nuk konsumohen në mënyrë sasiore në reaksione. Enzimat e mikroorganizmave kanë një numër karakteristikash:

1) Në temperatura deri në 40-50°C, shpejtësia e reaksionit enzimatik rritet, por më pas shpejtësia bie dhe enzima pushon së vepruari. Në temperaturat mbi 80°C, pothuajse të gjitha enzimat inaktivizohen në mënyrë të pakthyeshme.

2) Nga natyra kimike enzimat janë njëkomponentësh, që përbëhen vetëm nga proteina, dhe dy komponentësh, të përbërë nga pjesë proteinike dhe jo proteinike. Pjesa jo proteinike e një numri enzimash përfaqësohet nga një ose një vitaminë tjetër.

3) Ndikon në aktivitetin e enzimës ndikim të madh pH e mjedisit. Për disa enzima më e mira është mjedis acid, për të tjerët - neutrale ose pak alkaline.

4) Enzimat janë shumë aktive. Kështu, një molekulë katalaze shkatërron 5 milionë molekula peroksid hidrogjeni në minutë dhe 1 g amilazë, në kushte të favorshme, shndërron 1 ton niseshte në sheqer.

5) Çdo enzimë ka specifikë strikte të veprimit, d.m.th aftësinë për të ndikuar vetëm në lidhje të caktuara në molekula komplekse ose vetëm në substanca të caktuara. Për shembull, amilaza shkakton zbërthimin e vetëm të niseshtës, laktazës - sheqerit të qumështit, celulazës - celulozës, etj.

6) Enzimat e natyrshme në një mikroorganizëm të caktuar dhe të përfshira në përbërësit e qelizës së tij quhen konstituive. Ekziston një grup tjetër - enzimat e induktueshme(adaptive), të cilat prodhohen nga qeliza vetëm kur një substancë (induktor) i shtohet mjedisit që stimulon sintezën e kësaj enzime. Në këto kushte, mikroorganizmi sintetizon një enzimë që nuk e zotëronte.

7) Sipas natyrës së veprimit të tyre, enzimat ndahen në ekzoenzimat, të cilat sekretohen nga qeliza gjatë mjedisi i jashtëm, Dhe endoenzimat, të cilat janë të lidhura fort me strukturat e brendshme qelizat dhe veprojnë brenda saj.

8) Edhe pse enzimat prodhohen nga qeliza, edhe pas vdekjes së saj ato mbeten përkohësisht brenda gjendje aktive dhe mund të ndodhë autolizë(nga greqishtja autos - vetë, lysis - shpërbërje) - vetë-shpërbërje ose vetë-tretje e një qelize nën ndikimin e enzimave të saj ndërqelizore.

Aktualisht njihen më shumë se 1000 enzima. Enzimat ndahen në 6 klasa:

klasa 1- oksidoreduktaza - luaj rol të madh në proceset e fermentimit dhe të frymëmarrjes së mikroorganizmave, pra në metabolizmin e energjisë.

klasa 2- transferazat (enzimat transferuese) katalizojnë reaksione që transferojnë grupe atomesh nga një përbërje në tjetrën.

klasa e tretë - hidrolaza (enzimat hidrolitike). Ata katalizojnë reaksionet e ndarjes komponimet komplekse(proteinat, yndyrnat dhe karbohidratet) me pjesëmarrjen e detyrueshme të ujit.

klasa e 4 - liazat përfshijnë enzima me dy përbërës që shkëputen nga substratet grupe të caktuara(CO 2 , H 2 O, NH s, etj.) në mënyrë johidrolitike (pa pjesëmarrjen e ujit).

klasa e 5-të- izomerazat janë enzima që katalizojnë shndërrimet e kthyeshme të përbërjeve organike në izomerët e tyre.

klasën e 6-të - Ligaza (sintetazat) janë enzima që katalizojnë sintezën e komponimeve organike komplekse nga ato më të thjeshtat. Ligazat luajnë një rol të rëndësishëm në metabolizmin e karbohidrateve dhe azotit të mikroorganizmave.

Aplikimi i enzimave mikrobike në ushqim dhe industria e lehtë ju lejon të intensifikoni ndjeshëm procesin teknologjik, të rrisni rendimentin dhe të përmirësoni cilësinë e produktit të përfunduar. Përgatitjet e enzimës amilolitike përdoren në prodhimin e alkoolit etilik nga lëndët e para që përmbajnë niseshte në vend të maltit të grurit, dhe në industrinë e pjekjes në vend të maltit në përgatitjen e bukës së thekrës së përgatitur; Amilazat e kërpudhave i shtohen edhe brumit të grurit. Meqenëse ky ilaç përmban, përveç amilazës, edhe pse në sasi e vogël, enzima të tjera (maltaza, proteaza), procesi i përgatitjes së brumit përshpejtohet, vëllimi dhe poroziteti i bukës rritet dhe pamjen, aromë dhe shije. Përdorimi i këtyre preparateve enzimë në prodhimin e birrës bën të mundur zëvendësimin pjesërisht të maltit me elbin. Duke përdorur glukoamilazën kërpudhore, shurupi i glukozës dhe glukoza kristalore përftohen nga niseshteja. Përgatitjet e kërpudhave me enzimë pektolitike përdoren në prodhimin e lëngjeve dhe frutave dhe verës. Si rezultat i shkatërrimit të pektinës nga këto enzima, procesi i nxjerrjes së lëngut përshpejtohet, rritet rendimenti, filtrimi dhe kthjellimi i tij. Preparate enzimatike, që përmbajnë proteaza mikrobike, përdoren për të rritur qëndrueshmërinë (mbrojtjen nga turbullimi i proteinave) të verës dhe birrës, dhe në prodhimin e djathit - për të zëvendësuar (pjesërisht) mullëzën. Këshillohet përdorimi i proteazave mikrobike për të zbutur mishin, për të përshpejtuar pjekjen e mishit dhe harengës, për të marrë hidroliza ushqimore nga mbetjet e peshkut dhe industrisë së mishit dhe për të tjera. proceset teknologjike përpunimi i lëndëve të para shtazore dhe bimore.

Përbërja kimike e mikroorganizmave

Për sa i përket përbërjes së substancave, qelizat mikrobike ndryshojnë pak nga qelizat shtazore dhe bimore. Ato përmbajnë 75-85% ujë, 16-25% e mbetur është lëndë e thatë. Uji në qelizë është në gjendje të lirë dhe të lidhur. Ujë i lidhurështë pjesë e koloideve qelizore (proteina, polisaharide etj.) dhe është e vështirë të çlirohet prej tyre. Uji falas është i përfshirë në reaksionet kimike, shërben si tretës për komponimet e ndryshme të formuara në qelizë gjatë metabolizmit.

Lënda e thatë e qelizave përbëhet nga organike dhe minerale.

proteina - deri në 52%,

polisaharide - deri në 17%,

acidet nukleike (ARN deri në 16%, ADN deri në 3%),

lipide - deri në 9%

Këto komponime janë pjesë e strukturave të ndryshme qelizore të mikroorganizmave dhe luajnë një rol të rëndësishëm funksionet fiziologjike. Qelizat e mikroorganizmave përmbajnë edhe substanca të tjera - acide organike, kripëra të tyre, pigmente, vitamina, etj.

Pyetje kontrolli

1. Çfarë është turgori?

2. Çfarë është disimilimi?

3. Cilët mikroorganizma quhen autotrofe?

4. Çfarë është osmoza?

5. Cilët mikroorganizma quhen fakultativë?

6. Çfarë është plazmoliza?

7. Në cilat procese përfshihen lipazat?

8. Sa ujë përmbajnë mikroorganizmat?

10. Cilët mikroorganizma quhen anaerobe?