За време на развојот, растот и репродукцијата на клетките на микроорганизмите, се случуваат сложени трансформации на хранливи материи, за кои е потребна одредена количина на енергија. Микробната клетка добива енергија преку процесот на дишење. Суштината на овој процес е дека сложените органски материи се оксидираат до поедноставни со ослободување на енергија.
За оксидација на органски материи, некои микроорганизми користат кислород, други можат без него, а за други, кислородот е дури и штетен. Во зависност од тоа, микроорганизмите се поделени на аеробни микроорганизми, кои добиваат енергија како резултат на оксидација на органски материи со помош на молекуларен кислород. Кај други микроорганизми, оксидативните процеси се случуваат без учество на кислород; тие се нарекуваат анаероби. Анаеробните микроорганизми се поделени на задолжителни или безусловни, за кои кислородот не само што е непотребен, туку и штетен, и факултативен или условен, кој може да живее и со и без пристап до воздух. Степенот на анаеробност на факултативните анаероби варира. Некои од нив се развиваат подобро во анаеробни услови или со занемарлива содржина на кислород во околината (микроаерофили), други - со пристап до воздух. Познати се факултативните анаероби (на пример, некои квасци), способни да се префрлат од анаеробно во аеробно дишење, во зависност од условите за развој. Растот на микроорганизми со различни видови на дишење во епрувети со цврста хранлива средина може да биде на површината, во средината и во длабочините.
Односот на микроорганизмите со воздухот се одредува со методот на нивниот енергетски метаболизам.
Аеробните микроорганизми, во процесот на дишење, речиси целосно ги оксидираат органските материи, за да формираат јаглерод диоксид и вода како финални производи. Целосната оксидација е придружена со ослободување на целата енергија на оксидираниот производ. Таквата оксидација, на пример на шеќерот, може да се изрази со следнава равенка:
C 6 H 12 0 6 + 60 2 = 6C0 2 + 6H 2 0 2822 kJ.
Со нецелосна оксидација на органски материи се ослободува помалку енергија отколку со целосна оксидација. Делот од енергијата што не се ослободува останува во овие случаи во производите на нецелосната оксидација. Така, оксидацијата на етил алкохол со бактерии на оцетна киселина може да продолжи до фазата на формирање на оцетна киселина и вода со нецелосно ослободување на енергија:
C 2 H 5 OH + 0 2 = CH 3 COOH + H 2 0 485,7 kJ.
Целосната оксидација на алкохолот се одвива според шемата
C 2 H 5 OH + 30 2 = 2CO 2 + ZN 2 0 1365 kJ.
Во овој случај, целата енергија содржана во етил алкохолот се ослободува.
Анаеробните микроорганизми добиваат енергија како резултат на дишење без кислород, што се нарекува ферментација. Со дишењето без кислород, оксидацијата секогаш се случува нецелосно. Пример за аноксично дишење е алкохолната ферментација, предизвикана од квасец во анаеробни услови. Оваа ферментација се одвива според шемата
C 6 H 12 O 6 = 2C 2 H 5 OH + 2C0 2 113 kJ.
Како резултат на алкохолна ферментација, шеќерот се претвора во етил алкохол и јаглерод диоксид со ослободување на енергија. Како што може да се види од последните две равенки, шеќерот во овој случај не е целосно оксидиран, бидејќи еден од финалните производи на алкохолната ферментација - етил алкохолот - има значително снабдување со енергија, што не се ослободува во анаеробни услови.
Ферментацијата на млечна киселина, која игра водечка улога во производството на млечни производи, е исто така анаеробен процес на дишење. Овој тип на ферментација се врши главно од бактерии на млечна киселина, кои се условни анаероби, од кои многу добро растат во присуство на атмосферски кислород. Ферментацијата на млечна киселина вклучува распаѓање на молекула на шеќер на две молекули на млечна киселина со ослободување на топлина:
C 6 H 12 0 6 = 2CH 2 CHONCOOH 75,4 kJ.
За време на ферментацијата на млечна киселина, само мал дел од потенцијалната енергија на шеќерот се ослободува, бидејќи значително снабдување со енергија останува во млечната киселина.
Пример за строго анаеробни микроорганизми се бактериите на маслен киселина, чиј процес на дишење е придружен со распаѓање на шеќер со формирање на маслен киселина, јаглерод диоксид и водород. Овој процес се нарекува ферментација на маслен киселина и во основа ја следи следната шема:
C 6 H 12 O 6 = C 3 H 7 COOH + 2C0 2 + 2H 2 62,8 kJ.
Дадените равенки го изразуваат само конечниот резултат на процесите. Во реалноста, овие процеси се случуваат во неколку фази, придружени со формирање на голем број меѓупроизводи и нуспроизводи.
Во однос на воздухот, микроорганизмите на млекото и млечните производи може да се подредат во следнава низа: мувли и гнили бактерии (повеќето) - аероби;
бактерии на оцетна киселина, квасец, микрококи, колиформни бактерии, флуоресцентни бактерии, некои видови спори бактерии - условни анаероби (подобро се развиваат во присуство на воздух);
стрептококите на млечна киселина се условни анаероби;
прачки од млечна киселина, бактерии на пропионска киселина - условни анаероби (подобро се развиваат во отсуство на воздух);
бактериите на маслен киселина, некои видови спори бактерии се строги анаероби.
Физиологијата на микроорганизмите ги проучува карактеристиките на развојот, исхраната, енергетскиот метаболизам и другите животни процеси на микробите во различни услови на животната средина.
Исхрана на микроорганизми
Микробите се хранат со дифузија на хранливи материи растворени во вода низ лушпата и мембраната. Нерастворливите комплексни органски соединенија прелиминарно се разградуваат надвор од клетката со помош на ензими што ги лачат микробите во подлогата.
Според начинот на исхрана, тие се поделени на автотрофни и хетеротрофни.
Автотрофиспособен да синтетизира органски соединенија од неоргански материи (главно јаглерод диоксид, неоргански азот и вода). Како извор на енергија за синтеза, овие микроби користат светлосна енергија (фотосинтеза) или енергијата на оксидативните реакции (хемосинтеза).
Сите метаболички реакции во микробната клетка се случуваат со помош на биолошки катализатори - ензими.Повеќето ензими се состојат од протеински дел и протетичка непротеинска група. Протетската група може да вклучува метали како што се железо, бакар, кобалт, цинк, како и витамини или нивни деривати. Некои ензими се состојат само од едноставни протеини. Ензимите се специфични и делуваат само на една специфична супстанција. Затоа, секој микроорганизам содржи цел комплекс на ензими, а некои ензими можат да се ослободат надвор, каде што учествуваат во подготовката за асимилација на сложени органски соединенија. Ензимите од микроорганизмите се користат во прехранбената и другите индустрии.
Вода. Една микробна клетка се состои од 75-85% вода. Поголемиот дел од водата се наоѓа во цитоплазмата на клетката во слободна состојба. Сите биохемиски метаболички процеси се одвиваат во вода; водата е исто така растворувач за овие супстанции, бидејќи хранливите материи влегуваат во клетката само во форма на раствор, а метаболичките производи исто така се отстрануваат од клетката со вода. Дел од водата во клетката е во врзана состојба и е дел од некои клеточни структури. Во бактериски и габични спори, количината на слободна вода се намалува на 50% или помалку. Со значителна загуба на врзана вода, микробната клетка умира.
Органска материјамикробните клетки се претставени со протеини (6-14%), масти (1-4%), јаглени хидрати, нуклеински киселини.
- главниот пластичен материјал на која било жива клетка, вклучувајќи ги и микробните. Протеините ја формираат основата на цитоплазмата и се дел од клеточната мембрана и некои клеточни структури. Тие вршат многу важна каталитичка функција, бидејќи се дел од ензимите кои ги катализираат метаболните реакции во микробната клетка.
Микробните клетки содржат деоксирибонуклеинска киселина (ДНК) и рибонуклеинска киселина (РНК). ДНК се наоѓа главно во клеточното јадро или нуклеотиди, РНК се наоѓа во цитоплазмата и рибозомите, каде што е вклучена во синтезата на протеините.
Содржината на масти кај различни микроорганизми варира, кај некои квасци и мувли е 6-10 пати поголема отколку кај бактериите. Мастите (липидите) се енергетскиот материјал на клетката. Мастите во форма на липопротеини се дел од цитоплазматската мембрана, која врши важна функција во размената на клетките со околината. Мастите можат да бидат присутни во цитоплазмата во форма на гранули или капки.
Јаглехидратите се дел од мембраните, капсулите и цитоплазмата. Тие се претставени главно со сложени јаглехидрати - полисахариди (скроб, декстрин, гликоген, влакна), кои можат да се комбинираат со протеини или липиди. Јаглехидратите може да се депонираат во цитоплазмата во форма на гликогенски зрна како резервен енергетски материјал.
(фосфор, натриум, магнезиум, хлор, сулфур, итн.) се дел од протеините и ензимите на микробната клетка, тие се неопходни за метаболизмот и одржување на нормален интрацелуларен осмотски притисок.
Неопходни за нормално функционирање на микроорганизмите. Тие учествуваат во метаболичките процеси, бидејќи се дел од многу ензими. Витамините, по правило, мора да потекнуваат од храната, но некои микроби имаат способност да синтетизираат витамини, на пример Б2 или Б12.
Дишење на микроорганизми
Процесите на биосинтеза на микробните клеточни материи се случуваат со трошење на енергија. Повеќето микроби ја користат енергијата на хемиските реакции кои вклучуваат кислород во воздухот. Овој процес на оксидација на хранливи материи за ослободување на енергија се нарекува дишење. Енергијата се ослободува со оксидација на неоргански (автотрофи) или органски (хетеротрофи) супстанции.
Аеробни микроорганизми (аероби)Тие ја користат енергијата ослободена за време на оксидацијата на органските материи со атмосферскиот кислород за да формираат неоргански материи, јаглерод диоксид и вода. Аеробите вклучуваат многу бактерии, габи и некои квасци. Тие најчесто користат јаглехидрати како извор на енергија.
Анаеробни микроорганизми (анаероби)Тие не користат кислород за дишење, тие живеат и се размножуваат во отсуство на кислород, добивајќи енергија како резултат на процесите на ферментација. Анаеробите се бактерии од родот Clostridia (botulinum bacillus and perfringens bacillus), бактерии на маслен киселина итн.
Во анаеробни услови се случуваат ферментации на алкохолна, млечна и маслен киселина, додека процесот на претворање на гликозата во алкохол, млечна или маслен киселина се случува со ослободување на енергија. Околу 50% од ослободената енергија се троши како топлина, а остатокот се акумулира во АТП (аденозин трифосфорна киселина).
Некои микроорганизми се способни да живеат и во присуство на кислород и без него. Во зависност од условите на околината, тие можат да преминат од анаеробни процеси за добивање енергија на аеробни и обратно. Таквите микроорганизми се нарекуваат факултативни анаероби.
Дишењето е метаболички процес кој се јавува во клетките со ослободување на енергија и генерирање на АТП, во кој неорганските соединенија служат како конечен акцептор на електрони (водород). Во зависност од крајниот акцептор на електрони, се разликуваат аеробното и анаеробното дишење. Во аеробното дишење, акцептор на водород е кислородот, во анаеробното дишење, неоргански оксидирани соединенија како што се нитрати и сулфати.
Аеробно дишење. Микроорганизмите користат широк спектар на природни соединенија како енергетски супстрати за респираторниот метаболизам. Без оглед на сложеноста на структурата на оксидираната подлога, неговата потрошувачка како извор на енергија се заснова на истиот принцип: постепено распаѓање до формирање на едноставни соединенија способни да влезат во реакции на циклусот на трикарбоксилна киселина. Оваа врска на главните метаболички патишта е пируват.
Оксидацијата на пируватот за време на аеробното дишење се јавува во Кребсовиот циклус, во кој тој влегува преку ацетил-CoA. Неговата целосна оксидација доведува до ослободување на две молекули на јаглерод диоксид и осум атоми на водород. Акцепторот на водород, како што е наведено погоре, кај аеробните бактерии е кислородот. Емитување
водородот (електрони) до кислородот се пренесува преку секвенцијален синџир на молекули носители, таканаречениот респираторен ланец или синџир за транспорт на електрони:
Подлога gt; NAD* H2 gt; Флавопротеин gt; Коензим О
gt; Цитохром c gt; Цитохром aa3 gt; 02
Респираторниот синџир е систем од просторно организирани носечки молекули кои пренесуваат електрони од оксидираната подлога до акцепторот. Развиен е кај аероби и факултативни анаероби, само кај последниве терминален акцептор на електрони, покрај кислородот, се нитрати и сулфати.
Компонентите на респираторниот синџир, локализирани во мембраната, се протеински носители како што се флавопротеини, FeS протеини, цитохроми и непротеински носители - кинони (убикинони, менахинони). NAD(P)-зависните дехидрогенази кои го апстрактираат водородот од оксидираната супстрат се растворливи ензими; флавопротеинските дехидрогенази може да се најдат или во мембраната или во растворлива форма во цитоплазмата.
киноните вршат пренос на атоми и цитохроми - електрони. Бидејќи носителите на електрони кои содржат се потопени во цитоплазмата, постои директна интеракција помеѓу респираторниот синџир, од една страна, и оксидираниот супстрат, ADP и неорганскиот фосфат на цитоплазмата, од друга страна. Оваа слободна интеракција на респираторниот синџир со цитоплазмата ги одредува карактеристичните карактеристики на функционирањето на респираторниот апарат на прокариотите од еукариотите. Така, респираторните синџири на прокариотите се помалку стабилни во однос на составот на носителите на електрони и се енергетски помалку ефикасни. Во респираторниот синџир на еукариотите има три дела каде што се ослободуваат протони и
A/l +, кај повеќето прокариоти - само еден - n
два дела, односно вкупната излезна енергија кај прокариотите е помала.
Се спроведува функционирањето на респираторниот синџир
на следниот начин. Водород на подлогата што може да се оксидира,
ослободен во реакциите на Кребсовиот циклус или мобилизиран директно од дехидрогенази зависни од NAD (H2) се пренесува во респираторниот синџир до флавин дехидрогенази, потоа до убиквинони. Овде атомот на водород е поделен на протон и електрон. Протонот се ослободува во медиумот, електронот се пренесува во системот на цитохром до цитохром оксидаза. Тој пренесува електрон до акцептор на терминалот на кислородот, кој се активира и се комбинира со водородот за да формира вода и пероксиди. Вторите се разградуваат со каталаза во вода и кислород. Трансферот на електрони резултира со значителна промена во слободната енергија во ќелијата.
Пресметките на енергетскиот биланс покажаа дека за време на разградувањето на гликозата по гликолитичкиот пат и низ циклусот на традсарбоксилна киселина, проследено со оксидација во респираторниот синџир до CO2 и H20, за секој мол гликоза се формираат 38 молови на АТП. Покрај тоа, максималната количина на АТП се формира во респираторниот синџир - 34 молови; 2 молови - во патеката EPM и 2 - во TTC.
Поради широката разновидност на ензимски системи вклучени во респираторниот синџир, оксидирачки супстрати и терминални акцептори, бактериите имаат голем број на различни респираторни синџири. Така, во респираторниот синџир на бактерии на оцетна киселина нема цитохроми a + az: дехидрогенази -*C -gt;Cj -gt;Aj -gt;02. Респираторниот синџир на Agrobacterium tumefaciens има уште помал сет на компоненти: NADH дехидрогеназа -»Q -»C-102. Респираторниот синџир на јазли бактерии и Azotobacter се карактеризира со присуство на различни цитохроми: дехидрогеназа -gt; b-gt; c->a-gt; az -gt;02. Скратените респираторни синџири се карактеристични за многу бактерии. Во енергетскиот метаболизам, тие се помалку корисни за бактериите поради нивното ниско производство на АТП.
Биолуминисценција. Некои бактерии имаат гранка од главниот респираторен ланец. Електроните од NAD се пренесуваат не во FAD туку во FMN (флавомононуклеотид). Вториот реагира со ензимот луцифераза, кислород и алдехид на палмитинска киселина. Луциферазата (L) катализира
реакција на редуктивен алдехид (AH2) со ATP (производот од оваа реакција емитува видлива светлина за време на последователната оксидација):
Оваа реакција се нарекува реакција на „светулка“ поради нејзиното присуство во светулката Photinus piralis. Се користи за квантитативно определување на АТП, бидејќи интензитетот на сјајот е директно зависен од количината на АТП.
Механизмот на биолуминисценција е дека како резултат на интеракцијата на FMN со луцифераза, кислород и алдехид, електроните во некои молекули одат во возбудена состојба и нивното враќање на нивото на земјата е придружено со емисија на светлина. АТП не се формира за време на луминисценцијата. Затоа, ефикасноста на функционирањето на респираторниот синџир се намалува, односно клетката не ја прима целата енергија содржана во оксидираната подлога, бидејќи дел од неа се претвора во светлина.
Колку е поинтензивен сјајот, толку подобри се условите за аерација на културата. Светлечките бактерии се многу чувствителни индикатори на молекуларниот кислород. Б.
Факултативните анаеробни морски бактерии, обединети во родот Photobacterium (светлечки бактерии), имаат способност за биолуминисценција.Во аеробни услови, тие оксидираат органски супстрати со емисија на месечево-сина светлина. Биолуминисценцијата се смета како адаптација на некои микроорганизми за да се заштитат од штетните ефекти на кислородот.
Нецелосна оксидација. Повеќето аеробни микроорганизми, во процесот на дишење, вршат целосна оксидација на јаглехидратите до јаглерод диоксид и вода*. При што
се ослободува целата енергија содржана во подлогата. Пример е оксидацијата на гликозата со пекарски квасец:
Сепак, оксидацијата може да биде нецелосна. Ова зависи од видот на микробите и условите за развој. Типично, нецелосната оксидација се јавува кога има вишок на јаглени хидрати во околината и недостаток на кислород. Крајните производи на нецелосната оксидација се органските киселини, како што се оцетна, лимонска, фумарна, глуконска, итн. Типичен пример за нецелосна оксидација е формирањето на оцетна киселина од алкохол од бактерии од родот Acetobacter:
Овој оксидативен процес го користат микроорганизмите за да добијат енергија. Во случај на нецелосна оксидација, формирањето на високоенергетски фосфатни врски се јавува при процесот на пренос на електрони. Сепак, вкупниот енергетски принос е значително помал отколку со целосна оксидација. Дел од енергијата на оксидираната почетна подлога се складира во добиените органски киселини. Поради фактот што слични киселини (сукцинска, млечна) се формираат при ферментација на јаглени хидрати, нецелосната оксидација се нарекува „оксидативна ферментација“. Карактеристична карактеристика на нецелосната оксидација е учеството на кислородот во реакциите. Затоа, аерацијата е неопходен услов за формирање на органски киселини од микроорганизми. Утврдено е дека формирањето на аглутаминска киселина од бактерии (Corynebacterium glutamicum) се случува само во строго аеробни услови. Покрај тоа, приносот на оваа амино киселина може да биде многу висок - 0,6 мол глутамин на 1 мол употребена гликоза.
Микроорганизмите кои се развиваат поради енергијата на нецелосната оксидација се користат во микробиолошката индустрија за производство на органски киселини, вклучително и амино киселини.
Анаеробно дишење. Во анаеробни услови, односно во отсуство на молекуларен кислород, некои микроорганизми
како што се Micrococcus denitrificans и бактериите од родот Desulfovibrio и Desulfotomaculum користат оксидирани минерални соединенија како акцептори на водород - нитрати, сулфати, кои лесно се откажуваат од кислородот, претворајќи се во редуцирани форми. Производите на редукција на нитрати се нитрит и молекуларен азот; сулфатите се редуцираат до водород сулфид и други соединенија. Добиените намалени производи се ослободуваат од клетката. Оксидацијата на органската материја во анаеробни услови настанува со дехидрогенизација.Водородот што се одвојува влегува во респираторниот синџир и се пренесува во соодветниот акцептор. Конечната реакција се катализира со нитрат редуктаза. Вториот функционира како цитохром оксидаза во анаеробни услови.
Нитрат редуктаза е индуциран ензим. Неговата синтеза се случува само во анаеробни услови во присуство на нитрати. Кислородот ја инхибира синтезата на нитрат редуктаза. Во присуство на нитратна редуктаза во клетката (ако бактериите се префрлаат од анаеробни во аеробни услови), кислородот се натпреварува со нитратот за електрони во респираторниот синџир, а со тоа ги инхибира функциите на овој ензим. Ова е причината зошто нитратното и сулфатното дишење се случува само во анаеробни услови.
Способноста на микроорганизмите да користат нитрати и сулфати како акцептори на електрони им овозможува целосно да ја оксидираат подлогата и на тој начин да ја добијат потребната количина на енергија. Така, бактериите кои се нитрифицираат за време на нитратното дишење произведуваат целосна оксидација на органските супстрати, додека излезната енергија е само 10% помала отколку за време на аеробното дишење. АТП се формира како резултат на фосфорилација во респираторниот синџир.
Дишење на микроорганизми.
| Име на параметарот | Значење |
| Тема на статијата: | Дишење на микроорганизми. |
| Рубрика (тематска категорија) | Образование |
Дишењето на микроорганизмите е биолошка оксидација на различни органски соединенија и некои минерални материи. Како резултат на редокс процесите и ферментацијата, се создава топлинска енергија, од која дел се користи од микробната клетка, а остатокот се ослободува во околината. Денес оксидација се дефинира како процес на отстранување на водородот (дехидрогенизација) и закрепнување - нејзиното пристапување. Овие термини се однесуваат на реакции кои вклучуваат пренос на протони и електрони или само електрони. Кога супстанцијата се оксидира, електроните се губат, а кога супстанцијата се редуцира, тие се додаваат. Се верува дека преносот на водород и преносот на електрони се еквивалентни процеси.
Енергијата ослободена за време на редокс реакциите се акумулира во високоенергетските соединенија ADP и ATP (аденозин дифосфат и аденозин трифосфат). Овие соединенија имаат високо-енергетски врски кои имаат голема понуда на биолошки достапна енергија. Oʜᴎ се локализирани во сложени структури на микробни клетки - мезозоми или митохондрии.
Врз основа на видот на дишењето, микроорганизмите се делат на аероби, анаероби и факултативни анаероби.
Аеробно дишењемикроорганизми е процес во кој последниот акцептор на водород (протони и електрони) е молекуларниот кислород. Како резултат на оксидација на главно сложени органски соединенија, се генерира енергија, која се ослободува во околината или се акумулира во високо-енергетски фосфатни врски на АТП. Се прави разлика помеѓу целосна и нецелосна оксидација.
Целосна оксидација.Главниот извор на енергија за микроорганизмите се јаглехидратите. Како резултат на распаѓањето на гликозата во аеробни услови, процесот на оксидација продолжува до формирање на јаглерод диоксид и вода со ослободување на голема количина слободна енергија:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 674 kcal.
Нецелосна оксидација. Не сите аероби ги завршуваат реакциите на оксидација. Со вишок на јаглени хидрати во околината, се формираат производи од нецелосна оксидација, кои содржат енергија. Крајните производи на нецелосната аеробна оксидација на шеќерот се органските киселини: лимонска, јаболкова, оксална, сукцинска и други, кои се формираат од мувлосни габи. Аеробното дишење го вршат и бактериите на оцетна киселина, во кои оксидацијата на етил алкохол не произведува јаглерод диоксид и вода, туку оцетна киселина и вода:
C 2 H 5 OH + O 2 → CH 3 COOH + H 2 O + 116 kcal.
етил алкохол оцет. до-та
Оксидацијата на етил алкохол со бактерии на оцетна киселина може да оди понатаму - додека не се појават јаглерод диоксид и вода и не се ослободи голема количина на енергија:
C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O + 326 kcal.
етанол
Анаеробно дишењеспроведено без учество на молекуларен кислород. Разликувајте вистинско анаеробно дишење (нитрат, сулфат) и ферментација . За време на анаеробното дишење, водородниот акцептор е оксидиран неоргански соединенија, кои лесно се откажуваат од кислородот и се претвораат во поредуцирани форми. Нитратен здив- редукција на нитрати до молекуларен азот . Сулфатно дишење -редукција на сулфати до водород сулфид.
Ферментација- разградување на органски соединенија што содржат јаглерод во анаеробни услови. Се карактеризира со тоа што последниот акцептор на водород е молекула на органска материја со незаситени врски. Супстанцијата се распаѓа само до меѓупроизводи, кои се сложени органски соединенија (алкохоли, органски киселини). Енергијата содржана во нив не ја користат микробите, а енергијата генерирана во мали количини се ослободува во околината.
Типични примери на анаеробно дишење се:
Алкохолна ферментација (дишење на квасец во анаеробни услови):
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 27 kcal;
етил алкохол
Ферментација на млечна киселина (дишење на бактерии на млечна киселина):
C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 6 O 3 + 18 kcal;
млечни производи до-та
Ферментација на бутирна киселина (дишење на бактерии на маслен киселина):
C 6 H 12 O 6 → C 3 H 7 COOH + 2CO 2 + 2H 2 + 15 kcal;
нафта до-та
Како што може да се види од горенаведените равенки, анаеробното дишење ослободува значително помалку енергија од аеробното дишење. Поради оваа причина, за време на анаеробното дишење, за да се задоволи потребата од исклучително важната количина на енергија, исклучително е важно микроорганизмите да консумираат повеќе шеќери отколку за време на аеробното дишење.
Најголем дел од енергијата генерирана за време на дишењето се ослободува во околината. Ова предизвикува загревање на храната во која се развиваат микроорганизми. Така се загрева виното во кое настанува алкохолна ферментација; се загреваат влажни жито, тресет, сено.
Дишење на микроорганизми. - концепт и видови. Класификација и карактеристики на категоријата „Дишење на микроорганизми“. 2017, 2018 година.
Страна 16 од 91
Животот на микробите, како и сите живи суштества, е поврзан со континуирано трошење на енергија, и затоа, за одржување на физиолошката рамнотежа, неопходно е постојано обновување на неговите резерви. Вториот го спроведуваат микроорганизми преку процесот на дишење.
За разлика од животните и повисоките растенија, процесот на дишење кај микробите, и покрај нивната микроскопска големина, се одликува со својата сложеност и разновидност, која се заснова на дејството на различни ензими. Според видот на дишењето, микроорганизмите се поделени во три групи:
- задолжителни аероби кои се развиваат само со слободен пристап до кислород. Нивниот процес на дишење се изведува со учество на молекуларен кислород од воздухот (на пример, Vibrio cholerae).
- задолжителни анаероби кои можат да живеат само во отсуство на атмосферски кислород (на пример, тетанус бацил).
- факултативни анаероби, кои вклучуваат огромно мнозинство на патогени микроорганизми; тие можат да постојат и во отсуство на атмосферски кислород и со незначителен пристап до него.
Работата на Пастер беше првата која утврди дека голем број на микроорганизми можат да се развијат во средина без кислород, добивајќи ја потребната енергија од распаѓањето на сложените органски материи на хранливата супстрат. Процесите на длабоко разградување на органски соединенија без азот, кои обично се засноваат на анаеробно дишење, се нарекуваат ферментација. Процесот на аеробно и анаеробно дишење го спроведуваат биолошки катализатори (ензими), кои се способни да го активираат текот на оксидативните реакции за време на дишењето. За време на аеробното и анаеробното дишење, во првата фаза од процесот, водородот се активира со ензими од групата дехидрогенази, кои земаат водород од супстратот (хранлива средина) и го пренесуваат од една органска молекула во друга - од еден акцептор во друг. (од латинскиот акцептор - воочување). И бидејќи во структурата на атомот на водород има еден електрон во орбитата, процесот на отстранување на водородот од подлогата е оксидативен. Во последната фаза, за време на аеробното дишење, аеробните дехидрогенази го пренесуваат водородот отстранет од подлогата директно до атмосферскиот кислород, кој е последниот акцептор. Во овој случај, може да се формира водороден пероксид, кој ја игра улогата на оксидирачки агенс за органски соединенија. Ензимот каталаза, кој се наоѓа во сите аеробни организми, го разградува водород пероксидот во вода и кислород, а ензимот пероксидаза го активира кислородот на пероксидот.
Анаеробните дехидрази не можат да дадат водород на воздушниот кислород, туку го пренесуваат на други акцептори (ензими, други супстанции кои се појавуваат за време на процесот на ферментација).
И при аеробно и анаеробно дишење се забележува оксидација на некои материи и редукција на други.
Суштината на оксидацијата е губење на електрони од супстанцијата што се оксидира, а при редукцијата електроните се добиваат со супстанцијата што се редуцира.
Така, актите на дишење кај микроорганизмите претставуваат низа последователни редокс процеси кои водат до ослободување на енергија неопходна за нивниот живот.
Најдостапни производи за оксидација од аеробни микроби се шеќерите, алкохолите и органските киселини. Сложените азотни соединенија се користат последни за дишење. Анаеробните микроби користат органски соединенија и минерали како оксидирачки супстрат.
Анаеробното дишење е помалку економично од аеробното дишење, како што може да се види од следниот пример. Аеробното разградување на една молекула шеќер од грозје ослободува 674 калории топлина. (CbH120b + 602 = 6C02 + 6H20 + 674 калории), а со анаеробно распаѓање на истата молекула - само 27 калории (C6Hi206 = 2C2H50H + 2C02 + 27 калории).
Забелешка. Типот на дишење на микроорганизмите се рефлектира во природата на нивниот раст на вештачки хранлив медиум. Така, на пример, бацилот на туберкулоза, како задолжителен аероб, во епрувета или колба со хранлива супа расте само површно, во форма на филм, оставајќи ги медиумот транспарентен, анаеробните бацили - само во основата, а бактериите од ентеричната тифус група (факултативни анаероби) расте подеднакво во сите слоеви на супа, давајќи дифузен раст.
Методи за одгледување анаероби. За да се одгледуваат анаероби, покрај соодветните хранливи материи, неопходно е да се создадат услови на животната средина без кислород. Постојат многу методи за одгледување анаеробни микроби. Според принципите на овие методи, тие можат да се поделат на хемиски, физички и биолошки.
Хемиски методи. Постојат два начина за одгледување анаероби. Првиот метод е тоа што епруветите или садовите инокулирани со анаероби се ставаат во затворен простор (на пример, сукатор) и се става дел од апсорбер на кислород - натриум хипосулфит и алкален раствор на пирогалол. За 1 g пирогалол земете 10 ml 10% раствор на NaOH; оваа количина на супстанција е способна да го врзува кислородот во волумен од околу 200 ml воздух.
Наједноставните начини за постигнување анаеробиоза со користење на оваа мешавина се како што следува:
- Памучниот приклучок на епрувета со инокулацијата на оваа култура се сече, се спушта малку подлабоко и се навлажнува со раствор (0,5-1 ml). Воздушниот пристап е запрен со приклучување со гумен затворач или гумена капа.
- Отстранување на воздухот од хранливата средина пред сеидба со вриење во водена бања 15 минути и потоа брзо ладење на 45-50°. Со цел да се спречи повторното влегување на воздухот во медиумот, цевките се запечатуваат или површината на медиумот се полни со стерилно парафинско масло.
- Добивање на изолирани колонии во длабоките слоеви на медиумот со помош на методот Vignal. Техниката на инокулација со методот Вигнал е следна: 3-4 епрувети со стопен медиум агар се инокулираат со материјалот за испитување и постепено се разредуваат. Агарот, кој сè уште не се зацврстил по инокулацијата, се собира од секоја епрувета во пипети Пастер, кои потоа се затвораат само од исцртаниот крај (при запечатување, за да се избегне прскање на материјалот, не можете да го држите спротивниот крај затегнат ). Цевките брзо се ладат и се префрлаат на термостат. По 2-3 дена, со успешно разредување на почетниот материјал, може да се забележат поединечни колонии.
За да се изолира колонијата, се прави засек со датотека на назначеното место на цевката, по што цевката лесно се крши. Во овој момент, содржината се истура во стерилен сад Хајденрајх-Петри, колонијата се зема со јамка или се влече во тенка повлечена пипета и се пренесува во супа или со инјектирање во колона шеќерен агар.
- Механички отстранување на воздухот (а со тоа и кислородот) од околината. За да го направат ова, тие користат специјални уреди - анаеростати (сл. 41). Анаеростатот во својата наједноставна форма е правоаголна или цилиндрична метална кутија затворена со капак на гумена заптивка. Цилиндерот е опремен со метален вентил кој е поврзан со пумпата. Внатре се ставаат епрувети и чаши со култури, воздухот се испумпува. За да се одгледуваат строги анаероби, доволно е да се намали притисокот на 1 mm.
Биолошки методи. Меѓу биолошките методи најчесто се користат инфекција на животни и методот Фортнер.
Кога животните се заразени, употребениот материјал се администрира на животното во мешавина со специфичен серум. Овој метод може да се користи на два начина:
- За да се изолираат микробите од смесата. Ако микробот се совпаѓа со серумот, тој умира. Други микроби кои не одговараат на овој серум се изолирани од животното.
- За одредување на токсините. Доколку има отров во материјалот за тестирање, животното што го примило во мешавина со антитоксичен серум преживува. Контролното животно умира. Оваа дијагноза е широко користена со биолошки тест за токсин.
Фортнеровиот метод. Овој метод ја доближува лабораториската технологија до природните услови за развој на анаеробни микроорганизми. Фортнер го користел методот на симбиоза на аеробни микроби способни енергично да апсорбираат воздушен кислород (Bact. prodigiosum) со анаероби посеани на крвен агар во чинија Хајденрајх-Петри. Плочата е поделена на два дела со отсечена лента агар за да се избегне мешање на културите при континуиран раст. Материјалот што треба да се тестира за анаероби се инокулира на едната половина од садот, а на другата се инокулира познат облигатен аероб (Bact. prodigiosum Сас. subtilis и др.).
За да се изолира внатрешноста на чашата од надворешната атмосфера, нејзините рабови се полни со восок или запечатени со пластелин. Добар површински раст на анаеробите може да се добие со помош на методот Фортнер.
Хранливи средства за одгледување анаероби. Кита супа - Тароци. Во епрувета со супа од месо-пептон се додаваат парчиња црн дроб сварен и измиен со врела вода на сито (3-5 g по епрувета) или мелено месо, се полнат со вазелин и се стерилизираат на 115° 30 минути.
Крвен агар со гликоза (Zeissler). Слабо алкален агар кој содржи 2-3% агар-агар и 2% гликоза се истура во големи епрувети (долга 25 cm и дијаметар од 2,5 cm), приближно по 60 ml, стерилизиран 30 минути на 110 ° и во оваа форма се чува. Пред употреба, агарот се топи во водена бања, се лади на 45°, во секоја епрувета се додава 12-15 ml стерилна дефибринирана крв, се меша и се истура во 3-4 садови Heidenreich-Petri. Подготвените чаши се чуваат 2 дена на собна температура пред сеидбата.
Вајон цевка агар. Во супата со отворено огниште се додаваат 2% агар и 0,5% гликоза. Поставете ја pH вредноста на 7,4 и истурете ја во тесни епрувети (дијаметар 0,3-0,5 cm, должина 20 cm). Колоната на агар не треба да биде повисока од 2/3 од должината на епрувета и се стерилизира во фракции од 3 дена за 40 минути во апарат што тече со пареа.