Ферменты микроорганизмов

Открыты ферменты русским химиком К. С. Кирхгофом в начале XIX в. Ферменты (энзимы) представляют собой органические или биологические катализаторы, вырабатываемые живыми клетками организма, обладают чрез­вычайно высокой активностью, все биохимические процессы обмена веществ совершаются при их участии. Без ферментов эти процессы проте­кали бы очень медленно или совсем не происходили.

Ничтожное количество фермента способно вовлечь в реакцию в сотни тысяч и даже миллионы раз большую массу веществ - реагентов. Например, одна весо­вая часть сычужного фермента (применяется в сыроделии) вызывает свертывание в 70 млн. раз большей массы молока.

Названия ферментов, за некоторыми исключениями, состав­ляются из корня слова, обозначающего субстрат, который рас­щепляется данным ферментом, с добавлением к нему оконча­ния «аза». Например, фермент, расщепляющий крахмал (амилум), получил название амилаза; фермент, разлагающий са­хар, - сахараза, лактозу - лактаза и т. д. За отдельными ферментами сохранились названия, которые они получили до введения указанного пра­вила («аза»). Так, ферменты желудочно-кишечного тракта че­ловека носят свое первоначальное название - пепсин и трипсин.

Ферменты могут действовать внутри микробной клетки и вне ее. Те из них, которые вызывают биохимические процессы внутри клетки, называются эндоферментами.

Все ферменты активны только в определенных условиях. При повышении температуры, кислотности или щелочности среды активность их падает, а при более резких изменениях условий среды ферменты разрушаются.

Большинство ферментов проявляет самую высокую актив­ность при температурах в пределах 30-40°С. Повышение температуры свыше 40°С приводит сначала к падению активности фермента, а при температуре около 80°С почти все ферменты разрушаются.

Каждый фермент обладает строго избирательным действием, т. е. воздействует только на какое-нибудь одно соединение, вы­зывает или ускоряет лишь определенную реакцию. Поэтому микроорганизмы выделяют несколько ферментов, обеспечиваю­щих многочисленные биохимические процессы внутри и вне клетки. Одни ферменты действуют на белки, другие - на угле­воды, третьи - на жиры.

Ферменты, катализирующие превращения белков, называются протеазами, или протеолитическими ферментами. К ним относятся пепсин, разлагающий белки до более простых соеди­нений - пептонов, трипсин, продолжающий распад белков до аминокислот. Протеолитические ферменты выделяются многими гнилостными бактериями и плесневыми грибами.

Ферменты, катализирующие гидролиз (разложение вещества водой) и синтез углеводов, относятся к карбогидразам. В эту группу входят амилаза, мальтаза, сахараза, лактаза, пектиназа, целлюлаза.

Амилаза превращает крахмал в солодовый сахар – мальтозу. Этот фермент содержится в плесневых грибах, многих бакте­риях, в растениях, а также в слюне и соке поджелудочной же­лезы человека и животных. Амилаза образуется в проросших зернах ячменя (солод) и других злаковых. Она играет большую роль в производстве хлеба, спирта, пива и др.

Мальтазарасщепляет сахар мальтозу (солодовый сахар) на две частицы глюкозы. Этот фермент вырабатывается бактериями, гриба­ми и дрожжами.

Сахараза разлагает сахарозу на глюкозу и фруктозу. Фер­мент содержится в большинстве микроорганизмов и в расте­ниях. Сахаразу применяют в кондитерской промышленности.

Лактаза расщепляет молочный сахар - лактозу - на галак­тозу и глюкозу. Она выделяется многими микроорганизмами, а также животными организмами.

Пектиназа катализирует расщепление пектиновых веществ. Она содержится в плесневых грибах и бактериях и находит применение в пищевой промышленности.

Целлюлаза подвергает гидролизу очень устойчивое соеди­нение - целлюлозу (клетчатку). Целлюлаза выделяется гри­бами и некоторыми бактериями.

Жиры расщепляются липолитическими ферментами (липа­зами). Липазы разлагают жиры на глицерин и жирные кислоты. Эти ферменты вырабатываются некоторыми бактериями и пле­сенями, встречаются в растениях, а также образуются в жи­вотных организмах.

Следующее составляющее сухого вещества – жиры.

Жиры (липиды) составляют у большинства микроорганизмов лишь незначительную часть, примерно 3-10%, сухого веса, отдельные виды («жировые дрожжи») содержат жира значительно больше – 40-60%.

Липиды входят в состав мембран, но главным образом, они формируют запасные вещества.

Углеводы находятся в теле микроорганизмов главным обра­зом в виде гликогена, гранулёзы, крахмала и клетчатки. Содержание угле­водов в микроорганизмах колеблется в больших пределах: у бактерий от 10 до 30% сухого вещества, у грибов 40-60%, бактерии - до 30%.

Углеводы используются для построения клеточных оболочек и являются энергетическим материалом клетки, участвуют в синтезе жиров и белков и формируют запасные вещества.

Минеральные вещества – регуляторы осмоти­ческого давления внутри клетки, состояние протоплазмы, входят в состав ферментов, стимулируют рост и те­чение многих биохимических реакций. Недостаток приводит к наруше­нию обмена веществ у микробной клетки, вплоть до гибели.

Пигменты. У фитотрофов – бактериохлориллы a,b,c, d (пурпурные, зеленые). У гетеротрофов (бактерии, дрожжи) – каротиноиды (желтые, оранжевые, красные), продигиозин (красные), пульхерримин (красные дрожжи).

Контрольные вопросы.

1. Что исследует физиология микроорганизмов?

2. Из каких протекающих одновременно процессов состоит обмен веществ?

3.Что называется конструктивным обменом? Другое название этого процесса.

4.Что называется энергетическим процессом? Другое название этого процесса.

5. Назовите основные процессы обмена веществ. Как они осуществляются?

6. Охарактеризуйте голозойный и голофитный способы питания. Каким организмам они присущи?

7. Что называется осмосом? Образование осмотического давления.

8. Что называется тургором? Тургорное давление.

9. Дайте характеристику явлениям плазмолиса и плазмопсиса.

10. Назовите основной признак деления микроорганизмов по типам питания. Гетеротрофы и автотрофы. Сапрофиты и паразиты.

11. Питательные среды – необходимость использования при изучении микроорганизмов.

12. Классификация микроорганизмов по отношению к кислороду.

13. Дайте определение ферментам и приведите несколько примеров ферментов.