А.И. Нетрусов, И.Б. Котова - Микробиология (1125593), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Основная масса — мезофилы, но есть виды, растущие при температуре 75 'С. Развиваются в нейтральной или щелочной среде. Некоторые виды способны к фиксации молекулярного азота. Вообще, это универсальные микроорганизмы, способные использовать множество суб- Глюкоза 2АДФ ~ 2НАД' г ~ Гллквллз ) 2 АТФ 2 НАДН ~2 Пируват~ 'ьл Я вЂ” .— на~ нмн ~ э,н, ьнз КоА АДН НАД' н НАД Рнс. 96. Маслянокнслое н ацетонобутнловое брожение ( — обшне стадии; --- — реакции !фазы; — — реакции И фазы; ф — фермент ацетолцетвтдекарбокснлвзв) 129 стратов. Сахаролитические клостридии растут на сахаросодержаших и полисахаридных средах, протеолитические (или пептолитические) способны использовать белки и аминокислоты, среди них много болезнетворных форм, пурииолитические гидролизуют нуклеиновые кислоты и сбраживают пурины и пиримидины.
Этот вид брожения характеризуется четко выраженной двухфазпостыо. Во время фазы 1 клетки активно растут, образуют кислые продукты и рН снижается. В течение фазы П восстановительные эквиваленты переносятся на образовавшиеся кислые продукты и получаются ней- Донор Ааае атер [Сукнина~т соон — сн,— сн,— соон КоА-С вЂ” СН вЂ” С Не — СНЗ !! ! о он Рис. 97. Схема сукцинат-этанольного брожения тральные вещества, вследствие чего рН возвращается к нормальному уровню и культура снова может развиваться. Графическое выражение этого процесса представлено на рис.
95. Биологический смысл двухфазности заключается в более полном использовании субстрата за счет поддержания комфортных для культуры условий !30 существования путем сброса избыточных восстановительных эквивалентов на образовавшиеся кислые продукты брожения, т.е. решается две проблемы — «исправления рН» и избавления от восстановителя. Полная схема брожения представлена на рис. 96. Синтез фермента ацетоацетатдекарбоксилазы регулируется кислотностью среды и начинается при рН 5,0.
Некоторые бациллы и клостридии способны сбраживать аминокислоты (без дезаминирования), но только в виде определенных пар. Одна аминокислота при этом служит донором, а другая— акцептором водорода (реакция Стикленда). Донорами могут быть алании, лейцин, изолейцин, валин, серии, акцепторами — глицин, пролин, аргинин, триптофан. В реакции алании + 2 глицин » 3 ацетат + 3 ХНз + СО1 донор подвергается дезаминированию и окислительному декарбоксилированию, а акцептор — восстановительному дезаминированию.
Модификацией такого «парного» брожения является сунцинатэтанояьное брожение у С. Ыиучег! (рис. 97) с суммарным уравнением сукцинат + этанол -» 3 ацетат Сами клостридии интересны тем, что среди них есть опасные возбудители болезней человека. Например, С. Ьпго1уг1сит и С. эерпсит — возбудители газовой гангрены, протеолитические клостридии, образующие токсины, с которыми связано большое количество летальных исходов в период военных действий, когда раны загрязнялись почвой. При пережатии артерий для остановки крови в тканях возникал анаэробиоз и шло брожение с интенсивным вьщелением газов.
Развитие гангрены могло быть остановлено насыщением раны кислородом до 3 атм, что и было предложено военным хирургом В. И. Кравченко («бочка Кравченко»). С. !егап1, вызывающий столбняк, образует столбнячный токсин, приводящий к судорогам мышц. И наконец, всем известный нейротоксин ботулин синтезирует С. Ьо(и11лит, как правило, развивающийся в плохо приготовленных консервированных белковых продуктах (рыба, мясо, бобовые).
Этот токсин термолабилен, т.е. разрушается после кипячения в течение!5 мин. Гомоацетатное брожение, продуктом которого является только ацетат, хотя и называется брожением, однако часть реакций происходит за счет анаэробного дыхания. Микроорганизмы, его осуществляющие, широко распространены в анаэробной зоне, это строгие анаэробы, способные перерабатывать богатый набор субстратов. Они связаны синтрофными связями с ацетокластическими метаногенами, которые проводят реакцию ацетат -» метан + + СОн так как в пресных водоемах нет других возможностей уда- 13! лить ацетат в анаэробных условиях. Можно сказать, что гомоацетогены стоят на перепутье между бродильщиками и организмами, дышащими анаэробно, поскольку две молекулы ацетата дает брожение, а третья получается за счет анаэробного карбонатного дыхания (рис. 98).
Ферментный комплекс СО-дггидрогеназа-аце- Глюкоза ЕЛ 2 АДФ, 2 НАД' Гли колла ф Нз Рис. 98. Гомоацетатиое брожение ( — - — ацетил-КоА-путь) 132 Код-БН Биосинтез БЯт хН2 сн, 1 со х т г сн, со ' х М' со х г г Снз-Во — Е Рис. 99. Схема действия СО-дегидрогеназы-ацетил-Код-синтазы у гомо- ацетогенов гпил-КоА-сиптаза предположительно работает по схеме, представленной на рис. 99. При наличии кислорода ферменты гомоацетогенов теряют свою активность, поэтому их выделение и очистку проводят в анаэробных боксах. Гомоацетогены могут расти автотрофно на СО2 + Нн образуя ацетат, при этом водород служит донором, а углекислота — акцептором электронов. Когда гомоацетогены растут автотрофно, формирование АТФ путем субстратного фосфорилирования ограничено. В этом случае АТФ генерируется, в основном, с помощью хемиосмотического механизма, сопряженного с восстановлением углекислоты до ацетил-КоА (путь Вуда — Пьюнгдала) (см.
рис. 98 (область, ограниченная штриховой линией) и рис. 99). Мембраны гомоацетогенных клостридий содержат ферменты гидрогеназу, НАДН:ферредоксин-оксидоредуктазу, пирролохинолинхинонзависимую метанолдегидрогеназу, СО-дегидрогеназу, метилен-ТГФ- редуктазу и протонзависимую АТФазу. АТФ у гомоацетогенов может синтезироваться как за счет протондвижущей силы, так и за счет Ха'(Ы')/Н'-антипорга. 133 Возможен рост этих организмов в атмосфере СО с образованием ацетата.
Большинство гомоацетогенов способно к росту на одноуглеродных субстратах. К другим соединениям, используемым некоторыми гомоацетогенами, относят галактозу, рибозу, глюкуроновую кислоту, глюконат, маннит, глицерин, многие спирты, органические кислоты и аминокислоты. АсеюЬасгегйля яоойг' и некоторые клостридии в присутствии С02 (СО) используют О-метильные группы большого количества метоксилированных ароматических кислот, включая ванильную, сиринговую, 3,4,5-триметоксибензойную, ферулиновую и другие, для синтеза ацетата.
Гомоацетогенные микроорганизмы распространены во многих таксономических группах. Это представители родов С(озгпйит, например, Сlозгг(гЬит гЬеггпоасег(сит, С.~оггп(соасег(сит, С. гЬегто- ашшгорЬ(сит (растет при 70 С), 5Роготцга, АсеюЬасгепигя (А. иххх(л), АсегоапаегоЬ(ит, Асегояел(ит, Асея)отаси(ит, Асеюйа(оЬ(ит, Асеюлета, ЫоогеИа, ЕиЬасгепит, Рергггягергососсиз, Кит(лососсиг, Буп~горЬососсцг.
Все они относятся к домену Васгепа. Среди архей и эукарий гомоацетогенов до настоящего времени не обнаружено. Ацетат играет важную роль ключевого интермедиата в глобальном цикле метана. При расщеплении сложных органических веществ гомоацетогены синтезируют ацетат из метильных групп и СОь Ацетат метаболизируется до метана и углекислоты метаногенными археями. Анаэробное дыхание Анаэробный энергодающий процесс, в котором конечным акцептором электронов служит окисленное органическое или неорганическое вещество, отличное от кислорода, называют анаэробным дыханием.
Анаэробное дыхание сопряжено с функционированием ЭТЦ. Считают, что эволюция процессов запасания энергии шла от субстратного фосфорилирования (без мембран) через анаэробное дыхание (на мембранах, но без кислорода) к аэробному дыханию (высшая форма — специализированные органеллы, митохондрии).
Виды анаэробного дыхания подразделяются по используемому конечному акцептору электронов (табл. 16). Процессы восстановления нитрата широко распространены в живой природе. Эго прежде всего ассимиляция нитрата 1ЧО~ -+ ХНь В форме аммиака (аммония) азот встраивается в органические молекулы. Такая аееимыляциоиная нытратредукция известна у растений, грибов, бактерий и происходит с помощью молибденсодержащей цитоплазматической нитратредуктазы и сложной гемсодержащей железосерной нитритредуктазы.
Иные восстановитель- 134 Таблица 16 Виды аяаэробяого дыхания Восстановленный продукт Нвзввние лыхвнив— пропессв Примеры микроорганизмов Акпептор электронов 140з Н итратиое— диссимиляционная нитратредукция Бактерии кишечной группы )ЧО -» 1Ч,О-» )Ч, Нитратное— денитрификация сзеис(отгтаз, Васзйиз 504 Йвзи((овгйззп, )зтиуоготасизйт Суп ьфатноев диссимиляционпая сульфвтредукция Н,Ф Сермое— серуредукция Нзз квпиКиготоназ, з йегтарпзгеиз СО, СН« Кврбонвтнпе— метаногенез Метвногениые врхеи Карбонвтное— вцетогенез СО, Гомовцетогенные бактерии Ацетат «Железное» Гзеойасгее 135 ные процессы идут при анаэробном нннзратном дыхании — это нитратредукция (1х1Оз -э ХОз) у бифидо- и энтеробактерий и денитрификация ()з(0, -+-+ (х(з'1') у псевдомонад и бацилл.
Донор электронов — обычно органическое вещество. Это единственный процесс, позволяющий превратить связанный азот в газообразный, и именно таким образом происходит вынос азата из почвы (поэтому нельзя вносить нитраты и навоз вместе в качестве удобрений, ведь при создании анаэробных условий после дождя начинается мощная денитрификация). Процессы анаэробного дыхания с нитратом в качестве акцептора можно также назвать днссимнляционной нитратредунцией, так как восстановленные формы азота не идут непосредственно на синтетические процессы.
Бактерии, способные к диссимиляционной нитратредукции, являются факультативными анаэробами и обладают полной дыхательной системой, причем синтез мембрансвязанных нитрат- и нитритредуктаз индуцируется только в анаэробных условиях, а у некоторых микроорганизмов — еще и в присутствии нитрата.
Поэтому, чтобы не происходило обеднение почвы азотом, необходима вспашка, т.е. создание аэробных условий. У микроорганизмов, которые осуществляют только восстановление нитрата до нитрита, последний может накапливаться в культуральной жидкости. В этом случае дальше иногда происходит ассимиляционная нитритредукция, не дающая энергии, но зато пре- образующая нитрит в Н Н„', который идет на синтез аминокислот и других азотсодержащих соединений, т.е.
происходит аммонификация нитрата. Ранее упоминалось о мошной нитратредуктазе бифидобактерий. Восстановление нитрата до нитрита кишечной микробиотой также может приводить к цианозу, когда эритроциты, блокированные нитритом, не могуг переносить кислород. Развернутая схема денитрификации выглядит следующим образом: ХО, -+ ХО, -+ МΠ— > ХгО -+ ~Ч2 Интересно, что у млекопитающих )ЧО действует как нейротрансмитгер, регулируя кровяное давление, а также используется макрофагами для уничтожения бактерий и опухолевых клеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
