Практическое использование микробных ферментов

С целью получения высококачественных кормов для сельскохозяйственных 
животных процессы микробного синтеза используются при силосовании 
зеленых трав; благодаря ферментативной активности дрожжей, 
размножающихся на отходах нефти (парафинах), получают белково-
витаминные концентраты, которые являются ценным питательным веществом 
- 
их добавляют к грубым кормам для животных. 
Ферменты позволяют некоторым микроорганизмам усваивать метан, и эти 
виды бактерий используют для борьбы с метаном в шахтах. Известно, что 
ферменты бактерий (в частности, сенной палочки) широко применяются в 
качестве биодобавок к стиральному порошку "Ока" и стиральной пасте "Био". 
Эти препараты удаляют белковые загрязнения, так как ферменты расщепляют 
белки до водорастворимых веществ, легко смываемых при стирке. 
В медицинской промышленности с помощью ферментов микроорганизмов 
получают витамины, гормоны, алкалоиды. 
Дыхание бактерий 
Дыхание (или биологическое окисление) микроорганизмов представляет 
собой совокупность биохимических процессов, в результате которых 
освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микробных 
клеток. 
Все физиологические процессы, такие как движение, рост и размножение, 
образование спор и капсул, выработка токсинов, могут осуществляться при 
постоянном притоке энергии. Микроорганизмы добывают энергию за счет 
окисления различных химических соединений: углеводов (чаще глюкозы), 
спиртов, органических кислот, жиров и т. д. Сущность окисления состоит в 
том, что окисляемое вещество отдает электроны, а восстанавливаемое 
получает их. 
По типу дыхания все микроорганизмы разделяются на облигатные (строгие) 
аэробы, облигатные анаэробы и факультативные (необязательные) анаэробы. 
Облигатные аэробы (микобактерии туберкулеза и др.) живут и развиваются 
при свободном доступе кислорода, т. е. реакции окисления осуществляются у 
них при участии молекулярного кислорода с высвобождением большого 
количества энергии. Примером может служить окисление глюкозы в аэробных 
условиях: 
С
6
Н
12
О
6
+ 6О
2
→ 6СО
2
+ 6Н
2
О + 2882,6 кД (688,5 ккал) 
Существуют и микроаэрофилы, которые нуждаются в малых количествах 
кислорода (некоторые лептоспиры, бруцеллы). 

Облигатные анаэробы (клостридии столбняка, ботулизма и др.) способны 
жить и размножаться только в отсутствие свободного кислорода воздуха. 
Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с 
образованием небольшого количества энергии. Так, при анаэробном 
разложении 1 моль глюкозы энергии выделяется значительно меньше, чем при 
аэробном дыхании: 
С
6
Н
12
О
6
→ 2С
2
Н
5
ОН + 2СО
2
+ 130,6 кД (31,2 ккал) 
Наличие свободного кислорода для облигатных анаэробов является 
губительным. Это связано с тем, что в присутствии кислорода конечным 
продуктом окисления органических соединений оказывается перекись 
водорода. А поскольку анаэробы не обладают способностью продуцировать 
фермент каталазу, расщепляющую перекись водорода, то она накапливается и 
оказывает токсическое действие на бактерии. 
Факультативные анаэробы могут размножаться как при наличии 
молекулярного кислорода, так и при отсутствии его. К ним относят 
большинство патогенных и сапрофитных бактерий. 
Процессы разложения органических веществ в бескислородных условиях, 
сопровождающиеся выделением энергии, называют также брожением. В 
зависимости от участия определенных микроорганизмов и конечных 
продуктов расщепления углеводов различают несколько типов брожения: 
спиртовое, осуществляемое дрожжами; молочно-кислое, вызываемое 
молочно-кислыми бактериями; масляно-кислое, обусловленное масляно-
кислыми бактериями и др. 
Выделение тепла при дыхании микроорганизмов можно наблюдать при 
выращивании культур в сосудах, защищенных от потери тепла, - температура 
питательной среды будет постепенно повышаться. С выделением избыточного 
тепла при дыхании некоторых микроорганизмов связаны процессы 
самовозгорания торфа, навоза, влажного сена и хлопка. 
Биохимические механизмы дыхания более подробно изложены в учебниках 
биологической химии. 
Пигменты микроорганизмов 
Некоторые микроорганизмы (бактерии, грибы) в процессе обмена веществ 
образуют красящие вещества - пигменты. По химическому составу и 
свойствам пигменты неоднородны. Они подразделяются на растворимые в 
воде (синий пигмент - пиоцианин, выделяемый синегнойной палочкой); 
растворимые в спирте и нерастворимые в воде (красный пигмент - 
продигиозан, выделяемый чудесной палочкой); нерастворимые ни в воде, ни в 
спирте (черные и бурые пигменты дрожжей и плесеней). 

Нерастворимые в воде пигменты (липохромы) обычно окрашивают колонии 
бактерий (например, желтый, золотистый, палевый пигменты стафилококков), 
а растворимые - окрашивают питательную среду (синегнойная палочка). 
Образование пигментов у микробных клеток происходит на свету при 
достаточном доступе кислорода и определенном составе питательной среды. 
Пигментообразование в ряде случаев является стойким признаком 
микроорганизмов, что позволяет использовать его в качестве теста для 
идентификации некоторых бактерий (например, стафилококки, синегнойная 
палочка). 
Пигментообразование 
у 
микроорганизмов 
имеет 
определенное 
физиологическое значение. Пигменты защищают микробную клетку от 
природной ультрафиолетовой радиации, принимают участие в процессах 
дыхания, некоторые обладают антибиотическим действием (продигиозан). 
Особый интерес представляет история чудесной палочки Serratia 
marcescens, которая образует на хлебе, картофеле и других продуктах, 
содержащих крахмал, красные колонии, похожие на капли свежей крови. 
Древнеримский историк Квинт Курций Руф в своей книге "История 
Александра Македонского" описал одну из его побед при покорении Малой 
Азии, связанную с этим удивительным микробом. В 332 г. до н. э. при осаде 
города Тироса в армии Александра Македонского произошло неприятное 
событие - в хлебе появились большие красные пятна, напоминающие пятна 
крови, и солдат охватил страх. Они посчитали это плохим предзнаменованием. 
Однако хитрый придворный мудрец Александра истолковал это "знамение" 
так: "Кровавые пятна действительно знак богов, но поскольку они находятся 
внутри запеченного хлеба, то это означает гибель войск, находящихся внутри 
осажденных стен города. Боги указывают на свою благосклонность войскам 
Александра и дают понять, что его победа обеспечена". Толкование мудреца 
так подняло дух армии, что солдаты с воодушевлением атаковали стены города 
и в скором времени захватили его. 
Появление подобных красных пятен на продуктах во времена религиозных 
предрассудков и мракобесия средневековья широко использовалось 
церковниками для пропаганды "кары божьей" за неверие и служило 
основанием для жестокой расправы с вольнодумцами. 
Светящиеся и ароматообразующие микроорганизмы 
Среди микроорганизмов (бактерий, грибов) встречаются такие, которые 
обладают способностью светиться (люминесцировать). Свечение бактерий 
возникает 
в 
результате 
интенсивных 
процессов 
окисления,^сопровождающихся выделением энергии. Свечение морской воды, 
чешуи рыб, тела мелких ракообразных, сгнившего дерева объясняется 
присутствием на них светящихся бактерий или фотобактерий. 

Все светящиеся бактерии относятся к аэробам. Большая часть их видов 
обитает в морской воде, так как они лучше размножаются при повышенной 
концентрации соли (галофильные микробы). Могут светиться пауки, муравьи, 
термиты, живущие в симбиозе с фотобактериями. Светящиеся бактерии 
излучают зеленый или голубоватый свет, хорошо заметный в темноте. Ночью 
светятся и грибы, например осенние опенки. 
Светящиеся бактерии не вызывают процессов гниения, для большинства 
видов оптимальная температура жизнедеятельности - 15-18° С. Они хорошо 
растут на рыбных и мясных субстратах, что и обусловливает свечение мяса, 
рыбы. 
В начале XX века пытались использовать светящиеся бактерии в 
практических целях, их предлагали применять для "безопасных ламп" в 
пороховых погребах. 
Выявлены микроорганизмы, способные вырабатывать ароматические 
вещества, например уксусно-этиловый, уксусно-амиловый эфиры. Запахи 
некоторых микробов определяют ароматические свойства вин, молока, масла, 
сливок, сыров и т. д. Ароматообразующие бактерии широко используют при 
приготовлении различных пищевых продуктов. 
Некоторые микроорганизмы в процессе жизнедеятельности образуют 
вещества с неприятным запахом (индол, скатол, сероводород), что связано с 
разложением органических веществ. 
Рост и размножение бактерий 
Одним из важнейших проявлений жизнедеятельности микроорганизмов 
являются рост и размножение их. 
Рост определяется как увеличение размеров отдельной особи и упорядочное 
воспроизведение всех клеточных компонентов и структур. 
Под размножением понимают способность микроорганизмов к 
самовоспроизведению, в результате чего увеличивается число особей в 
популяции. Основной способ размножения у бактерий поперечное деление. 
Перед делением у бактериальных клеток, достигших определенного возраста, 
происходит удвоение молекул ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию 
материнской ДНК. Процесс деления считается законченным, когда цитоплазма 
дочерних клеток разделена перегородкой (рис. 9). 

жүктеу/скачать 14,39 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: