"Микробиология негіздері" пәнінен лекциялар жинағы

C₆H₁₂O₆ —> 2C₂H₅OH             +    2CO₂          +  23,5×104 дж

глюкоза —> этиловый спирт + углекислота + энергия

 

Спирттік ашу процесі  – бірнеше сатыдан тұратын  күрделі құбылыс. Глюкозаның пирожүзімқышқылына айналымы, тыныс алу процесіне  ұқсас келеді. Бұл реакциялардың  барлығы оттексіз ортада, яғни анаэробты  жағдайда өтеді. Соңынан тыныс алу және ашу процестері жеке дара өтеді. Спирттік ашу процесі барысында пирожүзім қышқылы соңғы кезеңде  спирт пен  көмірқышқыл газына айналады. Бұл реакциялардың жиынтығы екі кезеңде өтеді. Алдымен пируваттан СО₂ бөлініп, сірке альдегидін түзеді. Соңынан сірке альдегиді сутекті байланыстырып, этил спиртіне дейін тотықсызданады.  Барлық реакциялар ферметтер қатысында өтеді. Альдегидтердің тотықсыздануында НАД·H2 қатысады. Әрдайым спиртік ашу барысында, негізгі өнімдерден басқа, жанама өнімдер түзіледі. Олар алуан түрлі, бірақ өте көп мөлшерде кездеседі: амил, бутил және басқа да спирттер, аталған спирттердің қоспасы – сивуш майы деп аталады. Сивуш майы шараптарға арнаыы аромат береді. Спирттік ашудың биологиялық мәні – АТФ түрінде шоғырналатын бөлінген энергияның санын, соңынан клетканың тірішілк әрекеті жұмсалады.

Сүт қышқылдық ашу процесі. Сүт қышқылы ашу процесінде   лактоза   қанты   ерекше сүт қышқылы бактерияларының, көмегімен сүт қышқылына айналады. Бұл процесс мына реакция бойынша жүреді:

С₆Н_І2О₆=2СзН₆Оз+18 ккал

қант    сүт қышқылы энергия

 

Сүт қышқылы ашу процесі  көбінесе сүтте кездеседі және бұл  процеске қатынасатын бактерияларды  сүт қышқылы бакте-риялары деп  атайды. Бұл процестің нәтижесінде  негізгі продукт ретімде қышқыл түзіледі.Сүт қышқылы ашу процесі табиғатта, тұрмыста кең таралған. Ол өндірісте, ауыл шаруашылығында қолданылады. Өнер-кәсіпте таза сүт қышқылын алу, түрлі тағамдар даярлау(сүзбе, қаймақ, айран т.б.) жемшөпті сүрлеу, овощтарды ашыту негізінен осы сүт қышқылы бактерияларының  қасиетіне негізделген. 

Сүт қышқылы ашу процесінің ішкі сыры соңғы кездерде анықталды. Қант ашығанда бірден сүт қышқылы  пайда бола қоймайды. Алдымен аралық өнім ретінде пирожүзім қышқылы  түзіледі. Егерде ашытқы саңырауқұлақтарда  осы пирожүзім қышқылын сірке альдегидіне дейін ажырататан карбоксилаза ферменті болса, сүт қышқылы бактерияларында ол жоқ. Соның нәтижесінде пирожүзім қышқылы одан әрі ажырамайды, сутегінің әсерінен тотығу процесіне ұшырап, сүт қышқылына айналады.

Ал тіршілігі нәтижесінде  қанттан тек сүт қышқылын ғана емес, сонымен бірге басқа да продуктылар түзетін сүт қышқылы бак-териялары да бар. Бұларды гетероферментативті сүт қышқылы   бактериялары    деп    атайды .    Бұл бактериялар қатысқанда қант мына төмендегіше ажырайды:

                  

С₆Н₁₂О₆ — СНзСНОН • СООН + СООНСНа • СООН +

Қант            сүт қышқылы         янтарь қышқылы

 

+ СН₃ СООН + СН ₃ СН ₂ ОН  + СО ₂ + Н₂ +   ккал

                               Сірке  қышқылы         спирт         көмір     сутегі     энергия

                                                                                     қышқылы

                                                                                     газы

 

Гетероферментативті сүт  қышқыл бактериялары кейде ауасы  мүлде жоқ жерде де тіршілік ете береді. Олардың бір ерекшелігі ортадағы азоттың минералды түрлерімен де қоректене береді. Бұл бактериялардың тағы бір ерекше қасиеті — клеткасында карбоксилаза ферментінің барлығы. Осының арқасында ауасыз (анаэробты) жағдайда олар әжептәуір мөлшерде спирт те түзе алады.

Гетероферментативті сүт  қышқылы бактерияларының ішінде пентоза қантын жақсы ашытатындары да бар. Пентозаның ыдырауы барысында  сүт және сірке қышкылдары пайда  болады:

С₅ Н1₀ О₅= CH ₃CHOH  COOH+  CH₃ COOH

Пентоза     қанты сүт қышқылы  сірке қышқылы

 

Анаэробты жағдайда ыдырайтын  пентоза қантының 90 проценті сүт  және сірке қышқылдарына айналады. Бұл процесс топырақта жүрсе  органикалық қалдықтардың тез ыдырауына  мүмкіндік туғызады.

  Сүт қышқылы   бактерияларын   практикада   қолдану.  Гомоферментативті сүт қышқылы бактериялары   сүт   шаруашылығында  кеңінен қолданылады.Сүттен — қышқыл, сүт тағамдарын даярлауда осы бактериялар әсерінен ортада сүт қышқылы пайда болады. Қышқыл ортада шіріту бактериялары да тіршілік ете алмайды. Сүтте казеин, түрлі минерал түздар, негізіне сүт қанты бар.Міне, сондықтан да ол сүт қышқылы бактерияларына ең бір қолайлы орта болып саналады. Сүттегі микроорганизмдердің санымен сапасы оны сақтау жағдайына байланысты. Бұл көптеген микроорганизмдердің сүтке сырттан келіп түсетінін аңғартады. Желіндегі сүттің бір миллилитрінде небәрі 300—400-дей бактериялар болады. Ал сауылған сүтте микроорганизмдердің бұдан көп болуы негізінен сауу кезінде тазалықтың болмауынан болады. Егер санитарлық және гигиеналық ережелер қатаң сақталып, соған сәйкес сақтау жағдайы езгерсе, көп кешікпей-ақ бактериялар көбейіп кетеді. Сүтті сауғаннан бастап екі тәулік ішінде +30°-та ұстаса бак-териялар өте жақсы дамиды да тез көбейеді. Ал температура жоғарылайтын болса, олардың біразы қырылып кетеді. Әдетте жаңадан сауылған сүтте бактериялар бірден қаулап көбеймейді. Бұл сүтте бактериялардың өсуін тежейтін заттың барлығын аңғартады. Сауылғаннан кейін сүт неғұрлым тез салқындатылса, солғұрлым онда бактериялар да азаяды. Салқындату қазір практикада кеңінен қолданылады.

Май қышқылдық ашу процесі. Май қышқылдық ашу процесінің табиғатын өткен ғасырдың 60-шы жылдары Луи Пастер анықтаған болатын. Май қышқылдық ашу процесінің қоздырғыштары – бактериялар, бактериялар тірішілік әрекеттері үшін энергияны көмірсулардың ашуы процесі нәтижесінде алады. Олар түрлі заттарды, яғни, көмірсуларды, спирттер мен қышқылдарды ашыта алады, сонымен қатар, жоғары молекулалы көмірсуларды – крахмал, гликоген, декстриндерді ыдырата және ашыта алады.  Май қышқылдық ашу процесін

 

C₆H₁₂O₆ —> CH₃·CH2·COOH + 2CO₂ + 2H₂ 
глюкоза —> масляная кислота

С₆Н₁₂О₆ -> 2CH₈-CHOH-COOH+21,8-104 дж өрнектеуге болады.

 

Ашу процесі барысында  бірқатар қосымша заттар - этил спирті, сут және сірке қышықылдары түзіледі. Бірқатар май қышықылыдқ бактериялар ацетон, бутанол және изопропил спиртін түзе алады. Ашу глюкозаның фосфорилдеуінен басталады және әрі қарай гликолиздену жолымен пирожүзім қышқылын түзеді.  Соңынан сірке қышықылы түзіліп, ферменттермен активтенеді. Консациялану (қосылу) барысында 2 көміртекті қосылыстан 4 көміртекті қосылысқа май қышқылы айналады. Сонымен, май қыышқылдық ашу процесі барысында тек заттардың ыдырауы ғана емес, соныменқатар, олардың синтезі жүреді.  В.Н. Шапошников бойынша, май қышқылдық ашу процесі 2 кезеңнен тұрады. 1-ші кезеңде, биомассаның өсуімен сірке қышықылының шоғырлануы қатар жүреді, ал май қышқылының түзілуі 2-ші кезеңде, заттар синтезінің баялануы нәтижесінде өтеді. Май қышықылдық ашу процесі табиғи жағдайда өте үлкен аумақтарды қамтиды, мысалы, саздардың түбінде, сазданған топырақтарды анаэробты жағдайда өтеді.   Майқышқылдық бактериялар көптеген органикалық заттарды ыдырату үлкен роль атқарады.

Спирттік, сут және майқышықылдық  ашу процестері табиғаттағы заттардың  ашу процестерінің негіздері  болып саналады. Бұл поцестер бір-бірімен органикалық жағынан тығыз байланысты, себебі, алғашқы кезеңдері, көмірсулардың ыдырауы ұқсас келеді.

Ашудың қос  фазасы.

Сүт қышқылы  бактериялары - шар және таяқша тәрізді болып келеді де, ездері қозғалмайды, спора да түзбейді және ауалы да, ауасыз да жерлерде бірдей тіршілік ете береді. Бірақ бактериялар топтарының барлығы дерлік бірдей мөлшерде сүт қышқылын түзе бермейді. Олардың кейбір топтары қышқыл ортаға төзімсіз (шар тәрізділері) келеді. Ал таяқша тәрізді сүт қышқылы бактериялары ортада едәуір мөлшерде (1,5—2%) қышқыл жинай алады және осындай жағдайда тіршілік етеді. Сүт қышқылы бактериялары моно- және дисахаридтерді ашытады. Ал крахмал және басқа күрдел  полисахаридтерді ажырата алмайды. Бұл бактериялардың кейбір түрлері асқазан ауруын қоздырушы микробтарды қыратын антибиотиктер түзетіні де анықталды. Сүт қышқылы ашу процесін жүргізетін бактериялардың ішіндегі ең маңыздылары:

Стрептококкус лактис —  қос-қостан немесе моншақ тәріздене  тізіле орналасқан шар тәрізді бактериялар +30—35° температурада өсіпдамиды. Ашу барысында ортада" 1 процентке дейін қышқыл түзеді. Сүт тағамдарын (айран, кефир, қаймақ т. б.) даярлауда актив қатысады.                          

Болгар таяқшасы —  оны алғаш рет болгар айранынан  И. И. Мечников бөліп алып зерттеген. Ұзындығы 4—5 микрондай болатын қозғалмайтын таяқша, өніп-өсуге қолайлы температура +/40—48°. Ортада 3,0—3,5 процентке дейін қышқыл түзе алады. Қышқылды ортаға аса тезімді. Бұл айран даярлауда қолданылады.

Ацидофиль таяқшасы —  емшек жасындағы балалардың іше-гінен бөлініп алынды. Ол +40° температурада жақсы өсіпдамиды. Тіршілік ортасы сүт болғанда 2,2 проценттей сүт қышқылын түзеді. Қөбінесе ацидофилин және ацидофиль айрандарын даярлауда қолданылады.

Дельбрюк таяқшасы —  бірден немесе бірнешеден тізбектеле орналасқан таяқша бактериялар. Спора түзбейді. Тіршілігіне ең қолайлы температура +45°. Тіршілік еткен ортасында 2,5 проценттей қышқыл түзеді. Ал ортада бор болса, қышқыл мөлшері 10 процентке жетеді. Бұлар өндіріс жағдайында сүт қышқылын алу мақсатында қолданылады.

Бактериум кукумерис  ферментати — ұзындығы 2 микрондай, қос-қостан немесе моншақ тәрізді орналасқан микроорганизмдер. Көбінесе қиярды тұздағаннан  кейін оны ашыта бастайды. Тіршілік етуі үшін ең қолайлы температура 4-35°, ортада бір проценттей сүт қышқылын түзеді.

 

 

Бақылау сұрақтары:

1. Спирттік ашу процесі қалай өтеді және оған қандай микроағзалар қатысады?
2. Сүтқышқылдық ашу процесінің неше түрі бар?
3. Май қышқылдық ашу процестері қайда өтеді?

 

 

Әдебиеттер:

1. Дарқанбаев Т.Б., Шоқанов Н.К Микробиология және вирусология негіздері. Алматы, «Мектеп», 1982ж.
2. Шоқанов Н.Қ. Микроорганизмдерді ауыл шаруашылығында қолдану. Алматы, «Қайнар», 1982ж.
3. Мишустин Е.Н., Емцов В.Т. Микробиология. М.: Агропромиздат, 1978, 391с.
4. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология.-М.:МГУ,1992.-448с.

 

 

 

 

 

 

 

Лекция № 11

Тақырыбы: Микроағзалардың  тыныс алуы.

Сабақтың мақсаты: студенттерде микроағзалардың аэробты және анаэробты тыныс алуы және олардың механизмдері туралы түсінік қалыптастыру.

Түйін сөздер: аэробтар, анаэробтар, Кребс циклы

Жоспар:

1. Микроағзалардың аэробты тыныс алуы
2. Микроағзалардың анаэробты тыныс алуы

 

     Тыныс алу барысында микроағзалар өзіне қажетті энергияны табады.  Тыныс алу  - тыныс алу тізбегі арқылы донорлардан акцепторларға АТФ түзе отырып электрондарды тасымалдайтын биологиялық құбылыс болып саналады.  Тасымалданатын электрондардың соңғы акцепторларының табиғатына байланысты тыныс алу – аэробты және анаэробты болады. Аэробты тыныс алудың электрондарының соңғы акцепторы – молекулалық оттегі (О₂)., ал анаэробты тыныс алуда байланысқан оттегі -  ( -NO₃ , =SO₄, =SO₃).

Микроағзалардың тыныс алуына байланысты оларды 4 топқа  топтастырады: 1.Облигатты (нағыз) аэробтар. Оларға тыныс алу үшін міндетті түрде молекулалық (атмосфералық) оттегі қажет.

2.Микроаэрофилдер – бос оттегі төмен концентрациясында пайдалануға қабілетті. Мұндай жағдайды қалыптастыру үшін микроағзаларды дақылдауда газ қоспасына 10%-ға дейін CO₂ қосады.

3.Факультативті анаэробтар – микроағзалар глюкозаны пайдаланып аэробты және анаэробты тыныс алады. Олардың ішінде молекулалық оттегінің жоғары концентрациясына толерантты болады, оларды аэротолерантты микроағзалар деп атайды, сонымен қатар кейбір микроағзалар белгілі жағдайларда анаэробты жағдайдан аэробты жағдайға ауысуы мүмкін.

4.Нағыз анаэробтар тек анаэробты жағдайда көбее алады, яғни молекулалық оттегінің ең төменгі концентрациясында.  Биохимиялық тұрғыдан анаэробты тыныс алу ашу процесі негізінде өтеді.

Энергетикалық жағынан аэробты  тыныс алу өте тиімді, себебі АТФ-тың  өте көп мөлшері синтезделеді. Аэробты тыныс алу процесі нәтижесінде тотығудың уытты  өнімдері түзіледі (H₂O₂ – сутегінің қос тотығы, -О₂ – бос күйіндегі оттегінің бос радикалдары). Уытты затардан арнаулы ферменттер қорғайды  каталаза, пероксидаза, пероксиддисмутаза. Аанаэробтар бұл ферменттер болмайды, сонымен қатар тотығу-тотықсздану потенциалын(rH₂) реттейтін жүйе болмайды. 

Микроағзаларды дақылдауда анаэробты жағдайды қалыптастыру әдістері.

1. Физикалық – ауаны сорып  тастау, арнаулы газды оттегінсіз  қоспаларды қосу, мысалы, -  N₂- 85%, CO₂- 10%, H₂- 5%.

2. Химиялық – арнаулы оттегіні  бойына сіңіріп алатын сорбенттер  қолданады. 

3. Биологиялық – микроағзаларды  дақылдау барысында нағыз аэробты  және анаэробты микроағзаларды  бірге өсіру (аэробтар оттегіні  сіңіріп, анаэробты микроағзалардың өсуіне жағдай жасайды).

4. Аралас – бірнеше жағдайларды  қарастырады.

Аэробты тыныс алу  барысында 2 фаза қалыптасады. 1 фаза бірқатар реакциялар жиынтығынан тұрады, соның  салдарынан органикалық субстрат СО₂ тотығады, ал сутегінің бос атомдары акцепторларға қарай тасымалданады. 1 фазөа гликолиз циклынан (пируваттың түзілуіне алып келеді) және Кребс циклынан тұрады. 2 фаза бос сутегі атомдарының оттегімен тотығып АТФ-тың түзілуімен сипатталады. Екі фазада органикалық субстраттардың СО₂ және Н₂О тотығуына және   АТФ түрінде кездесетін биологиялық энергияның түзілуіне алып келеді.