Ферменты микроорганизмов, их классификация и методы изучения.

Ферменты- это спец-ие орг-ие катализаторы белковой природы.фер-ты м.б.простыми и слож.Прос - уреаза, пепсин, трипсин, амилаза. Слож. - каталаза, дегидрогеназа, цитохромы. Принято различать экзо- и эндо фер-ты. Экзофер не связаны со струк-рой протоплазмы, растворимы в пит.среде и проходят ч\з бак. фильтры. Эндофер. прочно связаны с бак кл и действует внутрикл-но. Различ 6 классов:

1) оксидоредуктаза- катализируют ОВР,играют большую роль в процессах получения биолог. энергии.

2)трансферазы- катализируют перенос отдельных радикалов от одних соединений к др.

3)гидролаза- катализирует р-ции гидролиза белков,жиров,углеводов с участием воды 4)лиазы-катализируют отщепление от субстратов отдельных хим.гр.с образованием двойных связей 5)изомеразы-осущ-т превращение орган-х соединений в их изомеры 6)лигазы- кат-ют процессы синтеза связей за счет энергии распада АТФ.

Питание микроорганизмов осуществляется благодаря наличию в клетке различных ферментов, катализирующих все жизненно необходимые реакции. Ферменты - это биологические катализаторы белковой природы. Микробная клетка, подобно клеткам высших организмов, оснащена достаточно активным ферментативным аппаратом. Ферменты микроорганизмов обладают теми же свойствами и функциями, что и ферменты высших организмов. Вещества ферментной природы обладают рядом общих особенностей:

• Небольшое количество катализатора обеспечивает превращение большого количества субстрата (одна часть химозина может свернуть 12 млн. частей молока), оставаясь при этом в свободном состоянии.

• Для ферментов характерна высокая специфичность действия (лактаза гидролизует только лактозу, не действуя на родственные сахара).

• Ферменты, синтезируемые микробной клеткой, способны действовать, будучи выделенными из нее.

В микробной клетке может находиться большое количество ферментов, благодаря чему микроорганизмы способны осуществлять одновременно ряд различных реакций.

Ферменты, как и белки, могут быть простыми и сложными. Уреаза, пепсин, трипсин, амилаза – простые ферменты. Каталаза, дегидрогеназы, цитохромы – сложные. В соответствии с катализирующими реакциями все ферменты разделяют на шесть классов:

Оксидоредуктазы - катализируют реакции окисления-восстановления.

•Трансферазы - катализируют реакции переноса различных групп от донора к акцептору.

•Гидролазы - катализируют разрыв связей в субстратах с присоединением воды.

• Лиазы - катализируют реакции разрыва связей в субстрате без присоединения воды или окисления.

• Изомеразы - катализируют превращения в пределах одной молекулы (внутримолекулярные перестройки).

• Лигазы (синтетазы) - катализируют присоединение двух молекул с использованием энергии фосфатных связей.

Несмотря на малые размеры микробной клетки, распределение в ней ферментов строго упорядоченно. Ферменты энергетического обмена и транспорта питательных веществ локализованы в цитоплазматической мембране и ее производных. Ферменты белкового синтеза связаны с рибосомами. Многие ферменты не связаны с определенными структурами клетки, а находятся в цитоплазме в растворенном виде.

Ферменты бактерий подразделяются на экзо- и эндоферменты. Эндоферменты функционируют только внутри клетки. Они катализируют реакции биосинтеза и энергетического обмена. Экзоферменты выделяются клеткой в среду и катализируют реакции гидролиза сложных органических соединений на более простые, доступные для ассимиляции микробной клеткой. К ним относятся гидролитические ферменты, играющие исключительно важную роль в питании микроорганизмов.

Ферментативную активность бактерий и грибов широко используют в промышленности для получения органических кислот (уксусной, молочной, щавелевой, лимонной), приготовления молочных продуктов (сыр, ацидофилин, кумыс), в виноделии, пивоварении и других отраслях промышленности. Посредством микробного синтеза получают амилазы для гидролиза крахмала, протеиназы для обработки кож, пектиназы для осветления фруктовых соков.

Знание ферментативных процессов, характерных для определенного вида микроорганизмов, позволяет идентифицировать возбудителей инфекционных заболеваний, выделенных из патологического материала и, следовательно, ставить точный диагноз.

Химический состав микроорганизмов (бактер клетки). Значительную часть клетки составляет вода - от 70 до 85% от общей массы. Вода служит средой, в которой протекают разнообразные химические процессы микробной клетки. В ней растворяются кристаллоиды, диссоциируют электролиты, формируются коллоиды. Кроме того, сама вода как химический компонент, непосредственно участвует в реакциях гидролиза белков, углеводов и липоидов. Количество воды в клетке постоянно, и это постоянство регулируется цитоплазматической мембраной.Сухой остаток микробной клетки составляет от 15% до 30%. Из них половина приходится на белки. Это простые белки - протеины и сложные белки - протеиды. Аминокислотный состав белков характерен для различных видов микроорганизмов. Белки входят в состав ферментов. Белками являются экзотоксины, с которыми связана патогенность целого ряда микробов; белками являются многие антигены, с ними связана специфичность микробов.Нуклеиновые кислоты являются важнейшими компонентами микробов. В ДНК зашифрована вся наследственная информация клет­ки, а РНК участвует в процессах считывания информации, передачи се на рибосомы и синтеза в них белка - соответственно: матричная РНК (мРНК), рибосомальная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК).Установлено, что состав нуклеотидов ДНК, а именно соотношения гуанин + цитозин/аденин + тимин является стабильным признаком. Поэтому его можно использовать для определения таксономического положения бактерий. Например, у стафилококков процентное содер­жание Г+Ц-28%-39%, а у сходных с ними микрококков Г+Ц=65%-83%, следовательно, они принадлежат к разным родам.Липиды у бактерий, не содержащих жировые вещества в виде включений, составляют около 10% сухого остатка. У бактерий, имеющих особые жировые включения, например, у микобактерий туберкулеза, количество липидов достигает 40%, что обеспечивает этим бактериям устойчивость к кислотам, щелочам, спиртам. В состав липидов входят нейтральные жиры, фосфолипиды и свободные жирные кислоты. Фосфолипиды являются составной частью цитоплазматической мембра­ны, принимают участие в транспорте веществ. Липиды входят в со­став липополисахарида клеточной стенки грамотрицательных бакте­рий - это их эндотоксин и О-антиген.Углеводы выполняют в клетке пластическую роль и являются источником энергии, необходимым для обменных процессов. Количество углеводов в клетке непостоянно даже у одной и той же бактерии (от 10% до 30%) и зависит не только от рода и вида, но и от условий разви­тия микробов. Бактерии содержат моносахариды, дисахариды, полисахариды. У некоторых бактерий полисахаридный антиген настолько специфичен, что позволяет разграничить отдельные типы внутри вида. Например, капсульный антиген пневмококков, поверхностный С-антиген стрептококков.Минеральные вещества микроорганизмов разнообразны, количество и состав их зависит от вида микробов и состава питательной среды. Основные элементы, необходимые для жизнедеятельности клетки - натрий, калий, фосфор, кальций, магний, железо, медь, сера, хлор, кремний. Некоторые металлы - железо, кальций - входят в состав фер­ментов. Фосфор входит в состав аденозинтрифосфорной кислоты, которая является своеобразным аккумулятором энергии. Ионы металлов участвуют в поддержании постоянства осмотического давления, реакции среды (рН) в клетке. Реакция цитоплазмы слабощелочная. Заряд на поверхности бактерий - отрицательный, у спирохет - положительный. Благодаря одноименному заряду, бактерии в физрастворе образуют равномерно-мутную взвесь. Склеивание их между собой и образование хлопьев наблюдается при реакции агглютинации, а также при потере поверхностного заряда клетки, например, у шероховатых R-форм бактерий.

Хламидия. Хламидии - бактерии маленького размера, зависят от клетки хозяина, являясь по сути паразитами, только внутри клеток. Четыре вида хламидий: Chlamydia pneumoniae, Chlamydia trachomatis, Chlamydia psittaci, Chlamydia pecorum. Chlamydia pecorum, Chlamydia psittaci вызывают заболевания у птиц и животных. Если люди соприкасаются с такими животными, они могут получить заболевания легких (пневмонию). Chlamydia pneumoniae могут вызвать заболевания дыхательных путей (бронхит, бронхиальная астма, пневмония). Chlamydia trachomatis -возбудители урогенитальных инфекций, передаются половым путем, а также заболеваний глаз (конъюнктивит). Хламидии широко распространены в природе и способны вызывать заболевания у птиц, диких и сельскохозяйственных животных, у человека. Хламидии являются прокариотами и представлены мелкими сферической формы грамотрицательными микроорганизмами. Хламидии являются облигатными внутриклеточными паразитами, энергетически зависимыми от клетки ткани и кроме того, у них слабо выражена метаболическая активность. Зрелой морфологической формой хламидий, способной взаимодействовать с клеткой макроорганизма являются элементарные тельца, имеющие ригидную клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану, нуклеоид и рибосомы. Размножение хламидий начинается с проникновения в чувствительную клетку путем эндоцитоза элементарных телец. Эти тельца в вакуоле клетки превращаются в вегетативные формы, называемые инициальными или ретикулярными тельцами, которые обладают способностью делиться. Ретикулярные тельца имеют пластичную клеточную стенку, а в цитоплазме – рыхло расположенные ядерные фибриллы и многочисленные рибосомы. После многократного деления ретикулярные тельца превращаются в промежуточные формы, из которых в конце цикла развивается новое поколение элементарных телец. Размножение хламидий в клетке ведет к образованию включений, называемыми микроколониями. Микроколонии локализуются в цитоплазматическом пузырьке, образованном из мембраны клетки – хозяина. Весь цикл развития хламидий, заканчивающийся образованием микроколонии, длится примерно 40 – 48 часов от момента заражения. После образования зрелой микроколонии хламидий происходит разрыв стенки вакуоли и полное разрушение клетки – хозяина. Микроколония хламидий, оказавшись за пределами целой клетки, распадается на самостоятельные элементарные тельца и цикл проникновения хламидий в здоровую клетку с последующим их размножением повторяется. Спектр патологии при хламидиозных инфекциях очень широк. В естественных условиях хламидии патогенны для многих видов птиц, животных и человека. Заражение происходит аэрогенно, при половом контакте, внутриутробно, алиментарно. Источником инфекции являются больные птицы, животные, люди. У сельскохозяйственных животных заболевания характеризуются поражением органов дыхания, пищеварения, половых органов, ЦНС, суставов, конъюнктивы. У животных хламидиозы проявляются как респираторные, энтеральные, урогенитальные, суставные, неврологические, глазные формы инфекции. Могут из локализованной формы превратиться в генерализованную. У животных хламидии могут вызвать вагиниты, плацениты, аборты, пневмонии у крупного рогатого скота, телят, овец, коз, свиней, лошадей, кошек, мышей. У жвачных животных нередко развиваются кишечная форма, полиартриты, конъюнктивиты, доброкачественный лимфоретикулез, гепатиты, энцефаломиелиты, перикардиты, маститы, миокардиты. Инфицирование животных происходит воздушно – капельным, половым и плацентарным путем. Возможна передача возбудителя и трансмиссивным путем некоторыми кровососущими членистоногими.Источником инфекции являются больные животные. Основным источником хламидиозного аборта овец являются больные овцы во время ягнения, когда возбудитель во внешнюю среду попадает с выделениями половых органов, с абортированными плодами, с фекалиями, мочой и молозивом. Животные могут заражаться и алиментарным путем. Фактором передачи возбудителя при этом могут быть инфицированные корма, или какие – либо различные субстраты из окружающей среды. В природе среди птиц широко распространено инфекционное заболевание орнитоз, вызываемое одним из видов хламидий (Ch.psittaci). Известно более 160 видов диких и домашних птиц (попугаи, голуби, куры, утки, гуси, страусы, индейки, перепела, грачи, вороны, сороки и др.), которые болеют этим заболеванием. Источником инфекции являются птицы больные или носители. Взрослые птицы в большинстве случаев выживает, а молодняк в основном погибает. Возбудитель в окружающую среду выделяется с экскрементами. К возбудителю орнитоза восприимчивы не только птицы, но более 100 видов животных и человек. Различные штаммы возбудителя орнитоза вызывают пневмонию у телят овец, коз, свиней, лошадей, полиартриты у овец, телят, свиней, аборты у овец и коров, энтериты у овец, энцефаломиелиты у телят. У попугаев развивается насморк, энтерит, понос с летальным исходом. Человек обычно Ch.psittaci заражается аэрогенно при вдыхании инфицированной пыли или пуха, при разделке птиц, чистке клеток и уходе за птицей. Эпидемические вспышки связаны с профессиональными особенностями работы и обычно возникают в птицехозяйствах в процессе ухода, забоя и обработки инфицированной птицы. Спорадические случаи заболевания орнитозом возникают чаще всего в бытовых условиях у любителей голубей и экзотических птиц, у охотников при контакте с дикими или полудикими птицами. Групповые вспышки орнитоза могут быть обусловлены как профессиональными особенностями людей, так и домашним содержанием птиц. Патогенные хламидии Ch.trachomatis у человека вызывают хроническое воспаление соединительной оболочки глаз, гиперплазию ткани, гипертрофию фолликулов. Может наступить слепота. Возбудитель передается контактным, бытовым путем (через общие полотенца, грязные руки). Источник возбудителя больной человек. У новорожденных развивается бленнорея. Источником возбудителя является инфицированная мать, у которой возбудитель сохраняется в мочеполовой системе и ребенок заражается при прохождении родовых путей. Ch.trachomatis у человека может вызвать уретрит, проктит, артрит, венерический лимфогрануломатоз. Хламидии достаточно устойчив в окружающей среде. Выделившись из организма, хламидии на дереве, бетоне, кирпиче и других объектах могут сохраняться несколько дней, не теряя своих патогенных свойств.