Экзо- и эндоферменты

В основе всех метаболических реакций в бактериальной клетке лежит деятельность ферментов, которые принадлежат к 6 клас­сам: оксиредуктазы, трансферазы, гидролазы, лигазы, лиазы, изомеразы. Ферменты, образу­емые бактериальной клеткой, могут локали­зоваться как внутри клетки — эндоферменты, так и выделяться в окружающую среду — экзоферменты. Экзоферменты играют большую роль в обеспечении бактериальной клетки доступными для проникновения внутрь ис­точниками углерода и энергии. Большинство гидролаз является экзоферментами, которые, выделяясь в окружающую среду, расщепля­ют крупные молекулы пептидов, полисаха­ридов, липидов до мономеров и димеров, способных проникнуть внутрь клетки. Ряд экзоферментов, например гиалуронидаза, коллагеназа и другие, являются ферментами агрессии. Некоторые ферменты локализо­ваны в периплазматическом пространстве бактериальной клетки. Они участвуют в про­цессах переноса веществ в бактериальную клетку. Ферментативный спектр является таксономическим признаком, характерным для семейства, рода и — в некоторых слу­чаях — для видов. Поэтому определением спектра ферментативной активности поль­зуются при установлении таксономического положения бактерий. Наличие экзофермен­тов можно определить при помощи диффе­ренциально-диагностических сред, поэтому для идентификации бактерий разработаны специальные тест-системы, состоящие из набора дифференциально-диагностических сред.

Роль ферментов в жизнедеятельности животных, растений и микроорганизмов колоссальна. Благодаря каталитической функции разнообразные ферменты обеспечивают быстрое протекание в организме и вне его огромного числа химических реакций.

В природе под каталитическим воздействием ферментов осуществляются процессы гидролиза, фосфоролиза, переноса различных групп (метильные радикалы, остатки фосфорной кислоты и т. д.), окисления и восстановления, расщепления и синтеза, изомеризации и т. п. В частности они катализируют реакции синтеза и распада нуклеиновых кислот, участвуют в процессе пищеварения, катализируют реакции анаэробного окисления и процесс свертывания крови. Практически все химические преобразования в живом веществе протекают с помощью ферментов. Естественно поэтому, что каталитическая функция ферментов лежит в основе жизнедеятельности любого организма.

54. Аммонификация мочевины. Значение этого процесса в почве и при хранении навоза, приемы регулирования.

АММОНИФИКАЦИЯ, разложение микроорганизмами азотсодержащих органических соединений (белков, мочевины, нуклеиновых кислот и др.) с образованием свободного аммиака; один из важнейших этапов круговорота азота в природе, приводящий к обогащению почвы усвояемыми формами азота. В результате жизнедеятельности и гибели организмов в почву и водоемы попадает много азотсодержащих органических веществ, которые благодаря аммонификации минерализуются и могут быть вновь использованы растениями и различные микроорганизмами. При аммонификации соединения вначале гидролизуются при участии соответствующих ферментов до более простых соединений, используемых клеткой в процессах метаболизма.

Возбудитель:Уробактерии. Особенно активны представители семейства Pseudomonadaceae, рода Pseudomonas(P. FLUORESCENS), семейства Bacillaceae, рода Bacillus, (Proteus vulgaris)

Распад аминокислот(Дезаминирование)

Окислительное дезаминирование

RCHNH2COOH+O2→CO2+NH3+H2O+H2S+H3PO4

Восстановительное дезаминирование

RCHNH2COOH→ CO2+NH3+H2O+H2S+H3PO4+индол, скатол, кодоверин, индолилуксусная к-та

Гидролитическое

RCHNH2COOH+H2O→ CO2+NH3+H2O+H2S+H3PO4+индол, скатол, кодоверин, индолилуксусная к-та

Условия:

Без кислорода идет медленнее

Оптимальная влажность почвы для данного процесса 70-80%

Оптимальная температура 15-35. Мульчирование.

Аммиак, освобождающийся в результате биохимических реакций, происходящих в почве, расходуется разнообразно. Одна часть его адсорбируется на глинисто-гумусовых частицах или нейтрализует кислоты почвы. Другая немедленно превращается в белки бактерий или грибов. Какая-то часть аммиака окисляется также автотрофами в нитриты и нитраты, а некоторое количество аммиака остается в свободном состоянии и выделяется в атмосферу.

Микроорганизмы для своего питания нуждаются в разнообразных химических элементах, тех же самых, что и высшие растения. Основное питательное вещество, в котором нуждаются почвенные микроорганизмы, — азот.

Разложение мочевины

Ядовитое соединение, является самым концентрированным азотным удобрением. Содержит 46% азота.

CO(NH2)2→(NH4)2CO3→CO2,H2O,NH3

Под действием фермента уреазы.

Возбудители уробактерии.

Нитрификация:

-это процесс окисления аммиака до нитритов, а затем нитритов до нитратов. Процесс положительный, так как недоступный растениям ядовитый аммиак превращается в доступную форму.

Продукты нитрификации хорошо растворимы в воде и легко вымываются с грунтовыми водами.

Возбудители:

Nitrosomonas.

1 Превращают аммиак в нитритную форму:

2NH3+3O2→2HNO3+2H2O+Q

2.ОКИСЛЕНИЕ НИТРИТОВ ДО НИТРАТОВ

HNO2+½O2→HNO3+Q

Регулировки.

Любые механические обработки почвыусиливают этот процесс,поэтому ихпроводят в первую половину вегетации.

Условия:

Оптимальная pH-слабокислая, слабощелочная

Относительная влажность-80%

Орашение, мульчирование при t=25-35

Продукты нитрификации могут подвергатся дальнейшим превращениям

Процесс денитрификации

-это восстановление нитритов и нитратов до газообразных форм азота. Процесс отрицательный, так как доступный растениям азот теряется из почвы.

Денитрификация бывает прямая(Биологическая) и косвенная(химическая).

Косвенная возникает при снижении Ph почвы менее 5.5.

Прямая подразделяется на ассимиляционную и дисемиляционную.

Ассимиляционная - Превращение нитратов и нитритов в NH3

Дисемиляционная – нитратное дыхание. При недостатке кислорода в почве м.о. начинают использовать кислород нитритов и нитратов для дыхания.

Возбудитель-Pseudomonas-факультативные анаэробы

Метод борьбы - любые механические обработки почвы

Иммобилизация

При определенных условиях имеющиеся в почве минеральные формы азота переходят в недоступные для растений соединения. Один из таких процессов возникает вследствие бурного развития м.о., которые потребляют азот и переводят его в белок цитоплазмы.

Иммобилизация азота наблюдается при внесении в почву значительной массы соломыили соломистых удобрений. В результате иммобилизации использование азота растениями заметно снижается, что приводит к уменьшению урожая. Но в зимнее время процесс положительный, так как закрепленный азот не вымывается с весенними водами.

Все растения, за исключением бобовых, чувствительны к иммобилизации, поэтому органические удобрения рекомендуется вносить осенью.

25 Химический состав микробов

Химический состав микробов сложен и разнообразен. В них содержатся белки, углеводы, липиды, витамины, ферменты и другие вещества.

Элементарной основой органических и минеральных веществ микробной клетки являются водород, кислород, азот. Важное значение имеют также железо, фосфор, калий, натрий, кальций, магний, марганец и другие элементы.

Вода составляет основную массу микроорганизмов тела. Количество ее колеблется в вегетативных клетках микробов от 75 до 85%, в спорах воды значительно меньше— около 50%. Содержание воды в теле различных микробов неодинаково: оно меняется в зависимости от вида, возраста, питания, состава среды обитания. В воде растворены все наиболее важные органические и минеральные вещества микробной клетки. В водной среде протекают основные биохимические процессы, вызываемые микробами, например гидролиз углеводов, белков и других веществ:

Белки — основа всех жизненных структур микроорганизмов. Наличие в белках большого количества химических функциональных групп и своеобразие строения молекул белков определяют видовые и специфические признаки микробов.

«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка»,— писал Ф. Энгельс.

Белки входят в состав цитоплазмы, ядра, оболочек и прочих структур клетки. Белки микроорганизмов, как и все прочие, представляют собой полипептидную цепочку, построенную из разнообразных аминокислот.

Аминокислоты, поступающие в процессе питания в клетки микробов, в основном используются на пластические цели, т. е. для синтеза белков самой клетки. Лишь в некоторых случаях белки и аминокислоты могут служить энергетическим материалом или откладываться в качестве запасных веществ в цитоплазме клеток (зерна волютина).

Сухой остаток (т. е. то, что остается после высушивания клеток микробов) примерно на 80 % состоит из белков.

Различают белки простые и сложные; в состав последних входят и небелковые группы (углеводы, жиры, пигменты, нуклеиновые кислоты).. Большое значение для жизнедеятельности микроорганизмов имеют входящие в состав каждой клетки особые белковые вещества (ферменты, которые будут рассмотрены особо).

Нуклеиновые кислоты — сложные вещества, участвующие в регулировании синтеза клеточных белков, передаче наследственной информации и других процессах. Их доля в расчете на сухое вещество составляет 10—30 %. Известны несколько типов рибонуклеиновой кислоты: рибосомная (р. РНК), транспортная (т. РНК), матричная (м. РНК). Рибосомная входит в состав рибосом, транспортная переносит аминокислоты к рибосомам, матричная обеспечивает последовательность включения различных аминокислот в молекулы белка.

55Нитрификация. История открытия. Влияние внешних факторов на нитрификацию. Значение для плодородия почвы. Возбудители. Приемы регулировки в почве и навозе.

Нитрификация:

-это процесс окисления аммиака до нитритов, а затем нитритов до нитратов. Процесс положительный, так как недоступный растениям ядовитый аммиак превращается в доступную форму.

Продукты нитрификации хорошо растворимы в воде и легко вымываются с грунтовыми водами.

Возбудители:

Nitrosomonas.

1 Превращают аммиак в нитритную форму:

2NH3+3O2→2HNO3+2H2O+Q

2.ОКИСЛЕНИЕ НИТРИТОВ ДО НИТРАТОВ

HNO2+½O2→HNO3+Q

История открытия:

До середины 19 века, точнее до работ Л.Пастера явление образования нитратов объясняли как химическую реакцию окисления аммиака атмосферным кислородом, причем предпологалось,что почва в этом процессе играет роль катализатора. Пастер предложил, что образование нитратов-микробиологический процесс. Первые экспериментальные доказательства его гипотезы были получены Т.Шлезингом и А.Мюнцем в 1879г.Исследователи пропускали сточные воды через длинную колонку еском и карбонатом кальция. При фильтрации аммиак постепенно исчезал и появлялись нитраты. Нагревание колонки или внесение антисептиков прекращало окисление аммиака.

Однако выделить культуры возбудителей нитрификации не удавалось. Лишь в 1890-1892гг. С.Н.Виноградский, применив методику, изолировал чистые культуры нитрификаторов. Ученый предположил, что нитрифицирующие бактерии не растут на обычных питательных средах, содержащих органические вещества.

С.Н.Виноградский установил, что существует 2 группы нитрификаторов: одна осуществляет окисление аммиака до азотистой кислоты-первая фаза итрификации, другая-окисление азотистой кислоты до азотной-вторая фаза нитификации.

Представители обеих групп относятся к семейству Nitrobacteriaceae. Это одноклеточные грамотрицательные бактерии. Среди них есть палочковидные бактерии, сферические, извитые. Существуют подвижные и неподвижные формы с полярным, субполярным и перитрихальным жгутикованием.

Бактерии первой фазы- Nitrosomonas. Короткие овальные палочки

Бактерии второй фазы- Nitrobacter.удлиненнаяили клиновидная форма клеток.

Условия:

Оптимальная pH-слабокислая, слабощелочная

Относительная влажность-80%

Оптимальная t=25-35

Накопление нитратов в почве происходит с неодинаковой интенсивностью на разных почвах. Чем богаче почва,тембольше соединений азотной кислоты она может накапливать.

Вместе с тем при нитрификации происходит лишь перевод одного питательного для растений вещества-аммиака в другую форму-азотную кислоту. Нитраты, однако, обладают некоторыми нежелательными свойствами.В то время как ион аммония поглощается почвой, соли азотной кислоты легко вымываются из нее. Кроме того, нитраты восстанавливаются в результате денитрификации до N2, что так же обедняет азотный запас почвы.

Способы регулировки-любые механические обработки, поэтомуих проводят в первую половину вегетации.

56. свободноживущие в почве азотфиксирующие бактерии, их характеристика, удобрение азотобактерин

К свободноживущим азотофиксирующим микроорганизмам относятся представители сем. Azotobacteriaceae,а именно:

Род Azotobacter впервые был выделен голландским ученым Мартином Бейериком в 1901 году из огородной почвы. Азотобактер требователен к субстрату и особенно реагирует на дефицит фосфора. На бедных почвах он не развивается. В связи с этим его используют в качестве индикатора на содержание в почве фосфора и калия. Азотобактер плохо развивается в кислой среде, растет при рН 5,5 - 7,8 и более влаголюбив, чем другие микроорганизмы почвы. Азотобактер широко распространен в почвах разных географических широт. В целинных почвах азотобактер встречается редко, и по мере их окультуривания, создания необходимых условий численность его возрастает. Положительное действие азотобактера на растения объясняется тем, что он выделяет в окружающую среду витамины и другие биологически активные вещества: никотиновую и пантотеновую кислоты, гиббереллин, гетероауксин. Молодые клетки азотобактера представляют собой палочки размером 2-3Ч4-6 мкм. Позже они превращаются в крупные кокки диаметром 4 мкм. Кокковидные клетки обычно покрыты капсулой и содержат различные включения (жир, крахмал, поли-в-гидроксимасляную кислоту и т.д.). Все виды азотобактера аэробны. Источник азота для них - соли аммония, нитриты, нитраты и аминокислоты. При отсутствии связанных форм азота азотобактер фиксирует молекулярный азот.

Практическое значение:

Из чистой культуры Azotobacter готовят бактериальные удобрения. Ими обрабатывают семена, корни, рассду, либо вносят в лунки. Можно использоватьпод любые культуры, кроме бобовых, желательно в защищенном грунте. В среднем фиксируют 20 кг. Азота на гектар(за год)

Азотобактерин - бактериальное удобрение, содержащее свободноживущий почвенный микроорганизм Azotobacter chroococcum, способный фиксировать до 20 мг атмосферного азота на 1 г использованного сахара. Внесенные в качестве удобрения в почву бактерии также выделяют биологически активные вещества (никотиновую и пантотеновую кислоты, пиридоксин, биотин, гетероауксин, гиббереллин и др.). Эти вещества стимулируют рост растений. Кроме того, продуцируемые Azotobacter фунгицидные вещества из группы анисомицина угнетают развитие некоторых нежелательных микроскопических грибов в ризосфере растения.

Все виды Azotobacter строгие аэробы. Чувствительны к содержанию в среде фосфора и развиваются лишь при высоком его содержании в питательной среде. Азотфиксирующая способность культуры подавляется аммиаком (вообще содержание в среде связанного азота угнетает азотфиксацию). Стимулируют процесс фиксации азота соединения молибдена. Микробиологическая промышленность выпускает несколько видов азотобактерина: сухой, почвенный и торфяной. Почвенный и торфяной азотобактерин представляют собой активную культуру азотобактера, размноженную на твердой питательной среде, и содержат в 1 г не менее 50 млн. жизнеспособных клеток.

Использовать азотобактерин рекомендуется только на почвах, содержащих фосфор и микроэлементы. Азотобактерин применяют для бактеризации семян, рассады, компостов. При этом урожайность увеличивается на 10-15%. Семена зерновых опудривают сухим азотобактерином из расчета 100 млрд. клеток на 1 гектарную порцию семян. Картофель и корневую систему рассады равномерно смачивают водной суспензией бактерий. Для получения суспензии 1 гектарную норму (300 млрд. клеток) разводят в 15 литрах воды. При обработке почвенным или торфяным азотобактерином семена перемешивают с увлажненным препаратом и для равномерного высева подсушивают. Корневую систему рассады смачивают приготовленной суспензией.

57. Клубеньковые бактерии, свойства, значение, удобрение нитрагин, ризотрофин, ризобин

Бактерии Клубеньковые бактерии клубеньковые бактерии родов Rhizobium, азотфиксирующие симбиотические бактерии, образующие клубеньки на корнях бобовых растений – симбионтов. Внутри клубеньков клубеньковые бактерии фиксируют азот, переводя его в соединения, усваиваемые растениями, которые, в свою очередь, обеспечивают бактерии питательными веществами. В чистой культуре клубеньковые бактерии палочковидной формы, подвижны, аэробы и факультативные анаэробы. В клубеньках меняют свою форму, образуя бактероиды, интенсивно связывающие Клубеньки с активными клубеньковые бактерии содержат леггемоглобин, обеспечивающий анаэробные условия процесса азотфиксации и окрашивающий их в розовый цвет. Вне бобовых растений клубеньковые бактерии могут жить как сапротрофы. В наст. время все представители рода Rhizobium отнесены к двум видам–Rh. meliloti и Rh. leguminosarum. Чистые культуры клубеньковые бактерии используют для производства бактериальных удобрений (напр., нитрагина).

Свойства ризобий:

1. вирулентность- способность проникать в корень растения хозяина и образовывать клубеньки.

2. Специфичность-каждому виду бобовых растений свойственно вступать в симбиоз со своим видом клубеньковых бактерий.

3. активность-количество азота, фиксируемое м.о.

4. конкурентноспособность-способность вытеснять местные и малоактивные штаммы

нитрагин

препарат, приготовляемый из клубеньковых бактерий для заражения почвы, на к-рой культивируются в первый раз бобовые раст. (соя, люпин, люцерна и т. д.). Н. повышает урожайность этих раст., а они в свою очередь, обогащая почву азотом своих корневых остатков или запахиваемой зеленой массы, являются хорошими предшественниками для др. раст. НИТРАГИН представляет собой порошкообразный продукт содержащий в одном грамме не менее 6 млрд.бактерий, ряд минеральных солей.

Ризотрофин

Ризоторфин-Б - представляет собой препарат высокоэффективных клубеньковых бактерий, выращенных на торфяном субстрате, обогащенном углеводами, минеральными веществами, витаминами и микроэлементами. Для каждого вида бобовых растений ризоторфин-Б готовится отдельно.

Ризобин(нитрагин сухой)

Препараты на основе высокоэффективных безопасных для человека и животных клубеньковых бактерий – симбионтов бобовых культур: сои, гороха, люцерны, люпина, козлятника, лядвенца, донника, вики, кормовых бобов, клевера. Бактерии активно фиксируют азот атмосферы и синтезируют ряд биологически активных соединений. Предпосевная обработка семян бобовых культур нитрагином или ризобином обеспечивает улучшение азотного питания и развития растений, увеличение урожая на 15 – 20 % и повышение в нем содержания белка на 1,5 – 4,0 %.