Бродіння – енергія для бактерій

Зміст

  • Види бродіння
  • молочнокислі бактерії
  • Пропіоновокислі бактерії
  • Змішане бродіння
  • Спиртове бродіння

Люди вже давно отримують і використовують продукти природного процесу бродіння в своїх інтересах. Квашені овочі, вино, сир, кисломолочні продукти – все це результат життєдіяльності бактерій для бродіння, які, вкладаючи власну енергію в ході ряду хімічних реакцій-перетворень, одні органічні сполуки перетворять в інші. Новостворена органіка має для людини особливу цінність.

Бродіння

Види бродіння
Бродіння – це хімічний процес, який протікає в середовищах з окислювально-відновним потенціалом (вони не до кінця окислені і не до кінця відновлені).

Залежно від складу середовища, процес бродіння ініціюють і здійснюють різні види бактерій. Зазначені обставини визначають, який вид бродіння протікає в кожному конкретному випадку.

Відрізняються такі основні види бродіння:

молочнокисле;
пропіоновокисле;
змішане (оцтове);
Роль бактерій в кожному з цих видів – постачання процесу енергією і споживання виділяється енергії.

Молочнокислі бактерії
Що таке кисломолочні продукти, їх роль і значення для здоров’я людського організму – один з найпопулярніших питань про здоров’я. Людей цікавить, що це за такі цікаві процеси, що викликають настільки глобальне оздоровлення організму. Відповідь на це запитання знають мікробіологи.

молочнокислі бактерії під мікроскопом

Для початку можна дати характеристику бактеріям, які виробляє молочну кислоту – основу кисломолочного продукту:

До групи входять два різних за походженням роду мікроорганізмів (лактобактерії та біфідобактерії). Ці бактерії мають різну морфологію, але і у лакто-, і у біфідобактерій грамположительная клітинна стінка.
Енергію для життя отримують тільки в процесі бродіння, саме цей процес відіграє ключову роль в енергетичному забезпеченні всіх їх життєвих процесів.
Спосіб харчування – гомоферментное (лактобактерії) або гетероферментное (біфідобактерії) перетворення лактози (молочного цукру) в лактат (молочну кислоту).
Процес дихання відсутнє, але дані бактерії відносяться до анаеробних прокариотам, які не використовують кисень для своїх життєвих процесів. При цьому дана група мікроорганізмів може жити в присутності кисню, він не є для них отрутою і не впливає на їх функції в якому-небудь негативному значенні.
Що являє собою гомоферментное бродіння, характерне для живлення лактобактерій:

При впливі на лактозу ферменту β-галактозидаза, молекула лактози розпадається на дві молекули глюкози.
Запускається процес гліколізу, в якому використовується прибула до місця реакції молекула АТФ.
Глюкоза, перетворюючись на піруват, використовує один фосфорний залишок АТФ, перетворюючи його в АДФ.
На наступному етапі піруват повертає фосфорний залишок молекулі АДФ, в результаті чого виходить органічна молекула молочної кислоти.
Лактобактерії збільшена модель
Лактобактерії

Гетероферментное харчування передбачає те, що анаеробні біфідобактерії використовують кілька ферментів для розкладання глюкози (біфідобактерії легко використовують для харчування не тільки молочний цукор, а будь-яку глюкозу).

На глюкозу впливають кілька ферментів: фосфоглюконат, рібулозодіфосфат. При утворенні енергетичних зв’язків і їх розпаді виходить лактат (молочна кислота), той самий продукт, що і в способі, який використовують лактобактерії.

Але, крім того, при гетероферментном способі зброджування утворюється важливий коензим Ацетил-КоА, який регулює вуглеводний і жировий обмін.

Саме на цій властивості біфідобактерій в кишечнику засновані препарати, які покликані налагодити обмін речовин. Для цього регулювання вирішальне значення мають біфідобактерії.

Це досить простий спосіб харчування, але має велике значення для людини, якщо згадати, яку роль відіграють молочнокислі бактерії в захисті кишечника, шкіри і всіх слизових організму.
Сьогодні найпростіші анаеробні мікроорганізми, у яких взагалі відсутнє дихання, використовуються на багатьох виробництвах:

Їх вирощують для наведення порядку в кишечнику і придушення мікрофлори гниття. Гниття – це катаболический процес, який дезактивируется в кислотному середовищі. Простіше кажучи, бактерії гниття гинуть в середовищі, де основу складають продукти життєдіяльності молочних бактерій.
Так само, як для наведення порядку в кишечнику, їх використовують для запобігання гниття на шкірі і на слизових людини. Гниття на цих тканинах запобігається з тієї ж причини (бактерії гниття гинуть, отруєні молочною кислотою).
Біфідобактерії під мікроскопом

Відновлення природної бактеріальної захисту організму й ефективна боротьба з мікрофлорою гниття в кишечнику – не єдине значення для людини роботи молочнокислих організмів. Їх роль у продукуванні життєво важливих вітамінів і у формуванні та підтримці імунітету складно переоцінити.

Пропіоновокислі бактерії
Propionibacterium утворюють пропионовую кислоту (пропіонат), яка має вирішальне значення на стадії дозрівання сирів.

Дихання пропіонібактерій анаеробне. Крім сиру, місце їх проживання – рубець і кишечник жуйних тварин, а також шкіра обличчя людини (є причиною сильних запалень).

Спосіб розкладання глюкози при даному виді бродіння передбачає виділення таких корисних сполук, як:

біотин (водорозчинний фермент групи В);
молочна кислота.
Шкіра, уражена діяльністю пропіонібактерій акне
Шкіра, уражена діяльністю пропіонібактерій

Цей склад пояснює користь сирів для здоров’я людини, в тому числі і для загального оздоровлення кишечника.

Змішане бродіння
У результаті цього виду анаеробного дихання мікроорганізмів з глюкози проводиться ціла складна суміш кислот:

ацетат (оцтова кислота);
лактат;
сукцинат (бурштинова кислота);
форміат (мурашина кислота).
Мікроорганізми, які здійснюють дихання через змішане бродіння, в процесі систематизації виділили в окремий порядок – ентеробактерії (Enterobacteriaceae). У цей порядок входять практично всі основні збудники кишкових інфекцій людини: сальмонели, кишкові палички, шигели, клебсієли.

У відсутність глюкози ці мікроорганізми можуть переходити на кисневий спосіб дихання (факультативні анаероби). Вони дуже невибагливі до субстрату для росту і розмноження, але деякі види гинуть при підвищенні температури середовища.

Бактерії в організмі людини

Живуть у кишечнику людини, при проведенні санітарно-епідеміологічних досліджень є симптомом наявності фекального забруднення.

Спиртове бродіння
Однак не тільки бактерії є фабриками по розкладанню глюкози на складові з утворенням нових органічних сполук. Людині давно відомий спосіб отримання етанолу за допомогою одноклітинних грибів – дріжджів. Здійснюють спиртове бродіння дріжджі виділені в окрему внетаксономіческую групу, причому кордони цієї групи ще не до кінця визначені.

За генетичному аналізу спиртові дріжджі мають спільні родинні зв’язки з аксоміцетамі (недосконалими грибами). Одні з найвідоміших недосконалих грибів – трюфелі.

Процес спиртового бродіння за способом мало чим відрізняється від інших видів перетворення глюкози. Спиртові дріжджі у відсутності кисню перемикаються на анаеробне дихання (якщо кисень є, спиртові дріжджі дихають тільки їм). Цей ефект спиртових дріжджів досліджував і описав Луї Пастер. Тепер він так і називається: ефект Пастера.

Бактерії acetobacter у виноробстві

Крім того, якщо під час бродіння в субстрат додавати деякі хімічні речовини, то змінюється склад продуктів бродіння. Так, наприклад, можна отримати гліцерин.

Але не тільки дріжджі можуть зброджувати глюкозу з утворенням етанолу, є один рід бактерій – Sarcina. Ці мікроорганізми здійснюють зброджування по тому ж шляху, що і дріжджі. Крім процесів, в яких спирт є основним продуктом, є ще процес, де етанол – побічний продукт бродіння. Ці процеси протікають в організмах клостридій і ентеробактерій.

Посилання на основну публікацію