Ферменты микроорганизмов и вирусов

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ МИКРОБНОГО МЕТАБОЛИЗМА

Основу жизнедеятельности микроорганизмов, как и всех живых существ, составляет обмен веществ – метаболизм. Метаболизм – это совокупность химических превращений в клетке. В результате ассимиляции питательных веществ из простых веществ питательной среды строятся сложные органические вещества микробной клетки. Совокупность реакций синтеза метаболитов в микробной клетке составляет конструктивный (строительный) метаболизм, или анаболизм (греч. anabolέ – подъем). Другая система реакций обеспечивает расщепление (диссимиляцию) сложных веществ на простые с выделением энергии и составляет энергетический метаболизм, или катаболизм (греч. katabole - разрушение). У микроорганизмов часто очень трудно различить энергетический и конструктивный процессы. В большинстве случаев питательные вещества, потребляемые микроорганизмами, одновременно служат источником питания и источником энергии.

Ферменты (лат. fermentare – бродить), или энзимы (греч. en – в, внутри, между + zymέ - закваска) – биологические катализаторы белковой природы, обладающие специфичностью и играющие важную роль в обмене веществ микроорганизмов. Различаются ферменты однокомпонентные, представляющие собой простые белки (протеины) и двухкомпонентные, представляющие собой сложные белки (протеиды). Двухкомпонентные белки состоят из белковой части (апофермента) и небелковой части (кофактора).

Характерной особенностью ферментов является специфичность их действия – один и тот же фермент действует не только на определенное вещество. Специфические свойства фермента определяет белковая часть. Узнавание субстрата ферментом происходит в процессе связывания. Субстрат присоединяется в совершенно определенном участке молекулы фермента – каталитическом центре. Субстрат и фермент подходят друг к другу, как ключ к замку. Небелковая группа определяет каталитическую активность. В качестве активной группы выступает либо коферменты, либо простетическая группа. Коферментылегко отделяются от белковой части и способны к самостоятельному существованию, простетическая группа прочно связана с белковой частью и не отделяется от нее. Апофермент усиливает каталитическую активность кофакторов.

В настоящее время известно более 2000 ферментов. По типу катализируемой реакции ферменты классифицируют на 6 классов. В клетках микроорганизмов обнаружены ферменты всех классов. Название многих ферментов образуется путем добавления окончания "аза" к названию субстрата (соединения, на которое воздействует данный фермент).

Оксидоредуктазы. Эти ферменты катализируют окислительно-восстановительные процессы, к ним относятся дегидрогеназы, цитохромы, оксидазы, пероксидаза, каталаза.

Дегидрогеназы катализируют реакции отрыва водорода от молекулы субстрата (окисление) и перенос его на другое вещество (восстановление). Первичные (анаэробные) дегидрогеназы содержат в качестве коферментов пиридиновые производные (НАД – никотинамидадениндинуклеотид, НАДФ). Они передают оторванный от субстрата водород не на кислород, а на другие ферменты или переносчики. Вторичные (аэробные) дегидрогеназысодержат в качестве активных группировок флавиновые производные (ФАД – флавинадениндинуклеотид, ФМН - флавинаденинмононуклеотид), Они переносят водород от субстратов или пиридиновых дегидрогеназ непосредственно на молекулярный кислород или к цитохромам. Цитохромы содержат атомы железа и обеспечивают протекание окислительно-восстановительных реакций в результате перехода железа из двухвалентного состояния в трехвалентное, т.н.являются переносчиками электронов. Непосредственно от цитохрома к кислороду передает электроны цитохромоксидаза. В случае, когда водород от окисляемого субстрата непосредственно передается на молекулярный кислород, в клетке образуется пероксид водорода. Нейтрализацию этого ядовитого соединения в клетках аэробных микроорганизмов осуществляют ферменты каталаза и пероксидаза. Каталаза катализирует расщепление пероксида водорода до воды и молекулярного кислорода. Пероксидаза катализирует также окисление пероксидом водорода органических веществ клетки. В обоих случаях происходит расщепление перекиси водорода.

Трансферазы. В эту группу объединены ферменты, катализирующие перенос группировок с одной молекулы на другую. Гексокиназы переносят фосфорные группировки, что обеспечивает фосфорилирование сахаров – пусковые реакции утилизации углеводов. Трансаминазы катализируют реакции переноса аминогрупп от аминокислот к кетокислотам, обеспечивая синтез необходимых клетке аминокислот. Исключительно важную роль в процессах переноса играет кофермент А. Назван он так потому, что впервые был идентифицирован как переносчик ацильного (уксусного) радикала СН₃СО - . Известно, что большая часть углеродных атомов углеводов, жирных кислот и аминокислот подвергается превращениям с помощью кофермента А. Активной группой кофермента А является конечная тиоловая группа –SH тиоэтаноламина. Поэтому обычно этот кофермент обозначается КоА-SH. Благодаря наличию конечных тиоловых групп кофермент А может вступать в реакцию с конечными карбоксильными группами органических кислот:

Гидролазы.Ферменты этого класса обеспечивают расщепление сложных соединений с одновременным присоединением воды. В зависимости от того, какие связи при этом разрываются, гидролазы делятся на подклассы. Пептидгидролазы – многочисленные протеолитические ферменты, обеспечивающие разложение микроорганизмами белков различного происхождения. Эстеразы – гидролазы, разрушающие сложноэфирные связи. Сюда входят липазы, катализирующие гидролиз жиров до глицерина и жирных кислот, пектинэстеразы, катализирующие расщепление пектиновых субстратов. Гидролиз полисахаридов осуществляют в основном амилазы и целлюлазы. Благодаря их активности расщепляются такие соединения, как крахмал и целлюлоза.

Лиазы. Эти ферменты катализируют негидролитическое отщепление атомных группировок с образованием двойных связей или присоединение группировок по месту этих двойных связей. У микроорганизмов активны декарбоксилазы, отщепляющие карбоксильную группу от аминокислот. Эти ферменты характерны для гнилостных микроорганизмов. В углеводном обмене важную роль играет альдолаза, обеспечивающая центральную реакцию превращения углеводов – расщепление гексозы на две триозы.

Изомеразы. Эти ферменты катализируют внутримолекулярные превращения, например, превращения одного изомера в другой. Триозофосфатизомераза обеспечивает взаимопревращения триоз, образующиеся при расщеплении гексоз. Галактозофосфатизомераза катализирует превращение галактозы в глюкозу.

Лигазы (синтетазы). Они обеспечивают реакции синтеза, сопровождаемые отщеплением остатков фосфорной кислоты от трифосфатов, например, АТФ. Благодаря этим ферментам синтезируются аминокислоты, ацетил-КоА, происходит карбоксилирование органических кислот.

Микроорганизмы обладают определенным набором ферментов. Это наследственно закрепленный генетический признак, что имеет большое значение при идентификации микроорганизмов. Ферменты локализуются в микробной клетке в различных структурных элементах (рибосомах, мезосомах, ЦПМ и др.), действие их происходит строго согласованно. В микробной клетке ферменты могут функционировать независимо друг от друга или же могут структурно объединяться в полиферментные комплексы. В этих комплексах ферменты тесно связаны друг с другом и вне его теряют значительную часть своей активности.

Конститутивные ферменты с постоянной скоростью синтезируются в клетке независимо от наличия в среде субстрата, на который распространяется их действие. Таким ферментам принадлежит основная роль в клеточном обмене. Индуцибельные (адаптивные) ферменты– это такие, которые активно синтезируются только в том случае, когда имеется субстрат, превращение которого они катализирую.

По действию ферменты подразделяются на эндо- и экзоферменты. Эндоферменты прочно связаны с клеточными структурами и функционируют только внутри клетки. Они катализируют реакции биосинтеза и энергетического обмена. Большинство ферментов являются эндоферментами. Эти ферменты и после гибели микробной клетки временно остаются в активном состоянии. В результате их действия происходит самопереваривание, или автолиз клетки. При разрушении клетки ферменты поступают в окружающую среду. Экзоферментысвободно выделяются в окружающую среду. К ним относятся ферменты, катализирующие расщепление сложных органических веществ на более простые. Таим образом обеспечивается внеклеточное переваривание, т.е. превращение экзогенного субстрата в усвояемую форму. Кроме того, экзоферменты могут быть средством, с помощью которого микроб-паразит внедряется в тело хозяина; могут иметь защитное значение, инактивируя в среде вредные для клетки вещества.

Активность ферментов. Ферменты обладают высокой активностью. Ничтожные количества фермента обеспечивают значительную скорость реакции и вызывают превращения больших количеств реагирующих веществ.

Белковая природа ферментов обуславливает их лабильность – потерю активности под влиянием некоторых факторов, важнейшими из которых являются температура и реакция среды. Максимальная активность достигается в области оптимальной для микроорганизма температуры, после сего начинается падение активности, связанное с денатурацией белковой части фермента. Почти все ферменты необратимо разрушаются при 80 0 С. В условиях близких к 0 0 С и ниже ферментативная активность замедляется ив большинстве случаев приостанавливается. Большинство ферментов имеют максимальную активность в нейтральной среде, но для некоторых оптимум рН может находиться в кислой или щелочной области значений. Лучистая энергия разрушает ферменты. На активность ферментов влияет присутствие в среде различных химических соединений. Одни из них повышают активность ферментов (активаторы), другие – снижают (ингибиторы). Активаторами выступают витамины, двухвалентные катионы, ингибиторами – соли тяжелых металлов, антибиотики.

Различают обратимое и необратимое ингибирование. При необратимом ингибировании фермент полностью или частично теряет активность в результате необратимого разрушения или модификации его функциональных групп. Обратимое ингибирование может быть конкурентным и неконкурентным. При конкурентном ингибировании ингибитор по структуре молекулы напоминает субстрат и может взаимодействовать с активным центром фермента, т.е. конкурировать за него с субстратом. В основе неконкурентного ингибирования лежит способность ингибитора взаимодействовать с какой-либо группой молекулы субстрата, существенно влияющей на его активность, но не входящей в активный центр.

Кинетика ферментативных реакций. Основным уравнением стационарной кинетики ферментативных реакций является уравнение Михаэлиса-Ментен:

где v – скорость реакции; E_о –общая концентрация фермента в системе; S - концентрация субстрата;

где K_m – константа Михаэлиса-Ментен; K₊₁ и K_-1 - константы скоростей прямой реакции образования ферментно-субстратного комплекса ЕS и обратной реакции его диссоциации; K₊₂ – константа скорости образования конечного продукта. Максимальная скорость реакции достигается при такой концентрации субстрата, когда весь фермент связан в ферментно-субстратный комплекс.

Ферментов огромное множество, что объясняется спецификой их действия: конкретный фермент взаимодействует только с конкретным веществом и, соответственно, катализирует только одно превращение. Например, фермент лактаза катализирует расщепление только молочного сахара (лактозы) на глюкозу и галактозу и не действует на другие углеводы; фермент каталаза расщепляет только пероксид водорода с образованием воды и свободного кислорода и т.д.

Важнейшим фактором, определяющим активность ферментов, является температура. По мере повышения температуры скорость ферментативной реакции растет, но до определенного предела, при достижении которого начинает происходить денатурация ферментного белка. Концентрация активного фермента в субстрате начинает постепенно уменьшаться, и чем выше температура, тем быстрее происходит разрушение фермента, ферментативная реакция замедляется и далее прекращается.

Некоторые ферменты способны после тепловой инактивации восстанавливать свою каталитическую активность. Ход ферментативной реакции при различных значениях температуры можно охарактеризовать следующим образом: с одной стороны — ускорение химической реакции, с другой — повышение скорости инактивации фермента. Оптимальная температура максимальной активности ферментов зависит от условий и продолжительности реакции, вида ферментов и др., например у холодолюбивых микроорганизмов температурный оптимум значительно ниже, чем у теплолюбивых. Уровень температуры, вызывающий денатурацию различных ферментов, также неодинаков. Для одних ферментов это 40—50°С, для других (термоустойчивых) — 70°С и более. Но температура 100°С почти для всех ферментов является критической, они инактивируются.

На активность ферментов влияет присутствие в среде химических соединений. Есть вещества, которые ускоряют ферментативную реакцию, они называются активаторы. Другие вещества, способные снижать или полностью останавливать ферментный процесс, называются ингибиторы. Активаторами ферментов служат металлы (Си, Mg, Со и др.), органические вещества, например витамины. Соли тяжелых металлов, антибиотики, сероводород являются ингибиторами ферментов. Одна из версий сущности действия ингибиторов заключается в том, что они могут соединяться активными центрами ферментов и препятствовать тем самым связыванию с ферментом субстрата.

Концентрации субстрата и фермента также влияют на скорость процесса. Когда фермент оказывается в недостатке, скорость ферментативной реакции падает, но если фермент взят в избытке, скорость реакции также уменьшается.

В живой клетке действие ферментов происходит упорядоченно, строго согласованно. Ферменты расположены в различных клеточных структурах (мезосомах, митохондриях, цитоплазматической мембране и др.). Некоторые ферменты выделяются микроорганизмами наружу (в окружающую среду), их называют экзоферменты (от греч. ехо — вне, снаружи). Происходит как бы внеклеточное переваривание — т.е. расщепление сложных веществ, содержащихся в субстрате, па простые, способные проникнуть в клетку. Ферменты, находящиеся внутри клетки и не выделяющиеся ею в окружающую среду, называют эндоферменты (от греч. endon — внутри). Эти ферменты участвуют только во внутриклеточных процессах обмена веществ.

На внеклеточной активности ферментов основано использование ферментных препаратов микробного происхождения в различных биохимических производствах. Но эта же активность может приводить и к негативным результатам: например, при отсутствии живых клеток в контаминирован- ном продукте его качество может снижаться за счет действия ферментов погибших микроорганизмов.

В соответствии с действующей в настоящее время классификацией ферментов (Правила номенклатуры ферментов, принятые в 1972 г.) все ферменты разделены на шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидро- лазы, лиазы, изомеразы и лигазы.

Классы ферментов подразделяют на подклассы и подподклассы. Каждый фермент имеет название и шифр из четырех цифр, в настоящее время известно более 2000 ферментов.

К гидролазам относятся пектолитические ферменты, которые гидролизуют пектиновые вещества. Например, пектиновые вещества находятся в растениях в виде нерастворимого протопектина, входящего в состав клеточных стенок. При участии протопектиназы, пектинэстеразы, полига- лактуроназы происходит гидролиз протопектина и растворимого пектина. При этом образуются метиловый спирт, галактуроновые кислоты и др. Пектолитические ферменты имеются у многих плесеней и у некоторых бактерий. Развитие микроорганизмов, содержащих пектолитические ферменты, приводит к мацерации тканей плодов и овощей, их размягчению, вплоть до растворения.

• 4. Лиазы— ферменты, которые катализируют негидролитическое расщепление органических веществ с образованием двойных связей, а также реакции присоединения атомов и групп атомов по двойным связям: они сопровождаются отщеплением от субстрата углекислого газа, воды, аммиака. Например, пируватдекарбоксилаза — фермент, катализирующий отщепление С0₂ от пировиноградной кислоты с образованием уксусного альдегида.
• 5. Изомеразы— ферменты, катализирующие превращение органических соединений в их изомеры: триозофосфатизомераза, глюкозофосфа- тизомераза. Оба фермента участвуют в первых стадиях превращения глюкозы в процессах дыхания и брожения.
• 6. Лигазы — ферменты, катализирующие реакции синтеза из простых соединений более сложных. Эти реакции требуют больших затрат энергии и обычно протекают одновременно с расщеплением пирофосфатной (макроэргической) связи в АТФ: карбоксилазы катализируют при участии

АТФ присоединение С0₂ к органическим кислотам, глутаминсинтетаза и аспарагинсинтетаза — ферменты синтеза глутамина и аспарагина из NH-. и соответствующих аминокислот. Лигазы чрезвычайно важны в обмене веществ микроорганизмов.

Широкое применение микроорганизмов в различных производствах, в основном пищевых, основано на использовании их ферментативной деятельности в перерабатываемом сырье. Культуры микроорганизмов можно заменить ферментами, выделив их в виде препаратов из клеток или культуральной среды. Применение ферментов в промышленности позволяет интенсифицировать технологические процессы, повышать выход продукции, улучшить ее качество. Использование микроорганизмов для получения ферментов имеет ряд преимуществ по сравнению с растительным и животным сырьем:

• • микроорганизмы обладают богатым ассортиментом ферментов. Среди микробных ферментов есть такие, которые отсутствуют у животных и растений;
• • микроорганизмы очень быстро размножаются и в течение короткого времени позволяют получить огромное количество клеток, из которых (или из культуральной среды) можно выделить большое количество фермента;
• • микроорганизмы растут на относительно дешевых субстратах, например на отходах различных промышленных производств;
• • управлять развитием микроорганизмов при современном аппаратурном оформлении таких производств значительно легче и проще, чем выращивать растения и животных.

В настоящее время во многих отраслях промышленности ферменты микробного происхождения вытесняют ферменты растительного и животного происхождения. Десятки различных ферментов в виде индивидуальных ферментных белков и технических препаратов разной степени очистки производятся в промышленном масштабе с использованием культур плесневых грибов, бактерий, дрожжей.

Примером использования ферментов микробного происхождения является производство этилового спирта, когда в сырье, содержащее крахмал, вместо зернового солода добавляют амилолитические ферменты из грибов. При производстве хлеба солод заменяют ферментами микробного происхождения, при этом повышаются качество изделий, их органолептические показатели. При производстве пива использование ферментов позволяет заменить солод.

Использование глюкоамилазы из грибов позволяет из крахмала получать глюкозу и патоку. При производстве соков и вин пектолитические грибные ферменты используются для разрушения пектинов, что ускоряет процесс выделения сока и повышает его выход. При производстве сыра вместо сычужного фермента используются ферменты микробного происхождения. Имеется опыт использования пептидаз микробного происхождения для размягчения мяса, ускорения его созревания, в различных технологических процессах при переработке сырья.

Общая характеристика

Все разнообразные и многочисленные биохимические реакция, протекающие в живом организме в связи с его обменом веществ, ростом и развитием, совершаются при участии ферментов – биологических катализаторов, вырабатываемых клетками организма.

Структура и свойства ферментов.Ферменты представляют собой белки простые (протеины) или сложные (протеиды), состоящие из белка и небелкового компонента, называемого π ρ о -стетической (активной) группой. Таким образом, есть ферменты однокомпонентные и двухкомпонентные.

В состав простетической группы ферментов входят витамины или их производные, различные металлы (Fe, Co, Си), азотистые основания и др.

Простетическая группа ферментов обусловливает их каталитическую способность, а белковая часть – специфические свойства, избирательную способность действовать на определенный субстрат.

Прочность связи простетической группы с белком у разных ферментов неодинакова. У некоторых простетическая группа легко может отделяться от белковой части и вступать во временную связь с другими белками. Такие простетические группы называют коферментами.

В однокомпонентных ферментах роль активной группы выполняют определенные химические группировки в молекуле белка, составляя активный центр фермента. Такими группировками могут быть SH-группа, остатки отдельных аминокислот и др.

Ферменты обладают очень высокой активностью. Ничтожно малого количества фермента достаточно, чтобы вовлечь в реакцию значительную массу реагирующего вещества (субстрата). Например, грамм амилазы при благоприятных условиях может превратить в сахар тонну крахмала.

Ферменты действуют чрезвычайно быстро, резко ускоряя реакцию. Молекула фермента за минуту может вызвать превращение десятков и сотен тысяч молекул соответствующего субстрата.

Характерной особенностью ферментов, отличающей их от неорганических катализаторов, является субстратная специфичность и специфичность действия – каждый фермент взаимодействует лишь содним определенным веществом и катализирует лишь одно из тех превращений, которым может подвергаться данное вещество. Например, фермент лактаза вызывает расщепление только молочного сахара (лактозы) на глюкозу и галактозу и не действует на другие углеводы; фермент каталаза – только перекись водорода с образованием воды и свободного кислорода и т. д.

Специфичность ферментов обусловлена структурными особенностями молекул фермента и субстрата. Субстрат и фермент подходят друг к другу, как ключ к замку.

Катализируемая ферментом реакция начинается со связывания субстрата с белковой частью фермента в определенном участке ее – активном центре. Образуется комплекс фермент-субстрат. По окончании реакции образовавшийся комплекс фермента с продуктами реакций распадается с освобождением исходного фермента и конечных продуктов ферментативного процесса (рис. 18).

Ферменты отличаются неустойчивостью (лабильностью) к воздействию ряда факторов внешней среды. Эта неустойчивость во многом объясняется белковой природой ферментов и выражается в том, что они теряют свою активность (инактивируются).

Рис. 18. Схема взаимодействия фермента с субстратом

Условия действия ферментов.Важнейшим фактором, определяющим активность ферментов, является температура. По мере повышения температуры возрастает начальная скорость ферментативной реакции. Однако при достижении известного предела дальнейшее повышение температуры вызывает денатурацию ферментного белка. Концентрация активного фермента в субстрате непрерывно уменьшается, и чем выше температура, тем быстрее происходит деструкция фермента. Эта сложная зависимость ферментных реакций от температуры показана на рис. 19.

Ход ферментативной реакции при различных значениях температуры практически характеризуется кривой ОМС, как некоторой результирующей двоякое действие повышения температуры: с одной стороны, ускорение химической реакции, с другой – повышение скорости инактивации фермента.

Оптимальная температура, при которой данный фермент наиболее активен, для разных ферментов различна и в известной мере характеризует каждый фермент. У холодолюбивых микроорганизмов температурный оптимум ферментов значительно ниже, чем у теплолюбивых. Однако оптимальная температура действия каждого фермента не является постоянной величиной и зависит от условий, в частности от продолжительности реакции.

Некоторые ферменты после тепловой инактивации восстанавливают свою каталитическую активность (в случае обратимого процесса денатурации белка).

Уровень температуры, вызывающий денатурацию различных ферментов, неодинаков. Для одних ферментов это 40– 50 °С, для других (термоустойчивых) – только 70 °С, но при температуре около 100 °С почти все ферменты полностью инак-тивируются.

При температуре ниже оптимальных пределов скорость ферментативных процессов уменьшается. В условиях температур, близких к нулю, и особенно ниже нуля, эти реакции значительно замедляются, а некоторые приостанавливаются, хотя при таких температурах ферменты заметно не разрушаются. Имеются исследования, показывающие, что ферменты сохраняют свою активность в замороженных продуктах.

Лучистая энергия (ультрафиолетовые лучи, радиоактивные излучения) инактивирует ферменты.

Большое влияние на ход ферментативных процессов оказывает pH среды. Для одних ферментов лучшей является среда со слабокислой реакцией, для других – со слабощелочной реакцией. Для действия каждого фермента имеется свое оптимальное значение рН среды. При значении pH выше или ниже оптимальной величины активность ферментов снижается.

На активность ферментов влияет и присутствие в среде некоторых химических веществ. Одни из них ускоряют ферментативную реакцию (активаторы), другие способны снижать ее или полностью приостановить (ингибиторы). Действие многих активаторов и ингибиторов специфично.

Активаторами ферментов являются металлы (Си, Ni, Mg, Co) и некоторые органические вещества, например витамины.

Ингибиторами ферментов служат соли тяжелых металлов, антибиотики, H₂S и др. Сущность действия ингибиторов состоит в том, что они соединяются с активными группами или активными центрами ферментов, парализуя тем самым связывание с ними субстрата.

Концентрация субстрата, т. е. вещества, на которое действует фермент, и концентрация фермента также влияют в известной мере на скорость процессов. При малых концентрациях субстрата, когда фермент оказывается в избытке, скорость ферментативной реакции падает; уменьшение скорости реакции наблюдается и при избытке субстрата.

Рис. 19. Действие температуры на активность ферментов:

0А – скорость реакции; DB – скорость инактивирования ферментов; ОМС – ход ферментативной реакции

Биохимические процессы, протекающие в микробных клетках,- регулируются ферментами, поэтому любой фактор, действующий на активность фермента, будет действовать и на микроорганизм.

Каждый микроорганизм обладает комплексом разнообразных ферментов, своеобразием и активностью которых определяется их биохимическая деятельность, избирательность в отношении питательных веществ, роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в процессах порчи пищевых продуктов.

Многие ферменты микроорганизмов аналогичны ферментам растений и животных, но существуют и такие, которые не встречаются ни в растениях, ни у животных.

Ферменты, присущие данному микроорганизму, входящие в число компонентов его клетки, называют конститутивными. Существуют ферменты индуцируемые (адаптивные), которые вырабатываются клеткой только при добавлении к среде вещества (индуктора), стимулирующего синтез данного фермента. Например, микроорганизм, не ассимилирующий мальтозу, можно приучить к использованию ее, культивируя в среде с этим сахаром как единственным источником углерода. В этих условиях микроорганизм синтезирует фермент мальтазу, которым ранее он не обладал.

В живой клетке действие ферментов происходит упорядочение, строго согласованно. Ферменты локализованы в различных клеточных структурах (в мезосомах, митохондриях, цито-плазматической мембране и др.).

Хотя ферменты вырабатываются клеткой, но и после ее смерти временно остаются в активном состоянии и может произойти автолиз (от греч. autos – сам, lysis – растворение) – саморастворение, или самопереваривание, клетки под влиянием внутриклеточных ферментов. При разрушении клеток ферменты поступают в среду – в субстрат, в котором развивались микроорганизмы. При хранении пищевых продуктов, значительно обсемененных микроорганизмами, даже в условиях, исключающих их развитие, возможно снижение качества продуктов за счет ферментов автолизированных микробных клеток.

. Использование ферментов микробов в практической деятельности человека.

Ферменты синтезируются самой микробной клеткой и имеют сложное строение. Некоторые состоят из белка – протеина, а другие представляют собой протеиды, состоящие из белка – апофермента и структуры небелковой природы – кофермента. В этом случае апофермент соединяется с активной группой изменяемого вещества, а кофермент способствует течению реакции.

Современная классификация ферментов также строится с учетом природы катализируемых ими реакций. Согласно разработанной комиссией по ферментам Международного биохимического союза классификации, они подразделяются на шесть главных классов.
Оксидоредуктазы — это ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Они играют большую роль в процессах биологического получения энергии. К ним относятся дегидрогеназы (НАД, НАДФ, ФАД), цитохромы (Ь, с, сь а, а), ферменты, участвующие в переносе водорода, электронов и кислорода, и др.
Трансферазы катализируют перенос отдельных радикалов, частей молекул или целых атомных группировок от одних соединений к другим. Например, ацетилтрансферазы переносят остатки уксусной кислоты — СН3СО, а также молекул жирных кислот; фосфотрансферазы, или киназы, обусловливают перенос остатков фосфорной кислоты Н2Р 0 3 2 _. Известны многие другие трансферазы (аминотрансферазы, фосфорилазы и т. д.).
Гидролазы катализируют реакции расщепления и синтеза таких сложных соединений, как белки, жиры и углеводы, с участием воды. К этому классу относятся протеолитические ферменты (или пептидгидролазы), действующие на белки или пептиды; гидролазы глюкозидов, осуществляющие каталитическое расщепление углеводов и глюкозидов (р-фруктофуранозидаза, а-глюкозидаза, а- и р-амилаза, р-галактозидаза и др.); эстеразы, катализирующие расщепление и синтез сложных эфиров (липазы, фосфатазы).
Лиазы включают в себя ферменты, катализирующие отщепление от субстратов определенных химических групп с образованием двойных связей или присоединение отдельных групп или радикалов к двойным связям. Так, пируватдекарбоксилаза катализирует отщепление С02 от пировиноградной кислоты.
К лиазам относится также фермент альдолаза, расщепляющий шестиуглеродную молекулу фруктозо-1,6-дифосфата на два трех-углеродных соединения. Альдолаза имеет большое значение в процессе обмена веществ.
Изомеразы осуществляют превращение органических соединений в их изомеры. При изомеризации происходит внутримолекулярное перемещение атомов, атомных группировок, различных радикалов и т. п. Изомеризации подвергаются углеводы и их производные, органические кислоты, аминокислоты и т. д. Ферменты этой группы играют большую роль в ряде процессов метаболизма. К ним относятся триозофосфатизомераза, глюкозофосфатизомера-за и др.
Лигазы катализируют синтез сложных органических соединений из простых. Например, аспарагинсинтетаза осуществляет синтез амида аспарагина из аспарагиновой кислоты и аммиака с обязательным участием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), дающей энергию для этой реакции.
К группе лигаз относятся также карбоксилазы, катализирующие присоединение С02 к различным органическим кислотам. Например, фермент пируваткарбоксилаза катализирует синтез щаве-левоуксусной кислоты из пировиноградной и С02.

Каждый класс ферментов обозначается цифрами. Первая цифра означает класс фермента; вторая – подкласс, указывающий соединение, на который действует фермент; третья – подподкласс; четвёртая – номер фермента. Все цифры разделяются точками. Так, каталаза обозначается 1.11.1.6.

Для определения вида микроорганизма пользуются определением у него наличия или отсутствия ферментов класса гидролаз.

Ферменты нашли широкое применение в пищевой промышленности и в меньшей степени в других видах производства. Дело в том, что иммобилизованные ферменты и клетки в основном используют в получении пищевых продуктов и в меньшей степени фармацевтических препаратов. Такое ограничение вызвано весьма малой доступностью (в широких масштабах) ферментов, способных катализировать реакции технологической значимости, на пример, в органической или неорганической химии, нефтехимии, полимерной химии, фармацевтической промышленности и т. д. Напротив, традиционное использование растворимых ферментов в пищевой промышленности создало определенный фундамент для дальнейшего совершенствования методов в этой области.

Бактериемия - наличие бактерий в крови. В норме кровь стерильна, и обнаружение бактерий в крови (обычно при помощи посева крови) всегда свидетельствует о патологии. Наличие циркулирующих в крови бактерий является серьезным осложнением инфекций (таких как пневмония и менингит), операций (особенно включающих в себя работу со слизистыми, такими как желудочно-кишечный тракт), катетеризации или попадания инородных тел в артерии или вены (включая внутривенные инфекции). Бактериемия может вызвать несколько серьезных последствий. Иммунный ответ на бактерии может вызвать сепсис (заражение крови) и септический шок, с высокой вероятностью смерти. Бактерии могут использовать кровь для распространения по организму (гематогенное распространение), вызывая вторичные очаги инфекции на значительном удалении от первичного очага инфицирования. Примером может быть эндокардит и остеомиелит. Лечение антибиотиками, противомикробными препаратами.

Септицемия - наличие в крови гноеродных микроорганизмов и их токсинов без образования гнойников в органах и тканях, удаленных от первичного очага воспаления. Данный термин также используется в более широком смысле для обозначения любого заражения крови.

Токсемия - отравление крови токсинами бактерий, размножающихся в инфекционном очаге, в результате чего у больного повышается температура тела, возникают понос и рвота. Выделяют три причины возникновения токсемии:

1. Токсемия возникает тогда, когда при работе органов в организме полноценно не выводятся естественные продукты распада.

2. Токсемия возникает тогда, когда в крови накапливаются продукты распада от жизнедеятельности микроорганизмов, населяющих тело.

3. Токсемия возникает тогда, когда животное вносит в свой организм продукты, которые являются токсичными для тканей, или в результате метаболизма которых возникают токсичные метаболиты, т.е. отравления.

Моноинфекция – инфекция, вызванная одним возбудителем. Например, лептоспироз.

Смешанная инфекция – инфекция, вызванная двумя и более видами микроорганизмов.

Вторичная инфекция - инфекция, которая развивается на фоне какой-либо первичной (основной), в результате активизации условно патогенных микробов.

Реинфекция возникает после перенесения болезни и освобождения организма животного от её возбудителя происходит повторное заболевание вследствие заражения тем же патогенным микробом.

Суперинфекция - следствие нового (повторного) заражения, наступившего на фоне уже развивавшейся болезни, вызванной тем же патогенным микробом.

Ремиссия-период течения хронической болезни человека или животного, характеризующийся ослаблением или исчезновением её признаков. Ремиссии могут возникать вследствие цикличности течения заболевания (например, малярия); спонтанно (например, при мочекаменной болезни); в результате лечения (например, хронической дизентерии). В зависимости от степени уменьшения субъективных и объективных признаков болезни различают полные и неполные ремиссии Полные ремиссии в одних случаях (например, при лимфогранулематозе) продолжаются месяцами и годами, в других — нестойкие и быстро сменяются новым обострением (рецидивом) болезни. При полных ремиссиях также сохраняются некоторые признаки заболевания (например, хромосомные нарушения при лейкозах), поэтому во многих случаях продолжают поддерживающую терапию. В других случаях многолетние полные ремиссии трудно отграничить от практического выздоровления.

Микробоносительство - более или менее продолжительное пребывание возбудителей болезни в организме здорового животного. При микробоносительстве нет патологических изменений каких-либо органов или функциональных расстройств, размножение микробов сдерживается на определённом уровне. Однако животные - микробоносители представляют опасность как потенциальные источники возбудителя инфекции. Такое истинное, или “здоровое”, микробоносительство не связано с предшествующим переболеванием, не сопровождается иммунологической перестройкой организма и выявляется лишь с помощью бактериологического (вирусологического) исследования. Микробоносителями обычно называют животных, которые, будучи клинически здоровыми, представляют опасность как источник возбудителя инфекции. В эту категорию входят животные, выделяющие патогенных микробов в инкубационном периоде болезни (чума свиней, ящур, бешенство), а также животные, оставшиеся носителями возбудителя после исчезновения симптомов перенесённой явной инфекции. В последнем случае микробоносительство называется реконвалесцентным и условно подразделяют на острое (длительностью до 3 мес.) и хроническое. К микробоносителям относят и животных, у которых инфекция протекает скрыто, бессимптомно, что часто бывает при бруцеллёзе, туберкулёзе, паратуберкулёзе, сапе и инфекционной анемии лошадей. В подобных случаях, как и при реконвалесцентном микробоносительстве, с целью диагностики проводят не только бактериологическое (вирусологическое), но и серологическое, аллергическое исследования, а при вскрытии нередко находят очаги поражения отдельных органов.