Ферменты бактерии

Ферменты — белки, участвующие в процессах анаболизма (син­теза) и катаболизма (распада), т.е. в метаболизме. Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты), всту­пают с ними во взаимодействие и ускоряют химические ре­акции.

Известно более 2000 ферментов. Они объединены в 6 клас­сов: 1) оксидоредуктазы — окислительно-восстановительные фер­менты (к ним относят дегидрогеназы, оксидазы и др.); 2) трансферазы, переносящие отдельные радикалы и атомы от одних соединений к другим; 3) гидролазы, ускоряющие реакции гидролиза, т.е. расщепление веществ на более простые с при­соединением молекулы воды (эстеразы, фосфатазы, глюкозидазы и др.); 4) лиазы, отщепляющие от субстратов химические группы негидролитическим путем (карбоксилазы и др.); 5) изомеразы, превращающие органические соединения в их изомеры (фосфогексоизомераза и др.); 6) лигазы, или синтетазы, уско­ряющие синтез сложных соединений из более простых (аспарагинсинтетаза, глутаминсинтетаза и др.).

Многие ферменты взаимосвязаны со структурами микробной клетки. Например, в цитоплазматической мембране имеются окис­лительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыха­нии и делении клетки, ферменты, обеспечивающие питание клетки, и др. Окислительно-восстановительные ферменты ци­топлазматической мембраны и ее производных обеспечивают энергией интенсивные процессы биосинтеза различных струк­тур, в том числе клеточной стенки. Ферменты, связанные с делением и аутолизом клетки, обнаруживаются в клеточной стенке. Так называемые эндоферменты катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки. Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расщепляя макромолекулы питательных субстратов до простых соединений, которые усваиваются клет­кой в качестве источников энергии, углерода и др. Некоторые экзоферменты инактивируют антибиотики (пенициллиназа и др.), выполняя защитную функцию.

Различают конститутивные и индуцибельные ферменты. К кон­ститутивным ферментам относят ферменты, которые синтези­руются клеткой непрерывно, независимо от наличия в пита­тельной среде соответствующего субстрата. Индуцибельные (адап­тивные) ферменты синтезируются бактериальной клеткой толь­ко при наличии в среде субстрата данного фермента. Например, р-галактозидаза кишечной палочкой на среде с глюкозой прак­тически не образуется, но ее синтез резко увеличивается при выращивании палочек на среде с лактозой или другим галактозидом.

Некоторые ферменты (так называемые ферменты агрессии) разрушают ткань и клетки, обусловливая широкое распростра­нение в инфицированной ткани микробов и их токсинов. К таким ферментам относят гиалуронидазу, коллагеназу, ДНКа-зу, нейраминидазу, лецитовителлазу и др. Так, гиалуронидаза стрептококков, расщепляя гиалуроновую кислоту соединитель­ной ткани, способствует распространению стрептококков и их токсинов.

Ферменты микроорганизмов используют в генетической ин­женерии (рестриктазы, лигазы и др.) для получения различных биологически активных веществ, а также важных продуктов в легкой, пищевой и других отраслях промышленности, медици­не, ветеринарии и сельском хозяйстве. Ферменты применяют в качестве биодобавок в стиральные порошки для уничтожения органических загрязнений.

Различия в ферментном составе используют для идентифи­кации бактерий, поскольку они обусловливают различные био­химические свойства бактерий: сахаролитические (расщепление Сахаров), протеолитические (разложение белков) и другие, вы­являемые по конечным продуктам расщепления (образование ще­лочей, кислот, сероводорода, аммиака и др.). Сахаролитические свойства определяют на дифференциально-диагностических пи­тательных средах Гисса, Эндо, Левина, Плоскирева и др. Среды Гисса (пестрый ряд) состоят из мясопептонного бульона или полужидкого мясопептонного агара с добавлением какого-либо углевода (лактозы, маннита и др.) и индикатора, меняющего цвет при расщеплении углевода с кислотообразованием. Если бактерии расщепляют углевод с образованием кислоты и газа, цвет среды изменяется, появляются пузырьки газа. Набор сред Гисса применяют для идентификации возбудителей.

Среды Эндо и Левина представляют собой мясопептонный агар с лактозой и индикатором рН. Среду разливают в чашки Петри.

Бактерии, расщепляющие лактозу с кислотообразо­ванием (лактозоположительные), образуют колонии, окрашенные в красный цвет с металлическим блес­ком на среде Эндо или в темно-синий на среде Левина в зависимости от характера индикатора. Бактерии, не расщепляющие лактозу (сальмонеллы, дизентерий­ные палочки), на этих средах образуют неокрашен­ные (лактозонегативные) колонии.

Протеолитические свойства бактерий определяют по разжиже­нию желатина и продуктам разложения белка (в мясопептонном бульоне и др.) — индола, сероводорода, аммиака. С этой целью делают посев «уколом» в столбик желатина и в мясопептонный бульон с индикаторами продуктов расщепления белка.