Превращение органических веществ, содержащих азот

Кроме рассмотренных выше микробиологических процессов пре­вращения органических углеродсодержащих соединений, большое зна­чение имеют превращения органических азотсодержащих веществ.

Гнилостные процессы. Гниение - это процесс глубокого разложе­ния белковых веществ микроорганизмами. Одним из конечных про­дуктов разложения белков является аммиак (NH₃), поэтому процесс гниения называют также аммонификацией белковых веществ, а бакте­рии - гнилостными или аммонификаторами.

Белки, подобно другим высокомолекулярным соединениям, в не­изменном виде внутрь бактериальной клетки проникнуть не могут, а поэтому, вначале подвергаются расщеплению вне клетки под влиянием микроорганизмов, обладающих протеолитическими ферментами, ко­торые по характеру действия являются экзоферментами. Расщепление белков происходит ступенчато:

белки —> пентоны -> полипептиды -> аминокислоты

Дальнейшая судьба образовавшихся при расщеплении белков аминокислот различна. Они диффундируют внутрь клетки и могут ис­пользоваться микроорганизмами либо в строительном обмене для био­синтеза белков клетки или как источник углерода и азота, либо под­вергаются дезаминированию или декарбоксилированию.

Дезаминирование аминокислот приводит к отщеплению амино­группы, из которой образуется аммиак и накопление органических кислот жирного ряда - масляной, уксусной, пропионовой, муравьиной и др. оксикислот, кетокислот, а также высокомолекулярных спиртов. Промежуточные продукты распада аминокислот претерпевают раз­личные превращения в зависимости от вида бактерий и условий, в ко­торых пропекает процесс гниения.

Аэробные микроорганизмы осуществляют их полное окисление до минеральных веществ и в качестве конечных продуктов образуются, кроме аммиака, углекислота (весь углерод белковых веществ выделяет­ся в виде СО₂), вода, а также сероводород и иногда меркаптаны, обла­дающие запахом тухлых яиц. Сероводород и меркаптаны образуются из серусодержащих аминокислот - цистина, цистеина, метионина. В случае гнилостного распада нуклеопротеидов образуются соли фос­форной кислоты.

В анаэробных условиях не может происходить полного окисле­ния промежуточных продуктов распада аминокислот и они накапли­ваются в среде. Кроме того, в анаэробных условиях происходит декарбоксилирование аминокислот (то есть их разложение с выделением СО₂), при этом образуются дурно пахнущие вещества: индол, скатол, фенол, крезол; индол и скатол образуются обычно из триптофана. При декарбоксилировании аминокислот образуются диамины - кадаверин (из лизина) и амины - путресцин (из орнитина). Их производные - ней­рин, мускарин, сепсин, гадалин, являются трупными ядами, обла­дающими ядовитым действием, и могут вызвать отравление.

Возбудителями гниения в основном являются бактерии. К аэробным гнилостным бактериям относятся в основном спорообразуюшие палочковидные бактерии - Bacillus subtilis (сенная палочка), В. mycoides, В.megaterium(рис.5.5). Неспорообразующими аэробными амонификаторами являются пигментообразующая палочка Pseudomonas fluorescens, обладающая не только протеолитическими ферментами, но и липазой. Она является психрофилом, вызывает порчу продуктов содер­жащих белки и жиры при хранении продуктов в охлажденном состоянии.

К факультативно-анаэробным аммонификаторам относятся неспорообразующие палочковидные бактерии Proteus vulgaris (вульгарный протей) и Escherichia coli (кишечная палочка) (рис. 35 и 36).

К строгим анаэробам, вызывающим процесс гниения относятся спорообразующие палочковидные бактерии Clostridium putrificum, Clostridium sporogenes.

а б в

Рис.35. Bacillus subtilis (a), Pseudomonas fluorescens(в)

г B.mycoides (б), Escherichia coli (г)

 

а б

Рис.36. Proteus vulgaris(a), Clostridium putrificum(б)

Значение процесса гниения. Гнилостные бактерии являются вре­дителями многих пищевых продуктов, обладающих высокой пищевой ценностью - мяса и мясопродуктов, рыбы и рыбопродуктов, молока, яиц и др.

В природе (в воде, почве) активно разлагаются отмершие живот­ные и растения, минеральные белковые вещества и тем самым играют важную роль в круговороте углерода и азота.