Bakterien leben überall: an Land und auf dem Wasser, im Untergrund und unter Wasser, in der Luft, in den Körpern anderer Naturwesen. So leben beispielsweise im Körper eines gesunden erwachsenen Vertreters der Menschheit über 10.000 Arten von Mikroorganismen, und ihre Gesamtmasse beträgt 1 bis 3 Prozent des Gesamtgewichts einer Person. Einige mikroskopisch kleine Kreaturen verwenden organisches Material als Nahrung. Unter ihnen nehmen Fäulnisbakterien einen bedeutenden Platz ein. Sie zerstören die Überreste der toten Körper von Tieren und Pflanzen und ernähren sich von dieser Materie.
Natürlicher Prozess
Der Abbau organischer Stoffe ist ein natürlicher Prozess und darüber hinaus obligatorisch, als wäre er von der Natur selbst klar geplant. Ohne Verrottung wäre es auf der Erde unmöglich. Und in jedem Fall bedeuten die Zeichen der Zersetzung die Entstehung eines neuen Lebens, das am Anfang entsteht. Die Fäulnisbakterien sind hier die Biggies! Unter der Fülle organischer Lebensformen sind sie für diesen mühseligen und unersetzlichen Prozess verantwortlich.
Was ist Verfall
Unter dem Strich zerfällt die komplexeste Materie in ihrer Zusammensetzung in einfachere Elemente. Das moderne Verständnis der Wissenschaftler über diesen Prozess, der ins Anorganische übergeht, kann durch die folgenden Handlungen beschrieben werden:
- Fäulnisbakterien haben einen Stoffwechsel, der die Bindungen stickstoffhaltiger organischer Moleküle chemisch aufbricht. Der Ernährungsprozess erfolgt in Form der Aufnahme von Proteinmolekülen und Aminosäuren.
- Enzyme, die von Mikroorganismen produziert werden, setzen bei der Spaltung Ammoniak, Amine und Schwefelwasserstoff aus Proteinmolekülen frei.
- Die in die Rotte gelangenden Produkte werden zur Energiegewinnung genutzt.
Ammoniak freisetzen
Der Stickstoffkreislauf ist ein wichtiger Bestandteil des Lebens auf der Erde. Und die daran beteiligten Mikroorganismen sind eine der zahlreichsten Gruppen. In natürlichen Ökosystemen spielen sie die wichtigste wiederherstellende Rolle bei der Bodenmineralisierung. Daher der Name - Reducer (was "Wiederherstellung" bedeutet). Ammonifizierende Bakterien, also Bakterien, die aus abgestorbener organischer Substanz Stickstoff freisetzen können, sind hier weit verbreitet. Dies sind nicht sporenbildende Enterobakterien, Bazillen, sporenbildende Clostridien.
Heustock
Bacillus subtilis ist eines der am weitesten verbreiteten Bakterien, die von Forschern untersucht werden. Lebt im Boden, atmet hauptsächlich mit Sauerstoff. Körperzusammensetzung - eins Dies ist ein ziemlich großer Mikroorganismus, dessen Bild durch eine einfache Vergrößerung erhalten werden kann. Für die Ernährung produziert der Heustock Proteasen – katalytische Enzyme, die sich auf der äußeren Hülle seiner Zelle befinden. Mit Hilfe von Enzymen zerstört das Bakterium die Struktur des Proteinmoleküls (die Peptidbindung von Aminosäuren) und setzt dabei die Aminogruppe frei. Dieser Prozess läuft in der Regel in mehreren Stufen ab und führt zur Synthese von Energie in der Zelle (ATP). Die bakterielle Zersetzung (Fäulnis) geht mit der Bildung von für den Menschen schädlichen giftigen Verbindungen einher.
Was sind das für stoffe
Das sind zunächst einmal die Endprodukte: Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Bei unvollständiger Mineralisierung wird außerdem Folgendes gebildet:
- (zum Beispiel Kadaverin);
- aromatische Verbindungen (Skatol, Indol);
- beim Zerfall von schwefelhaltigen Aminosäuren entstehen Thiole, Dimethylsulfoxid.
Tatsächlich ist der Abbauprozess innerhalb der vom Immunsystem kontrollierten Grenzen für viele Tiere und für den Menschen Teil des Verdauungsprozesses. Es kommt in der Regel im Dickdarm vor, und die Fäulnisbakterien spielen darin eine Hauptrolle. Aber im großen Maßstab kann eine Vergiftung mit Zerfallsprodukten zu verheerenden Folgen führen. Eine Person braucht dringend medizinische Versorgung und eine Therapie, die die Mikroflora wiederherstellt. Darüber hinaus kann die Ansammlung von Ammoniak im Körper durch bestimmte Arten von Bakterien initiiert werden, ua dadurch reichert sich Ammoniak in einigen Geweben an. Aber bei normaler Funktion aller Systeme bindet es an Harnstoff und wird dann aus dem menschlichen Körper ausgeschieden.
Saprotrophe
Fäulnisbakterien werden zusammen mit Fermentationsbakterien als Saprotrophe klassifiziert. Sowohl diese als auch andere bauen organische Verbindungen ab - stickstoffhaltige bzw. kohlenstoffhaltige. In beiden Fällen wird Energie freigesetzt, die der Ernährung und Lebenserhaltung von Mikroorganismen dient. Ohne Fermentationsbakterien (z. B. fermentierte Milch) hätte die Menschheit so wichtige Lebensmittel wie Kefir oder Käse nicht erhalten. Sie werden auch häufig in der Küche und Weinherstellung verwendet.
Aber saprotrophe Bakterien können Fäulnis verursachen und dieser Prozess wird normalerweise von einer umfangreichen Freisetzung von Kohlendioxid, Ammoniak, Energie, für Menschen giftigen Stoffen sowie einer Erwärmung des Substrats (manchmal bis zur Selbstentzündung) begleitet. Daher haben die Menschen gelernt, Bedingungen zu schaffen, unter denen Fäulnisbakterien ihre Fähigkeit zur Vermehrung verlieren oder einfach absterben. Zu solchen Lebensmittelkonservierungsmaßnahmen gehören Sterilisation und Pasteurisierung, wodurch die Konservierung für eine relativ lange Zeit aufrechterhalten werden kann. Auch Bakterien verlieren ihre Eigenschaften, wenn das Produkt eingefroren wird. Und in der Antike, als moderne Methoden noch nicht bekannt waren, wurden Produkte durch Trocknen, Salzen und Zuckern vor dem Verderben durch pathogene Mikroflora geschützt, da Mikroorganismen ihre lebenswichtige Aktivität in einer salz- und zuckerhaltigen Umgebung einstellen und während des Trocknens den größten Teil des benötigten Wassers verlieren für die Vermehrung von Bakterien entfernt wird.
Fäulnisbakterien: Die Bedeutung von Mikroorganismen in der Biosphäre
Die Rolle solcher Bakterien für alles Leben auf der Erde ist kaum zu überschätzen. In der Biosphäre findet aufgrund ihrer ammonisierenden Wirkung ein ständiger Prozess der Zersetzung toter Tiere und Pflanzen statt, gefolgt von ihrer Mineralisierung. Die dabei gebildeten einfachen Stoffe und anorganischen Verbindungen, darunter Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und andere, nehmen am Stoffkreislauf teil, dienen als Nahrung für Pflanzen, schließen den Energieübergang eines Vertreters der Flora und Fauna der Erde zu einem anderen und bietet die Gelegenheit für die Geburt eines neuen Lebens.
Die Freisetzung von Stickstoff steht höheren Pflanzen nicht zur Verfügung, und ohne die Beteiligung von Fäulnisbakterien könnten sie sich nicht vollständig ernähren und entwickeln.
Fäulnisbakterien sind direkt an bodenbildenden Prozessen beteiligt und zersetzen abgestorbene organische Stoffe in ihre Bestandteile. Diese Eigenschaft spielt eine unverzichtbare Rolle in der Landwirtschaft und anderen menschlichen Aktivitäten.
Schließlich wäre ohne die oben erwähnte lebenswichtige Aktivität von Mikroorganismen die Erdoberfläche, einschließlich der Wasserräume, mit unzersetzten Tier- und Pflanzenkörpern übersät, und eine beträchtliche Anzahl von ihnen wäre während der Existenz des Planeten gestorben!
Fäulnisprozesse sind ein wesentlicher Bestandteil des Stoffkreislaufs auf dem Planeten. Und das geschieht kontinuierlich dank winziger Mikroorganismen. Es sind Fäulnisbakterien, die die Überreste von Tieren zersetzen und den Boden düngen. Natürlich ist nicht alles so rosig, denn Mikroorganismen können Lebensmittel im Kühlschrank irreparabel verderben oder schlimmer noch Vergiftungen und Darmdysbakteriosen verursachen.
Zerfall ist die Zersetzung von Proteinverbindungen, die Teil pflanzlicher und tierischer Organismen sind. Dabei entstehen aus komplexen organischen Stoffen mineralische Verbindungen:
- Schwefelwasserstoff;
- Kohlendioxid;
- Ammoniak;
- Methan;
- Wasser.
Fäulnis wird immer von einem unangenehmen Geruch begleitet. Je intensiver der „Liebling“, desto weiter ging der Zersetzungsprozess. Was ist das "Aroma", das von den Überresten einer toten Katze in der hintersten Ecke des Hofes ausgeht?
Ein wichtiger Faktor für die Entwicklung von Mikroorganismen in der Natur ist die Art der Ernährung. Fäulnisbakterien ernähren sich von vorgefertigten organischen Substanzen, daher werden sie als Heterotrophe bezeichnet.
Die günstigste Zerfallstemperatur liegt zwischen 25 und 35 °C. Wird der Temperaturbalken auf 4-6°C abgesenkt, dann kann die lebenswichtige Aktivität von Fäulnisbakterien deutlich, aber nicht vollständig, eingestellt werden. Nur eine Temperaturerhöhung im Bereich von 100°C kann zum Absterben von Mikroorganismen führen.
Aber bei sehr niedrigen Temperaturen hört der Zerfall vollständig auf. Wissenschaftler haben im gefrorenen Boden des hohen Nordens wiederholt die Körper von alten Menschen und Mammuts gefunden, die trotz der vergangenen Jahrtausende bemerkenswert gut erhalten geblieben sind.
Reiniger der Natur
In der Natur spielen Fäulnisbakterien die Rolle von Pflegern. Weltweit wird eine riesige Menge organischer Abfälle gesammelt:
- Tierreste;
- gefallene Blätter;
- gefallene Bäume;
- gebrochene Zweige;
- Stroh.
Fäulnisbakterien in Blumenknollen
Was würde aus den Bewohnern der Erde, wenn es keine kleinen Putzfrauen gäbe? Der Planet würde sich einfach in eine für das Leben ungeeignete Deponie verwandeln. Aber verfaulte Prokaryoten erledigen ehrlich ihre Arbeit in der Natur und verwandeln totes organisches Material in Humus. Es ist nicht nur reich an nützlichen Stoffen, sondern hält auch Erdklumpen zusammen und verleiht ihnen Kraft. Daher wird der Boden nicht vom Wasser weggespült, sondern verweilt im Gegenteil darin. Pflanzen erhalten lebensspendende Feuchtigkeit und Nährstoffe gelöst in Wasser.
Die Helfer des Menschen
In der Landwirtschaft greift der Mensch seit langem auf die Hilfe von Fäulnisbakterien zurück. Ohne sie kann man keine reiche Getreideernte anbauen, man kann keine Ziegen und Schafe züchten, man kann keine Milch bekommen.
Interessant ist aber, dass Fäulnisprozesse auch in der technischen Produktion zum Einsatz kommen. Zum Beispiel werden Felle beim Ankleiden bewusst der Verwesung ausgesetzt. So behandelte Felle lassen sich leicht von Wolle reinigen, gerben und weich machen.
Aber auch fäulniserregende Mikroorganismen können der Wirtschaft erheblichen Schaden zufügen. Mikroben lieben es, menschliche Nahrung zu sich zu nehmen. Und das bedeutet, dass Lebensmittel einfach verderben. Ihr Einsatz wird gesundheitsgefährdend, da es zu schweren Vergiftungen kommen kann, die eine Langzeitbehandlung erfordern.
Sichern Sie Ihre Lebensmittelvorräte mit Hilfe von:
- Einfrieren;
- Trocknen;
- Pasteurisierung.
Der menschliche Körper ist in Gefahr
Der Prozess des Zerfalls wirkt sich leider von innen auf den menschlichen Körper aus. Das Zentrum der Lokalisierung von Fäulnisbakterien ist der Darm. Hier zersetzt sich unverdaute Nahrung und setzt Giftstoffe frei. Leber und Nieren halten, so gut sie können, den Druck giftiger Substanzen zurück. Aber sie sind manchmal nicht in der Lage, Überlastungen zu bewältigen, und dann beginnt eine Störung in der Arbeit der inneren Organe, die eine sofortige Behandlung erfordert.
Das erste Ziel ist das zentrale Nervensystem. Menschen klagen oft über diese Art von Beschwerden:
- Reizbarkeit;
- Kopfschmerzen;
- ständige Müdigkeit.
Die ständige Vergiftung des Körpers mit Giftstoffen aus dem Darm beschleunigt das Altern erheblich. Durch die ständige Schädigung von Leber und Nieren durch Giftstoffe sind viele Erkrankungen deutlich „jünger“.
Seit vielen Jahrzehnten bekämpfen Ärzte die Fäulnisbakterien im Darm gnadenlos mit den außergewöhnlichsten Behandlungsmethoden. Beispielsweise wurde den Patienten der Dickdarm operiert. Natürlich hat diese Art von Verfahren keine Wirkung gezeigt, aber es gab viele Komplikationen.
Die moderne Wissenschaft ist zu dem Schluss gekommen, dass es möglich ist, den Stoffwechsel im Darm mit Hilfe von Milchsäurebakterien wiederherzustellen. Es wird angenommen, dass der Acidophilus-Bazillus sie am aktivsten bekämpft.
Daher muss die Behandlung und Vorbeugung von Darmdysbakteriose von fermentierten Milchprodukten begleitet werden:
- acidophile Milch;
- saurer Joghurt;
- Acidophilus-Paste.
Es ist einfach, sie zu Hause aus pasteurisierter Milch und Acidophilus-Starter zuzubereiten, die in einer Apotheke gekauft werden können. Die Zusammensetzung des Starters enthält getrocknete Acidophilus-Bakterien, die in einem versiegelten Behälter verpackt sind.
Die pharmazeutische Industrie bietet ihre Produkte zur Behandlung von Darmdysbiose an. Medikamente auf Basis von Bifidobakterien tauchten in Apothekenketten auf. Sie haben eine komplexe Wirkung auf den gesamten Körper und unterdrücken nicht nur fäulniserregende Mikroben, sondern verbessern auch den Stoffwechsel, fördern die Vitaminsynthese und heilen Magen- und Darmgeschwüre.
Darf man Milch trinken?
Streit um die Zweckmäßigkeit des Milchkonsums unter Wissenschaftlern gibt es seit vielen Jahren. Die besten Köpfe der Menschheit teilten sich in Gegner und Verteidiger dieses Produkts, aber sie kamen zu keinem Konsens.
Der menschliche Körper ist von Geburt an darauf programmiert, Milch zu konsumieren. Dies ist die Hauptnahrung für Babys im ersten Lebensjahr. Aber im Laufe der Zeit treten Veränderungen im Körper auf und er verliert die Fähigkeit, viele Bestandteile der Milch zu verdauen.
Wenn Sie sich wirklich etwas gönnen möchten, müssen Sie berücksichtigen, dass Milch ein eigenständiges Gericht ist. Eine aus der Kindheit bekannte Delikatesse, Milch mit einem süßen Brötchen oder frischem Brot, ist für Erwachsene leider nicht erhältlich. Wenn die Milch in die saure Umgebung des Magens gelangt, gerinnt sie sofort, umhüllt die Wände und lässt den Rest der Nahrung 2 Stunden lang nicht verdauen. Dies führt zu Fäulnis, Bildung von Gasen und Toxinen und in der Folge zu Darmproblemen und Langzeitbehandlungen.
Ein Glas Milch kann entweder eine Stunde vor einer Mahlzeit oder 2 Stunden danach getrunken werden. Aber es ist besser, es durch fermentierte Milchprodukte zu ersetzen, und dann passt alles zusammen.
Zerfall oder Ammonifikation ist die Zerstörung stickstoffhaltiger organischer Substanzen durch Bakterien. Der Verwesungsprozess findet überall statt: Die Leichen veralteter Tiere und Pflanzen verfaulen, Fleisch- und Fischprodukte verfaulen, beschädigte Hackfrüchte, Blätter verfaulen im Wald, Pflanzen in Gewässern; stickstoffhaltige Substanzen verrotten in Gülle und Erde; im Dickdarm von Tieren und Menschen kommt es zur Verrottung von Speiseresten. Die Fäulnis wird von der Freisetzung von Kohlendioxid sowie vielen unangenehm riechenden Gasen (Indol, Skatol, Schwefelwasserstoff, Methan usw.) begleitet. Außerdem werden während des Verfalls organische Gifte freigesetzt - Ptomains, daher sollte verdorbenes Futter nicht an Tiere verfüttert werden. Am Prozess der Fäulnis sind viele verschiedene Arten von Bakterien beteiligt, sowohl Anaerobier als auch Aerobier. Einige Arten von Bakterien zersetzen komplexe organische Substanzen in einfachere Substanzen, von denen sich andere Arten ernähren; die Flora der zweiten Bakterienart wird durch eine dritte Bakterienart usw. ersetzt, bis die organische Substanz in eine Anzahl einfacher Substanzen wie Wasser, Mineralsalze, Kohlendioxid, Ammoniak, Schwefelwasserstoff usw. mineralisiert ist Gleichzeitig wird die in der organischen Substanz enthaltene latente Energie freigesetzt und geht an die lebenswichtige Aktivität von Bakterien. Manchmal wird überschüssige Energie zum Heizen verbraucht, zum Beispiel bei der Zersetzung von Heu, oder es wird Energie in Form von Licht freigesetzt, zum Beispiel durch sogenannte Leuchtbakterien, wenn verdorbenes Fleisch verrottet.
Wir werden die Prozesse der bakteriellen Aktivität analysieren, die in der Gülle und im Boden stattfinden. Zunächst muss daran erinnert werden, dass Gülle eine große Menge Harnstoff enthält, der unter dem Einfluss von ammonifizierende Bakterien bindet zwei Moleküle H 2 O an sich und verwandelt sich in Ammoniumcarbonat (NH 4) 2 CO 3:
CO (NH 2) 2 + 2 H 2 O \u003d (NH 4) 2 CO 3.
Der Prozess hört dabei normalerweise nicht auf, da sich (NH 4 ) 2 CO 3 in Gülle und Boden unter Bildung von 2NH 3, CO 2 und H 2 O zersetzt. Wenn Ammoniak mit Säuren im Boden wechselwirkt, sind Ammoniumsalze stabiler wieder gebildet (zB 2NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4) 2 SO 4).
Ammoniumsalze werden unter dem Einfluss von Nitrifikationsbakterien, die in großer Zahl in Gülle und im Boden vorkommen, über eine Zwischenphase aus salpetriger Säure in Salze der Salpetersäure umgewandelt. Aufgrund der Oxidationsenergie in diesem Prozess setzt sich die lebenswichtige Aktivität der Nitrifikationsbakterien fort. Der Prozess der Nitrifikation ist der Prozess der Bildung von Salpeter im Boden, und wir wissen, wie wichtig das Vorhandensein dieses Salzes im Boden für das Wachstum grüner Pflanzen ist. Dass die Bildung von Salpeter im Boden ein biologischer Prozess ist, wurde erstmals von den Wissenschaftlern J. Schlesing und A. Sh. Muntz nachgewiesen. Sie nahmen lange dicke Glasröhren und füllten sie mit Sand. Dann wurde eine Ammoniumsalzlösung durch das obere Ende des Rohrs gegossen und die durch das untere Ende des Rohrs ausströmende Flüssigkeit untersucht. Die ausfließende Flüssigkeit enthielt Salpetersäuresalze, und Ammoniaksalze verschwanden daraus. Durch die Behandlung von Rohren mit Sand mit Chloroformdampf oder das Erhitzen auf eine Temperatur von 110 ° C bewiesen die Forscher, dass der Prozess der Umwandlung von Ammoniumsalzen in Salpeter umgewandelt wird, woraus sie schlossen, dass die Nitrifikation von einer Art lebender Mikroorganismen abhängt.
1889 isolierte der berühmte russische Mikrobiologe S. N. Vinogradsky aus dem Boden Reinkulturen von Nitrifikationsbakterien zweier Gattungen, die immer zusammen vorkommen und in einer Art Symbiose stehen. Das erste Bakterium (Nitrosomonas) (Abb. 1) wandelt Ammoniumsalze bzw. bei deren Zersetzung freigesetztes Ammoniak in salpetrige Säure um:
2NH 3 + 3O 2 \u003d 2HNO 2 + 2H 2 O + 158 große Kalorien, dh es führt die erste Phase der Nitrifikation durch. Salpetrige Säure reichert sich nicht an, sondern wird mit Hilfe eines zweiten Bakteriums (Nitrobacter) sofort zu Salpetersäure oxidiert:
2HNO 2 + O 2 = 2HNO 3 + 38 große Kalorien. Salpetersäure bildet in Wechselwirkung mit den Kationen Na + , Ca ++ , K + und anderen Salpeter.
Abb.1. :
Ich - Nitrosomonas. II - Azotobacter.
Später wurden ähnliche Bakterien in den Böden verschiedener Länder gefunden. Der Erfolg der Nitrifikation hängt vom Vorhandensein ausreichender Feuchtigkeit im Boden, einer ausreichenden Menge an Calciumsalzen, die Salpetersäure binden, und auch vom Luftzugang zum Boden ab, da Nitrifikationsbakterien obligate Aerobier sind. Daher ist eine ordnungsgemäße tiefe Bodenbearbeitung erforderlich.
Wie aus den obigen Reaktionsformeln ersichtlich ist, geht die Nitrifikation mit einer Energiefreisetzung einher. Diese chemische Oxidationsenergie wird verwendet, um Kohlendioxid zu zersetzen und organische Substanzen zu bilden, aus denen der Bakterienkörper besteht. Diese Art der Synthese organischer Substanzen, die in der Umwandlung einer Form chemischer Energie in eine andere besteht, nennt man Chemosynthese.
Als direkten Gegensatz zu diesen nützlichen Bakterien gibt es sie in stark verdichteten Böden Denitrifizierende Bakterien, die die Zerstörung von Nitratsalzen bis zur Freisetzung von freiem Stickstoff in die Luft bewirkt. Der Prozess der Denitrifikation ist für landwirtschaftliche Pflanzen schädlich, der ständig bekämpft werden muss. Starke Bodenverdichtung verbunden mit unsachgemäßer Bearbeitung und die Bildung einer dichten Kruste an der Oberfläche verstärkt diesen schädlichen Prozess, da Denitrifikationsbakterien Anaerobier sind.
Neben den oben aufgeführten Bakterien gibt es im Boden auch äußerst interessante und nützliche Bakterien, die in der Lage sind, freien Stickstoff aus der Luft zu binden und für die Ernährung von Grünpflanzen verfügbar zu machen. Eines dieser Bakterien, Azotobacter (Abb. 1, II), ist aerob, und das andere, Clostridium pasteurianum, ist anaerob. Die erfolgreiche Entwicklung stickstofffixierender Bakterien ist mit der Entwicklung von Bodenalgen verbunden. Letztere bilden Kohlenhydrate und andere nicht stickstoffhaltige Substanzen, die für die Entwicklung stickstofffixierender Bakterien notwendig sind.
Beim Studium der Pflanzenphysiologie untersuchen wir die Problematik eines nützlichen Bakteriums, das freien Stickstoff aus der Luft aufnimmt (Bacterium radicicola), im Boden vorkommt und in die Wurzeln von Leguminosen eindringt, an denen sich Knollen entwickeln.
IN Im Stoffwechsel von Mikroorganismen durchlaufen stickstoffhaltige Substanzen verschiedene Umwandlungen. Durch zufällige oberflächliche Ähnlichkeit werden verschiedene Arten des Lebensmittelverderbs oft als Fäulnis bezeichnet. Fäulnis ist jedoch ein Prozess der tiefen Zersetzung von Proteinsubstanzen durch Mikroorganismen.
Die Fähigkeit, Eiweißstoffe teilweise abzubauen, ist charakteristisch für viele Mikroorganismen. Einige von ihnen bauen Proteine direkt ab, andere können nur mehr oder weniger einfache Abbauprodukte eines Proteinmoleküls, wie Peptide, Aminosäuren usw., beeinflussen.
Proteinabbauprodukte werden von Mikroben zur Synthese ihrer Körpersubstanzen und auch als Energiestoff verwendet.
Chemie des Eiweißabbaus. Der Zerfall ist ein komplexer, mehrstufiger biochemischer Prozess, dessen Art und Endergebnis von der Zusammensetzung der abbaubaren Proteine, den Prozessbedingungen und den Arten von Mikroorganismen abhängen, die ihn verursachen.
Proteinsubstanzen können nicht direkt in die Zellen von Mikroorganismen gelangen, daher können nur solche Mikroorganismen Proteine verwenden, die über proteolytische Enzyme verfügen - Exoproteasen, die von Zellen in die Umwelt abgegeben werden.
Der Prozess des Proteinabbaus beginnt mit ihrer Hydrolyse. Die primären Hydrolyseprodukte sind Peptone und Peptide. Sie werden in Aminosäuren zerlegt, die die Endprodukte der Hydrolyse sind.
Die verschiedenen Aminosäuren, die beim Abbau von Proteinen entstehen, werden von Mikroorganismen verwertet oder weiteren Veränderungen unterzogen, beispielsweise der Desaminierung, die zur Bildung von Ammoniak und verschiedenen organischen Verbindungen führt.Die Desaminierung kann auf verschiedene Weise erfolgen.Es gibt hydrolytische, oxidative und reduktive Desaminierung.
Die hydrolytische Desaminierung wird von der Bildung von Hydroxysäuren und Ammoniak begleitet. Kommt es gleichzeitig auch zur Decarboxylierung der Aminosäure, entstehen Alkohol, Ammoniak und Kohlendioxid:
1 Da in den Endprodukten des Eiweißabbaus immer Ammoniak enthalten ist, wird der Prozess der Fäulnis auch als Ammonifikation von Eiweißstoffen bezeichnet.
Bei der oxidativen Minenräumung entstehen Ketosäuren und Ammoniak:
Reduktive Desaminierung erzeugt Carbonsäuren und Ammoniak:
Aus den vorstehenden Gleichungen ist ersichtlich, dass unter den Abbauprodukten von Aminosäuren je nach Struktur ihres Restes (R) verschiedene organische Säuren und Alkohole zu finden sind. So können sich beim Abbau von Fettaminosäuren Ameisen-, Essig-, Propion-, Butter- und andere Säuren, Propyl-, Butyl-, Amyl- und andere Alkohole ansammeln. Beim Abbau aromatischer Aminosäuren entstehen als Zwischenprodukte charakteristische Zerfallsprodukte: Phenol, Kresol, Skatol, Indol – Substanzen mit sehr unangenehmem Geruch. Beim Abbau von schwefelhaltigen Aminosäuren werden Schwefelwasserstoff oder seine Derivate - Mercaptane (z. B. Methylmercaptan CH 3 SH) - erhalten. Mercaptane haben einen Geruch nach faulen Eiern, der selbst bei vernachlässigbaren Konzentrationen wahrnehmbar ist.
Die während der Proteinhydrolyse gebildeten Diaminosäuren können ohne Entfernung von Ammoniak decarboxyliert werden, was zu Diaminen und Kohlendioxid führt. Zum Beispiel wird Lysin in Cadaverin umgewandelt:
In ähnlicher Weise wird Ornithin in Putrescin umgewandelt.
Cadaverin, Putrescin und andere Putrescinamine werden oft unter dem allgemeinen Namen Ptomaine (Kadavergifte) zusammengefasst, von denen einige giftige Eigenschaften haben.
Die weitere Umwandlung stickstoffhaltiger und stickstofffreier organischer Verbindungen, die durch den Abbau verschiedener Aminosäuren entstehen, hängt von den Umgebungsbedingungen und der Zusammensetzung der Mikroflora ab. Aerobe Mikroorganismen oxidieren diese Verbindungen, sodass sie vollständig mineralisiert werden können. In diesem Fall sind die Endprodukte des Zerfalls Ammoniak, Kohlendioxid, Wasser, Schwefelwasserstoff, Phosphorsäuresalze. Unter anaeroben Bedingungen findet keine vollständige Oxidation der Zwischenprodukte des Aminosäureabbaus statt. In diesem Zusammenhang sammeln sich neben Ammoniak und Kohlendioxid verschiedene organische Säuren, Alkohole, Amine und andere organische Verbindungen an, unter denen sich Substanzen mit toxischen Eigenschaften und Substanzen befinden können, die dem verrottenden Material einen ekelhaften Geruch verleihen.
Erreger des Verfalls. Unter den vielen Mikroorganismen
Proteine teilweise abbauen können, sind Mikroorganismen, die einen tiefen Abbau von Proteinen - eigentlich Fäulnis - bewirken, von besonderer Bedeutung. Solche Mikroorganismen werden als Fäulnis bezeichnet. Von diesen sind Bakterien die wichtigsten. Fäulnisbakterien können sporenbildend und nicht sporenbildend, aerob und anaerob sein. Viele von ihnen sind mesophil, aber es gibt kältebeständige und hitzebeständige. Die meisten reagieren empfindlich auf den Säuregehalt der Umgebung.
Die häufigsten und aktivsten Erreger von Fäulnisprozessen sind die folgenden.
Heu- und Kartoffelsticks 1 - aerobe, bewegliche, grampositive, sporenbildende Bakterien
Reis. 32. Du. Untertitel:
aber- Stöcke und ovale Sporen; b - Kolonie
(Abb. 32). Ihre Sporen sind sehr hitzebeständig. Das Temperaturoptimum für die Entwicklung dieser Bakterien liegt bei 35–45 °C, das maximale Wachstum liegt bei einer Temperatur von etwa 50–55 °C; bei Temperaturen unter 5 °C vermehren sie sich nicht. Zusätzlich zum Abbau von Proteinen sind solche Bakterien in der Lage, Pektinsubstanzen, Polysaccharide von Pflanzengeweben zu zersetzen und Kohlenhydrate zu fermentieren. Heu- und Kartoffelstangen sind in der Natur weit verbreitet und die Verderbnisverursacher vieler Lebensmittel. Sie produzieren antibiotische Substanzen, die das Wachstum vieler krankheitserregender und saprophytischer Bakterien hemmen.
Bakterien der Gattung Pseudomonas sind aerob bewegliche Stäbchen mit einem polaren Flagellum, die keine Sporen bilden, und sind gramnegativ (Abb. 33a). Viele "Arten sind kältebeständig, die Mindesttemperatur ihres Wachstums beträgt -2 bis -5 ° C, das Optimum liegt bei etwa 20 ° C. Viele Pseudomonas haben neben der proteolytischen Aktivität auch eine lipolytische Aktivität, sie können fermentieren Kohlenhydrate unter Bildung von Säuren sezernieren Schleim
1 In Übereinstimmung mit dem International Code of Nomenclature for Bacteria gelten Heu und Kartoffelsticks als Synonyme einer Art – Bacillus subtilis.
und die biochemische Aktivität dieser Bakterien wird bei einem pH-Wert unter 5,5 und einer NaCl-Konzentration von 5–6 % im Medium signifikant gehemmt. Pseudomonas sind in der Natur weit verbreitet, sie sind Antagonisten einer Reihe von Bakterien und Schimmelpilzen, da sie antibiotische Substanzen bilden. Einige Psudomo-nas-Arten sind Erreger von Krankheiten (Bakteriosen) von Kulturpflanzen, Obst und Gemüse.
Proteus (Proteus vulgaris) sind kleine gramnegative Stäbchen ohne Sporen mit ausgeprägten Fäulniseigenschaften. Proteinsubstrate nehmen während der Entwicklung von Proteus in ihnen einen starken Fäulnisgeruch an. Je nach Zustand
Reis. 33.
aber - Pseudomonas; B - Proteus vulgaris
leben, können diese Bakterien ihre Form und Größe merklich verändern (Abb. 33, B).
Proteus ist ein fakultativer Anaerobier; vergärt Kohlenhydrate unter Bildung von Säuren und Gasen. Es entwickelt sich sowohl bei einer Temperatur von 25 ° C als auch bei einer Temperatur von 37 ° C gut und hört auf, sich erst bei einer Temperatur von etwa 5 ° C zu vermehren, kann jedoch auch in Tiefkühlkost aufbewahrt werden.
Ein charakteristisches Merkmal des Proteus ist seine sehr energische Beweglichkeit. Diese Eigenschaft liegt dem Verfahren zugrunde, den Proteus auf Lebensmittelprodukten nachzuweisen und ihn von begleitenden Bakterien zu trennen. Einige Arten von Proteus scheiden für Menschen giftige Substanzen aus (s. S. 159).
Clostridium putrificum (Abb. 34, aber)- anaerober mobiler, sporenbildender Bazillus. Seine relativ großen Sporen befinden sich näher am Ende der Zelle, die in diesem Fall einer Trommelkeule ähnelt. Die Sporen sind ziemlich hitzebeständig. Dieses Bakterium fermentiert keine Kohlenhydrate. Proteine zersetzen sich unter Bildung einer großen Menge Gase (NH 3 , H2S). Die optimale Entwicklungstemperatur liegt bei 37–43 °C, das Minimum bei 5 °C.
Clostridium sporogertes (Abb. 34, B)- anaerober mobiler sporentragender Bazillus. Die Sporen sind hitzebeständig, in der Zelle befinden sie sich näher an ihrem Ende. Charakteristisch ist die sehr schnelle (am ersten Wachstumstag) Bildung von Sporen. Dieses Bakterium vergärt Kohlenhydrate unter Bildung von Säuren und Gasen und hat eine lipolytische Fähigkeit. Beim Abbau von Proteinen wird reichlich Schwefelwasserstoff freigesetzt. Die optimale Entwicklungstemperatur liegt bei 35–40 °C, das Minimum bei etwa 5 °C.
Beide Arten von Clostridien sind als Verderbniserreger von Konserven (Fleisch, Fisch etc.) bekannt.
Reis. 34.
aber - Clostridium putrificum; b - Clostridium sporogenes
Die praktische Bedeutung der Zerfallsprozesse. Fäulniserregende Mikroorganismen richten oft großen Schaden für die Volkswirtschaft an und verursachen den Verderb der wertvollsten und proteinreichsten Lebensmittel, wie Fleisch und Fleischprodukte, Fisch und Fischprodukte, Eier, Milch usw. Aber diese Mikroorganismen spielen eine große positive Rolle im Kreislauf von Stoffen in der Natur, mineralisierende Eiweißstoffe, Eintritt in den Boden, Wasser.
Der Gestank von Senkgruben und Deponien, verrottende organische Überreste - all dies verursacht bei den Menschen ein anhaltendes Ekelgefühl. Aber wenn die erste Reaktion vorüber ist und sich der gesunde Menschenverstand einschaltet, kommt das Verständnis, dass dies ein obligatorischer Prozess des Lebens ist. Hinter jeder Fäulnis sieht man das entstehende neue Leben. Das ist der ewige Stoffkreislauf der Natur. Und egal wie vielfältig die lebenden Organismen auf dem Planeten sind, es ist überraschend, dass die einzigen, die für die Zersetzung verantwortlich sind, die Zersetzungsbakterien sind.
Was zerfällt
Zersetzungsprozesse sind die ganze Bandbreite von Reaktionen, bei denen komplexe Substanzen in einfachere und stabilere zerfallen. Der Prozess der Fäulnis (Ammonifikation) ist die Zersetzung von stickstoff- und schwefelhaltigen organischen Substanzen in einfache Moleküle. Ein ähnlicher Prozess - Fermentation - ist die Zersetzung stickstofffreier organischer Substanzen - Zucker oder Kohlenhydrate. Beide Prozesse werden von Mikroorganismen durchgeführt. Die Aufklärung des Mechanismus dieser Prozesse begann mit den Experimenten von Louis Pasteur (1822-1895). Betrachtet man die Fäulnisbakterien jedoch ausschließlich aus chemischer Sicht, stellt man fest, dass die Ursachen dieser Prozesse in der Instabilität organischer Verbindungen liegen und Mikroorganismen nur als Verursacher chemischer Reaktionen wirken. Aber sowohl Protein als auch Blut und Tiere unter dem Einfluss von Bakterien unterliegen verschiedenen Arten des Zerfalls, dann ist die dominierende Rolle von Mikroorganismen unbestreitbar.
Das Studium des Themas geht weiter
Der Verfall ist sowohl in der Ökonomie der Natur als auch im menschlichen Handeln von großer Bedeutung: von der technischen Produktion bis zur Entstehung von Krankheiten. Die Angewandte Bakteriologie wurde erst vor etwa 50 Jahren geboren, und die Studienschwierigkeiten sind auch heute noch enorm. Aber die Aussichten sind riesig:
Wer sind diese Destruktoren?
Bakterien sind ein ganzes Reich einzelliger prokaryotischer (kein Zellkern habender) Organismen, die etwa 10.000 Arten umfasst. Aber das ist uns bekannt, und im Allgemeinen wird die Existenz von mehr als einer Million Arten angenommen. Sie erschienen lange vor uns (vor 3-4 Millionen Jahren) auf dem Planeten, sie waren seine ersten Bewohner, und es war vor allem ihnen zu verdanken, dass die Erde für die Entwicklung anderer Lebensformen geeignet wurde. 1676 sah der niederländische Naturforscher Anthony van Leeuwenhoek zum ersten Mal „Animalcules“ in seinem eigenen handgefertigten Mikroskop. Erst 1828 erhielten sie ihren Namen durch die Arbeit von Christian Ehrenberg. Die Entwicklung der Lupentechnik ermöglichte es Louis Pasteur 1850, die Physiologie und den Stoffwechsel von Fäulnis- und Gärungsbakterien einschließlich Krankheitserregern zu beschreiben. Es war Pasteur, der Erfinder des Milzbrand- und Tollwut-Impfstoffs, der als Begründer der Bakteriologie, der Wissenschaft der Bakterien, gilt. Der zweite herausragende Bakteriologe ist der deutsche Arzt Robert Koch (1843-1910), der Vibrio cholerae und Tuberkelbazillus entdeckte.
So einfach und so komplex
Die Form der Bakterien kann kugelförmig (Kokken), gerade Stäbchen (Bazillen), gekrümmt (Vibrio) oder spiralförmig (Spirilla) sein. Sie können sich vereinen - Diplokokken (zwei Kokken), Streptokokken (eine Kokkenkette), Staphylokokken (Bündel Kokken). Die Zellwand von Murein (ein mit Aminosäuren kombiniertes Polysaccharid) gibt dem Körper Form und schützt den Zellinhalt. Die Zellmembran von Phospholipiden kann Komplexe von Bewegungsorganen (Flagellen) einstülpen und enthalten. Die Zellen haben keinen Zellkern, aber das Zytoplasma enthält Ribosomen und ringförmige DNA (Plasmide). Es gibt keine Organellen, und die Funktionen von Mitochondrien und Chloroplasten werden von Mesosomen - Vorsprüngen der Membran - ausgeführt. Einige haben Vakuolen: Gasvakuolen erfüllen die Funktion, sich in der Wassersäule zu bewegen, und die Speicherung enthält Glykogen oder Stärke, Fette, Polyphosphate.
Wie essen sie
Je nach Ernährungsform sind Bakterien autotroph (sie bauen organische Substanzen selbst auf) und heterotroph (verbrauchen fertige organische Substanzen). Autotrophe Bakterien können photosynthetisch (grün und violett) und chemosynthetisch (nitrifizierende Bakterien, Schwefelbakterien, Eisenbakterien) sein. Heterotrophe sind Saprotrophe (sie verwenden Abfallprodukte, tote Überreste von Tieren und Pflanzen) und Symbionten (sie verwenden die organische Substanz lebender Organismen). Zerfall und Fermentation werden von saprotrophen Bakterien durchgeführt. Einige Bakterien benötigen Sauerstoff für den Stoffwechsel (Aerobier), andere nicht (Anaerobier).
Unsere Armeen können nicht gezählt werden
Bakterien leben überall. Buchstäblich. In jedem Wassertropfen, in jeder Pfütze, auf Felsen, in Luft und Erde. Hier sind nur einige der Gruppen:
Optimale Bedingungen
Bestimmte Bedingungen sind für die Fäulnis notwendig, und der Entzug dieser Bedingungen für Bakterien ist die Grundlage unserer Küche (Sterilisation, Pasteurisierung, Konserven usw.). Für einen intensiven Abklingprozess ist es notwendig:
- Das Vorhandensein der Bakterien selbst.
- Äußere Bedingungen - feuchte Umgebung, Temperatur +30-40 °С.
Verschiedene Optionen sind möglich. Aber Wasser ist ein wesentliches Attribut der Hydrolyse organischer Substanzen. Und Enzyme arbeiten nur in einem bestimmten Temperaturbereich.
Hauptverstärker
Im Boden der Erde lebende Fäulnisbakterien sind die häufigste Gruppe von Prokaryoten. Sie spielen eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf und geben dem Boden Mineralien zurück (mineralisieren), die für Pflanzen für Photosyntheseprozesse so notwendig sind. Die Form der Bakterien, ihre Beziehung zum Vorhandensein von Sauerstoff und die Art der Nahrungsaufnahme sind vielfältig. Die Hauptvertreter dieser Gruppe sind sporenbildende Clostridien, Bazillen und nicht sporenbildende Enterobakterien.
Stadien der organischen Zersetzung
Die Abbauschritte organischer Substanzen durch Fäulnisbakterien sind chemisch gesehen recht komplex. Im Allgemeinen wird dieser Vorgang wie folgt durchgeführt:
Heustock
Das am besten untersuchte Bakterium ist Bacillus subtilis, ein sehr wirksamer Ammonifizierer. Nur E. coli (Escherichia coli), unser Darmsymbiont, ist besser untersucht. Heubakterium ist ein aerobes Zerfallsbakterium. Auf seiner Oberfläche befinden sich proteasekatalytische Enzyme, die von Bakterien produziert und zur Gewinnung von Lebensenergie verwendet werden. Proteasen treten mit Proteinen der äußeren Umgebung in Hydrolysereaktionen ein und zerstören ihre Peptidbindungen mit der Freisetzung des Anfangs großer Aminosäureketten und dann kleinerer. Alles, was sie braucht, kommt in den Käfig, und was sie nicht braucht, wird verschenkt. Und giftige Substanzen bleiben - Schwefelwasserstoff und Ammoniak. Wegen dieser Gase riechen die Lebensräume der Heustangen so unangenehm.
Unsere Nachbarn
In unserem etwa zwei Kilogramm schweren Darm leben etwa 50 Billionen verschiedene Mikroorganismen. Und das ist 1,5-mal mehr als die Gesamtzahl der Zellen im gesamten menschlichen Körper. Und wer ist hier der Meister, und wer ist der Symbiont? Das ist natürlich ein Witz. Aber unter dieser Vielzahl von Nachbarn gibt es auch Fäulnisbakterien. Der Nutzen und Schaden für den Körper hängt von ihrer Anzahl und Pathogenität ab. In unserem Mund leben bis zu 40.000 Bakterien. Das saure Milieu unseres Magens verträgt Laktobazillen, einige Streptokokken und Sarcine. Pankreassaft mit aggressiven Verdauungsenzymen (Lipasen und Amylasen) wird in den Zwölffingerdarm ausgeschieden und macht ihn fast vollständig steril.
Im Dünn- und Dickdarm ist das Milieu alkalisch, hier konzentriert sich die gesamte Masse der Mikroflora. Hier helfen uns Bakterien, Vitamine aufzunehmen (Bifidobakterien), Vitamine (K und B) zu synthetisieren und die pathogene Flora (E. coli) zu unterdrücken, Stärke und Zellulose, Proteine und Fette abzubauen (ammonifizierende Bakterien) und dies ist nicht die ganze Liste von nützlichen Funktionen unserer Nachbarn. Mit dem Kot scheidet jeder Mensch etwa 18 Milliarden Bakterien aus, das sind mehr als Menschen auf der ganzen Erde. Aber dieselben Bakterien können unter bestimmten Bedingungen Krankheiten verursachen. Deshalb gelten viele von ihnen als bedingt pathogen.
Die Bedeutung von Fäulnisbakterien
Die ersten lebenden Organismen dieses Planeten, die am effektivsten darin sind, alle auf dem Planeten Erde existierenden ökologischen Nischen zu besetzen, sind Bakterien. Sie mineralisieren den Boden und machen ihn fruchtbar. Anorganische Stoffe in den Kreislauf zurückführen. Entsorgen Sie die Leichen und Abfallprodukte aller lebenden Organismen auf dem Planeten. Versorge die Menschheit mit natürlichen Ressourcen. Sie erleichtern uns das Leben und helfen bei der Aufnahme von Nahrungsbestandteilen. Diese Liste lässt sich noch lange fortführen. Groß ist natürlich auch der negative Wert von Fäulnisbakterien. Aber die Natur wusste, was sie tat, und unsere Aufgabe auf diesem Planeten ist es, das empfindliche Gleichgewicht, das die Welt um uns herum in diesen fast vier Millionen Jahren erreicht hat, nicht zu stören.