Разложение жизни бактериями – круговорот завершается

Пугающие фото с запечатленными на них разлагающимися трупами высших организмов воспринимаются человеком как бедствие, катастрофа и одно из проявлений вселенского зла. Но после первых реакций, вызванных эмоциями, на выручку приходит здравый смысл и понимание того, что разложение органики – обязательный процесс, без которого невозможен круговорот веществ, и что за каждым гниением видны признаки зарождающейся жизни. Удивление скорее вызывает тот факт, что, как ни богата по своим формам органическая жизнь, единственными на планете Земля организмами, ответственными за ее разложение, являются бактерии.

Бактерии в организме человека

Что такое разложение

Сама суть процесса разложения заложена в названии. Однако в связи с наличием определенных характерных только для разложения органики признаков, этот вид разложения носит еще одно название – гниение.

Схема круговорота органических веществ в природеТо, что в процессе гниения сложная материя разлагается на более простые составляющие, естествоиспытатели установили давно. Но этапы протекания разложения, его продукты и потенциальная опасность для живых организмов устанавливались микробиологами в течение нескольких десятков лет в процессе сложных исследований.

На современном этапе научное представление о разложении органики до простых неорганических соединений с участием бактерий выглядит следующим образом:

  1. Существуют бактерии, метаболизм которых предусматривает химическую возможность разрывать связи в молекулах органических соединений с содержанием азота. Они в процессе питания захватывают органические молекулы белка и аминокислот.
  2. Вырабатываемые бактериями ферменты протеазы в процессе гидролиза разрывают пептидные связи в белках и в несколько этапов расщепления высвобождают из белковых молекул аммиак, сероводород и некоторые группы аминов.
  3. Продукты, которые поступили внутрь бактерии в результате предыдущих химических превращений, используются ею для получения АТФ (энергии).

Микроорганизмы, освобождающие аммиак

Бактерии, которые участвуют в круговороте азота, – одна из самых распространенных групп прокариотических микроорганизмов. В естественных экосистемах они являются микроорганизмами-редуцентами и играют ключевую роль в минерализации почв.

Основными представителями аммонифицирующих бактерий (именно так называют микроорганизмы, способные высвобождать азот из органических соединений) являются некоторые виды спорообразующих клостридий, бацилл и неспорообразующих энтеробактерий.

Сенная палочка под микроскопомТак, одна из самых распространенных бактерий – сенная палочка (Bacillus subtilis) – наиболее изученный человеком аммонификатор, наряду с кишечной палочкой Escherichia coli.

Сенная палочка живет в основном в грунте и дышит кислородом. Это достаточно крупный живой организм, состоящий из одной безъядерной клетки. Конечно, обычным фотоаппаратом фото этого микроорганизма не получишь, но изображения именно сенной палочки получить совсем несложно с использованием увеличительных технологий. Для получения жизненной энергии сенная палочка вырабатывает катализирующие ферменты – протеазы, которые находятся на внешней поверхности клеточной стенки бактерии.

Протеазы – белки, которые отвечают за разрушение пептидных связей между аминокислотами в белках (как известно, белок – это связка аминокислот). Находясь на поверхности бактериальной клетки, протеаза вступает в реакцию гидролиза с оказавшейся поблизости азотсодержащей молекулой белка, разрушает пептидную связь между отдельными аминокислотами захваченного белка, высвобождая аминогруппу.

Высвобождение может происходить в несколько этапов с образованием сначала крупных полипептидов, потом все меньше и меньше. Длится это до тех пор, пока вся молекула белка достигает состояния, при котором благодаря транспортным белковым группам самой бактерии необходимые для метаболизма бактерии вещества попадают в цитоплазму клетки и с их участием синтезируется АТФ.

Этот процесс получения бактериями питательных веществ из органических соединений и называется гниением. Чем гниение отличается от других метаболических бактериальных процессов с антропогенной (человеческой) точки зрения? В процессе гниения бактериями образовываются токсичные для человека соединения.

Ядовитые продукты

Человек, зараженный продуктами гниения, нуждается в срочной медицинской помощи. Накапливание в организме токсичного аммиака, одного из продуктов гидролиза аммонификации азотсодержащих белков, инициируется как некоторыми видами клостридий, так и некоторыми энтеробактериями, в том числе и кишечной палочкой Escherichia coli.

В результате метаболизма аммонификаторов в тканях человеческого организма скапливается аммиак. При нормальной работе всех систем организма аммиак в печени связывается до состояния органической мочевины.

Схема образования мочевины из аммиака

Образование мочевины из ядовитого аммиака происходит следующим путем:

  • из аммиака высвобождаются атомы азота (первая стадия образования мочевины);
  • образуется цитруллин (аминокислота, названная по наименованию арбуза и присутствующая в составе волос млекопитающих) – первая аминогруппа для мочевины;
  • отдельно образуется другая аминогруппа мочевины – аспартат (аспарагиновая кислота, которая, кроме образования мочевины, выполняет функцию нейромедиатора);
  • завершающей стадией образования мочевины является аргинин (основная аминокислота, которая обуславливает один из процессов формирования ДНК).

Далее путь мочевины лежит в почки и наружу.

Разложение целлюлозы

Одним из основных процессов получения бактерией глюкозы является разложение целлюлозы. Следует отметить, что больше никакие живые организмы, кроме грибов и бактерий, не в состоянии разложить молекулы органического полимера – целлюлозы. Целлюлозолитическими называют бактерии, содержащие в себе ферменты, позволяющие производить разложение целлюлозы.

Такие бактерии есть и в организме человека. Именно они отвечают за переваривание растительной пищи. Ведь клеточные стенки растений по большей части состоят из целлюлозы.

Разложение целлюлозы может осуществляться как кислорододышащими бактериями (аэробами), так и анаэробами. При этом процесс разложения целлюлозы в первом и во втором случае существенно отличается:

  • аэробы окисляют молекулы целлюлозы до углекислого газа и воды;
  • анаэробы в процессе гидролиза разлагают молекулы целлюлозы до органических кислот, этанола, углекислого газа и водорода.

Среди микроорганизмов, которые участвуют в анаэробном разложении целлюлозы. В рубце (желудке) жвачных животных насчитывается около 200 видов бактерий, отвечающих за различные биохимические процессы.

Бактерии. Всегда ли они приносят человеку вред?
Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим