Роль микроорганизмов в процессах аммонификации, нитрофикации, денитрификации.

Учебные материалы по биологии / Виды и функции иммунитета. Пектиновое и анаэробное брожение клетчатки / Роль микроорганизмов в процессах аммонификации, нитрофикации, денитрификации.

Страница 1

Аммонификация (минерализация азота)

Среди органических соединений, встречающихся в клетке, первое место занимают белки - на их долю приходится не менее 5096 сухой массы клетки. Белки попадают в почву в значительных количествах вместе с остатками отмерших растений, животных и микроорганизмов. При разложении белков микроорганизмами азот освобождается в виде аммиака. Этот процесс называют аммонификацией или минерализацией азота.

Белки могут разлагаться аэробными и анаэробными бактериями, актиномицетами, грибами. Особенно активны при этом представители рода Bacillius, рода Pseudomonas, рода Clostridium, Proteus vulgares и др.

Белковые молекулы представляют собой длинные разветвленные полимерные цепи, в которых последовательно расположены ковалентно связанные друг с другом аминокислотные остатки. В состав белков обычно входит 20 А-аминокислот. Аминокислоты в полимерной цепи располагаются таким образом, что конец одной аминокислоты связан с началом другой пептидной связью. Такие полимерные молекулы, называемые полипептидными цепями, могут содержать сотни аминокислотных звеньев, причем белковая молекула может состоять либо из одной, либо из нескольких полипептидных цепей. По своему составу белки разделяются на простые и сложные. Простые при гидролизе дают только аминокислоты, а сложные, кроме аминокислот, дают также и другие органические и неорганические продукты. Небелковую часть молекулы сложного белка (т. е. часть, не состоящую из аминокислот) называют его простетической труппой. К сложным белкам относятся нуклеопротеиды, липопротеиды, металлопротеиды и гликопротеиды.

Молекулы белка и большинства пептидов расщепляются ферментами вне клеток микроорганизмов, так как не могут проходить через их цитоплазматическую мембрану. Протеолитические ферменты, выделяемые клетками микроорганизмов в окружающую среду (экзоферменты), осуществляют гидролиз ряда пептидных связей в молекулах белков. Образующиеся при этом частицы белковой молекулы (полипептиды и олигопептиды) могут использоваться клетками микробов, в которых они затем разрушаются внутриклеточными протеолитическими ферментами - пептидазами - до свободных аминокислот. Образовавшиеся при распаде белка аминокислоты могут идти на синтез белков клетки или подвергаться дальнейшему расщеплению.

Пути внутриклеточного или внеклеточного расщепления аминокислот могут быть различными. В принципе возможны следующие процессы:

а) дезаминирование, происходящее путем отщепления аммиака:

R • СН2СНNН2 • СООН à R • СН=СНСООН + NН3;

б) окислительное дезаминирование:

R • СНNН2СООН + 1/202 à R • СО • СООН + NН3;

в) восстановительное дезаминирование:

R • СНNН2 • СООН + 2Н àR • СН2СООН + NН3;

г) декарбоксилирование:

R • СНNН2 • СООН à К • СН2NH2+С02.

Образующиеся из белков аминокислоты минерализуются с различной скоростью. Некоторые из них (треонин, метионин) более устойчивы, другие аминокислоты, наоборот, весьма легко разлагаются (аргинин, триптофан).

После дезаминирования углеродный остаток подвергается воздействию микробов в аэробных или анаэробных условиях с образованием С02 и различных органических соединений.

Если в среде имеются амиды; то они разлагаются первоначально до аминокислот, которые затем могут быть трансформированы тем или иным путем. Например, аспарагин под воздействием фермента аспарагиназы превращается в аспарагиновую кислоту:

При аэробном распаде белка основными конечными продуктами разложения белка являются СО2, аммиак, сульфаты и вода.

В анаэробных условиях при распаде белка образуются аммиак, амины, С02, органические кислоты, меркаптаны, а также индол, скатол и сероводород, обладающие неприятным запахом.

При анаэробном разрушении белков могут образоваться токсические соединения. В частности, диамины или птомаины, к числу которых относится кадаверин, содержащийся в трупном яде.

При разрушении сложных белков, т. е. соединений белка с веществами небелковой природы (липоидами, высокомолекулярными углеводами, нуклеиновыми кислотами и т. д.), первоначально расчленяются основные компоненты - белок и связанная с ним простетическая группа. В дальнейшем эти соединения подвергаются более глубокой трансформации.

Нитрификация

Аммиак, образующийся в почве, навозе и воде при разложении органических веществ, довольно быстро окисляется в азотистую, а затем азотную кислоту. Этот процесс называется нитрификацией.