Амоніфікація білка (гниття)
Амоніфікація білка (гниття)
Відео: № 179. Органічна хімія. Тема 27. Білки. Частина 5. Фактори денатурації білка. гниття білка
У процесі обміну речовин мікроорганізми не тільки здійснюють синтез складних білкових речовин власної цитоплазми, але і виробляють глибоке руйнування білкових з`єднань субстрату. Процес мінералізації органічних білкових речовин мікроорганізмами, що протікає з виділенням аміаку або з утворенням амонійних солей, отримав в мікробіології назву гниття або аммонификации білків.
Таким чином, в строгому мікробіологічному сенсі гниття - це мінералізація органічного білка, хоча в повсякденному житті «гниттям» називають цілий ряд різноманітних процесів, що мають чисто випадкова схожість, об`єднуючи в цьому понятті і псування харчових продуктів (м`яса, риби, яєць, плодів, овочів ), і розкладання трупів тварин і рослин, і різноманітні процеси, що протікають в гної, рослинних відходах, і т.д.
Амоніфікація білка - складний багатоступінчастий процес. Його внутрішня сутність полягає в енергетичних перетвореннях мікроорганізмами амінокислот з використанням їх вуглецевого скелета в синтезі цитоплазмових з`єднань. У природних умовах розкладання багатих білками речовин рослинного і тваринного походження, порушену різними бактеріями, плесенями, актиноміцетами, протікає надзвичайно легко як при широкому доступі повітря, так і в умовах повного анаеробіозу. У зв`язку з цим хімізм розкладання білкових речовин і природа виникають продуктів розпаду можуть сильно варіювати в залежності від виду мікроорганізму, хімічної природи білка, умов протікання процесу: аерації, вологості, температури.
При доступі повітря, наприклад, процес гниття протікає дуже інтенсивно, аж до повної мінералізації білкових речовин - утворюється аміак і навіть частково елементарний азот, утворюються або метан, або вуглекислий газ, а також сірководень і солі фосфорної кислоти. В анаеробних умовах, як правило, повної мінералізації білка не відбувається, і частина що виникають (проміжних) продуктів гниття, мають зазвичай неприємний запах, зберігається в субстраті, надаючи йому нудотний запах гниття.
Перешкоджає аммонификации білків низька температура. У вічній шарах землі Крайньої Півночі знаходили, наприклад, трупи мамонтів, що пролежали десятки тисячоліть, але не піддані розкладанню.
Залежно від індивідуальних властивостей мікроорганізмів - збудників гниття - відбувається або неглибокий розпад білкової молекули, або глибоке її розщеплення (повна мінералізація). Але є і такі мікроорганізми, які беруть участь в гнитті лише після того, як в субстраті в результаті життєдіяльності інших бактерій з`являються продукти гідролізу білкових речовин. Власне «гнильними» називають тих мікробів, які збуджують глибокий розпад білкових речовин, обумовлюючи повну їх мінералізацію.
Білкові речовини в процесі харчування не можуть бути безпосередньо засвоєні мікробної клітиною. Колоїдна структура білків перешкоджає їх надходженню в клітину через клітинну оболонку. Лише після гідролітичного розщеплення більш прості продукти гідролізу білків проникають всередину мікробної клітини і використовуються нею в синтезі клітинної речовини. Таким чином, гідроліз білків протікає поза тілом мікроба. Мікроб для цього виділяє в субстрат протеолітичні екзоферменти (протеїнази). Такий спосіб харчування обумовлює в субстратах розкладання величезних мас білкових речовин, тоді як усередині мікробної клітини в білкову форму перетворюється лише порівняно невелика частина продуктів гідролізу білка. Процес розщеплення білкових речовин в даному випадку в великій мірі переважає над процесом їх синтезу. В силу цього общебиологическая роль гнильних бактерій як агентів розкладання білкових речовин величезна.
Механізм мінералізації складної білкової молекули гнильними мікробами можна уявити наступним ланцюгом хімічних перетворень:
I. Гідроліз великої білкової молекули до альбумоз, пептонов, поліпептидів, дипептидов.
II. Триваючий глибший гідроліз продуктів розщеплення білка до амінокислот.
III. Перетворення амінокислот під дією мікробних ферментів. Різноманітність амінокислот і ферментів, наявних в ферментативном комплексі різних мікробів, ті чи інші умови протікання процесу обумовлюють і надзвичайний хімічне різноманітність продуктів перетворення амінокислот.
Так, амінокислоти можуть піддаватися декарбоксилюванню, дезамінуванню як окислювальному, так і відновного і гидролитическому. Енергійна карбоксилаза викликає декарбоксилирование амінокислот з утворенням летючих амінів або диаминов, що мають нудотний запах. З амінокислоти лізину при цьому утворюється кадаверин, з амінокислоти орнітину - путресцин:
Кадаверин і путресцин отримали назву «трупних отрут» або птомаинов (від грецького ptoma - труп, падло). Раніше вважалося, що птомаіни, що виникають при розпаді білків, викликають харчові отруєння. Однак в даний час з`ясовано, що отруйними є не самі птомаіни, а супутні їм їх похідні - нейрін, мускарин, а також деякі речовини невідомої хімічної природи.
При дезаминировании від амінокислот відщеплюється аминогруппа (NH2), з якої утворюється аміак. Реакція субстрату при цьому стає лужний. При окислювальному дезаминировании, крім аміаку, утворюються ще й кетонокислот:
При відновному дезаминировании виникають граничні жирні кислоти:
Гидролитическое дезаминирование і декарбоксилювання призводять до виникнення спиртів:
Крім того, можуть утворитися при цьому і вуглеводні (наприклад, метан), неграничні жирні кислоти, водень.
Відео: МІФИ про гнитті м`яса в організмі людини
З ароматичних амінокислот в анаеробних умовах виникають дурнопахнущіе продукти гниття: фенол, індол, скатол. Індол і скатол утворюються зазвичай з триптофану. З амінокислот, що містять сірку, в аеробних умовах гниття виникають сірководень або меркаптани, також володіють неприємним запахом тухлих яєць. Складні білки - нуклеопротеїни - розпадаються на нуклеїнові кислоти і білок, які в свою чергу розщеплюються. Нуклеїнові кислоти при розпаді дають фосфорну кислоту, рибозу, дезоксирибозу і азотисті органічні підстави. У кожному конкретному випадку можливе протікання тільки частини зазначених хімічних перетворень, а не повністю всього циклу.
Поява в харчових продуктах, багатих білком (таких, як м`ясо або риба), запаху аміаку, амінів і інших продуктів розпаду амінокислот є показником їх мікробної псування.
Мікроорганізми, що збуджують Амоніфікація білкових речовин, дуже широко поширені в природі. Вони зустрічаються повсюдно: в грунті, у воді, в повітрі - і представлені надзвичайно різноманітними формами - аеробних і анаеробних, факультатівноанаеробних, спороутворюючими і бесспорозимі.
Аеробні гнильні мікроорганізми
Сінна паличка (Bacillus subtilis) (рис. 35) - широко поширена в природі аеробне бацила, зазвичай виділяється з сіна, дуже рухлива паличка (3-5 х 0,6 мкм) з перитрихиально жгутованіем. Якщо вирощування виробляти на рідких середовищах (наприклад, на Сінному відварі), то клітини бацили виходять дещо більше і з`єднуються в довгі ланцюжки, утворюючи на поверхні рідини зморшкувату і суху сріблясто-білувату плівку. При розвитку на твердих середовищах, що містять вуглеводи, утворюється Дробнозморшкуваті суха або зерниста, зростається з субстратом колонія. На скибочках картоплі колонії сінної палички завжди виходять злегка зморшкуватими, безбарвними або злегка рожевими, що нагадують оксамитовий наліт.
Розвивається сінна паличка в дуже широкому діапазоні температур, будучи практично космополітом. Але взагалі вважається, що найкращою температурою для її розвитку є 37-50 ° С. Спори у сінної палички овальні, розташовуються ексцентрально, без суворої локалізації (але все ж у багатьох випадках ближче до центру клітини). Проростання суперечка екваторіальна. Грампозитивні, вуглеводи розкладає з утворенням ацетону і оцтового альдегіду, має дуже високу протеолітичної здатністю. Спори сінної палички дуже термостійкий - нерідко зберігаються в консервах, стерилізованих при 120 ° С.
Картопляна паличка (Bac. Mesentericus) (рис. 36) - поширена в природі не менш широко, ніж сінна. Зазвичай картопляна паличка зустрічається на картоплі, потрапляючи сюди з грунту.
Морфологічно картопляна паличка дуже подібна до сінної: її клітини (3-10 х 0,5-0,6 мкм) мають перитрихиально жгутованіе- зустрічаються як поодинокі, так і з`єднані в ланцюжок. Спори картопляної палички, як і сінної, овальні, іноді зустрічаються довгасті, крупние- розташовуються вони в будь-якій частині клітини (але частіше центрально). При формуванні суперечка клітина не роздувається, суперечки проростають екваторіально.
При вирощуванні на скибочках картоплі картопляна паличка утворює рясний жовтувато-бурий складчастий волого блискучий наліт, що нагадує брижі, завдяки чому мікроб і отримав свою назву. На агарових білкових середовищах утворює тонкі, сухі і зморшкуваті колонії, що не зростаються з субстратом.
За Грамом картопляна паличка забарвлюється позитивно. Оптимальна температура розвитку, як і у сінної палички, 35-45 ° С. При розкладанні білків утворює багато сірководню. Спори картопляної палички дуже термостійкий і подібно спорах сінної палички витримують тривале кип`ятіння, часто зберігаючись в консервованих продуктах.
Bac. сеreus. Це - палички (3-5 х 1-1,5 мкм) з прямими кінцями, поодинокі або з`єднані в заплутані ланцюжки. Зустрічаються варіанти і з більш короткими клітинами. Цитоплазма клітин помітно зерниста або вакуолістая, по кінцях клітин часто утворюються блискучі жироподібні зерна. Клітини бацили рухливі, з перитрихиально жгутованіем. Спори Вас. cereus утворює овальні або еліпсоїдні, зазвичай розташовані центрально і проростають полярно. При розвитку на МПА (мясопептонном агарі) бацила утворює великі компактні колонії зі складчастим центром і різоіднимі хвилястими краями. Іноді колонії бувають мелкобугристой з торочкуватими краями і жгутіковіднимі виростами, з характерними крупинками, заломлюючими світло. Bac. cereus є аеробом. Однак в деяких випадках розвивається і при утрудненому доступі кисню. Зустрічається ця бацила в грунті, у воді, на рослинних субстратах. Желатину розріджує, молоко пептонізірует, крохмаль гидролизует. Температурний оптимум розвитку Bac. cereus 30 ° С, максимум 37-48 ° С. При розвитку в мясопептонном бульйоні утворює рясну однорідну муть з легко розпадаються м`яким осадом і ніжною плівкою на поверхні.
З інших аеробних гнильних бактерій можна відзначити земляну паличку (Вас. Mycoides), Вас. megatherium, а також бесспоровие пігментні бактерії - «чудову паличку» (Bact. prodigiosum), Pseudomonas fluorescens.
Земляна паличка (Bac. Mycoides) (рис. 37) - одна з дуже поширених гнильних ґрунтових бацил, має досить великі (5-7 х 0,8-1,2 мкм) поодинокі або з`єднані в довгі ланцюжки клітини. На твердих середовищах земляна паличка утворює досить характерні колонії - пухнасті, різоідние або міцеліевідние, що стеляться по поверхні середовища, як грибний міцелій. За це подібність бацила і отримала назву Bac. mycoides, що означає «грибовидная».
Bac. megaterium - бацила, має великі розміри, за що і отримала свою назву, що означає «велика тварина». Вона постійно зустрічається в грунті і на поверхні гниючих матеріалів. Молоді клітини зазвичай товсті - до 2 мкм в поперечнику, довжиною від 3,5 до 7 мкм. Вміст клітин Грубозерниста з великою кількістю великих включень жироподобного або глікогеноподобного речовини. Нерідко включення заповнюють майже суцільно всю клітку, надаючи їй дуже характерну будову, за яким легко розпізнають даний вид. Колонії на агарових середовищах гладкі, брудно-білі, жирно-блискучі. Краї колонії різко обрізані, іноді хвилясто-бахромчасті.
Пігментна бактерія Pseudomonas fluorescens дрібна (1-2 х 0,6 мкм) грамотрицательная бесспоровие паличка, рухлива, з лофотріхіальним жгутованіем. Бактерія утворює зеленувато-жовтий флуоресцентний пігмент, який, проникаючи в субстрат, забарвлює його в жовто-зелений колір.
Пігментна бактерія Bacterium prodigiosum (рис. 38) широко відома під назвою «чудова паличка» або «паличка чудовою крові». Дуже маленька грамотрицательная бесспоровие рухлива паличка з перитрихиально жгутованіем. При розвитку на агарових і желатинових середовищах утворює колонії темно-червоного кольору з металевим блиском, що нагадують краплі крові.
Поява таких колоній на хлібі і картоплі в середні століття викликало у релігійних людей забобонний жах і пов`язувалося з злокознямі «єретиків» і «диявольським маною». Через цю нешкідливою бактерії найсвятіша інквізиція спалила на багаттях не одну тисячу безневинних людей.
факультатівноанаеробних бактерії
Паличка протея, або вульгарний протей (Proteus vulgaris) (рис. 39). Цей мікроб є одним з найбільш типових збудників гниття білкових речовин. Він часто зустрічається на мимовільно загнити м`ясі, в кишечнику тварин і людини, в воді, в грунті і ін. Клітини цієї бактерії відрізняються великою поліморфно. У добових культурах на м`ясо- пептонном бульйоні вони дрібні (1-3 х 0,5 мкм), з великою кількістю перитрихиально розташованих джгутиків. Потім починають з`являтися покручені ниткоподібні клітини, що досягають в довжину 10-20 мкм і більше. Завдяки такій різноманітності в морфологічній будові клітин бактерія і була названа по імені морського бога Протея, якому давньогрецька міфологія приписувала здатність змінювати свій образ і перетворюватися за бажанням в різних тварин і чудовиськ.
Відео: Білок важливий організму. Коллагенороз - харчовий білок
Як дрібні, так і великі клітини протея володіють сильним рухом. Це надає колоніям бактерії на твердих середовищах, характерну особливість «роїння». Процес «роїння» полягає в тому, що з колонії виходять окремі клітини, ковзають по поверхні субстрату і на деякій відстані від неї зупиняються, розмножуються, даючи початок новому зростанню. Виходить маса дрібних, ледь видимих неозброєним оком білуватих колоній. Від цих колоній знову відокремлюються нові клітини і на вільній від мікробного нальоту частини середовища утворюють нові центри розмноження і т.д.
Вульгарний протей - грамнегативний мікроб. Оптимальна температура його розвитку 25-37 ° С. При температурі близько 5 ° С він припиняє своє зростання. Протеолитическая здатність протея дуже велика: він розкладає білки з утворенням індолу і сірководню, викликаючи різку зміну кислотності середовища - середовище стає лужної. При розвитку на вуглеводних середовищах протей утворює багато газів (CO2 і H2).
В умовах помірного доступу повітря при розвитку на Пептонна середовищах деякої протеолітичної здатністю володіє кишкова паличка (Escherichia coli). Характерно при цьому освіту індолу. Але кишкова паличка не є типовим гнильним мікроорганізмом і на вуглеводних середовищах в анаеробних умовах викликає нетипове молочнокисле бродіння з утворенням молочної кислоти і цілого ряду побічних продуктів.
Анаеробні гнильні мікроорганізми
Clostridium putrificum (рис. 40) - енергійний збудник анаеробного розкладання білкових речовин, що здійснює це розщеплення з виділенням газів - аміаку і сірководню. Cl. putrificum досить часто зустрічається в грунті, воді, в порожнині рота, в кишечнику тварин і на різних гниючих продуктах. Іноді може бути виявлений і в консервах. Cl. putrificum - рухливі палички з перитрихиально жгутованіем, подовжені і тонкі (7-9 х 0,4-0,7 мкм). Зустрічаються і більш довгі клітини, з`єднані в ланцюжки і поодинокі. Температурний оптимум розвитку клостридія 37 ° С. Розвиваючись в глибині мясопептонного агару, він утворює пухкі пухкі колонії. Спори кулясті, розташовані термінально. При спорообразовании в місці виникнення суперечки клітка сильно роздувається. Спороносящих клітини Cl. putrificum нагадують спороносящих клітини бацили ботулізму.
Термостійкість спор Cl. putrificum досить висока. Якщо при виробництві консервів суперечки не будуть знищені, при зберіганні готової продукції на складі вони можуть розвинутися і викликати псування (мікробіологічний бомбаж) консервів. Сахаролитической властивостями Cl. putrificum не володіє.
Clostridium sporogenes (рис. 41) - за морфологічними ознаками являє собою досить велику паличку із закругленими кінцями, легко утворює ланцюжка. Мікроб дуже рухливий завдяки перитрихиально розташованим жгутикам. Назва Clostridium sporogenes, дане І. І. Мечникова (1908 г.), характеризує здатність цього мікроба швидко утворювати спори. Через 24 год під мікроскопом можна бачити багато паличок і вільно лежать суперечка. Через 72 год процес спороутворення закінчується і вегетативних форм зовсім не залишається. Спори мікроб утворює овальні, розташовані центрально або ближче до одного з кінців палички (субтермінально). Капсул не утворює. Оптимум розвитку 37 ° С.
Cl. sporogenes - анаероб. Токсичними і патогенними властивостями не володіє. В анаеробних умовах на агарових середовищах утворює поверхневі дрібні, неправильної форми, спочатку прозорі, а потім перетворюються в непрозорі жовтувато-білі колонії з торочкуватими краями. У глибині агару колонії утворюються «волохаті», круглі, з щільним центром. Аналогічно в анаеробних умовах мікроб викликає швидке помутніння мясопептонного бульйону, газоутворення і поява неприємного гнильного запаху. У ферментативному комплексі Clostridium sporogenes містяться дуже активні протеолітичні ферменти, здатні розщеплювати білок, до останньої його стадії. Під дією Clostridium sporogenes молоко пептонізіруется вже через 2-3 дні і пухко згортається, желатину розріджується. На середовищах з печінкою іноді утворюється чорний пігмент з виділяються білими кристалами тирозину. Мікроб викликає почорніння і переварювання мозкової середовища і різкий гнильний запах. Шматочки тканини швидко перетравлюються, розрихлюються і розплавляються майже до кінця протягом декількох днів.
Clostridium sporogenes володіє також і сахаролитической властивостями. Поширеність цього мікроба в природі, різко виражені протеолітичні властивості, висока термостійкість спор характеризують його як одного з головних збудників гнильних процесів в харчових продуктах.
Cl. sporogenes є збудником псування м`ясних і м`ясо-овочевих консервів. Найчастіше піддаються псуванню консерви «М`ясо тушковане» і перші обідні страви з м`ясом і без м`яса (борщ, розсольник, щі та ін.). Наявність невеликої кількості спор, що залишилися в продукті після стерилізації, може викликати псування консервів при зберіганні в умовах кімнатної температури. Спостерігається спочатку почервоніння м`яса, потім почорніння, з`являється різкий гнильний запах, при цьому часто спостерігається бомбаж банок.
У гнильному розкладанні білків беруть участь і різні плісняві гриби і актиноміцети - Penicillium, Mucor mucedo, Botrytis, Aspergillus, Trichoderma і ін.
Значення процесу гниття
Загальнобіологічне значення процесу гниття величезна. Гнильні мікроорганізми є «санітарами землі». Викликаючи мінералізацію величезної кількості білкових речовин, що потрапляють в грунт, здійснюючи розкладання трупів тварин і рослинних відходів, вони виробляють біологічну очистку землі. Глибоке розщеплення білків викликають спорові аероби, менш глибоке - спорові анаероби. У природних умовах цей процес відбувається поетапно в співдружності багатьох видів мікроорганізмів.
Але в харчовому виробництві гниття є шкідливим процесом і завдає великої матеріальної шкоди. Псування м`яса, риби, овочів, яєць, фруктів та інших продуктів харчування настає швидко і протікає дуже енергійно, якщо зберігати їх незахищеними, в умовах, сприятливих для розвитку мікробів.
Лише в окремих випадках в харчовому виробництві гниття може бути використано як корисний процес - при дозріванні солоної оселедця і сирів. Використовується гниття в шкіряному виробництві для швіцеванія шкур (видалення шерсті з шкур тварин при виробленні шкір). Знаючи причини процесів гниття, люди навчилися захищати харчові продукти білкового походження від їх розпаду шляхом застосування найрізноманітніших методів консервування.
