Métabolisme- un ensemble de réactions chimiques vitales dans le corps. Quand vous pensez aux milliards de réactions qui se produisent constamment, vous serez peut-être surpris de voir à quel point il nous reste de l’énergie pour autre chose. Et puisque l’un des principaux objectifs du métabolisme est de fournir à l’organisme de l’énergie prête à l’emploi, il est très important que sa production dépasse – et de loin – les coûts de production. Heureusement, au cours de l'évolution, nous avons reçu des molécules dont la tâche principale était de réduire les coûts énergétiques nécessaires aux réactions chimiques dans le corps. On les appelle des enzymes.

Ce sont de grosses molécules de protéines qui sont présentes dans toutes nos cellules et qui, par une série de réactions, convertissent une chose (par exemple, une molécule de sucre), appelée substrat, en une autre (par exemple, une substance liée au glucose à partir de laquelle le corps synthétise les graisses) - un produit ou un métabolite. Considérez les enzymes comme de grandes usines automatisées : d'un côté d'un immense bâtiment, vous introduisez une bûche (substrat) et en ressortez un magnifique bol à salade (produit). Bien sûr, vous pouvez le faire manuellement, mais cela demandera beaucoup plus d'efforts et de temps ; L'usine améliore considérablement son efficacité.

Enzymes faites de même à l’intérieur de la cellule, convertissant rapidement les substrats en produits tout en consommant très peu d’énergie. Les réactions qu’elles provoquent (les biologistes utilisent le mot « catalyser ») se produisent rarement, voire jamais, sans l’aide d’enzymes. Si cela se produit, la vitesse de réaction ne représente qu’une infime fraction de ce qui serait possible avec l’enzyme, et le coût énergétique est beaucoup plus élevé.

Les tailles relatives des enzymes sont très grandes. Leurs molécules peuvent être 10 à 20 000 fois plus grosses que les molécules du substrat qu’elles traitent. Cela ressemble vraiment à une usine et à une bûche. En figue. La figure 7.4 montre le substrat A se transformant en produit B. Cependant, la plupart des réactions ne se produisent pas de manière isolée : elles sont couplées aux suivantes, où B (maintenant un substrat) se transforme en C (un nouveau produit). L'enzyme 1 convertit A en B et l'enzyme 2 convertit B en C.

Riz. 7.4. Réaction enzymatique simple

Les enzymes peuvent agir à différentes puissances en fonction des réserves (la quantité de substrat) et des besoins (la quantité de produit disponible dans la cellule). Comme un tapis roulant qui se déplace plus ou moins vite en fonction de l'offre de matières premières et de la demande de produits finis, les enzymes modifient le taux de transformation des substrats (en langage professionnel - « activité »). Ils peuvent même catalyser des réactions inverses, transformant un produit en substrat. En général, les enzymes déterminent si une réaction se produit et, si oui, à quelle vitesse et dans quelle direction.

Activité enzymatique et forme enzymatique

Original forme d'enzymes ressemble à une chaîne d’acides aminés disposés dans une séquence codée dans l’ADN. Mais comme les acides aminés ont des affinités chimiques et physiques, la chaîne se plie et forme une forme tridimensionnelle, comme un très long chapelet de billes magnétisées (Figure 7.5).

Riz. 7.5. Modèle informatique de l'enzyme cADP-ribose hydrolase (CD38)

Une façon de s'ajuster activité enzymatique- changement formes enzymatiques. Cela a de graves conséquences car cela modifie sa composition chimique et propriétés physiques, ainsi que la possibilité de modifier la vitesse de réaction. De nombreux scientifiques enzymatiques parlent avec poésie de la vitesse à laquelle les enzymes changent de configuration pour accomplir leurs tâches. Voici un article représentatif de la New World Encyclopedia (http://www.newworldencyclopedia.org) :

Pour qu’une enzyme soit fonctionnelle, elle doit prendre une forme tridimensionnelle. La manière dont ce processus complexe se produit reste un mystère. Une petite chaîne de 150 acides aminés forme une enzyme qui possède un nombre incroyable de configurations possibles : si l'on vérifiait 1012 configurations différentes par seconde, il faudrait 1026 ans pour trouver la bonne...

Mais une enzyme dénaturée peut se replier correctement en une fraction de seconde et participer ensuite à des réactions chimiques... Cela montre l'étonnante complexité et l'harmonie de l'Univers.

En essayant de décrire l'indescriptible, l'auteur donne l'exemple d'une molécule hypothétique relativement petite (pour une enzyme). La vitesse à laquelle l’enzyme se transforme d’une chaîne linéaire en une sphère prête à l’emploi est phénoménale. La diversité chimique des substrats qu’une seule enzyme active peut métaboliser est tout aussi étonnante. Et tout aussi impressionnant est le grand nombre de facteurs qui peuvent modifier la structure des enzymes, leur nombre et leur activité.

Tout cela montre profondément lien entre le métabolisme des nutriments et le monde des enzymes. Les réactions qu’ils catalysent, en nombre infini et infiniment entrelacées, sont contrôlées par les nutriments et les composés apparentés, également en nombre infini.

L'activité enzymatique des micro-organismes est riche et diversifiée. En l'utilisant, vous pouvez non seulement établir l'espèce et le type du microbe, mais également déterminer ses variantes (les soi-disant biovars). Considérons les principales propriétés enzymatiques et leur détermination qualitative.

La dégradation des glucides (activité saccharolytique), c'est-à-dire la capacité à décomposer les sucres et les alcools polyhydriques avec formation d'acide ou d'acide et de gaz, est étudiée sur des milieux Hiss, qui contiennent l'un ou l'autre glucide et indicateur. Sous l'influence de l'acide formé lors de la dégradation des glucides, l'indicateur change la couleur du milieu. C’est pourquoi ces environnements sont appelés « séries panachées ». Les microbes qui ne fermentent pas un glucide donné se développent sur le milieu sans le modifier. La présence de gaz est déterminée par la formation de bulles dans les milieux avec de la gélose ou par son accumulation dans le « flotteur » sur les milieux liquides. « Float » est un tube de verre étroit avec une extrémité scellée tournée vers le haut, qui est placé dans un tube à essai contenant du milieu avant la stérilisation.

De plus, l'activité saccharolytique est étudiée sur les milieux Endo, EMS et Ploskirev. Les micro-organismes, fermentant le sucre du lait (lactose) présent dans ces milieux en acide, forment des colonies colorées - l'acide change la couleur de l'indicateur présent dans le milieu. Les colonies de microbes qui ne fermentent pas le lactose sont incolores.

Le lait caille en raison de la croissance de microbes qui fermentent le lactose.

Lorsque les micro-organismes producteurs d’amylase se développent sur un milieu contenant de l’amidon soluble, l’amidon est décomposé. Ils l'apprennent en ajoutant quelques gouttes de solution de Lugol à la culture - la couleur du milieu ne change pas. L'amidon non digéré donne une couleur bleue avec cette solution.

Les propriétés protéolytiques (c'est-à-dire la capacité à décomposer les protéines, les polypeptides, etc.) sont étudiées sur des milieux contenant de la gélatine, du lait, du lactosérum et de la peptone. Lorsque les microbes qui fermentent la gélatine se développent sur un milieu de gélatine, celui-ci se liquéfie. La nature de la liquéfaction provoquée par différents microbes est différente. Les microbes qui décomposent la caséine (protéine du lait) provoquent la peptonisation du lait – il prend l'apparence du lactosérum. Lorsque les peptones sont décomposées, de l'indole, du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac peuvent être libérés. Leur formation est déterminée à l'aide de papiers indicateurs. Le papier filtre est pré-imprégné de certaines solutions, séché, découpé en bandes étroites de 5 à 6 cm de long, et après avoir semé la culture sur le MPB, il est placé sous un bouchon entre celui-ci et la paroi du tube à essai. Après incubation dans un thermostat, le résultat est pris en compte. L'ammoniac fait virer le papier de tournesol au bleu ; lorsque du sulfure d'hydrogène est libéré sur un morceau de papier imbibé d'une solution à 20 % d'acétate de plomb et de bicarbonate de sodium, du sulfate de plomb se forme - le papier devient noir ; l'indole provoque une rougeur d'un morceau de papier imbibé d'une solution d'acide oxalique.

En plus de ces milieux, la capacité des micro-organismes à décomposer divers substrats nutritifs est déterminée à l'aide de disques en papier imprégnés de certains réactifs (systèmes indicateurs papier « SIB »). Ces disques sont descendus dans des tubes à essai avec la culture étudiée et après 3 heures d'incubation dans un thermostat à 37 °C, la décomposition des glucides, acides aminés, protéines, etc. est jugée par le changement de couleur des disques.

Les propriétés hémolytiques (capacité à détruire les globules rouges) sont étudiées dans les milieux sanguins. Dans ce cas, les milieux liquides deviennent transparents, et sur les milieux denses une zone transparente apparaît autour de la colonie. Lorsque la méthémoglobine se forme, le milieu devient vert.

PRÉSERVATION DES CULTURES

Les cultures (souches) isolées et étudiées qui sont précieuses pour la science ou la production sont conservées dans des musées de cultures vivantes. Le Musée de toute l'Union est situé dans l'Institut national de recherche pour la normalisation et le contrôle des préparations biologiques médicales. L.A. Tarasevich (GISK).

Le but du stockage est de maintenir la viabilité des micro-organismes et d'éviter leur variabilité. Pour ce faire, il est nécessaire d’affaiblir ou d’arrêter les échanges au sein de la cellule microbienne.

L'une des méthodes les plus avancées de conservation à long terme des cultures est la lyophilisation - le séchage sous vide à partir d'un état congelé vous permet de créer un état d'animation suspendue. Le séchage est effectué dans des appareils spéciaux. Conserver les cultures dans des ampoules scellées à une température de 4 °C, de préférence entre -30 et 70 °C.

Restauration des récoltes séchées.

Chauffez fortement le bout de l'ampoule dans la flamme du brûleur et touchez-le avec un coton-tige légèrement humidifié avec de l'eau froide afin que des microfissures se forment sur le verre, à travers lesquelles l'air s'infiltre lentement dans l'ampoule. En même temps, en passant par les bords chauffés des fissures, l'air est stérilisé.

N'oubliez pas qu'il y a un vide dans l'ampoule scellée. Si de l'air y pénètre immédiatement par un grand trou, la culture contenue dans l'ampoule peut être pulvérisée et éjectée.

En laissant l’air entrer, cassez rapidement le haut de l’ampoule avec une pince à épiler et retirez-la. Brûlez légèrement le trou et ajoutez un solvant (bouillon ou solution isotonique) dans l'ampoule à l'aide d'une pipette Pasteur ou d'une seringue stérile. Mélanger le contenu de l'ampoule et l'inoculer sur les milieux. La croissance des cultures restaurées lors des premières plantations pourrait être ralentie.

Il est également possible de conserver longtemps les récoltes dans l’azote liquide (-196 °C) dans des appareils spéciaux.

Les méthodes de conservation à court terme des cultures sont les suivantes : 1) repiquage (réensemencement périodique sur support frais) à intervalles dépendant des propriétés du micro-organisme, du milieu et des conditions de culture. Entre les repiquages, les cultures sont conservées à 4 °C ; 2) conservation sous une couche d'huile. La culture est cultivée sur gélose dans une colonne de 5 à 6 cm de hauteur, remplie de vaseline stérile (couche d'huile d'environ 2 cm) et conservée verticalement au réfrigérateur. La durée de conservation des différents micro-organismes est différente, c'est pourquoi la culture est périodiquement semée à partir des tubes à essai pour vérifier sa viabilité ; 3) stockage entre -20 et 70 °C ; 4) stockage dans des tubes scellés. Si nécessaire, le matériel stocké est semé sur un support frais.

Chapitre 8. PHAGIES

Les phages sont des virus de bactéries et d'un certain nombre d'autres micro-organismes. Dans certaines conditions, ils provoquent la lyse (dissolution) de leurs hôtes. L'action des phages se produit dans la nature et est utilisée dans la pratique.

Fig.42 Bactériophages

Histoire de la découverte et de l'étude des phages. En 1898, N. F. Gamaleya montra que le filtrat des bacilles charbonneux provoquait la lyse des cultures fraîches de ces micro-organismes. En 1915, F. Tuort découvrit que les colonies blanches opaques de staphylocoques devenaient transparentes et disparaissaient et que l'agent qui lyse les staphylocoques passe à travers des filtres bactériens, maintenir la capacité de dissoudre des cultures fraîches de micro-organismes. Le phénomène de lyse des micro-organismes a été décrit, mais sa nature n'a pas été étudiée. C'est pourquoi l'honneur de découvrir le bactériophage revient au scientifique canadien d'Hérelle.

D'Hérelle (1917) a étudié les filtrats de selles qu'il prélevait quotidiennement chez un patient dysentérique et les introduisait dans des tubes à essai avec une culture fraîchement inoculée de l'agent causal de cette maladie. Après incubation dans un thermostat, la culture s'est développée. Mais un jour, elle n'a pas grandi, mais s'est dissoute, ce qui a coïncidé avec le début de la guérison du patient.

D'Hérelle a montré que la capacité de lyse des filtrats fécaux augmentait avec les passages successifs sur des cultures bactériennes fraîches. Le scientifique en a conclu qu'ils étaient dissous par un agent vivant passant à travers des filtres bactériens, c'est-à-dire un virus. Actuellement, son point de vue est acceptée par la majorité des scientifiques.

D'Herelle a appelé le virus découvert un bactériophage - un mangeur de bactéries (du grec phagos - dévorant), et le phénomène - une bactériophagie.

Avec la découverte du microscope électronique, la nature corpusculaire du phage a été confirmée et sa morphologie a été étudiée.

La découverte de D'Herelle a attiré l'attention des médecins qui utilisaient le phage pour traiter et prévenir un certain nombre de maladies infectieuses. Actuellement, les phages sont largement utilisés dans la pratique médicale et dans diverses recherches biologiques. Bactériologistes, virologues, biochimistes, généticiens, biophysiciens, biologistes moléculaires , et les oncologues expérimentaux étudient les phages , les spécialistes du génie génétique et de la biotechnologie, etc. L'étude des phages continue d'être l'un des chapitres les plus intéressants de la biologie.

PROPRIÉTÉS DES PHAGES

Morphologie des phages. La plupart des phages sont constitués d’une tête et d’une queue, ils sont donc comparés aux têtards ou aux spermatozoïdes. Les phages T les plus étudiés sont Escherichia coli). Leur processus est un cylindre creux (tige), recouvert d'une gaine et terminé par une plaque basale avec des épines et des fibrilles. La taille des phages, la forme et la taille de la tête, la longueur et la structure du processus sont différents selon les phages. Par exemple, il existe des phages à processus long, dont la gaine ne se contracte pas, des phages à processus court, sans processus, et des phages filamenteux.

Composition chimique phages. Comme tous les virus, les phages sont constitués d’un type d’acide nucléique (les phages ADN sont plus courants) et de protéines. Une molécule d'acide nucléique, tordue en hélice, se trouve dans la tête du phage. L'enveloppe du phage (capside) et l'appendice sont de nature protéique. L'extrémité libre du processus contient une enzyme lytique, généralement du lysozyme ou de la hyaluronidase.

Interaction du phage avec une cellule sensible passe par des étapes successives. Le cycle entier prend les phages-bactéries dans différents systèmes de quelques minutes à 1 à 2 heures. Analysons la séquence de ce processus en utilisant l'exemple du phage T-even d'Escherichia coli.

Étape I - l'adsorption des particules de phage sur les récepteurs de la surface cellulaire est réalisée à l'aide des filaments du processus de queue. Des centaines de phages peuvent être adsorbés sur une cellule (un seul suffit pour lyser la cellule). L'adsorption des phages est spécifique.

Stade II - la pénétration (injection) de l'acide nucléique du phage dans les cellules se produit différemment selon les phages. Dans les phages T d'E. coli, les épines de la lame basale sont en contact avec la paroi cellulaire. Le bâtonnet « perce » la paroi cellulaire. Une enzyme située dans le processus, le plus souvent le lysozyme, détruit la membrane cytoplasmique. Dans ce cas, la gaine du processus se contracte et l'acide nucléique du phage est « injecté » dans la cellule par le canal des bâtonnets. La coque protéique vide du phage (« ombre ») reste à l’extérieur.

Stade III - reproduction de la protéine du phage et de l'acide nucléique à l'intérieur de la cellule.

Stade IV - assemblage et formation de particules de phages matures.

Fig.43 Structure du phage.

1 - tête; 2 - ADN ; 3 - tige; 4 - couverture ; 5 - plaque basale ; 6 pointes ; 7 - fibrilles de la queue.

Fig.44 Morphologie des phages.

1- phages avec une tête, un processus et une gaine contractile ; 2 têtes et processus, sans contractilité ; 3 - tête et processus court ; 4 - phages sans queue ; Phages à 5 filaments.

Stade V : lyse cellulaire et libération de particules de phages matures. Généralement, la paroi cellulaire se rompt et plusieurs centaines de nouveaux phages sont libérés dans l’environnement, capables d’infecter des cellules fraîches. Cette lyse est appelée lyse de l’intérieur.

Contrairement à la lyse de l’intérieur, la lyse de l’extérieur se produit lorsqu’un très grand nombre de phages sont adsorbés simultanément sur la cellule. Ils font de nombreux trous dans la paroi cellulaire par lesquels le contenu cellulaire s'écoule. Ainsi, lors de la lyse par l'extérieur, le phage ne se multiplie pas et le nombre de ses particules n'augmente pas.

En fonction de la nature de leur effet sur les micro-organismes, on distingue les phages virulents et tempérés.

Les phages virulents provoquent la lyse de la cellule infectée avec libération dans l'environnement d'un grand nombre de particules phagiques capables d'infecter de nouvelles cellules. Dans ce cas, la culture des micro-organismes est lysée. Le milieu liquide devient transparent - il se forme un phagolysat - un milieu dans lequel se trouvent un grand nombre de phages. Avec le développement d'un phage virulent chez des bactéries se développant sur un milieu dense, soit des zones transparentes de lyse continue se forment, soit des formations transparentes individuelles se développent - des colonies de phages. On les appelle colonies négatives (plaques). Les colonies de différents phages diffèrent par leur taille et leur structure.

Les phages tempérés ne lysent pas toutes les cellules d'une population. Les phages entrent en symbiose avec certains d'entre eux : l'acide nucléique du phage (son génome) est intégré au chromosome cellulaire et est appelé phage. Un seul chromosome est formé. La cellule bactérienne ne meurt pas. Un prophage devenu partie intégrante du génome de la cellule peut être transmis à un nombre illimité de descendants, c'est-à-dire à de nouvelles cellules lors de sa reproduction. Le phénomène de symbiose d'une cellule microbienne avec un phage tempéré (prophage) est appelé lysogénie, et une culture dans laquelle se trouve un prophage est appelée lysogène. Ce nom reflète la capacité du prophage à quitter spontanément le chromosome cellulaire et, en pénétrant dans le cytoplasme, à se transformer en phage virulent. Les cellules de la culture dans lesquelles un phage virulent s'est formé meurent (lyse), les autres conservent leur lysogénicité.

Schéma des principales étapes d'interaction entre un phage et une cellule bactérienne.

1 – introduction de l'acide nucléique du phage dans le commis ; 2 jeunes, reproducteurs

les phages ; 3 - phages matures ; 4 - isolement des phages.

Les cultures lysogènes ne diffèrent pas par leurs propriétés fondamentales des cultures originales, mais elles résistent à la réinfection par le phage du même nom. Lorsqu'une culture lysogène est exposée à des rayonnements pénétrants (certaines doses et exposition aux rayons X, rayons cosmiques), certaines substances chimiques et un certain nombre d'autres facteurs, la production de phages virulents et sa lyse des cellules en culture augmentent de manière significative.

Les phages tempérés peuvent nuire à la production microbiologique. Par exemple, si les souches productrices de vaccins, d'antibiotiques et d'autres substances biologiques s'avèrent lysogènes, il existe un risque qu'un phage tempéré devienne virulent, ce qui entraînera la lyse de la souche productrice.

Les phages tempérés sont un puissant facteur de variabilité des micro-organismes. Un prophage peut modifier certaines propriétés d'une culture microbienne, par exemple en la rendant capable de produire des toxines, ce qui est observé chez les bacilles diphtériques, l'agent causal de la scarlatine, etc. De plus, en se transformant en une forme virulente et en lysant la cellule , le phage peut capturer une partie du chromosome de la cellule hôte et transférer cette partie du chromosome dans une autre cellule, où le phage se transformera à nouveau en prophage et la cellule recevra de nouvelles propriétés.

La distribution des phages dans la nature est omniprésente. Les phages se trouvent là où se trouvent les micro-organismes qui y sont sensibles : dans l'eau, le sol, Eaux usées, sécrétions humaines et animales, etc. Presque toutes les bactéries connues sont des hôtes de phages qui leur sont spécifiques.

La résistance des phages aux facteurs physiques et chimiques est supérieure à celle des formes végétatives de leurs hôtes. Les phages peuvent résister à un chauffage jusqu'à 75°C, à un séchage prolongé, à un pH de 2,0 à 8,5. Ils ne sont pas sensibles aux antibiotiques, au thymol, au chloroforme et à un certain nombre d'autres substances qui détruisent la microflore qui les accompagne. Par conséquent, ces substances sont utilisées pour l’isolement et la conservation des phages. Les acides et les désinfectants sont nocifs pour les phages.

APPLICATION PRATIQUE DES PHAGES

L’utilisation des phages repose sur leur stricte spécificité et leur capacité à détruire les cellules microbiennes ou à entrer en symbiose avec elles.

Prévention des phages et thérapie par les phages - la prévention et le traitement des infections à l'aide de phages reposent sur le fait que lorsque le phage rencontre un agent pathogène dans le corps d'un patient, il le détruit. Actuellement, les phages sont largement utilisés dans le traitement et la prévention des infections à staphylocoques et streptocoques, même celles résistantes aux antibiotiques, ainsi que du choléra, de la peste et d'un certain nombre d'autres infections, par exemple les infections causées par Escherichia coli et Proteus.

Le diagnostic phagique comprend : a) l'identification de cultures isolées à l'aide de phages (de diagnostic) connus. La culture correspond au phage qui l'a lysée. Par exemple, si la lyse a été provoquée par un phage cholérique, il s’agit alors d’une culture de Vibrio cholerae. La stricte spécificité des phages types permet de typer des variants au sein d'une espèce (phagevars). Le lysotypage est d'une grande importance en épidémiologie, car il permet d'établir la source de l'infection et de résoudre un certain nombre d'autres problèmes ; b) identification d'un phage inconnu à l'aide d'une culture test microbienne. Si le phage lyse la culture de l'agent causal de la dysenterie, alors c'est un phage dysentérique ; c) la méthode de diagnostic accéléré utilisant la réaction de titre croissant du phage RNTF ne nécessite pas l'isolement d'une culture pure du pathogène. Matériel de test (provenant du patient ou d'objets) environnement externe) et le phage indicateur, dont le titre est strictement établi, sont ajoutés au bouillon.

Les phages tempérés sont largement utilisés pour résoudre des problèmes fondamentaux de la biologie. Avec leur aide, le code génétique a été étudié, de grands succès ont été obtenus en génie génétique, ils sont utilisés pour étudier la croissance tumorale, en tant que facteur de variabilité des micro-organismes, et dans d'autres études. Les cultures lysogènes, contrairement aux cultures « saines », étant sensibles aux radiations, elles servent à déterminer la fiabilité de la protection des vaisseaux spatiaux contre les rayons cosmiques : si la protection n'est pas fiable, le prophage se transforme en une forme virulente et lyse la culture.

PRÉPARATIONS DE PHAGES

Lors de la production de préparations de phages en production, des souches bien étudiées de micro-organismes et de phages sont utilisées, généralement cultivées dans des réacteurs, ce qui permet d'obtenir de grandes quantités de phagolysat.

Les phages sont produits sous forme liquide (ampoules et flacons), comprimés et suppositoires. Les comprimés de phages, destinés à l'administration orale, sont recouverts d'un revêtement résistant aux acides qui protège les phages de l'action. d'acide chlorhydrique suc gastrique.

Toutes les préparations de phages sont soumises à un contrôle obligatoire d'absence de flore étrangère, d'innocuité et d'activité (titre), qui est effectué dans l'installation de production. Le contrôle sélectif est effectué à l'Institut national de recherche pour la normalisation et le contrôle des préparations biologiques médicales. LA. Tarassevitch. Le phage libéré est muni d'une étiquette qui indique : l'institution qui le produit, le nom du phage, la série, le numéro de contrôle et la date de péremption. Chaque emballage est fourni avec des instructions pour l'utilisation et le stockage du phage.

L'activité enzymatique des micro-organismes est riche et diversifiée. En l'utilisant, vous pouvez non seulement établir l'espèce et le type du microbe, mais également déterminer ses variantes (les soi-disant biovars). Considérons les principales propriétés enzymatiques et leur détermination qualitative.

Répartition des glucides(activité saccharolytique), c'est-à-dire la capacité à décomposer les sucres et les alcools polyhydriques avec formation d'acide ou d'acide et de gaz, est étudiée sur des milieux Hiss, qui contiennent l'un ou l'autre glucide et indicateur. Sous l'influence de l'acide formé lors de la dégradation des glucides, l'indicateur change la couleur du milieu. C’est pourquoi ces environnements sont appelés « séries panachées ». Les microbes qui ne fermentent pas un glucide donné se développent sur le milieu sans le modifier. La présence de gaz est déterminée par la formation de bulles dans les milieux avec de la gélose ou par son accumulation dans le « flotteur » sur les milieux liquides. Un « flotteur » est un tube de verre étroit dont l'extrémité scellée est tournée vers le haut, qui est placé dans un tube à essai contenant un milieu avant stérilisation (Fig. 18).

Riz. 18. Etude de l'activité saccharolytique des micro-organismes. I - « rang panaché » : a - milieu liquide avec glucides et indicateur d'Andréde ; b - milieu semi-liquide avec un indicateur BP : 1 - les micro-organismes ne fermentent pas les glucides ; 2 - les micro-organismes fermentent les glucides pour former de l'acide ; 3 - les micro-organismes fermentent les glucides avec formation d'acide et de gaz ; II - colonies de micro-organismes qui ne se décomposent pas (incolores) et décomposent le lactose (violet sur le milieu EMC - à gauche, rouge sur le milieu Endo - à droite)

De plus, l'activité saccharolytique est étudiée sur les milieux Endo, EMS et Ploskirev. Les micro-organismes, fermentant le sucre du lait (lactose) présent dans ces milieux en acide, forment des colonies colorées - l'acide change la couleur de l'indicateur présent dans le milieu. Les colonies de microbes qui ne fermentent pas le lactose sont incolores (voir Fig. 18).

Le lait caille en raison de la croissance de microbes qui fermentent le lactose.

Lorsque les micro-organismes producteurs d’amylase se développent sur un milieu contenant de l’amidon soluble, l’amidon est décomposé. Ils l'apprennent en ajoutant quelques gouttes de solution de Lugol à la culture - la couleur du milieu ne change pas. L'amidon non digéré donne une couleur bleue avec cette solution.

Propriétés protéolytiques(c'est-à-dire la capacité à décomposer les protéines, les polypeptides, etc.) est étudiée sur des milieux contenant de la gélatine, du lait, du lactosérum et de la peptone. Lorsque les microbes qui fermentent la gélatine se développent sur un milieu de gélatine, celui-ci se liquéfie. La nature de la liquéfaction provoquée par différents microbes est différente (Fig. 19). Les microbes qui décomposent la caséine (protéine du lait) provoquent la peptonisation du lait – il prend l'apparence du lactosérum. Lorsque les peptones sont décomposées, de l'indole, du sulfure d'hydrogène et de l'ammoniac peuvent être libérés. Leur formation est déterminée à l'aide de papiers indicateurs. Le papier filtre est pré-imprégné de certaines solutions, séché, découpé en bandes étroites de 5 à 6 cm de long et, après avoir semé la culture sur le MPB, placé sous un bouchon entre celui-ci et la paroi du tube à essai. Après incubation dans un thermostat, le résultat est pris en compte. L'ammoniac fait virer le papier de tournesol au bleu ; lorsque du sulfure d'hydrogène est libéré sur un morceau de papier imbibé d'une solution à 20 % d'acétate de plomb et de bicarbonate de sodium, du sulfate de plomb se forme - le papier devient noir ; l'indole provoque une rougeur d'un morceau de papier imbibé d'une solution d'acide oxalique (voir Fig. 19).

Riz. 19. Propriétés protéolytiques des micro-organismes. 1 - formes de liquéfaction de la gélatine ; II - détermination du sulfure d'hydrogène ; III - détermination de l'indole : 1 - résultat négatif ; 2 - résultat positif

En plus de ces milieux, la capacité des micro-organismes à décomposer divers substrats nutritifs est déterminée à l'aide de disques en papier imprégnés de certains réactifs (systèmes indicateurs papier « SIB »). Ces disques sont descendus dans des tubes à essai avec la culture à étudier et après 3 heures d'incubation dans un thermostat à 37°C, la décomposition des glucides, acides aminés, protéines, etc. est jugée par le changement de couleur des disques.

Les propriétés hémolytiques (capacité à détruire les globules rouges) sont étudiées dans les milieux sanguins. Dans ce cas, les milieux liquides deviennent transparents, et sur les milieux denses une zone transparente apparaît autour de la colonie (Fig. 20). Lorsque la méthémoglobine se forme, le milieu devient vert.

Riz. 20. Hémolyse autour des colonies poussant sur gélose au sang

Conservation des cultures

Les cultures (souches) isolées et étudiées qui sont précieuses pour la science ou la production sont conservées dans des musées de cultures vivantes. Le Musée de toute l'Union est situé dans l'Institut national de recherche pour la normalisation et le contrôle des préparations biologiques médicales. L.A. Tarasevich (GISK).

Le but du stockage est de maintenir la viabilité des micro-organismes et d'éviter leur variabilité. Pour ce faire, il est nécessaire d’affaiblir ou d’arrêter les échanges au sein de la cellule microbienne.

L'une des méthodes les plus avancées de conservation à long terme des cultures est la lyophilisation - le séchage sous vide à partir d'un état congelé vous permet de créer un état d'animation suspendue. Le séchage est effectué dans des appareils spéciaux. Conserver les cultures dans des ampoules scellées à une température de 4°C, de préférence entre -30 et 70°C.

Restauration des récoltes séchées. Chauffez fortement le bout de l'ampoule dans la flamme du brûleur et touchez-le avec un coton-tige légèrement humidifié avec de l'eau froide afin que des microfissures se forment sur le verre, à travers lesquelles l'air s'infiltre lentement dans l'ampoule. En même temps, en passant par les bords chauffés des fissures, l'air est stérilisé.

* (S'il y a un excès d'eau sur le tampon, elle peut pénétrer dans l'ampoule et perturber la stérilité de la culture : elle sera aspirée par les microfissures formées, puisqu'il y a un vide dans l'ampoule.)

Attention! N'oubliez pas qu'il y a un vide dans l'ampoule scellée. Si de l'air y pénètre immédiatement par un grand trou, la culture contenue dans l'ampoule peut être pulvérisée et éjectée.

En laissant l’air entrer, cassez rapidement le haut de l’ampoule avec une pince à épiler et retirez-la. Brûlez légèrement le trou et ajoutez un solvant (bouillon ou solution isotonique) dans l'ampoule à l'aide d'une pipette Pasteur ou d'une seringue stérile. Mélanger le contenu de l'ampoule et l'inoculer sur les milieux. La croissance des cultures restaurées lors des premières plantations pourrait être ralentie.

Les cultures peuvent également être conservées longtemps dans l’azote liquide (-196°C) dans des appareils spéciaux.

Les méthodes de conservation à court terme des cultures sont les suivantes : 1) repiquage (réensemencement périodique sur support frais) à intervalles dépendant des propriétés du micro-organisme, du milieu et des conditions de culture. Entre les replantations, les cultures sont conservées à 4°C ; 2) conservation sous une couche d'huile. La culture est cultivée sur gélose dans une colonne de 5 à 6 cm de hauteur, remplie de vaseline stérile (couche d'huile d'environ 2 cm) et conservée verticalement au réfrigérateur. La durée de conservation des différents micro-organismes est différente, c'est pourquoi la culture est périodiquement semée à partir des tubes à essai pour vérifier sa viabilité ; 3) stockage à -20-70°C ; 4) stockage dans des tubes scellés. Si nécessaire, le matériel stocké est semé sur un support frais.

Questions de contrôle

1. Qu'est-ce qui est inclus dans le concept de « recherche bactériologique » ?

2. Quelle devrait être la culture d’une telle recherche ?

3. Qu’est-ce qu’une colonie, une culture, une souche, un clone microbien ?

4. Qu'est-ce qui est inclus dans le concept de « propriétés culturelles des microbes » ?

Exercice

1. Étudiez et décrivez plusieurs colonies. Transférez-les sur des géloses inclinées et sur un secteur.

2. Étudier et décrire le schéma de croissance de la culture sur gélose inclinée. Déterminer la pureté et la morphologie de la culture dans la préparation colorée.

3. Transférez la culture de la gélose inclinée vers le bouillon et les milieux de diagnostic différentiel. Étudier et enregistrer dans le protocole le modèle de croissance de la culture sur ces milieux et ses propriétés enzymatiques.

Les enzymes sont un type particulier de protéines qui, par nature, jouent le rôle de catalyseurs dans divers processus chimiques.

Ce terme est constamment entendu, cependant, tout le monde ne comprend pas ce qu'est une enzyme ou une enzyme, quelles fonctions cette substance remplit, et aussi en quoi les enzymes diffèrent des enzymes et si elles diffèrent du tout. Nous allons découvrir tout cela maintenant.

Sans ces substances, ni les humains ni les animaux ne seraient capables de digérer les aliments. Et pour la première fois, l'humanité a eu recours à des enzymes dans la vie quotidienne il y a plus de 5 000 ans, lorsque nos ancêtres ont appris à stocker le lait dans des « récipients » provenant de l'estomac des animaux. Dans de telles conditions, sous l’influence de la présure, le lait se transformait en fromage. Et ce n’est qu’un exemple de la façon dont une enzyme fonctionne comme un catalyseur qui accélère les processus biologiques. Aujourd'hui, les enzymes sont indispensables dans l'industrie, elles sont importantes pour la production de sucre, de margarines, de yaourts, de bière, de cuir, de textiles, d'alcool et même de béton. Ces substances bénéfiques sont également présentes dans les détergents et les lessives - elles aident à éliminer les taches lorsque basses températures.

Histoire de la découverte

Enzyme traduit du grec signifie « levain ». Et l'humanité doit la découverte de cette substance au Néerlandais Jan Baptist Van Helmont, qui vécut au XVIe siècle. À une certaine époque, il s'est beaucoup intéressé à la fermentation alcoolique et, au cours de ses recherches, il a découvert une substance inconnue qui accélère ce processus. Les Néerlandais l’appelaient fermentum, ce qui signifie « fermentation ». Puis, près de trois siècles plus tard, le Français Louis Pasteur, observant également les processus de fermentation, est arrivé à la conclusion que les enzymes ne sont rien d'autre que des substances d'une cellule vivante. Et après un certain temps, l'Allemand Eduard Buchner a extrait une enzyme de la levure et a déterminé que cette substance n'était pas un organisme vivant. Il lui a également donné son nom – « zimaza ». Quelques années plus tard, un autre Allemand, Willi Kühne, proposa que tous les catalyseurs protéiques soient divisés en deux groupes : les enzymes et les enzymes. Il propose d’ailleurs d’appeler le deuxième terme « levain », dont les actions s’étendent au-delà des organismes vivants. Et seulement 1897 mit fin à toutes les disputes scientifiques : il fut décidé d'utiliser les deux termes (enzyme et enzyme) comme synonymes absolus.

Structure : chaîne de milliers d’acides aminés

Toutes les enzymes sont des protéines, mais toutes les protéines ne sont pas des enzymes. Comme les autres protéines, les enzymes sont composées de. Et ce qui est intéressant, c’est que la création de chaque enzyme nécessite entre cent et un million d’acides aminés, enfilés comme des perles sur un fil. Mais ce fil n’est jamais droit – il est généralement courbé des centaines de fois. Cela crée une structure tridimensionnelle unique à chaque enzyme. Pendant ce temps, la molécule d'enzyme est une formation relativement grande et seule une petite partie de sa structure, appelée centre actif, est impliquée dans les réactions biochimiques.

Chaque acide aminé est relié à un autre par un type spécifique de liaison chimique et chaque enzyme possède sa propre séquence unique d'acides aminés. Pour créer la plupart d’entre eux, environ 20 types de substances aminés sont utilisés. Même des changements mineurs dans la séquence des acides aminés peuvent changer radicalement apparence et les « talents » enzymatiques.

Propriétés biochimiques

Bien que la participation d'enzymes se produise dans la nature grande quantité réactions, mais elles peuvent toutes être regroupées en 6 catégories. En conséquence, chacune de ces six réactions se produit sous l’influence d’un type spécifique d’enzyme.

Réactions impliquant des enzymes :

1. Oxydation et réduction.

Les enzymes impliquées dans ces réactions sont appelées oxydoréductases. A titre d'exemple, on peut rappeler comment les alcools déshydrogénases convertissent les alcools primaires en aldéhyde.

1. Réaction de transfert de groupe.

Les enzymes qui permettent à ces réactions de se produire sont appelées transférases. Ils ont la capacité de déplacer des groupes fonctionnels d’une molécule à une autre. Cela se produit, par exemple, lorsque les alanine aminotransférases transfèrent des groupes alpha-amino entre l'alanine et l'aspartate. Les transférases déplacent également les groupes phosphate entre l'ATP et d'autres composés et créent des disaccharides à partir des résidus de glucose.

1. Hydrolyse.

Les hydrolases impliquées dans la réaction sont capables de rompre les liaisons simples en ajoutant des éléments eau.

1. Création ou suppression d'une double liaison.

Ce type de réaction se produit de manière non hydrolytique avec la participation de la lyase.

1. Isomérisation des groupes fonctionnels.

Dans de nombreuses réactions chimiques, la position d'un groupe fonctionnel change au sein de la molécule, mais la molécule elle-même est constituée du même nombre et du même type d'atomes qu'avant le début de la réaction. En d’autres termes, le substrat et le produit de réaction sont des isomères. Ce type de transformation est possible sous l'influence des enzymes isomérases.

1. Formation d'une liaison simple avec élimination de l'élément eau.

Les hydrolases rompent la liaison en ajoutant des éléments d'eau à la molécule. Les lyases effectuent la réaction inverse, en éliminant la partie aqueuse des groupes fonctionnels. De cette façon, une connexion simple est créée.

Comment ils fonctionnent dans le corps

Les enzymes accélèrent presque toutes les réactions chimiques qui se produisent dans les cellules. Ils sont vitaux pour l'homme, facilitant la digestion et accélérant le métabolisme.

Certaines de ces substances aident à décomposer les molécules trop grosses en « morceaux » plus petits que le corps peut digérer. D'autres, au contraire, se lient à de petites molécules. Mais les enzymes, d’un point de vue scientifique, sont très sélectives. Cela signifie que chacune de ces substances n'est capable d'accélérer qu'une certaine réaction. Les molécules avec lesquelles les enzymes « travaillent » sont appelées substrats. Les substrats créent à leur tour une liaison avec une partie de l’enzyme appelée site actif.

Deux principes expliquent la spécificité de l’interaction entre enzymes et substrats. Dans le modèle dit « key-lock », le centre actif de l'enzyme occupe une position strictement définie dans le substrat. Selon un autre modèle, les deux participants à la réaction, le site actif et le substrat, changent de forme pour se combiner.

Quel que soit le principe d'interaction, le résultat est toujours le même : la réaction sous l'influence de l'enzyme se déroule plusieurs fois plus rapidement. À la suite de cette interaction, de nouvelles molécules « naissent », qui sont ensuite séparées de l’enzyme. Et la substance catalytique continue de faire son travail, mais avec la participation d'autres particules.

Hyper- et hypoactivité

Il arrive parfois que les enzymes remplissent leurs fonctions avec une mauvaise intensité. Une activité excessive provoque une formation excessive de produits de réaction et une carence en substrat. Le résultat est une détérioration de la santé et des maladies graves. La cause de l'hyperactivité enzymatique peut être soit une maladie génétique, soit un excès de vitamines ou de vitamines utilisées dans la réaction.

La sous-activité des enzymes peut même entraîner la mort lorsque, par exemple, les enzymes n'éliminent pas les toxines du corps ou qu'un déficit en ATP se produit. La cause de cette maladie peut également être une mutation génétique ou, à l’inverse, une hypovitaminose et une carence en autres nutriments. En plus, basse température le corps ralentit également le fonctionnement des enzymes.

Catalyseur et plus

Aujourd’hui, on entend souvent parler des bienfaits des enzymes. Mais quelles sont ces substances dont dépendent les performances de notre organisme ?

Les enzymes sont des molécules biologiques cycle de vie qui n'est pas déterminé par les frontières de la naissance et de la mort. Ils agissent simplement dans le corps jusqu'à ce qu'ils se dissolvent. En règle générale, cela se produit sous l’influence d’autres enzymes.

Au cours de la réaction biochimique, ils ne font pas partie du produit final. Une fois la réaction terminée, l’enzyme quitte le substrat. Après cela, la substance est prête à recommencer à fonctionner, mais sur une molécule différente. Et cela continue aussi longtemps que le corps en a besoin.

La particularité des enzymes est que chacune d’elles ne remplit qu’une seule fonction assignée. Une réaction biologique ne se produit que lorsque l’enzyme trouve le bon substrat. Cette interaction peut être comparée au principe de fonctionnement d'une clé et d'une serrure : seuls des éléments correctement sélectionnés peuvent « travailler ensemble ». Autre caractéristique : ils peuvent fonctionner à basse température et à pH modéré, et en tant que catalyseurs, ils sont plus stables que tout autre produit chimique.

Les enzymes agissent comme des catalyseurs pour accélérer les processus métaboliques et autres réactions.

Généralement, ces processus consistent en des étapes spécifiques, dont chacune nécessite le travail d’une enzyme spécifique. Sans cela, le cycle de conversion ou d’accélération ne pourra pas se terminer.

La fonction la plus connue des enzymes est peut-être celle de catalyseur. Cela signifie que les enzymes combinent des réactifs chimiques de manière à réduire les coûts énergétiques nécessaires pour former plus rapidement un produit. Sans ces substances, les réactions chimiques se dérouleraient des centaines de fois plus lentement. Mais les capacités des enzymes ne s’arrêtent pas là. Tous les organismes vivants contiennent l’énergie dont ils ont besoin pour continuer à vivre. L'adénosine triphosphate, ou ATP, est une sorte de batterie chargée qui fournit de l'énergie aux cellules. Mais le fonctionnement de l’ATP est impossible sans enzymes. Et la principale enzyme qui produit l’ATP est la synthase. Pour chaque molécule de glucose convertie en énergie, la synthase produit environ 32 à 34 molécules d'ATP.

De plus, les enzymes (lipase, amylase, protéase) sont activement utilisées en médecine. Ils entrent notamment dans la composition de préparations enzymatiques telles que Festal, Mezim, Panzinorm, Pancreatin, utilisées pour traiter l'indigestion. Mais certaines enzymes peuvent également influencer le système circulatoire (dissoudre les caillots sanguins) et accélérer la cicatrisation des plaies purulentes. Et même dans le traitement anticancéreux, ils ont également recours à des enzymes.

Facteurs déterminant l'activité enzymatique

Étant donné que l'enzyme est capable d'accélérer les réactions plusieurs fois, son activité est déterminée par ce qu'on appelle le chiffre d'affaires. Ce terme fait référence au nombre de molécules de substrat (substance réactive) qu'une molécule d'enzyme peut transformer en 1 minute. Cependant, un certain nombre de facteurs déterminent la vitesse de la réaction :

1. Concentration du substrat.

L'augmentation de la concentration en substrat entraîne une accélération de la réaction. Plus il y a de molécules substance active, plus la réaction est rapide, car davantage de sites actifs sont impliqués. Cependant, l’accélération n’est possible que jusqu’à ce que toutes les molécules enzymatiques soient utilisées. Après cela, même augmenter la concentration du substrat n’accélérera pas la réaction.

1. Température.

Généralement, l’augmentation de la température accélère les réactions. Cette règle fonctionne pour la plupart des réactions enzymatiques, à condition que la température ne dépasse pas 40 degrés Celsius. Après cette marque, la vitesse de réaction, au contraire, commence à diminuer fortement. Si la température descend en dessous d'un niveau critique, la vitesse des réactions enzymatiques augmentera à nouveau. Si la température continue d’augmenter, les liaisons covalentes se rompent et l’activité catalytique de l’enzyme est perdue à jamais.

1. Acidité.

La vitesse des réactions enzymatiques est également affectée par le pH. Chaque enzyme a son propre niveau d'acidité optimal auquel la réaction se produit de la manière la plus adéquate. Changer le niveau de pH affecte l’activité de l’enzyme, et donc la vitesse de la réaction. Si les changements sont trop importants, le substrat perd sa capacité à se lier au noyau actif et l’enzyme ne peut plus catalyser la réaction. Avec la restauration du niveau de pH requis, l'activité enzymatique est également restaurée.

Les enzymes présentes dans le corps humain peuvent être divisées en 2 groupes :

• métabolique;
• digestif.

Le « travail » métabolique permet de neutraliser les substances toxiques, et contribue également à la production d’énergie et de protéines. Et bien sûr, ils accélèrent les processus biochimiques du corps.

La responsabilité des organes digestifs ressort clairement du nom. Mais ici aussi, le principe de sélectivité entre en jeu : un certain type d’enzyme n’affecte qu’un seul type d’aliment. Par conséquent, pour améliorer la digestion, vous pouvez recourir à une petite astuce. Si le corps ne digère pas bien quelque chose de la nourriture, il est alors nécessaire de compléter le régime avec un produit contenant une enzyme capable de décomposer les aliments difficiles à digérer.

Les enzymes alimentaires sont des catalyseurs qui décomposent les aliments jusqu'à un état dans lequel le corps est capable d'en absorber les substances utiles. Les enzymes digestives sont de plusieurs types. Dans le corps humain, différents types d’enzymes se trouvent dans différentes parties du tube digestif.

Cavité buccale

A ce stade, l’aliment est exposé à l’alpha-amylase. Il décompose les glucides, les amidons et le glucose présents dans les pommes de terre, les fruits, les légumes et d'autres aliments.

Estomac

Ici, la pepsine décompose les protéines en peptides et la gélatinase décompose la gélatine et le collagène contenus dans la viande.

Pancréas

A ce stade, ils « travaillent » :

• trypsine – responsable de la dégradation des protéines ;
• alpha-chymotrypsine - aide à digérer les protéines ;
• élastases - décomposent certains types de protéines ;
• Nucléases – aident à décomposer les acides nucléiques ;
• Steapsin – favorise l’absorption des aliments gras ;
• amylase – responsable de l'absorption des amidons ;
• lipase – décompose les graisses (lipides) présentes dans les produits laitiers, les noix, les huiles et la viande.

Intestin grêle

Ils « évoquent » des particules de nourriture :

• peptidases – décomposent les composés peptidiques au niveau des acides aminés ;
• sucrase – aide à digérer les sucres et les amidons complexes ;
• maltase – décompose les disaccharides en monosaccharides (sucre de malt) ;
• lactase – décompose le lactose (glucose présent dans les produits laitiers) ;
• lipase – favorise l'absorption des triglycérides et des acides gras ;
• Erepsine – affecte les protéines ;
• isomaltase – « fonctionne » avec le maltose et l'isomaltose.

Côlon

Ici, les fonctions des enzymes sont assurées par :

• Escherichia coli – responsable de la digestion du lactose ;
• lactobacilles - affectent le lactose et certains autres glucides.

En plus des enzymes mentionnées ci-dessus, il existe également :

• diastase – digère l'amidon végétal;
• invertase – décompose le saccharose (sucre de table) ;
• glucoamylase - convertit l'amidon en glucose ;
• alpha-galactosidase – favorise la digestion des haricots, des graines, des produits à base de soja, légumes-racines et feuilles;
• bromélaïne - une enzyme obtenue à partir de laquelle favorise la dégradation de divers types de protéines, est efficace à différents niveaux d'acidité environnementale et possède des propriétés anti-inflammatoires ;
• La papaïne est une enzyme isolée de la papaye brute qui favorise la dégradation des petites et grandes protéines et est efficace dans une large gamme de substrats et d'acidités.
• cellulase – décompose la cellulose, les fibres végétales (introuvables dans le corps humain) ;
• endoprotéase – détruit les liaisons peptidiques ;
• extrait de bile de bœuf – une enzyme d'origine animale, stimule la motilité intestinale ;
et autres minéraux ;
• xylanase – décompose le glucose des céréales.

Catalyseurs dans les produits

Les enzymes sont essentielles à la santé car elles aident l’organisme à décomposer les composants alimentaires dans un état utilisable pour les nutriments. Les intestins et le pancréas produisent une large gamme d’enzymes. Mais à côté de cela, bon nombre de leurs substances bénéfiques qui favorisent la digestion se trouvent également dans certains aliments.

Les aliments fermentés sont une source presque idéale bactéries bénéfiques nécessaire à une bonne digestion. Et même si les probiotiques pharmaceutiques « agissent » uniquement dans partie supérieure système digestif et n’atteignent souvent pas les intestins, les effets des produits enzymatiques se font sentir dans tout le tractus gastro-intestinal.

Par exemple, les abricots contiennent un mélange d'enzymes bénéfiques, dont l'invertase, qui est responsable de la dégradation du glucose et favorise la libération rapide d'énergie.

L'avocat peut servir de source naturelle de lipase (favorise une digestion plus rapide des lipides). Dans l’organisme, cette substance est produite par le pancréas. Mais pour faciliter la vie de cet organe, vous pouvez vous offrir, par exemple, une salade à l'avocat - savoureuse et saine.

En plus d’être peut-être la source de potassium la plus connue, les bananes fournissent également de l’amylase et de la maltase à l’organisme. L'amylase se trouve également dans le pain, les pommes de terre et les céréales. La Maltase aide à décomposer le maltose, le soi-disant sucre de malt que l'on trouve en abondance dans la bière et le sirop de maïs.

Autre fruit exotique, l’ananas contient toute une gamme d’enzymes, dont la bromélaïne. Et selon certaines études, il possède également des propriétés anticancéreuses et anti-inflammatoires.

Extrémophiles et industrie

Les extrémophiles sont des substances capables de maintenir les fonctions vitales dans des conditions extrêmes.

Des organismes vivants, ainsi que les enzymes qui leur permettent de fonctionner, ont été retrouvés dans des geysers où la température est proche du point d'ébullition, au plus profond de la glace, ainsi que dans des conditions de salinité extrême (Vallée de la Mort aux USA). En outre, les scientifiques ont découvert des enzymes pour lesquelles le niveau de pH n’est pas non plus une condition fondamentale pour un fonctionnement efficace. Les chercheurs étudient les enzymes extrémophiles avec un intérêt particulier en tant que substances pouvant être largement utilisées dans l'industrie. Bien qu'aujourd'hui les enzymes aient déjà trouvé leur utilisation dans l'industrie en tant que substances biologiquement et respectueuses de l'environnement. Les enzymes sont utilisées dans Industrie alimentaire, cosmétologie, production de produits chimiques ménagers.

De plus, les « services » des enzymes dans de tels cas sont moins chers que leurs analogues synthétiques. De plus, les substances naturelles sont biodégradables, ce qui rend leur utilisation respectueuse de l'environnement. Dans la nature, il existe des micro-organismes capables de décomposer les enzymes en acides aminés individuels, qui deviennent ensuite les composants d'une nouvelle chaîne biologique. Mais comme on dit, c’est une tout autre histoire.

Les enzymes sont des catalyseurs de réactions chimiques de nature protéique, caractérisées par une action spécifique en relation avec la catalyse de certaines réactions chimiques. Ce sont des produits de la biosynthèse de tous les organismes vivants du sol : plantes ligneuses et herbacées, mousses, lichens, algues, micro-organismes, protozoaires, insectes, invertébrés et vertébrés, représentés dans le milieu naturel par certains agrégats - biocénoses.

La biosynthèse des enzymes dans les organismes vivants est réalisée en raison de facteurs génétiques responsables de la transmission héréditaire du type de métabolisme et de sa variabilité adaptative. Les enzymes sont l'appareil de travail par lequel l'action des gènes est réalisée. Ils catalysent des milliers de réactions chimiques dans les organismes, qui constituent finalement le métabolisme cellulaire. Grâce à eux, les réactions chimiques dans le corps se produisent à grande vitesse.

Actuellement, plus de 900 enzymes sont connues. Ils sont répartis en six classes principales.

1. Oxyréductases qui catalysent les réactions redox.

2. Les transférases qui catalysent les réactions de transfert intermoléculaire de divers groupes et résidus chimiques.

3. Hydrolases qui catalysent les réactions de clivage hydrolytique des liaisons intramoléculaires.

4. Lyases qui catalysent les réactions d'addition de groupes au niveau des doubles liaisons et les réactions inverses d'abstraction de tels groupes.

5. Isomérases qui catalysent les réactions d'isomérisation.

6. Ligases qui catalysent des réactions chimiques avec formation de liaisons dues à l'ATP (acide adénosine triphosphorique).

Lorsque les organismes vivants meurent et pourrissent, certaines de leurs enzymes sont détruites et certaines, pénétrant dans le sol, conservent leur activité et catalysent de nombreuses réactions chimiques du sol, participant aux processus de formation du sol et à la formation d'une caractéristique qualitative des sols - la fertilité. . DANS différents types les sols sous certaines biocénoses ont formé leurs propres complexes enzymatiques, caractérisés par l'activité de réactions biocatalytiques.

V.F. Kuprevich et T.A. Shcherbakova (1966) notent qu'une caractéristique importante des complexes enzymatiques du sol est l'ordre de l'action des groupes d'enzymes existants, qui se manifeste par le fait que l'action simultanée d'un certain nombre d'enzymes représentant différents groupes est assurée. ; la formation et l'accumulation de composés présents en excès dans le sol sont exclues ; les composés simples mobiles accumulés en excès (par exemple NH 3) sont temporairement liés d'une manière ou d'une autre et envoyés dans des cycles qui aboutissent à la formation de composés plus ou moins complexes. Les complexes enzymatiques sont des systèmes d’autorégulation équilibrés. En cela, le rôle principal est joué par les micro-organismes et les plantes, qui reconstituent constamment les enzymes du sol, car beaucoup d'entre elles ont une durée de vie courte. Le nombre d'enzymes est indirectement jugé par leur activité dans le temps, qui dépend de la nature chimique des substances en réaction (substrat, enzyme) et des conditions d'interaction (concentration des composants, pH, température, composition du milieu, action des activateurs, inhibiteurs, etc.).

Ce chapitre traite de la participation à certains processus chimiques du sol d'enzymes de la classe des hydrolases - l'activité de l'invertase, de l'uréase, de la phosphatase, de la protéase et de la classe des oxyréductases - l'activité de la catalase, de la peroxydase et de la polyphénoloxydase, qui sont d'une grande importance dans la transformation de substances organiques contenant de l'azote et du phosphore, des substances glucidiques et dans les processus de formation d'humus. L'activité de ces enzymes est un indicateur important de la fertilité des sols. De plus, l'activité de ces enzymes dans les sols forestiers et arables de différents degrés de culture sera caractérisée à l'aide de l'exemple des sols gazon-podzoliques, de forêt grise et de gazon-carbonate.

CARACTÉRISTIQUES DES ENZYMES DU SOL

Invertase - catalyse les réactions de dégradation hydrolytique du saccharose en quantités équimolaires de glucose et de fructose, affecte également d'autres glucides avec la formation de molécules de fructose - un produit énergétique pour la vie des micro-organismes, catalyse les réactions de fructose transférase. Des études menées par de nombreux auteurs ont montré que l'activité de l'invertase reflète mieux que d'autres enzymes le niveau de fertilité et l'activité biologique des sols.

L'uréase catalyse la dégradation hydrolytique de l'urée en ammoniac et en dioxyde de carbone. En ce qui concerne l'utilisation de l'urée dans la pratique agronomique, il faut garder à l'esprit que l'activité de l'uréase est plus élevée dans les sols plus fertiles. Il augmente dans tous les sols pendant les périodes de leur plus grande activité biologique - en juillet-août.

Phosphatase (alcaline et acide) - catalyse l'hydrolyse d'un certain nombre de composés organophosphorés avec formation d'orthophosphate. L'activité de la phosphatase est inversement liée à l'apport de phosphore mobile aux plantes, elle peut donc être utilisée comme indicateur supplémentaire pour établir la nécessité d'appliquer des engrais phosphorés aux sols. L’activité phosphatase la plus élevée se situe dans la rhizosphère des plantes.

Les protéases sont un groupe d'enzymes avec la participation desquelles les protéines sont décomposées en polypeptides et acides aminés, puis elles subissent une hydrolyse en ammoniac, dioxyde de carbone et eau. À cet égard, les protéases sont de la plus haute importance dans la vie du sol, car elles sont associées aux changements dans la composition des composants organiques et à la dynamique des formes azotées assimilables aux plantes.

Catalase - en raison de son action activatrice, le peroxyde d'hydrogène, toxique pour les organismes vivants, est divisé en eau et en oxygène libre. La végétation a une grande influence sur l’activité catalase des sols minéraux. En règle générale, les sols sous des plantes dotées d'un système racinaire puissant et profondément pénétrant sont caractérisés par une activité catalase élevée. La particularité de l'activité catalase est qu'elle change peu le long du profil et qu'elle a une relation inverse avec l'humidité du sol et une relation directe avec la température.

Polyphénol oxydase et peroxydase - ils jouent un rôle important dans les processus de formation d'humus dans les sols. La polyphénol oxydase catalyse l'oxydation des polyphénols en quinones en présence d'oxygène atmosphérique libre. La peroxydase catalyse l'oxydation des polyphénols en présence de peroxyde d'hydrogène ou de peroxydes organiques. Dans ce cas, son rôle est d'activer les peroxydes, car ils ont un faible effet oxydant sur les phénols. Ensuite, une condensation des quinones avec des acides aminés et des peptides peut se produire pour former une molécule primaire d'acide humique, qui peut ensuite devenir plus complexe en raison de condensations répétées (Kononova, 1963).

Il a été noté (Chunderova, 1970) que le rapport de l'activité de la polyphénol oxydase (S) à l'activité de la peroxydase (D), exprimé en pourcentage (), est lié à l'accumulation d'humus dans les sols, cette valeur est donc appelé coefficient conditionnel d'accumulation d'humus (K). Dans les sols arables et mal cultivés d'Oudmourtie pour la période de mai à septembre, il était : dans un sol gazonné-podzolique - 24 %, dans un sol podzolisé de forêt grise - 26 % et dans un sol gazeux-carbonaté - 29 %.

PROCESSUS ENZYMATIFS DANS LES SOLS

L'activité biocatalytique des sols est en accord significatif avec le degré de leur enrichissement en micro-organismes (tableau 11), dépend du type de sol et varie selon les horizons génétiques, ce qui est associé aux particularités des changements de teneur en humus, de réaction, de rouge- Potentiel de bœuf et autres indicateurs le long du profil.

Dans les sols forestiers vierges, l'intensité des réactions enzymatiques est principalement déterminée par les horizons de la litière forestière, et dans les sols arables - par les couches arables. Dans certains sols comme dans d'autres, tous les horizons génétiques biologiquement moins actifs situés sous les horizons A ou A p ont une faible activité enzymatique, qui évolue légèrement dans un sens positif avec le travail du sol. Après le développement des sols forestiers pour les terres arables, l'activité enzymatique de l'horizon arable formé par rapport à la litière forestière s'avère fortement réduite, mais à mesure qu'elle est cultivée, elle augmente et chez les espèces hautement cultivées, elle approche ou dépasse les indicateurs de la litière forestière.

11. Comparaison de la teneur en biogène et de l'activité enzymatique des sols de l'Oural moyen (Pukhidskaya, Kovrigo, 1974)

L'activité des réactions biocatalytiques dans les sols change. Il est le plus bas au printemps et en automne, et généralement le plus élevé en juillet-août, ce qui correspond à la dynamique de l'évolution générale des processus biologiques dans les sols. Cependant, selon le type de sol et leur localisation géographique La dynamique des processus enzymatiques est très différente.

Questions de test et devoirs

1. Quels composés sont appelés enzymes ? Quelle est leur production et leur importance pour les organismes vivants ? 2. Nommez les sources d’enzymes du sol. Quel rôle les enzymes individuelles jouent-elles dans les processus chimiques du sol ? 3. Donner la notion de complexe enzymatique des sols et son fonctionnement. 4. Donnez caractéristiques générales le déroulement des processus enzymatiques dans les sols vierges et arables.