Пользовательский поиск

Ассоциации микроорганизмов. Реализация «невозможных» хи-мических реакций

Природные процессы минерализации органи­ческих соединений, как правило, являются результатом действия не одного микроорганизма, а группы химически структурирован­ных в симбиотическую ассоциацию микроорганизмов.

Продолжение ниже

Ферменты в нетрадиционных средах. Мицеллярная энзимология

Ферменты в естественных условиях работают в водной среде или на границе раздела фаз мембрана — водная среда. Развитие ме­тодов химической ...

Читать дальше...

всё на эту тему


Наиболее подробно исследованы симбиотрофные ассоциации микроорганизмов, в рамках действия которых конечный продукт метаболизма одного микроорганизма является субстратом для дру­гого. Один из наиболее ярких примеров — микробная анаэробная биоминерализация биомассы с образованием метана и углекис­лого газа. Последовательное действие микроорганизмов ассоциа­ции является не просто необходимым условием последователь­ной деструкции веществ, приводящей к полной минерализации биомассы. Объединенные в ассоциацию микроорганизмы дают принципиально новое качественное состояние — в ассоциации протекают химические реакции, которые практически невозмож­ны в одностадийных процессах. Микробная анаэробная ассоциа­ция метангенерирующих бактерий — это яркий пример такого рода процессов.

Вода как окислитель связи углерод—углерод. Ответ на вопрос: может ли вода играть роль окислителя связи углерод—углерод при нормальных условиях в отсутствие радиационной активации — будет отрицательным. Однако процессы протекают весьма эффективно в биокаталитических системах с участием ассоциаций микроорганизмов. Исследование анаэробного разложения масляной кислоты ассоциацией микробов показало, что на начальных этапах реакции масляная кислота практически стехиометрически превращается в две молекулы уксусной кисло­ты. Процесс протекает в строго анаэробных условиях и единствен­ным источником необходимого количества атомов кислорода яв­ляется вода. Окислительное расщепление связи С—С в анаэробных условиях стало возможным благодаря эффективному сопряжению двух принципиально различных стадий процесса — термодинами­чески невыгодного окисления алифатической кислоты водой и эффективного удаления образующегося водорода и уксусной кис­лоты действием метаногенных микроорганизмов.

Рассмотрим термодинамику процессов конверсии алифатиче­ских кислот с учетом стадий образования метана.

Как видно, при любом числе атомов углерода в алифатической кислоте конверсия кислоты в метан является термодинамически выгодным процессом, причем добавление к конвертируемой али­фатической кислоте одной СН2-группы приводит к дополнитель­ному выигрышу в свободной энергии Гиббса около 2,65 кДж/моль. Если данные по AG° пересчитать на 1 моль образовавшегося мета­на, то получим значение, не зависящее от количества атомов уг­лерода в кислоте, равное 35,4 кДж/моль.

Таким образом, объяснение необычному действию воды как агента, осуществляющего окислительное расщепление связи С—С, связано с действием микроорганизма, эффективно поглощающе­го молекулярный водород. Этот процесс характеризуется наиболь­шей отрицательной свободной энергией реакции.

Кинетическая модель метаногенеза. Динамика процесса образо­вания метана в результате анаэробной конверсии метангенерирующей ассоциацией микроорганизмов детально исследована экс­периментально и теоретически. Исследование заключалось в экс­периментальном изучении кинетики разложения исходного суб­страта и многочисленных промежуточных веществ, а также дина­мики образования конечных продуктов — метана и диоксида уг­лерода. В качестве исходных соединений были исследованы веще­ства разных классов: углеводы (целлюлоза, ксилан, глюкоманнан, галактоманнан, глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза, арабиноза); аминокислоты и белки (альбумин, лизин, аланин, глутамин, аспарагин, глутаминовая кислота, аспарагиновая кислота); али­фатические спирты и кислоты (метанол, этанол, уксусная, пропионовая, масляная, изомасляная, валериановая, изовалериановая, капроиловая и каприловая кислоты); ароматические фосфор-органические соединения (нитрофенол, фенол, бензойная кис­лота, индиго, диэтилфосфорная кислота).

Для каждого соединения изучено изменение во времени кон­центрации всех низкомолекулярных компонентов.

Схема химических превращений веществ под действием ассо­циаций микробов составлена исходя из предположения, что ми­нимальное количество микроорганизмов, вовлеченных в процесс, равно четырем. Например, для глюкозы базовыми химическими реакциями являются

Глубокое понимание ферментов как химических объектов, широкая распространенность биокатализаторов и создание совре­менных методов конструирования белковой молекулы обеспечи­ли многообразные сферы применения ферментов. Методами хи­мической модификации, генетической и белковой ин­женерии создаются белковые катализаторы самых раз­нообразных химических реакций. Можно с уверенностью утверж­дать, что в недалеком будущем возникнут методы конструирова­ния ферментов для любой химической реакции.

Заметным этапом в развитии инженерной энзимологии стало создание гетерогенных катализаторов на основе иммобилизован­ных ферментов. Не менее важным является освоение методов использования ферментов в нетрадиционных средах, та­ких как органические растворители. Это существенно расширило область применения ферментов.

Сегодня ферменты используются при химическом синтезе слож­ных органических молекул, химическом анализе, в электроката­лизе, фармацевтической индустрии, пищевой промышленности, бытовой химии, сельском хозяйстве, при решении проблем со­хранения окружающей среды. Вклад ферментативного катализа в технологическое обеспечение общества в настоящее время сопо­ставим с вкладом классического химического катализа. Роль хи­мической и инженерной энзимологии в будущем будет возрастать. Так что читателям этой книги предстоит еще многое сделать.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".