Тема 10. Превращение микроорганизмами соединений азота

Ниже представлен цикл превращений азота и азотосодержащих соединений в природе. В атмосфере Земли содержится около 8 млн. тонн азота. Атмосферный азот фиксируется следующими микроорганизмами.

Свободноживущие - Azotobacter, Clostridium, цианобактерии. Симбионты - клубеньковые бактерии (Rhizobium). Размножаются на бобовых и не-эобовых культурах.

Фиксированный азот используют растения и превращают его в растительный 5елок; растения поедаются животными, образуется животный белок и т. д.

Аммонификация белков и аминокислот.

Белки животных и растительных остатков разлагаются в почве разнообразными микроорганизмами (то же имеет место и при хранении пищевых продуктов). В результате образуются аминокислоты, которые затем дезаминируются с выделе­нием аммиака (NH₃) и других соединений. Возбудители: Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, Proteus и др.

↓

Нитрификация

Аммиак окисляют до нитритов бактерии рйда Hitrosomonas, а нитриты до нитра­тов - бактерии рода Hitrobacter.

NН₃ -» NH₄OH -» NH₂OH -» HNO₂ -» HN0₃

Аммоний гидроксил- нитрит нитрат

↓ амин

Денитрификация

Нитраты восстанавливаются в газообразный азот бактериями в анаэробных условиях.

N0₃ –» N0₂ -» NO -» N₂O –» N₂

нитрат нитрит окись закись азота

азота

N0₃ -» N0₂ -» NO -» NH₂OH -» NH₃

гидроксиламин

Возбудители - Pseudomonas, Bacillus.

Для пищевой промышленности наиболее важное значение имеет процесс аммонификации, т. е. разложение белков до аминокислот и МН₃, т. к. эти процессы протекают в основном при хранении и переработке сырья и пищевых продуктов. Белки в почвах, водоемах, продуктах разлагаются большой группой гнилостных бак­терий - главным образом палочковидных, аэробных и анаэробных, Грам+ и Грам-, подвижных и неподвижных, спорообразующих и бесспоровых.

Возбудители - Pseudomonas, Proteus, Bacillus, Clostridium. Молекулы белков состоят из аминокислот, связанных пептидной связью, образующих полипептидные цепи. Процесс распада белков начинается с их гидролиза, в результате образуются пептоны и пептиды. Протеазы вызывают гидролиз пептидных связей. Короткие поли­пептиды могут проникать в клетки, где расщепляются до аминокислот, которые являются конечными продуктами гидролиза. Образующиеся аминокислоты исполь­зуются микроорганизмами или подвергаются ими дальнейшим превращениям, на­ пример, дезаминированию, в результате чего образуются аммиак и разнообразные органические соединения.

Различают дезаминирование:

1)Гидролитическое

RCHNH₂COOH + Н₂0 -» RCHOHCOOH + NH₃

оксикислота

RCHNH₂COOH + Н₂0 -» RCH₂OH + NH₃

спирт

2) Окислительное

RCHNH₂COOH + 1/2 0₂ -» RCOCOOH + NH₃

кетокислота

3) Восстановительное

RCHNH2COOH + 2Н -» RCH2COOH + NH3

карбоновые

кислоты

В зависимости от строения радикала той или иной аминокислоты образуются и разные продукты распада. Аминокислоты алифатического ряда образуют муравьи­ную, уксусную, пропионовую, масляную и другие кислоты; а также спирты: пропило-вый, бутиловый, амиловый и др. Аминокислоты ароматического ряда образуют фенол, крезол, индол, скатол и другие (тирозин, фенилаланин). Серосодержащие аминокислоты образуют H₂S, или его производные - меркаптаны. Эти соединения имеют запах тухлых яиц (цистеин, метионин). Диаминокислоты могут подвергаться декарбоксилированию без отщепления аммиака, в результате получаются диамины - "трупные яды" и С0₂. Дальнейшие превращения продуктов распада белковых веществ зависят от окружающих условий и состава микрофлоры. Аэробные микро­организмы окисляют белки до конечных продуктов (минерализуют) - МН₃, С0₂, Н₂О, H₂S и др. В анаэробных условиях, кроме указанных соединений, образуются орга­нические кислоты, спирты, амины и другие соединения, в числе которых могут быть токсичные вещества, вещества с отвратительным запахом и прочее.

Процессы аммонификации в природе необходимы, т. к. являются этапом в общем круговороте веществ. На практике приносят большой вред, т. к. вызывают порчу наиболее ценных пищевых продуктов - мяса, рыбы, молочных продуктов.