Каротиноидтар алу

Каротиноидтар –көп санды және кеңінен тараған табиғи пигменттік топтар. Оларды жоғарғы сатыдағы өсімдіктер, балдырлар, фототрофты бактериялар мен бір қатар хемотрофты бактериялар түзеді. Сонымен қатар каротиноидтарды кейбір мицелиялы саңырауқұлақтар мен ашытқылар синтездейді.

Каротиноидтар сондай-ақ кейбір, балықтар мен құстардың, сүт қоректілердің организмінде кездеседі, бірақ пигменттер организмде өздігінен түзілмейді,олар тамақ арқылы түсіп, А витаминінің көзі ретінде организмді байытатын қызмет атқарады.

Каротиноидтар өсімдіктер мен микроорганизмдерде бос күйінде кездеседі, гликозидтерді, каротин-ақуызды комплекстерді түзе алады, бірақ көбінесе ұзын тізбекті эфир май қышқылы түрінде кездеседі.

Әдетте каротиноидтар сегіз изопренді қалдықтан құралады, олар метильді топтың орталыққа жақын екі молекуласы 1:6 түрінде, ал басқа метильді топтар – 1:5 түрінде орналасқан. Барлық каротиноидтар қос байланысты коньюгацияланған ұзын орталық тізбегі бар құрылысымен байланысады (57сурет).

71 сурет - Гидрирлеу, дегидрирлеу, тотықтыру, циклизациялау және басқа реакциялар жолымен әр түрлі каротиноидтар синтезі мүмкін болатын полиен.

 

Каротиноидтардың басқа табиғи қосылыстардан бір ерекшелігі – құрамында тығыз қос байланысы бар хромофордың болуында, оның саны ең көп тараған каротиноидтардың құрамында( және т.б.) 10-11, ал кейде 15-ке дейін жететін болады. Полиеннің молекуласындағы тығыз қос байланыстың саны бояудың болуы мен қарқынды болуына байланысты. Құрамында беске дейінгі тығыз қос байланысы бар алифатикалық полиендерде – қосылыстар боялмаған болады. Олардың ішінде ең көп қызығушылық тудыратын фитоин және фитофлуин каротиноидтары болып отыр. Бұл қосылыстарда құрамында тиісті үш және бес қос байланысы бар май болып табылады. Нейроспоринде тоғыз қос байланыс болады, оның түсі сары түске боялған. Каротиноидтардың молекуласында қос байланыстар саны артқан сайын сарыдан сәбіз сары түске дейін, қызылдан күлгін түске дейін өзгереді.

Соңғы он жылдықта әртүрлі табиғи көздерден алынған химиялық құрамы жоғарыда сипатталған каротиноидтардан өзгеше бір қатар каротиноидтар бөлініп алынды. Бұл жоғарғы каротиноидтар деп аталады, олар 45 немесе 50 –ге дейін көміртегі атомынан тұрады. Олардың молекулаларында 2 немесе 2,2^´-орын алатын қосымша С₅ бірлігі болады. С₅₀ – Каротиноидтар негізінен фотосинтездемейтін микроорганизмдерде кеңінен таралған; мұндай каротиноидтарға жататын; мысалға, Sarcina lutea-ны түзетін сарцинаксантин жатады.

Құрылысы ерекше каротиноидтарға тағы бір мысал, құрамында терминальды метилен тобын құрайтын пигменттер, мысалға Aleuria aurantia алеуреаксантин саңырауқұлағы (71 сурет, Б). Сондай-ақ α-гидроксикаротиноидтар бөлініп алынады, олардың ішінде ең кең таралғаны α-гидроксифлеиксантин ( 71 сурет, В).

 

 

72 сурет - Кейбір каротиноидтардың құрылымдық формуласы.

А-сарцинаксантин; Б-алеурексантин; В-2-гидроксифлеиксантин;

Г-актиноэритрин; Д-бактериоруберин моногликозид;

R-глюкоза немесе маноза.

Молекуласында бес мүшелі сақина және кета тобы бар каротиноидтар табылды, мысалыға актиноэритрин (71 сурет, Г), сондай-ақ триметилфенильді соңғы топтарын құрайтын және каротинодты гликозидтері бар арилкаротиноидтар да табылды (71 сурет ,Д).

Жақында тағыда каротиноидтардың бір тобы ашылды – бұл ω- фениларалас полиенді карбоксилді қышқылдар, этерифицирленген 2,5-диалкилирленген резорцинмен (флексирубин, хлорофлексирубин), олар Fleхidacter elegans бен Cytophaga johnsonal пайда болғандар.

Табиғатта сондай-ақ құрамында 40 көміртегі атомын құрайтын каротиноидтар да кездеседі. Олар апокаротиноидтар деген атқа ие болды – бұл, мысалға кейбір өсімдіктерге тән β -цитраурин (3-гидроокси-8-апо-каротин-8¹-ал) саңырауқұлақтың триспора қышқылына, А витамині және т.б.

Бұл пигменттердің әртүрлі химиялық құрылысына негізделген каротиноидтардың белгілі классификациясы. Каротиноидтарды, мысалыға, каротиндер (құрамында тек көміртегін және сутегін құрайтын) және молекуласының құрамына сондай-ақ оттегі кіретін гидроксикаротиноидтарға бөледі. Соңғы кездері жалпы термині ксантофиллдер деп аталады. Екінші бір химиялық классификациясы бойынша каротиноидтарды – ациклді, моноциклді және бициклді деп бөледі. Сондай-ақ осы пигменттердің функциональды мәнінің айырмашылығына негізделген каротиноидтар классификациясы да бар.

Қазіргі кезге дейін 500-ге жуық каротиноидтардың химиялық құрылысы зерттелген.

Физика-химиялық әдіспен зерттеудің арқасында бізге белгілі пигменттер саны артуда. Табиғи аумақтардан каротиноидтарды бөліп алудың дәстүрлі әдісі мұздату кезінде биомассаны гомогенизациялау (процесс әдетте, антиоксиданттардың қатысуымен қараңғыда жүргізіледі), пигменттерді полярлы ерітінділермен бөліп алады мысалыға, ацетонмен немесе метанолмен бөледі. Содан соң каротиноидтарды полярлы емес ерітінділерге-гексан немесе петролейнді эфирге ауыстырады. Жеке пигменттерді адсорбенттің (силикагель, алюминий) жұқа қабатында хромотографиялау арқылы алынады. Соңғы сорбентті қолданар алдында каротиноидтарды бөледі, құрамында әртүрлі мөлшерде гексан мен ацетон бар еріткіштер жүйесінде жүргізеді. Ксантофильді бөлу кезінде силикагельде жұқа қабатты хромотографиялаудан алдын ала сілтілік, метанолиз жүргізеді. Егер каротиноидтар ақуызбен байланысты болса, онда оларды бөлу үшін детергентерді қолданады, мысалыға тритон Х-100 (2%) немесе натрий додецилсульфат (1%).

Бөлініп алынған каротиноидтың құрамы туралы алғашқы ақпаратты белгілі бір аумақта пигментті жұту спектрлерін зерттегенде берілді. Бұл мәліметтер каротиноидтарды зерттеуде химиялық әдісті қолданумен бірге (озонолиз, NaBH₄ тотықсыздану және т.б.) пигменттің құрамы туралы ұсыныстарды қалыптастыра бастады. Содан соң әртүрлі хромотографиялық жүйеде зерттеліп жатқан пигменттің салыстырмалы полярланғанын анықтады.

Масс–спектрометрия каротиноидтың молекуларлық массасы мен құрылысының ерекшелігін анықтауда қолданылады. Пигменттегі белгілі бір функциональды топтары бар екені туралы ақпаратты ИК-және ЯМР-спектрлері бере алады. Каротиноидтар стереохимиясы болып оларды зерттеудің соңғы сатысы саналады. Каротиноидтардың стереохимиясы туралы толығырақ мәліметті дөңгелек дихроизма спектрі мен төменгі температуралы жұту спектрін (сұйық азот температурасында) қолдана отырып алуға болады. Зерттеліп отырған каротиноидтың құрамы туралы соңғы нақтылы қорытындыны рентген құрылыстық анализі және полиеннің тотальды синтезі бере алады. Айтылған анализдердің барлығын сынаманың азғана мөлшерімен (шамамен 10-20 мг жуық) жүргізуге болады.

Каротиноидтардың биосинтезі

Радиоктивті белгі (¹⁴С) зерттеуде қолданылған, сондай-ақ мутантты микроорганизмдердің және арнайы ингибиторлардың қатысуымен ортада каротиноидтардың пайда болғаны бақалған, бұл пигметтердің биосинтезі бірнеше сатымен жүргізілетіні бекітілген.

1.Біріншілік С₅-предшественниктің түзілуі. Каротиниодтар биосинтезінде алғашқы қосылыс болып ацетат саналды. Ацетил – КоА-ның екі молекуласы ацетоацетил – КоА пайда болуымен конденсирленеді, ол өз кезегінде ацетил-КоА тағы бір молекуласымен, β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА пайда болуымен конденсирлейді. Осы қосылыс тотықсызданып жатқанда мевалон қышқылы (МВҚ) түзіледі, бұл АТФ-тың қатысуымен фосфорирленеді де МВҚ пирофосфат түзіледі. АТФ-ты қатыстыру арқылы МВҚ пирофосфат декарбоксилирлеу және дегидрирлеу әдісімен 5-көміртекті изопренді бірлікке –изопентенилпирофосфатқа айналады (73 сурет).

2.С₅-предшественниктен түссіз С₄₀-полиеннің биосинтезі. Изопентенилпирофосфат (ИПФ) диметилалилпирофосфат (ДМАПФ) сатысына дейін изомеризденеді. Сосын ИПФ мен ДМАПФ конденсацияланып геранилпирофосфат түзіледі. Бұл қосылыс, құрамында көміртегінің 10 атомы құрайтын ИПФ-мен конденсирленеді де фарнезилпирофосфат түзіледі, одан кейін конденсациялау жолымен 20-көміртегі бірлігі – геранилгеранилпирофосфаты түзіледі. Бұл кейін димеризацияланады да, фитоин (7,8,11,12,7^´,8´,11^´,12^´,-октагидро-φ-φ-каротин)-бірінші каротиноидтардың С₄₀- предшественигі түзіледі.

Қос байланыстың үшеуінен тұратын фитоиннің орталық хромоформы бірнеше стереохимиялық изомерлердің болатындығын жорамалдайды. Табиғи аумақтарда фитоинның екі изомері түрінде кездеседі: 15-цис-және 15-транс-фитоин.

Шарт бойынша бірінші изомер-басым, ал екінші изомерсіз түрінде кездеседі. Бірақ кейбір микроорганизмдерде барлық фитоин 15-тарнс-изомер түрінде болуы мүмкін. Фитоин изомерге тән қасиеттер каротиноидтар биосинтезінің келесі предшественниктерінің конфигурациясын анықтайды, көбінесе фитофлуин.

 

73 сурет - Микроорганизмен каротинодтардың биосинтезі

 

3.Каротиноидтар синтезінің соңғы сатысы (дегидрирлеу, циклизация, құрамында оттегін құрайтын топтарды және С₅-бірлікті қосу). Фитоиннен каротиноидтардың түзілуі, соңғы кезекті дегидрирлену кезінде жүреді. Бұл реакцияның бірінші өнімі болып С₄₀-полиен – фитофлуин болып табылады. Фитофлуинді тағы ары қарай дегидрирлегенде боялған каротиноидтар-нейроспорин және ликопин түзіледі (73сурет). Бұл қосылыстар кейіннен тізбекті циклизацияға ұшырайды да, құрамында α-немесе β-ионды сақыналары (мысалға, α-немесе β-каротиндер) бар полиендер түзіледі. Каротиноидтар биосинтезі кезінде аралық өнім ретінде ликопинді немесе нейроспоринді қолдану организмнің ферментті жүйесінің ерекшелігі мен өсіру жағдайына тәуелді.

Каротиноидтардың α-және-β-ионды сақиналары жалпы ациклді предшественниктен (74 сурет) түзіледі, мұның циклизация механизмі α-және-β ионды сақиналар синтезі жағдайынан ажыратылады. Нейроспориннен (немесе L-каротиннен ) α-және-β – каротиндердің предшественниктеріне сйкес α-және-β-зеакаротиндер туындайды. Құрамында оттегін құрайтын топтарын каротиноидтар молекуласына енгізу әдетте циклизация процесі аяқталғаннан кейін жүреді, демек ксантофильдер синтезі каротиндер пайда болғаннан кейін іске асырылады.

С₅₀-каротиноидтарының пайда болуы сондай-ақ, С₄₀-каротиноидтарының (каротиндер) синтезінен кейін жүреді. С₅₀ бактериоруберин С₅-изопренді бірліктің ликопин молекуласының соңғы бөліктерін қосып және циклизация сатысынан кейін гидроксилдік топтарын енгізу арқылы түзілетіндігі анықталды. Бұл жағдайда қосымша С₅-бірлігі каротиноидтар циклизациясын тудыруы мүмкін деп жорамалдайды (циклизация сатысы мен С₅-бірлігінің қосылуы бір мезгілде жүруі мүмкін). С₅₀-каротиноидтарының циклді емес предшественнигі болып ликопин саналады. Осыдан барып осы полиендердің циклизациясы кезінде β-,ε- және -γ-, сақиналарының интерконверсиясы жүрмейді. Кейбір С₅₀-каротиноидтардың, мысалға дегидрогенан – Р434 Flavobacterim denydrogenans түзілуі үшін қажет жағдайда жарықтың болуы cаналады.

74 сурет- β-ион сақинасы пайда болғанда циклизация реакциясының механизмі. А - α,β –иондық сақина пайда болғандағы жалпы ациклдік предшественигі

Локализация және функция

Фототрофты организмде каротиноидтар фотосинтездеуші аппаратта орналасады. Хемотрофты микроорганизмдердің көпшілігінде каротиноидтар клеткалық мембранамен ассоцирленеді, онда олар глюкозидтер мен күрделі эфир түрінде болады. Кейбір микроорганизмдерде, мысалыға Micrococcus radiodurans каротиноидтар жасуша қабырғасында локализденген. Саңырауқұлақтарда осы пигменттердің негізі пулі цитоплазмасының липидті глобуласында орналасқан.

Фототрофты организмдердің каротиноидтары екі негізгі функцияны іске асырады. Олар қосымша жарық көзін жинайтын пигменттер болып табылады және клеткаларды молекулярлық оттегімен қышқылданудан қорғайтын протектор қызметін атқарады.

Соңғы жылдары экстремальды галофильді бактериялардағы каротиноидтардың рөліне зерттеу жұмыстары жүргізілді. Осы микроорганизмдердің "хлорофильсіз" фотосинтез процесін жүргізе алатындығын анықтады. Бұл қорытынды Hаlobacberium halobium және басқа да экстремальды галофильді бактериялардағы "пурпурлы мембранасының" функциональды мәнінің шешілуі негіз бола алады. "Пурпурлы мембранада" пигмент ақуызды комплексі бар (бактериородопсин), оның хлороформы болып апокаротиноид ретиналь саналады (75 сурет). Бұл комплекстің аталуының себебі, родопсин-жануарлардың көру пигменті, сондай-ақ құрамында ретиналь бар.

75 сурет- Опсинге ұқсас ақуыздың құрамына кіретін,

Лизин қалдығымен байланысқан ретиналь

 

Бірақ галобактериядағы жарыққа тәуелділік рөлі басқа. Ол жарыққа тәуелді протонды помпаны функционирлейді, бұл транс мембраналы потенциал генерациясын және АТФ синтезін қамтамасыз етеді. Нәтижесінде құрамында бактериородопсині бар галобактериялар жеткілікті жарықта басқа энергия көзі болмаса да өсе алады.

Родопсин Chlamydomonas sp. бір клеткалы жасыл балдырларынан табылды, балдырларда ол фототаксиске қатысады екен.

Кейбір хемотрофты микроорганизмдерде каротиноидтар протекторлы функцияны атқара алады. Олар клетканы порфиринмен, флавинмен немесе басқа да қосылыстармен жарықтың тұтынуы нәтижесінде болатын бұзылуынан қорғайды. Бірқатар ашытқылардың радиацияларға сезімталдығының төмендігі каротиноидтардың қатысуына байланысты. Мицелиалы саңырауқұлақтарда да әртүрлі сезімталдығы байқалады, сондай каротиноидтар синтезінің қарқындылығына байланысты. Осы мәліметтерге байланысты өсімдіктерге жүргізілген зерттеу нәтижесінде бірқатар қолайсыз факторлардың әсерінен (УК-сәулесі, ионизациялаушы радиация, жарықпен қарқынды сәулелендіру) каротиноидтардың қарқынды пайда болуын көрсетеді.

Хемотрофты микроорганизмдердың каротиноидтарды сонымен қатар оларды озонның зиянды әсерінен сақтай алады. Ортаның құрамында перекис мол болса, каротиноидтар антиоксиданттар тәрізді әсер етеді, ал төмен болса оттегін тасымалдағыштар функциясын атқарады деген пікір туындайды.Қос байланысы бар каротиноидтар потенциальды оксигеназалар бола алады деп жорамалданады. Құрамында ксантофилі бар Corynebacterium glutamicus мутантты бастапқы штамға қарағанда тыныс алу активтілігінің жоғарырақ екендігін көрсетеді. Blakeslea trispora саңырауқұлағының тыныс алу қарқындылығы ортаға апокаротиноидтарды өсіруді (триспоралы қышқылды) қосқанда артады.

Каротиноидтар фототропизм процесіне қатысады. Мысалыға, Phycomyces blakeslееanus спорангиофордың жарыққа қарай қозғалуы олардағы β- каротинның бар екендігімен түсіндіреді. Осы пигменттердің саңырауқұлақтың цитодифференцировкасындағы рөлінің маңыздылығы анықталды, яғни олар жынысты және жыныссыз репродукция нәтижесінде пайда болатын спора, зигота, аскоспора, клетканың түзілуіне әкеп соғады. Осы процестердегі каротиноидтардың маңыздылығына келесі факторлар көрсетеді. β-каротиннің қышқылдағы полимеризациясы продукт-спорополленин-β-каротиноидтарды синтездей алатын зиготаның және саңырауқұлақ аскоспорасының құрамына кіреді. Спорополленин сондай-ақ мукор саңырауқұлақтарының жыныссыз репродукциясына қатысады және спорангиофор мен спорангиоспораның клетка қабықшасының құрамына енеді. β -каротинді синтездемейтін Phycomyces blakeslееanus мутанттар зигота түзе алмайды.

Мукор саңырауқұлағының репродукциясындағы каротиноидтардың рөлі 50-60 жылдары Blakeslea trispora штамының әртүрлі жыныстары бірге өсіп жатқан культуральды сұйықтықтан А,В және С триспора қышқылы деген атқа ие болған, С₁₈ -терпеноидтарды (апокаротиноидтар) бөліп алғанда толығымен дәлелденді. Осы қосылыстардың синтезінде предшественник қызметін β-каротин атқарады және триспора қышқылдарының түзілуі ретиналь арқылы жүреді (76 сурет).

Апай таблицаны жөндеу керек

76 сурет - С Вlakeslеа trispora триспор қышқылының пайда болуы

 

Триспора қышқылдары - гормон тәрізді факторлар. Олар мукор саңырауқұлақтарының оң (+) және теріс (-) штамдарында зигофордың түзілуіне қатысады, демек жынысты процестің бір сатысын реттейді. Сондықтан триспоралы қышқылдарды сондай-ақ мукор саңырауқұлақтарының зигогеникалық жынысы гормоны деп аталады.

Апокаротиноидтар сонымен қатар өсімдіктердегі бірқатар маңызды процестерді (мысалыға, жапырақтардың өсу процесін реттейтін - гормон, абсцизин- апокаротиноид) реттеу қызметін атқарады.

Апокаротиноидтардың маңызы сүт қоректілерде де орасан зор, олардың қалыпты тіршілік етуі үшін А витамині қажет.

Табиғи витамин А₁ -спирт (ретинол₁) құрамы екі метилбутадиен қалдығынан тұратын бүйірлі изопреноидты тізбектен және β -ионды сақинадан тұрады. А-витаминінің предшественнигі болып β-каротин табылады. А-витаминінің түзілуі кезінде осы полиеннің тотығуы жануарлар организінде екі жолмен жүреді.

1. β -каротин орталық қос байланыс бойымен ыдырайды және каротиндиоксигеназдың қатысуымен ретиналдың екі молекуласын түзеді. (А-витаминінің альдегидті формасы). Соңғысы НАДН₂ мен алкогольдегидрогеназаның әсерінен ретинолда түзіледі. Содан соң ретинол ферментативті түрде бауырда депонирлеуші ретинилпальмитатқа этерифицирленеді.

2. Қарында β -каротин НАДФН₂-тәуелді каротиноксигеназаның қатысуымен орталықтағы қос байланыс бойымен ыдырайды. Сонымен бірге апокаротиналдар мен тотығудың төмен молекулалық өнімі түзіледі. Апокаротиналдар кейіннен митохондрия мен микросомаларда ферменттердің қатысуы локализденген, өсу функциясында А- витаминінің биологиялық белсенділігіне тән қасиеті бар апокаротинді қышқылға айналады.

А витамині сүт қоректілердің қарнында сіңіріледі, онда эмульгирлену мен мицеллотүзілу процесі, сондай-ақ бірқатар биохимиялық процестер жүреді (гидролиз, этерификация, ақуыз комплекстерінің түзілуі).

А витаминінің түзілуінде субстрат қызметін сондай-ақ басқа да каротиноидтар, мысалыға α-каротин мен ксантофильдер атқарады. Бұл кезде А витамині β-каротинге қарағанда түзілуі төмен болады. А витамині адам және жануарлардың организмінде маңызды рөл атқарады. Ең алдымен ол көру процесіне қатысады. А витамині организмде жетіспеген жағдайда көздегі көру торының таяқшаларында жарыққа сезімтал пигмент родопсиннің түзілуі жүрмейді. Жарықты қабылдауға сондай-ақ құрамына ретинен₁ мен ретиннен₂ кіретін иодопсин мен порфиропсин тәрізді пигменттер қатысады. А витаминінің болмауы сілекейлі қабықша, темір , тері клеткасының эпителиінің керотинизацияға ұшырауының себебінен болады. А витаминінің негізгі функциясының бірі-мембрана арқылы метаболиттің өтуін реттеу болып табылады.

 

Микроорганизмнің көмегімен каротиноидтардың пайда болуы

Фототрофты микроорганизмдердің каротиноид синтезі көбінесе оттегі құрамы мен кейбір органикалық қосылыстардың болуы қарқынды жарыққа байланысты. Мысалыға пурпуралы бактериясынан жарықтың пайда болуының төмен болуы және ацетат немесе малат қосылыстарының қатысуынан каротиноидтардың пайда болуы жоғарылайды.

Хемотрофты микроорганизмдер фототрофты микроорганизмдерге қарағанда каротиноидтар екіншілік метаболизм өнімі болып саналады. Бірінші фазаның соңында түссіз предшественик каротиноидтардың жиналуынан фазаның өсуі байқалады, боялған полиендер синтезі негізінде екінші фазада культураның дамуы кезінде жүреді. Сондықтан пигменттің жоғарғы шығымын жасау үшін биомассаның жиналуына бірінші орында жағдай жасау керек. Өсіп өшуінен каротиноидтың қарқынды синтезі басталады, биомасаның пайда болуы үшін культивирлеудің қолайлы жағдайын қажет етеді.

Көптеген эукариотты микроорганизмдерде каротиноидтардың пайда болуы морфологиясындағы белгілі өзгеріске байланысты және бірқатар зат алмасу процесінің қарқынды жүруіне байланысты. Саңырауқұлақта каротиноидтар синтезі клетка қабырғасының жұқаруымен жүреді және цитоплазмада мол мөлшерде нейтральды липидке дейін пайда болуынан жүреді. Морфологиясының өзгеруі іс жүзінде қызығушылық тудырады, каротиноидтардың қарқынды пайда болу сатысында саңырауқұлақ культурасының белгілі көрсеткіші атқарады.

Көптеген микроорганизмдер үшін қоректік ортада азот құрамының төмендеуі С:N қатынасының өзгеруінен каротиниодтің пайда болуына ауысуы іске асырылады. Бірқатар хемотрофтыларда көміртегі көзі ретінде глюкоза болса каротиноид синтезі қарқынды жүреді. Көміртегі көзі каротиноидтың шығымын ғана емес және бұл пигменттің құрамын анықтайды. Кейбір ашытқы үшін гексозды қолданғанда пигмент комплексінде β-каротин асып түседі, ал егер көміртегі көзі ретінде глюкур қышқылы болса негізінде пигмент болып торуляродин саналады. Мицелиалы саңырауқұлақта, ашытқыда және бірқатар бактерияларда, кейбір амин қышқылында (аспарагин, лейцин, глицин және т.б.) каротиноидтың қарқынды снтезделуін азот көзі болдырады. Ашытқыда және актиномицетте аммоний азотының қатысуымен каротиноидтардың біраз мөлшері түзіледі. Неорганикалық элементтер темір және калий, марганец бұл процесті ингибирлейді, каротиноид синтезін тұрақтандырады. Бірқатар микроорганизмде ортаға витаминді, кейде тиамин және рибофлавин қосумен каротинодтің пайда болуын қарқындатады. Каротиноид синтезі үшін микроэлементті және витаминді тұтынуы ортаға ашытқы экстрактын қосқанда каротиноид синтезі үшін микроорганизмдер толығымен қанағаттандырылады. Каротиноидттардың пайда болуына стимулятор ретінде ортаға кейбір беттік-активтік қосылысты қосады, олардың ішінде тиімділеуі твин 40 болып саналады. Фототрофты микроорганизмде және көптеген хемотрофты микроорганизмде, каротиноидтардың пайда болуына жарықты тұрақтандырып қоймай, соңында жарық пигменттің шығымына әсер етеді және оның құрамына да әсер етеді. Кейбір саңырауқұлақта (Neurospora crassa, Fusarium aquaeductuum) хемотрофты бактерияда (Mycоbacterium sp.) жарықтың барлығына байланысты каротиноид пайда болады. Қараңғыда каротиноидтың түссіз предшественигі синезделіп қоймайды, кейде фитоинде синтезделеді. Көптеген микроорганизмдерде каротиноидтардың пайда болуы үшін молекулярлы оттегі қажет. Ол ксантофиллдің пайда болуына қатысады және каротиноид синтезінің предшественигіне де қатысады. Көптеген микроорганизмде қарқынды каротиноид синтезі жүреді, өсуі үшін қолайлы температурада, кейбір (мысалы Sarcina flava, Micrococcus radiodurans) төмен температурада активті пигменттің жиналуы байқалады.

Продуценттер және каротиноидтарды өндірісте алу

Химиялық синтез көмегімен каротиноидтарды алады және табиғи көздері -өсімдіктер мен микроорганизмдерден бөліп алады. Химиялық жолмен β-каротин, А витаминін, β -апо-8-каротиналь, этил эфирі β -апо-8-каротин қышқылы, кантоксантан және бір қатар басқа да каротиноидтардың синтезделуі зауыттың масштабында іске асырылады. Каротиноидтарды алудың дәстүрлі тағы бір алынатын көзі болып, кейбір өсімдіктер (сәбіз, асқабақ, шөп, шиповник, облепиха және т.б.) саналады.Сонымен қатар осы мақсатта мецилиялы саңырауқұлақтар мен ашытқылар кеңінен қолданылып келеді.Каротиноидтың продуценті ретінде бактериялар мен балдырлар да қызығушылық тудыруда.

Соның ішінде болашақта ең тиімдісі фототрофты бактериялар болып саналады, мұнда қарқынды жарықтың әсерінен каротиноидтардың шығымын реттеуге болады. Каротиноидтарға бай пурпурлы бактерия биомассасы Жапонда тауықтың рационына қоспа ретінде қолданады, ол жұмыртқаның сарысының түсінің қанық болуын тудырады. Каротиноидтарды сондай-ақ біраз мөлшерде кейбір балдырлардан (мысалға, Spongiocuccus excentricum, Chlorella sp) алады.

Хемотрофтылардың ішінен каротиноидтарды алуда Rhodotorula gracilis, R.rudra Rhodоsporidium diobavatum ашытқысы қолданылады, сонымен қатар (Act. chrestomycetes var., аurantiodeus, Act.сhrysomallus var. carotinoides) актиномицеттер, (Mycobacterium phlei, M. carotenum) микробактериялар, (Mucoraceae Dacrymycetaceae және т.б.) саңырауқұлақтар қолданылады. Зеаксантин пигментін синтездейтін Flavobacterium штамы қызығушылық тудырады, әзірге бұл пигмент химиялық синтез жолымен алынбайды.

β-каротиннің продуценті болып, осы пигментті өндірісте алуда кеңінен қолданылатын Blakeslea trispora және Choаnephora conjuncta гетероталды мукор саңырауқұлақтары саналады. Арнайы дайындалған ортада осы саңырауқұлақтардың әртүрлі тұқымдарын бірге культивирлеуде каротиннің шығымы шамамен 3 - 4г/л құрайды.

β-каротинді Blakeslea trispora көмегімен алу үшін құрамы күрделі орта қолданылады, мысалыға құрамында өсімдік майы, керосин, беттік активтік заттар мен кейбір арнайы стимуляторлары бар жүгері-соя сияқты орта қолданылады. Соңғы жылдары экономика жағынан үнемдеу мақсатында, β-каротин алу үшін қалдықтың екіншілік өнімі – жүгері экстракты және гидрол қолданылуда.

Каротин синтезінің стимуляторы ретінде β-ионнын қолданады, оны арзанырағын цитрусты пульпа мен цитрусты мелассамен алмастыруға болады. Blakeslea trispora –да каротиногенез активаторы ретінде мүмкін сонымен қатар, α-пирролидон, сукцинимид, нембутал және изониазид бола алады. Осы стимуляторды продуцент культурасына биомассаның қарқынды көбеюінен соң қосады.

Blakeslea trispora саңырауқұлағын қолдану арқылы β-каротин алу процесі көп сатылы.Осы әдістің біреуіне сәйкес бірінші оң (+)және теріс(-) саңырауқұлақ штамын өсіріп алады. Келесі саты – жеткілікті қарқынды аэрациялау мен 26°С температурада тұқымы әр түрлі штамды ферментерде бірге өсіреді. Өсірудің келесі үшінші сатысы – үлкен ферментерге Blakeslea trispora- ның аралас культурасын салып және 6-7 тәулік бойы сондай температура мен аэрациялауда инкубациялау жүреді. Қажет стимуляторларды қолдану арқылы β-каротиннің шығымын арттырып қана қоймай, Blakeslea trispora каротиноидтардың құрамын өзгертуге болады.

Кейбір пиридин туындысының әсерінен (2-аминопиридин, 4- аминопиридин) ликопин пигменті асып түсетін β-каротиннің орнына,Blakeslea trispora синтездейтін оның шығымы барлық каротиноидтан 60 % астамын құрайды. 4-аминопиридинді ликопинмен бірге қосқанда γ-каротин түзеді, ал екі каротиноидта әр түрлі мөлшерде синтезделеді. Осылайша, Blakeslea trispora іс жүзінде қолданудың қызығушылығы тек оның β-каротин продуцентінің ең активтілерінің бірі екендігін ғана емес, сондай-ақ осы организмнің көмегімен басқа да каротиноидтарды (γ-каротин, ликопин, α-каротин, β-зеакаротин) алуға болатындығында.

Микробиологиялық синтездеу жолымен алынған каротиноидтардың бағасын төмендетуге бағытталған зерттеу жұмыстары жүргізілуде. Мысалға, Blakeslea trispora каротиноидтар синтезін егерде ортада көміртегі көзі целлобиоза болса, жеті есеге жуық өсетіндігі көрсетіледі. Өндірісті арзандату мақсатында целлюлозды материалдар өндірісінің қалдықтарын қолдануға болады. Мұндай орталарда Blakeslea trispora β-каротиннен бөлек тәжірибелік маңызы зор фермент β-глюкозидазаны синтездейді. Бір мезгілде екі бағалы өнім алу, β-каротин өндірісін айтарлықтай арзандатады.

Сондай-ақ өнімділігі жоғары мутантты ашытқының Rhodоsporidium diobavatum тәжірибеде қолданылуы ұсынылды. Берілген штамм негізінде каротиноид құрайтын ақуыз препараты алынған. Сондай-ақ активтілігі жоғары Mycobacterium rubrum мутантының көмегімен каротин құрайтын препаратты алу әдісі өңделді; препараттың құрамында α, β,γ-каротиндер, ликопин және ксантофиллдер (лютеин, торулин және т.б.) бар. Ксантофилдерді алу үшін Dacrymyces deliguescensсаңырауқұлағы қолданылады, оны құрамында глюкозасы, глицерин және жүгері экстракты бар ортада қарқынды сәулелендіруде культивирлейді. Мұндай жағдайда ксантофилл шығымы 1л ортада шамамен 40мг жуық құрайды.

Каротиноидтардың халық шаруашлығында қолданылуы

Каротиноидтар ауыл шаруашылығында, медицинада және тамақ өндірісінде кеңінен қолданылады. β-каротині ең басты тамақ өндірісінде қолданылады, сондай-ақ дәрі-дәрмек дайындауда және косметикалық заттарды дайындауда қолданылады. β-каротин мен ликопин тамақ өндірісінде пигмент заттар немесе бояғыш заттар ретінде қолданылады. Әсіресе осы пигменттердің негізінен ликопиннің натрий нитратын алмастыра алатын шұжық дайындау өндірісінде маңызы зор. Бояғыш заттар ретінде сондай-ақ лединциге, азықтық пастаға, кекстерге және тағы басқа кондитерлік өнімдерге сәбіз сары түс беретін β-апо-8-каротиналь қолданылады. Көптеген елдерде β-каротинді қысқы уақыт кезінде түсі ағармас үшін сары майға бояу ретінде қолданады. Майды 30°С температураға дейін қыздырады да сәбіз сығындысын немесе β-каротинді, осындай температурада майды жақсылап ерітіп қосады. Италияда каротиноидты макарон өніміне қосатыны ертеден келе жатқан дәстүрлі әдісі. β-каротин мен β-апо-8-каротинальды сонымен қатар ірімшік пен жеміс-жидек пастасына қосады. Дәл осы каротиноидтарды жұмыртқаның сары уызын бояуда қолданады. (β-апо-8-каротинальды, тауықтардың азығына қосады). Каротиноид – бояғыштарын көбінесе аскарбин қышқылымен бірге пайдаланады, бұл пигменттердің жоғары препаратты формасын қамтамасыз етеді. Каротиноидтарды майда жақсы ерітеді немесе сулы дисперсті формада дайындайды: мұндай формада пигменттерді микрокапсулаға енгізеді (каротиноидтарды сақтаудың ең ыңғайлы формасы).

Соңғы жылдары β-каротин және басқа да каротиноидтарды іс-жүзінде қолданудың жаңа жолдары табылды. Сонымен, Blakeslea trispora алынатын каротиноид құрайтын биомассаны тауық азығына қосқанда әр құстың өмір сүру тіршілігі мен етінің сапасын жоғарылатады. Сондай-ақ β-каротинді тамаққа қосқанда жануарларда көбею функциясы да, тамақта А витамині болған жағдайда да жақсарады. Сүт беретін малдардың, жануарлардың көбеюіне азықтық рациондағы А витаминін β-каротинмен толығымен алмастыру тиімді әсер етеді.

β-каротиннің УК-сәулесімен немесе диметилбенз(а)антраценмен индуцирленетін тері рак ауруының дамуына терапевтік әсері келтіретіндігі туралы мәліметтер қызығушылық тудыруда. Басқа да каротиноидта – кантаксантин де, полиен фитоин де УК-сәулесімен индуцирленген тері рак ауруына қарсы активтілігі бар екендігі анықталған.

Соңғы жылдары клиникалық практикаға байланысты А витамині және ретиноид деген атқа ие болған оның туындысымен қызығушылық тудыра бастады. Ретиноидты керотинизация процесі бұзылған кезде қолданылады, сондай- ақ кейбір рак ауруларына қарсы емдік ретінде қолданылады. Негізінде бұл ұсыныста ретиноидтар иммундық жүйеге, ұлпаның дифференциациясына қатерлі ісіктің өсуіне әсер ететін қабілеті бар. А витамині және оның туындылары прелейкемикалық синдромға емдік зат ретінде тиімді әсер етеді.

Апокаротиноидты ауыл шаруашылығында қолдану бойынша зеттеулер жасалуда. Апокаротиноидтарды стимулятор ретінде қолдану туралы алынған нәтижелері оң. Мысалыға триспор қышқылы кейбір бұршақ тұқымдас өсімдіктің дәнінің өсуіне стимулятор ретінде қолдануға болатыны көрсетілген. Бұл факторлардан апокаротиноидтарды зерттеуде болашағы мол екендігі және бұл қосылыстардың медицинада және ауыл шаруашылығында кеңінен қолдану мүмкіндігі бар екендігін көруге болады.

Бақылау тест сұрақтар

 

1. Антибиотик-биологиялық белсенді органикалық қоспа:

А) Микроорганизмнің қырылуына алып келетін және өсуін басып тастай алатын қабілетке ие;

В) Адамның әсерін басып тастау қабілетке ие;

С) Микроорганизмнің өсуін тездететін қабілетке;

D) Вирустардың қырылуына алып баратын қабілетке ие;

Е) Микроорганизмнің тез өсуін шақыратын және микроорганизмнің қырылуын шақырады;

1.Ішек сүзек вакцинасы өндірісінде культуральды сұйықтықты өңделеді:

А) 96% залалсыздалған этил спиртімен;

Б) активтелген көмірмен;

В) 0 % этил спиртімен;

Д) ацетонмен;

Е) вакциналармен;

2. Гиббереллин қышқылы – бұл:

А) түссіз, ұшпайтын, спиртте жақсы еритін;

Б) антигистаминді әрекетке ие витаминді препарат;

В) БАЗ;

Д) қатты тасымалдағышта иммобилизделген фермент;

Е) ашытқылардың ашытпайтын туысы;

3. Алкалоиттар – бұл:

А) күрделі құрылысты, азот құрайтын зат;

Б) майда еритін витаминдер;

В) суда еритін витаминдер;

Д) сапрофитті микроорганизмдер;

Е) микробты антибиотиктер

4. ... бояулардың бар болуы қос байланыстың санына тәуелді:

А) карротиноид;

В) алкалоид;

С) витамин;

Д) амин қышқылы;

Е) липид;

15 – сабақ. Металл биотехнологиясы. Рудадан түсті бағалы сирек кездесетін металдарды сілтілендіру процесіне қатысатын микроорганизмдер

Дәріс жүргізу формасы:Дөңгелек стол – тренинг

Дәріс жоспары:

 

1. Рудадан түсті бағалы сирек кездесетін металдарды сілтілендіру

процесіне қатысатын микроорганизмдер

Металл биотехнологиясы-бұл металдарды рудадан, концентраттардан, тау жыныстарынан, микроорганизмдердің әсер етуімен ерітінділерден немесе қалыпты температурада және қысымда метаболиттерден бөліп алу туралы ғылым. Оның бөлімдері болып келесілер саналады:

1. Биогидрометаллургия немесе металды бактериялық сілтілеу

2. Руданы байыту

3. Ерітіндіден металл биосорбциясы

Металды бактериялық сілтілеу - бұл химиялық элементтің жеке түрі рудадан, концентраттан,тау жынысынан бактерияның көмегімен және олардың метаболиттері арқылы бөлу. Бөліп алуды металды күкірт қышқылының әлсіз ерітіндісінен және бар ерітінділермен, органикалық қышқылдармен, ақуыздар, пептидтер, полисахаридтер және тағы басқа заттармен жүргізеді. Сілтілеу негізіне минералдардың қышқылдану (еру) порцесі және элементтердің ерімейтін күйден еритін күйге ауысуы жатады.

Металдарды сілтілеуде соңғы мәліметтер бойынша бактериялардан басқа өзге микроорнагизмдерде қатысуға болады.

Металды рудадан сілтілеу ерте кезден белгілі. 1566 жылы Венгрияда өсіру жүйесін қолдану арқылы мысты сілтілеудің толық циклі жүзеге асырылды. Германияда мысты отвалдан сілтілеп алу ХVІ ғасырда тәжірибеден өтті. Испанияда 1725ж. Рио-Тинто кенінде мыс рудасын сілтілендірген. Кеңес Одағы кезде соның территориясында бұл процесс өткен ғасырда Кедабекеде (Азербайжан), 30-50 жылдары Оралда жер асты кен орындарында мысты сілтілеу процесі жүзеге асты. Бұл механизм белгісіз (бактериялардың қатысуымен) сілтілендіруді қолданудың алғашқы қадамдары еді. Бұл технологияның масштабы үлкен емес болды. 1947 жылы американ микробиологы Колмер және Хинклем арқылы руданың суынан бұған дейін белгісіз, сульфидті минералды қышқылдайтын және S0- ті Thiobacillus ferrooxidans микроорганизмді ашты. 50 жылдардың ортасында бұл микроорганизмді зерттеу ССРО басталды. Кен орындарын зерттегенде бұл бактерия клеткасының саны қышқыл аймақта 1 грамм кенінде немесе 1 мл. суда 1 миллионнан 1 миллиардтқа жететіні көрсетілді.

Кейіннен 70 жылдары сульфидты руданы қышқылдау аймағында және басқа және сульфидті минералды қышқылдайтын мезофильді және термофильді бактериялар бар екені анықталды.

Сульфидті орындардағы және табиғи жағдайда температурада металды сілтілеу. Қышқылдық порцестің биогенді табиғаты дәлелденген.

Металды кеннен және концентраттан сілтілеуде Thiobacillus ferrooxidans қолдануда алғашқы патентті АҚШ-та 1958 жылы алды. Қазіргі уақытта бактериалды және жер асты сілтілеу өнеркәсіпте мыс және уран алу үшін көп елдерде қолданылады (АҚШ, Канада, Австарлия, Испания, т.б.) мыс алу тәжірибеден практикаға еніп келеді.

Минералды шикізатпен қамтамасыз ету ғылыми-технологиялық прогресті анықтайтын бірден-бір фактор. Бір жерден қазып алынған ресурстар көп болғанымен, бірақ шексіз емес және толықтырылып отырмайды. Қолда бар мәліметтерге қарағанда, металды болашақта қолдану масштабын сақтағанмен, (мыс: мырыш, мыс, қалайы, болат, алтын, күміс, уран), өндірісте маңызы бар қорлары осы ғасырда таусылуы мүмкін. Адамзаттың металға деген өспелі қажеттілігін қамтамасыз ету үшін келесі шаралар қажет болуы мүмкін: өте тереңдіктегі орындарды өңдеу; сонымен қатар ұсақ мекендерді де, қалдықтарды қажетілікке жарату бағалы элементі аз кездесетін тау жыныстарын қайта өңдеу. Қазірдің өзінде қайта өңдеуде дәстүрлі әдістерге берілмейтін құрал бойынша күрделі рудалар мен концентраттарды қолдану қажеттілігі туды.

Сонымен қатар, қазіргі металлургияда басқа да қиындықтар тууда; технологиялық порцестерге қоршаған ортаны қорғаумен байланысты талаптар күшеюде. Тұрып қалған суларды ауыр металдардан толық тазарту қажеттілігі туды. Бұл мәселені шешуге микроорганизмдер мүмкіндік береді.

Гидрометаллургияға арналған маңызды микроорганизмдер

Жоғарыда айтылғандай, бактериалы сілтілеу негізіне сульфидті минералдардың қышқылдануы және металдың ерімейтін күйден еритін күйге өтуі жатады. Гидрометаллургия үшін маңызды микроорганизмдер кестеде көрсетілген.

Практикада металл алуда кеңінен қолданылады. Thiobacillus ferrooxidans грам оң, полярлы талшықты, таяқша тәрізді бактерия. (0,3-0,5 х 0,7-1,5 мкм), аэробты, әртүрлі штамының қолайлы температурасы . Штамының көбісі – облигатты автотрофтар, жалғыз немесе негізгі көмір қышқылының көміртегі көзі ретінде қолданылады. Энергия көзі ретінде өзге де тиобациллдер үшін сульфидті және сульфитті ион , күкірт, тиосульфат атқара алады. Одан басқа Thiobacillus ferrooxidans екі валентті темір тұздарының энергиясы ретінде қолданылады, дейін қышқылдайды. Ол сонымен бірге, барлық белгілі сульфидті минералдарды, рH 1,0-4,8 (қолайлысы 1,8-2,2) және температурада қышқылдауға қабілетті.

8 кесте - Гидрометаллургия үшін маңызды микроорганизм және оларды қолдану сфераларының перспективасы

 

Микрооргазимдер	Оптимальды шарттар және энергия көзі	Қолдану сферасының перспективасы
Thiobacillus ferrooxidans	cульфидті минералдар, күкірт, 1,8-2,2, t	Металдары көп жердегі, жерасты және чандық сульфидті және аралас кеннен және концентраттан, пирометаллургиялық өндірісте сілтілеу
Leptospirillum ferrooxidans	1,8-2,2 t
L.ferrooxidans Thiobacillus thiooxidans бинарлы культурадағы, T.organoparus (Т.acidophilus)	сульфидті минералдар рH 1,5-2,5 t
Тиобациллаға жақын термофильді бактериялар Sulfolobus brierleyi	Сульфидті минералдар рH 1,6-2,2 t Сульфидті минералдар рH 1,5-2,0; t )
Sulfobacillus thermosulfi dooxidans	Сульфидті минералдар рH 1,7-3,5; t (оптимум )
Нитрифицирлеуші бактериялар	және қышқылдану рH 7,5—8,0; t	Марганецтік және аллюмосиликатты материалды қайта өңдеу
Гетеротрофты микроорганизмдер және олардың тіршілігінің өнімдері (сульфатредуцирлеуші, денитрифицирлеуші және ашытқылар, мицелиалы саңырауқұлақтар)	Органикалық заттардың қышқылдануы, рH 2,0-9,0; t -ге дейін	Химиялық элементтерді карбонаттық және силикатты кеннен, тау жыныстарынан бөлу, алтынды сілтілеу. Кенді флотациялау, ерітіндіден (биомасса, полисахаридтер, басқа органикалық қосылыстар) металды бөлуде бактерияның тіршілік еретін өнімдерін және биоамассаны қолдану

 

Екінші қышқылдайтын облигатты автотрофты бактерия – Leptospirillum ferrooxidans. Бұл кішігірім Т.ferrooxidans қатарына құрамы жағынан спириллаға ұқсас. Бірақ, күкірт элементін және сульфидті минералдарды қышқылдамайды. Бірақ, Thiobacillus thiooxidans және T.organoparus (Т.acidophilus синонимі) қолдануда күкіртті қышқылдайды, осы порцесс жүреді. Сонымен бірге, кейбір L.ferrooxidans штамдары монокультурада пиритті қышқылдануға қабілеттілігі жөнінде ақпарат бар.

Жақында тағы да бір және сульфидті минералдарды рH 1,7-3,5, температурада қышқылдайтын прокариотты микроорганизм болып табылды. Бұл микроорганизм Sulfobacillus thermosulfidooxidans деген атаққа ие болды. Культурада 0,6-0,8 х 1,0-3,0 мкм мөлшердегі таяқшалар басым болады. Бүршіктенуге қабілетті, ілмек және тізбек тәрізді жасушалар. Қозғалмайтын жасушалар эндоспоралар түзеді. Грам оң. Активті өсуі үшін 0,02 % мөлшерде қосылатын ашытқы экстрактін қажет етеді. Аэробты.

Одан басқа және сульфидті минералдары қышқылдануға Sulfolobus және Acidianus архебактерия туыстарының өкілдері қабілетті. Бұл бактериялар сфера тәрізді болып келеді (0,8-1,5 мкм диаметрлі), дұрыс емес пішінді, қозғалыссыз.Термофильдер аэробтар. Өсу температурасының қолайлылығы 70-75⁰ С, рH қолайлылығы 2,0-3,0. Факультативті автотрофтарға жатады.

Термофильді бактериялардың тиобацилға ұқсас штамм қатары (ТН 1,2,3) белгілі, және сульфидті минералдарды рH 1,4—3,0 (қолайлы 1,6-2,2) және температурада қышқылдайды.

Неорганикалық заттардың қышқылдану процесі осы бактериялар үшін энергия көзі ретінде қызмет атқарады. Органикалық заттардың синтезі үшін жасуша С көзін –ден алады, ал басқа элементтерді рудадан алады.

Термоацидофильді бактериялардың түгелге жуығы активті өсуі үшін ашытқы экстрактын (0,02 %) қосуды талап етеді. Кейбір органикалық субстраттарда да өсе алады. Бірақ, аралас культураға басқа хемолитоавтотрофильді бактерияларды мысалы, L. ferrooxidans және T. Ferrooxidansолар оларорганикалық затты қосқанды қажет етпейді, ол рудада бактерияның метаболиттік байланысын көрсетеді.

Нитрифицирлеуші бактериялар алюмосиликаттың ыдырауында, карбонатты рудадан марганецті сілтілеуде активтілік көрсетеді. Бұл жоғары мамандандырылыған хемолитоавтотрофты бактерия тобы, оларды қышқылдайды.

Бір клеткалы, спора түзбейтін бактериялар, аэробтар, грам оң. Қолайлы рH 7,5-8, t . Нитрифицирлеуші бактериялардың келесі туыстарының өкілдері белгілі; І – Nitrosomоnаs, Nitrosocоccus, Nitrosovibrio, Nitrosospira, Nitrosolobus; (нитрификациясының І фразасын жүзеге асырады).

ІІ – Nitrobaсter, Nitrococcus, Nitrospina және Nitrospira, екінші нитрификация фразасын іске асырады. Кейбір штамдар миксотрофты жағдайда өсе алады. Денитрифицирлеуші бактериялар ерітінділерден металдарды биосорбциялау және сілтілеуде нитраттардан қалдық суларды тазартуда қолданылады. Денитрификацияға қабілетті бактериялардың көптеген түріне тән қасиеті бар.Соның ішінде денитрификаторлар болып Pseudomonas, Alcaligenes және Bacillus туысының өкілдері жатады. Олар факультативті анаэробтар және немесе азот қосылысының яғни -ні тотықтыратын электрон акцепторы ретінде қолданылады. Электрон доноры болып органикалық қосылыстар, молекулярлы сутегі және тотықтыратын күкірттің қосылыстары саналады.

Сульфатредуцирлеуші бактериялар органикалық заттарды (лактат, пируват, молат, фумарат, этанол) қолданады және молекулярлы сутегін электрон доноры ретінде қолданылады. Электрон акцепторы қызметін сульфаттар, , жиірек қолданылады. Бұлар қатаң анаэробтар. -ті -ке дейін мына схема бойынша тотықсызданады.

Бактериалды күкірт сутегі тектес минералды форманың қышқылдану сульфидизациясында активті, ерітіндіден металды тұндыруда және т.б.

Гетеротрофты микроорганизмдер қатары (мицелиалды саңырауқұлақтар, ашытқылар, бактериялар) минералды тау жыныстарын органикалық қышқылдардың арқасында полисахаридтерді және басқа метаболиттерді, кең диапозонды орта рH (2,0-9,0) және температурада ыдыратуға қабілетті. Мысалы Bacillus mucilaginosus, B.megaterium және басқа бактерия қатары Si-O-Si байланысын түзу арқылы силикатты минералдарды ерітуге қабілетті. Силикат деструкциясында Aspergillus niger, Scopulariopsis sp, Penicillium nоtatum саңырауқұлағы және тағы басқа микроорганизмдер активті. Процестің ерекшелігі бөлінген метаболиттердің сипатталуымен, сол сияқты минералдардың физико-химиялық ерекшеліктері арқылы анықталады. Энергия және гетеретрофты көміртегі көзі ретінде органикалық заттарды қолданады.

Металдарды бактериялық сілтілеу технологиясы

Үйінді күйінде және жерастылық сілтілеу. Түсті металдарды бактериялық сілтілеу үйіндіден және кен ішіндегі пайдасыз жыныстан және жерастылық кеннен жүргізіледі. Рудадан металдарды жерасты және (кучка) кен ішіндегі пайдасыз жыныстан бактериялық сілтілеудің сызба нұсқасы көрсетілген.

 

77 сурет – Рудадан металдарды жерасты және (кучка) кен ішіндегі пайдасыз жыныстан сілтілеудің сызба нұсқасы

 

Кенді үйідіде немесе кен денесінде ыдырату ң және бактериялары (T.ferroxidans, L. ferroxidans, S.thermosulfidxidans және т.б.) құрайтын сулы ерітінді арқылы іске асырылады. Үйіндіде немесе қалыпты немесе төмен температуралы кең орындарда тионды бактериялар: T.ferroxidans, L. ferroxidans, T.thiooxidans кеңінен таралған. Ерітінді ұңғымалар арқылы береді жерасты немесе шашырату арқылы үйіндіні сілтілеуде бетіне беріледі. Кенде