1. O’quv materiallar ma’ruzalar mavzulari: 1-Modul. Fanning predmeti va uslublari

5-Ma’ruza: Uglerodni tabiatda aylanishida mikroorganizmlarning roli
Reja:
1. Karbonat angidrid va kislorod aylanishi

1. 
   Spirtli bijgish va uning ahamiyati
   
2. 
   Sut kislotali bijgishi va uning ahamiyati
   
3. 
   Moy kislotasi bijgish
   
4. 
   Tarkibida uglerod saqlovchi ba’zi tsellyuloza, gemitsellyuloza, lignin va pektinni parchalanishi
   
5. 
   Xulosalar.
   

Uglerod manbalari, uglerodli ozuqlanish tiplari. Mikroorganizmlarning o’sishi va yashab turishi uchun ular yashaydigan muhitga turli hujayra komponentlarining tuzilishi uchun ozroq materiallar va yaroqli energiya manbalari bo’lishi kerak. Ovqatga muhtojlik, ya’ni barcha tirik organizmlar yetarli miqdordagi suvga, ma’lum elementlar: C, O, H, N, Na va boshqalarga muhtoj bo’ladi. Ularga fermentlar hosil qilish uchun juda kam miqdorda boshqa metallar: temir, marganets, rux va boshqalar ham kerak. Mikroorganizmlarning normal hayot kechirishi uchun vitaminlar, aminokislotalar, purin va piremidin asoslari singari har xil o’sish faktorlari ham zarur bo’ladi. Turli organik birikmalar, shuningdek anorganik moddalar S, H va N manbalari bo’lishi mumkin. C va N manbalarining harakteriga qarab mikroorganizmlar autotroflar bilan geterotroflarga bo’linadi.
Autotroflar (yunoncha autos-o’zi, tropis-ovqatlanuvchi) o’zining o’sishi uchun zarur uglerodlarni SO₂ yoki SO₃^-2 dan oladigan bakteriyalardir. Ularning o’sishi uchun quyidagi anorganik moddalar: NaCl, K₂HPO₄, FeCl₃, MgSO₄, (NH)₄SO₄ ning bo’lishi bemalol kifoya qiladi, ulardan murakkab organik birikmalarni sintezlaydi.
Geterotroflar (yunoncha heteros-boshqa, trophic-oziqlanuvchi) uglerod manbai sifatida oqsillar, yog’lar, qandlar, materika va boshqalar singari murakkab organik birikmalardan foydalanadi. Geterotrof organizmlar orasida saprofitlar ( yunoncha capros-chirik, phytor-o’simlik) va parazitlar yoki patogan mikroorganizmlar tofovut qilinadi.
Saprofitlar o’zining hayot faoliyati uchun o’lik organik moddalardan foydalanadi. Ular tabiatda keng tarqalgan bo’lib, tuproq va oqava suvidagi organik qoldiqlarning parchalanishida muhim rol o’ynaydi. Parazitlar saprofitlardan farq qilib, hayvonlar va o’simliklar to’qimasida ko’payish xususiyatini kasb etgan. Odam organizmiga kirib, parazitlar unda kasallik paydo qiladi.
Ba’zi parazitlar yashash sharoitlariga qarab goh parazitlar o’rniga, goh saprofitlar o’rniga o’tishi mumkin. SHu munosabatlar bilan ularning fakultativ yoki shartsiz parazitlar yo bo’lmasa shartli patogen mikroorganizmlar deyiladi. Ko’pgina parazitlar, aksincha saprofitlik qilib yashash layoqatini tamomila yo’qotib qo’ygan. Bular faqat boshqa tirik hujayralarning ichida yoshashi mumkin. Ularni obligat yoki mutloq parazitlar deyiladi. Viruslar, riketsiyalar, boshqa sodda jonivorlar shular jumlasidandir.
Hozirgi yangi klassifikatsiyaga ko’ra autotroflar litotroflar deb nom olgan. U grekcha so’zdan olingan. Bu turli bakteriyalarning energiyasini noorganik moddalarining (vodorod, metan gazi, ammiak, temir va boshqalar) oksidlashish reaktsiyasi orqali oladi. Tabiatda moddalarning almashinishiga talab katta. Ammo bu katta ziyon ham keltiradi. CHunki, bunday almashinuv betonni parchalashga, temirning zanglashiga, umumiy neftni 10%gacha parchalashga sabab bo’ladi. Getorotroflar esa organotroflar nomini olib veterinariyada ahamiyati katta. Ular ikkita katta guruhga bo’linadi: 1) saprofitlar; 2) parazitlar.
Saprofit-lotincha so’z bo’lib substratlarda yashaydi, degan ma’noni bildiradi. Tayyor organik birikmalardan foydalaniladi va yer yuzidagi mikroorganizmlarni ko’pini tashkil etadi.
Parazit ham lotincha so’z bo’lib, boshqa tirik organizmlarning sathida yoki ichida yashab shu tirik organizm hisobidan oziqlanadi. Bu turli mikroorganizmlar juda kam, umumiy mikroorganizmlarning faqat 0,1%ni tashkil qiladi. Ammo bu bo’linish keskin emas, ba’zi saprofitlar qulay sharoitda saprofitdan parazitlar guruhiga va aksincha ba’zi saprofitlar parazitlar belgilarini oladi.
Azotning manbai turlicha. Bunga ko’ra miroorganizmlar ikkita guruhga bo’linadi.

1. 
   Aminoavtotroflar-bu guruhga kiruvchi mikroblar azotni havodan, mineral yoki oddiy azotli birikmalardan sintez qilib oladilar.
   
2. 
   Aminogeterotroflar-bu guruhga mansub mikroorganizmlar tayyor azotli organik birikmalardan foydalanadi.
   

Mikroblarning mineral moddalarga bo’lgan ehtiyoji uncha katta emas, lekin bu moddalarsiz hayot yo’q. Ular sulfatlardan yoki organik birikmalardan oltingugurtni o’zlashtiradilar. Ba’zi mikroblar molekulyar oltingugurtni o’zlashtiradi.
Kaliy, kaltsiy, magniy, temir mikroblar hayoti uchun kerakli elementlardir. Ular har xil tuzlardan, fosforni esa har xil fosfat kislota tuzlaridan oladi. Mikroblarning normal rivojlanishi va o’sishi uchun kerakli bo’ladigan bor, rux, kobalt va boshqani turli oziqlardan va suvdagi mineral tuzlardan oladi.
Karbonat angidrid va kislorodning aylanishi. Tabiatda barcha biologik ahamiyati elementlarning shu jumladan uglerod va kislorodning aylanishida mikroorganizmlarning ahamiyati juda kattadir. Uglerod aylanishining ikki tomoni mavjuddir. Bu kislorodning chiqishi va birikishi bilan ham bogliq.
Karbonat angidridning fotosintezda o’zlashtirilishi va kislorod ajralib chiqishi. 2. Organik moddaning minerallashuvi va kislorodning uglerod bilan birikib karbonat angidrid ajralib chiqishidir. Birinchi jarayon yuksak o’simliklar, suv o’tlari va fotosintezlovchi bakteriyalar tomonidan amalga oshiriladi. Ikkinchi jarayonni mikroorganizmlar amalga oshiradi, bunda kislorod o’zlashtirilib yana fitosintez uchun substratlar karbonat angidrid va suv ajralib chiqadi. Havoda xajm bo’yicha 0,03% SO₂ mavjud. Agar mikroorganizmlar faoliyati, inson va hayvonlar nafas olish va faoliyati natijasida uning o’rni to’latilmasa 20 yilda fotosintez uchun sarf bo’lib tugaydi. Organik moddaning planetamizda yillik hosil bo’lishi taxminan 33*10¹¹ tonna bo’lsa, shuning asosiy qismi o’simliklar dunyosiga tegishli. SHuning uchun o’simliklarning turli-tuman qoldiqlari ham ko’p bo’ladi. SHu qoldiqlar tarkibida xilma-xil murakkab organik moddalar oqsillar, aminokischlotalar, kletchatkalar, lignin, tsellyuloza, yoglar, mumlar va x.zo ko’p bo’ladi. O’simliklar o’lgach uning qoldiqlaridagi organik moddalarning parchalanishi sodir bo’ladi. Bu parchalanishni tuban va takomillashgan zamburuglar, bakteriyalar aktinomitsetlar amalga oshirsa fitogen parchalanishi deyiladi. Umurtqasiz hayvonlar (sodda hayvonlar, chuvalchanglar, malyuskalar amalga oshirsa zoogen parchalanishi deyiladi. Tuproqda har ikkala parchalanish ham sodir bo’ladi ammo, fitogen parchalanish asosiy hisoblanadi. O’simlik qoldiqlarining parchalanishi bosqichma-bosqich amalga oshadi. Dastlab odiiy va kam polimerlashgan uglevodlar parchalandi. Polisaxaridlar (kraxmal, gemitsellyuloza, pektin va x.k. yoglar, mumlar sekin parchalanadilar. Kletchatka ayniqsa lignin juda chidamli bo’lib, mikroorganizmlar ta’sirida qiyin parchalanadilar shuning uchun ular tuproqda ko’proq to’planib qoladilar. Muhit sharoitiga qarab organik moddalar aerob va anaerob mikroorganizmlar ta’sirida parchalandi. Anaerob mikroorganizmlar ta’sirida organik moddalar parchalanganda oxirgi maxsulotlar organik kislotalar va spirtlar bo’lsa, aeroblar ta’sirida SO₂ va N₂O bo’ladi. Endi ana shu parchalanishlardan ba’zilarini ko’rib chiqamiz.
Spirtli bijgish va uning ahamiyati. Spirtli bijgish ba’zi achitqilar asosan saxarmukos avlodi vakillari ishtirokida sodir bo’ladi. Ba’zi bakteriyalar (sartsina) va mogor zamburugning alohida vakillari ham sodir etadilar. Muhit kuchsiz kislotalik ph – 4 – bo’lganda ular yaxshi rivojlanadilar va eritmada 15-17% gacha spirt to’planadi. Trushlar geksozlarni etil spirti va karbonat angidridgacha parchalaydi. Bu ikki fazada iborat bo’ladi. 1. Induktsion 2.Statsionar. Induktsion fazada tsirouzu kislotadan hosil bo’lgan sirka aldegid vodorod aktseptori siatida foydalanilmay qoladi. Natijada vodorod gilitserin aldegid biriktirib oladi va eritmada glitserin, sirka aldegid va S to’planadi. Ikkinchi fazada vodorodni sirka aldegid biriktiradi va spirt hosil bo’laveradi.
Spirtli bijgish nonvoychilikda, galla donlari va kartoshka kraxmalidan aroq ishlab chiqarishda, pivo pishirishda ham ahamiyatlidir.
Sut kislotali bijgish va uning ahamiyati. qadimda ma’lum bo’lgan uglevodlar bijgishning ancha oddiy xili bo’lib, uni amalga oshiruvchi mikroorganizmni o’tgan asrning 60-yillarida Lui Paster qatiqdan ajratib oldi. Buni streptokoknus laktus deb ataldi. Bu faqatgina sut kislota hosil bo’lganligi uchun gomofermentativ sut kislotali bijgish deyiladi.
Agarda glyukozada sut kislota va etil spirt hosil bo’lsa, SO₂ ajralib chiqsa bunday bijgish geterofermentativ sut kislotali bijgish deyiladi. Bakteriumlaktis aerogenez amalga oshirsa shunday bijgish sodir bo’ladi. Bifidobakteriyalar sirka kislota va sut kislota hosil qiladilar, bunday bijgish bifidobijgish deyiladi. Bunda hosil bo’ladi. Sut kislotali bijgish ahamiyati katta. Silos tayyorlashda, karam tuzlaganda, katiq pishloq tayyorlashda shu jarayon amalga oshadi.
Moy kislotali bijgish. Moy kislotali bijgishni klastridium buturikum bakteriyasi amalga oshiradi. Umuman klastridium avlodiga ko’p bakteriyalar kiradi va ular eruvchan uglevodlarni, aminokislotalarni, azot saqlovchi tsiklik birikmalarni, etil spirti va sirka kislotasi aralashmalarini bijgitib turli maxsulotlar hosil qiladilar. Moy kislotali bijgish umumiy reaktsiyasini tubandagicha izoxlash mumkin.
Moy kislotali bijgish sodir bo’lsa silos, tuzlangan karamlarda yoqimsiz xid paydo bo’ladi. Ammo, moy kislotasini ximiyaviy usullar bilan tozalab olinib sanoat ishlab chiqarishda ba’zi maqsadlarda foydalaniladi. Moy kislotasining bijgituvchisi sof kulturasidan foydalanib zavodlarda moy kislotasi olinadi.
Tarkibida uglerod saqlovchi ba’zi moddalarni oksidlanishi. Uglerod saqlovchi moddalar faqatgina bijgimasdan mikroorganizmlar ishtirokida oksidlanishiga ham uchraydilar. Masalan yoglar oksidlanib gletserin va yog kislotalariga parchalanadi. Bunda dastlab yog gidrozlanadi (lipoza ta’sirida) keyin parchalanadi.
Bu jarayon psevdomonos femoresns tayoqchasi sodir eta oladi. SHuningdek, glyukonobakter va atsetobakter avlodi vakillari etil spirtini sirka kislotasiga oksidlaydilar. Bu aerob sharoiti bo’lsa sodir bo’ladi va shunday izoxlanadi.
Havoli sharoitda turgan musallas va vinodan sirka kislotasi shunday hosil bo’ladi. Uglevodlarning oksidlanishidan turli xil organik kislotalar (oksalat, kaxrabo, limon, fumar, akonit, glyukon va x.k.) hosil bo’lishi ham mikroorganizmlar ta’sirida sodir bo’la oladi. CHunki, shu mikroorganizmlarda shu kislotalarni hosil qiladigan fermentlar mavjud bo’ladi.
TSellyuloza, gemitsellyuloza, lignin va pektin parchalanishi. TSellyuloza, gemitsellyuloza, lignin, pektin kabi qiyin parchalanadigan moddalar ham tuproq mikroorganizmlar ta’sirida parchalanadilar. Biosferadagi organik uglerodning 50% dan ko’progi tsellyuloza (kletchatka) tarkibidadir. TSellyuloza o’simliklarda eng ko’p uchraydigan (15-50% o’simlik massasini tashkil etadi) polisaxarid hisoblanadi. TSellyuloza aerob parchalanishi. Spiroxeta sitofaga deb nomlangan tayoqchasimon bakteriya faoliyati bilanboglikdir. Yana miksobakteriyalar tarkibiga kiruvchi ko’pgina bakteriyalarni ham parchalaydilar. Aktinomitsetlar, zamburuglar juda sekin parchalash qobiliyatiga ega.
Anaerob parchalanishni batsillalar oilasi vakillari, tipik vakili klostridium omelyanskiy (1902 yilda V.P.Omelyanskiy birinchi ajratib olganligi uchun shunday nomlangan) amalga oshiradilar. TSellyuloza parchalanishi ko’p bosqichda amalga oshadi. Dastlab fermentativ gidroliz sodir bo’ladi. Disaxarid tsellobioza hosil bo’lib, keyin undan β- glyukozidaza ishtirokida glyukoza hosil bo’ladi. Anaerob parchalanishida hosil bo’lgan glyukozadan keyinchalik turli xil organik kislotalar vujudga keladi. Gemitsellyuloza parchalanishi esa juda ko’p avlod vakillari ishtirokida sodir bo’lishi mumkin. Bunday mikroorganizmlarga Klostridium, Batsillus, Sitofaga, Sporositofaga, Vibrio, Streptomukes, Zamburuglardan Asperkullus, Rizopus, Fomes, Poliporus avlodlari kiradilar. Gemitsellblozani parchalovchi ferment kislanaza yoki gemitsellyulaz deb nomlanadi.
Lignin parchalanishini normal iqlimiy (haroratda) Bazidiyalik zamburuglar va takomillashgan xilma-xil zamburug’lar klostridium bakteriyalari amalga oshiradilar. Lignin suvda ham, organik erituvchilarda ham eritmaydigan modda bo’lib o’simliklarda ximiyaviy tarkibi jixatidan har xildir. Hatto bitta o’simliklarda ham uning o’sish fazasiga qarab har xil tarkibida bo’ladi. Molekulyar massasi 1000-10000 atrofida bo’lib, uglerod, vodorod, kisloroddan iborat xolos. Oksidlanganda aldegidlar hosil qilib parchalanadi, shuningdek aromatik moddalar vanilin va boshqa metoksillangan aromatik tuzilishidagi moddalarga parchalanishi ham mumkin.
Pektin moddalar parchalanganda galakturon kislotasi, pektin kislotasi, galaktoza, ksiloza, arabinoza, metil spirti, sirka kislota kabi moddalar hosil bo’ladi. Bu modda parchalanishi ham klastridium avlodi vakillari bilan boglik. Bu bakteriyalar pektin kislotasi hosil bo’lgandan keyin u parchalanib galaktoza arabinoza va boshqa moddalarni hosil qilgach, shu moddalardan moy kislotasi, sirka kislotasi, oz miqdorda atseton va butil spirtlarni hosil qiladilar.
Yuqorida keltirilgan ma’lumotlardan ko’rinib turibdiki uglerodli murkkab moddalarning parchalanishi xalq xo’jaligida katta ahamiyatga egadir. Spirt ishlab chiqarish, vinochilik, sirka tayyorlash, pivo pishirish, novvotchilik, qatiq, pishloq tayyorlash, silos tayyorlash, sabzavotlarni tuzlash, kanopga ishlov berib tolasidan foydalanish, boshqa turli xil soxalarda ahamiyatli ekanligini ko’rib o’tishning o’zi kifoya.
Xulosalar. Xulosa qilib aytganda ugrelodli moddalarning turli xil mikroorganizmlar tomonidan oksidlanish, parchalanish, bijgish natijasida turli xildagi yuqorida aytilgan moddalar hosil bo’lishi bilan birga tuproqni o’simlik qoldiqlaridan tozalashda, go’ng tarkibidagi uglerodli moddalarni, chiqindilar tarkibidagi uglerodli moddalarni sanoat chiqindisidagi ligninni parchalab tuproq unumdorligi yanada oshirilishi va o’simliklar ozuqa bilan ta’minlanishi yaxshilanishi, o’sish-rivojlanish yaxshilanib yana mo’l hosil berishga kelib taqaladi. Buni ma’ruza boshlanishida berilgan uglerod aylanishiga boglasangiz uning ahamiyati yanada chuqurroq namoyon bo’ladi.
Bakteriyalarning o’sishi va oziqlanishi uchun vitamin va fermentlarning ahamiyati. Odatdagi oziq moddalardan tashqari bakteriyalarni o’sishi uchun vitaminlar ham kerak. Masalan, pnevmakokk va gemolotik streptokokk tiamin (vitamin V₁) yo’q joyda umuman o’smaydi, boshqa mikroblar masalan, ichak tayoqchasi esa shu vitaminni sintezlay oladi.
Bakteriyalarni o’sishi uchun nikotin kislota, pantoten kislota, riboflabin(vitamin V₁), biotin(vitamin N), pirolaksin (vitamin V₆), paraminobenzoat, foli kislota va boshqa ko’p moddalarning ahamiyati katta.
Aksari vitaminlarni kimyoviy tabiati hali o’rganilmagan. Bir xil bakteriyalarga kerakli ba’zi vitaminlarni ikkinchi xil vitaminlar sintezlashi ham ahamiyatga ega. Ayrim bakteriyalar o’ziga zarur vitaminni sintezlay olishi ham ma’lum.
Oziqlanish jarayonida fermentlarning ahamiyati katta. CHunki mikroorganizmlar turli organik moddalarni kimyoviy ravishda parchalab, shu yo’l bilan oziqlanadi va ba’zilari shuni qabul qilib, so’ngra ularni o’z hujayrasida qaytadan sintez qiladi va tanasining ayrim qismlarini tuzadi.
Mikroorganizm hujayrasida o’tadigan jarayonlar fermentlarning aktivligiga bog’liqdir. Fermentlar suv, tuz, kislota va ishqor eritmalarida eriydi. Ular oqsil kompleksi, kristalsimon va eritmani tubiga tushadi. Fermentlar ikki guruhga bo’linadi:

1. 
   Bir komponentli-faqat oqsildan iborat.
   
2. 
   Ikki komponentli-oqsil tashuvchi, prostetik yoki aktiv guruhdan iborat. Oqsil tashuvchi apoferment va aktiv gruppasi (koenzima) ferment nomini olgan. Alohida oqsil tashuvchi ostetik gruppalari fermentning xususiyatlariga ega emas, ammo birlashganda fermentlarning xususiyatlariga egadir.
   

Fermentlarning umumiy xususiyatlari:

1. 
   Spetsifikligi (maxsus ta’sir etishligi). Fermentlar faqat maxsus kimyoviy birlashmalarga yoki ularning gruppalariga ta’sir etadi. Masalan, laktoza fermenti faqat sut shakarini, ureaza esa mochevinani parchalaydi va xokazo.
   
2. 
   Fermentlarning katalitik aktivligi kam miqdorda bo’ladi. Masalan, 1 gr amilaza 1 t kraxmalni parchalashi mumkin. 2 gr ximozin esa 12 t sutni ivitadi.
   
3. 
   Termolobilligi - fermentlar isitishda tezda parchalanadi. Masalan,]50]60⁰Sda fermentlar o’zining aktivligini pasaytiradi. ]80⁰Sda esa aktivligini yo’qotadi, ]100⁰Sda esa to’la parchalanadi. Fermentlarning aktivlgi ]30]50⁰Sda yaxshi o’tadi, hayvonlardagi fermentlar esa ]37]40⁰Sda aktiv bo’ladi.
   
4. 
   Ta’siri ma’lum pH muhitda o’tadi. Masalan, pesin pH ning 1,5-2,5, tripsin 7,8-8,7, katalaza va ureazalar esa pH ning 7-muhitida yaxshi ta’sir etadi.
   
5. 
   Reaktsiyalarning oxirida o’zgarmaydi va hosil bo’lgan mahsulotlarning tarkibiga kirmaydi.
   

Nazorat uchun savollar:

1. 
   Karbonat angidrid va kislorod aylanishini aytib bering?
   
2. 
   Spirtli bijgish va uning ahamiyati?
   
3. 
   Sut kislotali bijgishi va uning ahamiyati?
   
4. 
   Moy kislotasi bijgish?