Вплив рН на мікробіологію росту мікробів
Йогурт, соління, квашена капуста та приправлені вапном страви зобов’язані своїм гострим смаком високому вмісту кислоти (рис. 1). Нагадаємо, що кислотність є функцією концентрації іонів водню [Н +] і вимірюється як рН. Середовища зі значеннями рН нижче 7,0 вважаються кислими, тоді як середовища зі значеннями рН вище 7,0 вважаються основними. Екстремальний рН впливає на структуру всіх макромолекул. Водневі зв’язки, що утримують ланцюги ДНК, розпадаються при високому рН. Ліпіди гідролізуються при надзвичайно основному рН. Рушійна сила протону, відповідальна за продукцію АТФ у клітинному диханні, залежить від градієнта концентрації Н + у плазматичній мембрані (див. Клітинне дихання). Якщо іони Н + нейтралізуються гідроксид-іонами, градієнт концентрації руйнується і погіршує виробництво енергії. Але найбільш чутливим до рН клітиною компонентом є його робоча конячка, білок. Помірні зміни рН змінюють іонізацію амінокислотних функціональних груп і порушують водневий зв’язок, що, в свою чергу, сприяє змінам згортання молекули, сприяючи денатурації та руйнуючи активність.
Малюнок 1. Молочнокислі бактерії, які зброджують молоко в йогурт або перетворюють овочі в соліннях, процвітають при рН, близькому до 4,0. Квашена капуста та такі страви, як піко де галло, своїм пікантним смаком зобов’язані кислотності. Кислі продукти протягом століть були головною основою раціону людини, частково тому, що більшість мікробів, що спричиняють псування їжі, найкраще ростуть при майже нейтральному рН і погано переносять кислотність. . роботи “regan76 ″/Flickr)
оптимальний ріст рН - це найбільш сприятливий рН для росту організму. Найнижче значення рН, яке може переносити організм, називається мінімальний ріст рН а найвищий рН - максимальний ріст рН. Ці значення можуть охоплювати широкий діапазон, що важливо для збереження їжі та виживання мікроорганізмів у шлунку. Наприклад, оптимальний рН росту Salmonella spp. становить 7,0–7,5, але мінімальний рН зростання ближче до 4,2.
Малюнок 2. Криві показують приблизні діапазони рН для зростання різних класів рН-специфічних прокаріотів. Кожна крива має оптимальний рН та екстремальні значення рН, при яких ріст значно зменшується. Більшість бактерій є нейтрофілами і найкраще ростуть при майже нейтральному рН (центральна крива). Ацидофіли мають оптимальний ріст при значеннях рН близько 3, а алкаліфіли мають оптимальний ріст при значеннях рН вище 9.
Більшість бактерій є нейтрофіли, це означає, що вони оптимально ростуть при рН в межах однієї або двох одиниць рН нейтрального рН 7 (див. малюнок 2). Найбільш знайомі бактерії, як кишкова паличка, стафілококи, і Сальмонели spp. є нейтрофілами і погано переносять кислий рН шлунка. Однак існують патогенні штами кишкової палички, S. typhi та інших видів кишкових збудників, які набагато стійкіші до шлункової кислоти. Для порівняння, гриби процвітають при слабокислих значеннях рН 5,0–6,0.
Називаються мікроорганізми, які оптимально ростуть при рН менше 5,55 ацидофіли. Наприклад, окислювач сірки Сульфолобус spp. Ізольовані від сірчаних грязьових полів та гарячих джерел в Єллоустонському національному парку є надзвичайними ацидофілами. Ці археї виживають при значеннях рН 2,5–3,5. Види архейського роду Фероплазма живуть у кислотному шахтному дренажі при значеннях рН 0–2,9. Лактобактерії бактерії, які є важливою частиною нормальної мікробіоти піхви, можуть переносити кисле середовище при значеннях рН 3,5–6,8, а також сприяють підвищенню кислотності піхви (рН 4, крім початку менструації) завдяки своєму метаболічному продукуванню молочної кислоти. Кислотність піхви відіграє важливу роль у пригніченні інших мікробів, які менш толерантні до кислотності. Ацидофільні мікроорганізми демонструють ряд пристосувань для виживання в сильних кислих середовищах. Наприклад, білки демонструють підвищений негативний поверхневий заряд, який стабілізує їх при низькому рН. Насоси активно викидають іони Н + з клітин. Зміни у складі мембранних фосфоліпідів, ймовірно, відображають необхідність підтримувати текучість мембрани при низькому рН.