Лекция №1.3 Тема: «Дыхание, брожение и фотосинтез микроорганизмов. Методы исследования обмена веществ у микроорганизмов»

Вопросы:

1. Определение и природа дыхания, его типы

1. Определение дыхания микробов

2. Типы дыхания микроорганизмов

1. Аэробное дыхание микроорганизмов.

2. Анаэробное дыхание микроорганизмов

2. Механизм дыхательного процесса. Внутриклеточная локализация, строение и физиологическая функция электронтранспортных цепей.

2.1 Локализация и состав компонентов электронтраспортной (дыхательной) цепи

2. Строение и физиологические функции компонентов электронтранспортной цепи

2.3 Окислительно-восстановительные потенциалы

3. Определение и природа брожения

4. Сбраживаемые и несбраживаемые соединения, их роль в природном балансе.

5.Типы брожения у микроорганизмов

5.1Гомоферментативное молочнокислое брожение.

5.2 Нетипичное (гетероферментативное) молочнокислое брожение.

5.3 Спиртовое брожение.

6. Спектральный состав солнечного света.

7. Фотосинтез и фотосинтезирующие микроорганизмы.

8. Особенности конструктивного метаболизма у фотосинтезирующих бактерий (биосинтетические процессы).

1. Определение и природа дыхания, его типы

1.1 Определение дыхания микробов

Термин "дыхание" впервые был введен для обозначения определенного процесса, связанного с жизнедеятельностью высших организмов (растений и животных). Два основных признака характеризуют этот процесс:

1) газообмен с внешней средой с обязательным участием кислорода;

2) дыхание является необходимым условием поддержания жизнедеятельности микроорганизма.

Слайд №3 .В свою очередь дыхание подразделяется на:

1) не связанное с запасанием энергии для клетки-свободное окисление;

2) окисление, сопряженное с запасанием энергии.

Свободное окисление — это реакции, в результате которых энергия выделяется в виде тепла. Реакции свободного окисления имеют важное значение для терморегуляции как у животных, так и у микроорганизмов

Слайд №4 .Окисление, сопряжённое с запасанием энергии.

В то время как большинство анаэробных микроорганизмов способно синтезировать АТФ только путём фосфорилирования на уровне субстрата, аэробы могут осуществлять более эффективную регенерацию АТФ. Они обладают особым аппаратом: дыхательной (электрон-транспортной) цепью и ферментом АТФ-синтазой; обе системы у прокариот находятся в плазматической мембране, а у эукариот- во внутренней мембране митохондрий. Восстановительные эквиваленты (атомы водорода или электроны), полученные клеткой из субстратов поступают в дыхательную цепь, расположенную в мембране, и электроны переносятся на кислород (0₂) (или другие терминальные акцепторы электронов). В дыхательной цепи происходят реакции, представляющие собой биохимический аналог сгорания водорода. От химического горения молекулярного водорода они отличаются тем, что значительная часть свободной энергии переводится при этом в биологически доступную форму, т. е. в АТФ, и лишь небольшая доля рассеивается в виде тепла.

В настоящее время окисление определяют как процесс отнятия водорода (дегидрирование), а восстановление — его присоединение. Эти термины применяют к реакциям, связанным с переносом протонов и электронов или только электронов. При окислении вещества происходит потеря электронов, а при восстановлении — их присоединение. Перенос водорода и перенос электронов при дыхании — это эквивалентные процессы.

Таким образом, биологические преобразования в цитоплазме микробной клетки связаны с движением протонов и электронов, но это не простое электрическое движение, а сложный биохимический процесс, который осуществляется при помощи ферментов. Последние катализируют реакции, ускоряют разрыв ковалентных связей и тем самым снижают затраты энергии на активацию.

Энергия,освобождаемая в процессе окислительно-восстановительных реакций, накапливается в макроэргических соединениях АДФ и АТФ (аденозиндифосфат и аденозинтрифосфат). В процессе биологического окисления (дыхания) происходит освобождение энергии, которая вначале накапливается в трансмембранной разности электрических потенциалов (так как электрон проходит через мембрану) и трансмембранной разности концентрации ионов водорода. Образованная таким путём энергия электрохимического потенциала ионов водорода расходуется затем на синтез АТФ.

Слайд №5. Таким образом, дыхание бактерий представляет собой метаболический процесс ферментативного биологического окисления различных органических соединений и некоторых минеральных веществ, идущий как без, так и с образованием АТФ, в ходе которого органические или неорганические соединения служат донорами электронов (они при этом окисляются), а акцепторами электронов обязательно служат неорганические соединения (они при этом восстанавливаются).