ЛЕКЦИЯ № 5а

Физиология и биохимия микроорганизмов

1. Метаболизм

Метаболизм – это совокупность двух противоположных, но взаимосвязанных процессов:

• энергетического метаболизма (катаболизма),

• пластического (конструктивного)- анаболический метаболизм

Прокариоты в процессе ферментативных катаболических реакций выделяют энергию, которая аккумулируется в АТФ.

В процессе ферментативных анаболических реакций эта энергия расходуется на синтез макромолекул органических соединений, из которых строятся составные части микробной клетки (биополимеры).

На определенных этапах метаболизма образуются промежуточные продукты – амфиболиты, которые используются в обоих процессах.

Метаболизм микроорганизмов очень разнообразен.

В качестве питательных веществ микробные клетки используют различные органические и минеральные соединения.

2. Источники углерода и типы биологического окисления

Автотрофные организмы могут синтезировать органические соединения из неорганических веществ (СО₂ и Н₂О), используя дополнительные источники энергии.

Гетеротрофные используют готовые органические «питательные вещества» и живут за счет автотрофных организмов и их биосинтетических процессов.

При распаде органических веществ химически связанная энергия освобождается ( катаболизм, диссимиляция).

Этот распад без участия О₂ – анаэробные условия – приводит к образованию органических продуктов, богатых энергией – органические кислоты, этанол (брожение).

При использовании О₂ - аэробные условия – образуются СО₂ и Н₂ О (дыхание), бедные энергией.

Расщепление углеводов происходит в результате последовательного воздействия на субстрат ферментов. Этот процесс начинается с гликолиза.

Гликолиз – это процесс окислительного расщепления, происходящий в цитоплазме бактерий и ведущий от фруктозо-1,6-фосфата к промежуточному продукту – пировиноградной кислоте.

При молочнокислом брожении ( стрептококки, лактобациллы) водород (Н₂) переносится на пировиноградную кислоту и образуется молочная кислота.

При спиртовом брожении (сахаромицеты) пировиноградная кислота сначала декарбоксилируется, т.е. от нее отщепляется СО₂ , а затем промежуточный продукт (ацетальдегид) восстанавливается в этиловый спирт (этанол) в результате переноса водорода ( Н₂ ).

При маслянокислом брожении ( клостридии) пировиноградная кислота превращается в ацетат, связанный с коферментом. Два таких остатка соединяются в ацетоацетат, который восстанавливается до н-масляной кислоты.

Ключевую роль в таких реакциях играют пентозофосфаты и цикл называется пентозофосфатным.

В связи с большой потребностью прокариот в пировиноградной кислоте, некоторые микроорганизмы ( Pseudomanas) получают энергию с помощью специфического метаболического пути – Энтнера – Дудорова.

Автотрофный метаболизм осуществляется бактериями путем фотосинтеза и хемосинтеза.

Хемосинтез – аэробный процесс. При аэробном (кислородном) дыхании акцептором служит О₂ .

Фотосинтез – анаэробный процесс. При анаэробном (бескислородном) дыхании акцептором служат неорганические соединения.

Исходя из этого, выделяют группы бактерий по типу дыхания:

- строгие (облигатные) аэробы, которые размножаются только в присутствии О₂ - псевдоманады

- микроаэрофилы, которым требуется меньшее количество О_{2 –} кампилобактеры

- факультативные анаэробы, которые могут размножаться в аэробных и анаэробных условиях – энтеробактерии

- строгие (облигатные) анаэробы, которые размножаются только в бескислородных условиях – бактероиды

- аэротолераннтные бактерии, которые способны расти в присутствии О₂, но они не используют его в качестве источника энергии, а получают энергию при брожении – молочнокислые бактерии .

Токсические действия О₂ на бактерии объясняется отсутствием у бактерий ферментов каталаз и системы регуляции окислительно – восстановительного потенциала.