Дыхание микроорганизмов. Типы дыхания. Сущность биологического окисления и его конечный результат у аэробов и анаэробов.
Дыхание бактерий – способ добывания энергии, биологический процесс переноса электронов через дыхательную цепь от доноров к реципиентам с образованием АТФ- универсального аккумулятора химической энергии.
Доноры электронов при этом окисляются, отдавая электроны, а акцепторы – восстанавливаются, принимая электроны. Донорами электронов в процессах дыхания могут быть как органические соединения (у органотрофов), так и неорганические вещества (у литотрофов). Конечным акцептором электронов при дыхании служат либо молекулярный кислород (аэробное дыхание), либо неорганические соединения (анаэробное дыхание). Выделяющаяся при этом энергия запасается в молекулах АТФ.
Аэробным называется дыхание, где акцептором электронов является молекулярный кислород (О2).
А
наэробное
дыхание - акцептором служит связанный
кислород (нитрат, сульфат и др.) -
нитратное, сульфатное.
Ферментативное расщепление углеводов происходит в основном в анаэробных условиях (брожение). По конечному продукту расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.
Классификация бактерий по типу дыхания - биологического окисления.
По типу дыхания бактерии подразделяются на несколько групп.
Облигатные (строгие) аэробы растут и размножаются только при свободном доступе кислорода (например, микобактерии туберкулеза); они требуют для своего развития присутствия в среде культивирования не менее 20% кислорода. Кислород для облигатных аэробов является конечным акцептором электронов.
Микроаэрофильные бактерии (микроаэрофилы) развиваются при низкой (до 1%) концентрации кислорода в окружающей атмосфере (например, лептоспиры, бруцеллы).
Факультативные анаэробы развиваются как при доступе кислорода воздуха, так и при его отсутствии (энтеробактерии). Они обладают смешанным типом метаболизма: в присутствии кислорода энергия у них запасается в результате дыхания, а при отсутствии кислорода процесс получения энергии переключается на брожение.
Облигатные анаэробы растут и размножаются только в бескислородных условиях (возбудитель ботулизма). Тип метаболизма у них бродильный.
Аэротолерантные микроорганизмы не используют кислород для получения энергии, но могут развиваться в его атмосфере (например, молочнокислые бактерии).
Различное отношение микроорганизмов к кислороду связано с наличием у них различных ферментных систем, в частности, супероксиддисмутазы, каталазы и пероксидазы, которые участвуют в нейтрализации токсичных перекисных соединений.
Брожение – это процесс получения энергии, при котором донорами и акцепторами электронов служат органические соединения (углеводы, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания и др.). При брожении конечный акцептор водорода образуется за счет самого субстрата.
Продуктами брожения являются органические кислоты, спирты, газы. Эти восстановленные конечные органические соединения выделяются в питательную среду и накапливаются в ней. В зависимости от природы конечных продуктов различают спиртовое, молочнокислое, муравьинокислое, маслянокислое брожение. Получение энергии путем брожения наблюдается у облигатных и факультативных анаэробов в бескислородной среде.
Спиртовое брожение характерно в основном для дрожжей и некоторых видов бактерий. Конечными продуктами спиртового брожения являются этиловый спирт и углекислый газ. Из одной молекулы глюкозы получается две молекулы этанола и две молекулы углекислого газа. Этот вид брожения используется в виноделии, хлебопекарной промышленности.
Молочнокислое брожение наблюдается у лактобацилл, бифидобактерий, стрептококков. Конечными продуктами молочнокислого брожения являются молочная кислота, уксусная кислота, этиловый спирт. Этот вид брожения используется при получении молочнокислых продуктов питания.
Муравьинокислое брожение характерно для энтеробактерий и вибрионов. Конечными продуктами этого вида брожения являются муравьиная, янтарная, молочная кислота, ацетоин.
Маслянокислое брожение характерно для строгих анаэробов (в частности, КЛОСТРИДИЙ). При этом продуктами сбраживания углеводов являются масляная, уксусная, капроновая и другие органические кислоты, бутанол, ацетон, изопропанол и другие соединения.
Сущность биологического окисления заключается в совокупности окислительно-восстановительных превращений веществ в живых организмах. Оно направлено на получение энергии. 4
У аэробов органическое вещество окисляется до конечных продуктов — углекислого газа и воды. При этом освобождается весь запас энергии данного вещества. Примеры аэробов: уксуснокислые бактерии, плесневые грибы. 3
У анаэробов дыхание происходит без использования свободного кислорода. Конечные продукты окисления всегда представляют собой сложные органические соединения, имеющие большой запас энергий, — спирты, кислоты и другие. Примеры анаэробов: возбудители маслянокислого и пропионовокислого брожений, столбнячная палочка. Факультативные анаэробы могут развиваться и в аэробных, и в анаэробных условиях. Таковыми являются молочнокислые бактерии, кишечная и тифозная палочки, протей, дрожжи.
ЧАТ ГПТ
Биологическое окисление представляет собой ключевой процесс, благодаря которому организмы получают энергию, необходимую для выполнения всех жизненно важных функций. Этот процесс происходит как у аэробов, так и у анаэробов, но имеет свои особенности в зависимости от типа организма.
Аэробы — это организмы, которые используют кислород для окисления органических веществ. Процесс биологического окисления у аэробов включает несколько этапов, наиболее известным из которых является клеточное дыхание. В этом процессе фруктозу или другие углеводы, путем гликолиза, трансформируют в пируват, который затем поступает в митохондрии, где происходит его дальнейшее окисление в цикл Кребса с образованием АТФ, углекислого газа и воды. Конечным результатом такого окисления становится большая энергия в виде АТФ, которая используется для биосинтетических реакций и других жизненных процессов.
С другой стороны, анаэробы — это организмы, которые способны извлекать энергию из органических веществ без участия кислорода. В этой группе различают строгие анаэробы, которым кислород абсолютно не нужен, и факультативные анаэробы, которые могут использовать кислород, но могут выживать и в его отсутствие. Анаэробное дыхание и ферментация являются основными процессами окисления у анаэробов. При анаэробном дыхании используются различные акцепторы электрона (например, сульфат или нитрат), в то время как при ферментации, такой как алкогольная или молочнокислая, конечными продуктами являются органические соединения, такие как этанол или молочная кислота. Хотя конечная энергия, получаемая в результате этих процессов, значительно меньше, чем у аэробов (при ферментации происходит образование лишь 2 молекул АТФ на каждую молекулу глюкозы), они могут эффективно функционировать в условиях низкого содержания кислорода.
Таким образом, сущность биологического окисления сводится к процессам, через которые организмы получают энергию из пищи, используя различные пути в зависимости от наличия или отсутствия кислорода. Конечные результаты окисления у аэробов - это углекислый газ и вода, в то время как у анаэробов конечными продуктами могут быть разнообразные органические соединения, такие как спирт и кислоты, что позволяет микроорганизмам адаптироваться к различным экологическим условиям.