Переносчик

S₁ S₂ S₃

Цитоплазма

Рис. 3.2. Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану

S₁,S₂,S₃– переносимые вещества

Энергетический обмен

Для переноса питательных веществ через ЦПМ и синтеза из них основных компонентов клетки, размножения, движения, микроорга­низмам необходима энергия, поэтому отдельные химические реакции, обусловливающие построение веществ тела микроорганизмов (биосинтез), должны быть сопряжены с реакциями, в результате кото­рых выделяется энергия.

Совокупность окислительно-восстановительных реакций, проте­кающих в клетке, за счет которых клетка получает энергию, называется энергетическим обменом.

Большинство микроорганизмов получают энергию при реакциях окисления органических веществ - углеводов, аминокислот, липидов и др. Эти вещества окисляются путем отдачи водорода - дегидрировани­ем - через ряд последовательных ферментативных реакций. Водород и электроны, отнятые от окисляемого субстрата (донора), переносятся к конечному акцептору ступенчато с помощью различных окислительно-восстановительных ферментов. К таким ферментам относятся дегидрогеназы и ферменты цитохромной системы: цитохромы и цитохромоксидаза, которые переносят электроны. Дегидрогеназы и цитохромная система образуют так называемую дыхательную цепь. Конечным ферментом этой цепи является цитохромоксидаза. Она передает элек­троны молекулярному кислороду, который при этом активируется и приобретает способность соединяться с ионами водорода, в результате чего образуется вода.

Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду определяется набором окислительно-восстановительных ферментов, входящих в состав клетки. В зависимости от способа получения энергии и от конечного акцептора водорода (электронов) микроорганизмы можно разделить на три физиологические группы по отношению к молекулярному кислороду: облигатные аэробы, облигатные анаэробы и факультативные (условные) аэробы и факультативные анаэробы (рис.3.3).

Аэробы – микроорганизмы, нуждающиеся в молекулярном кислороде.

Анаэробы не требуют для своего развития присутствия кислорода и их энергетические и конструктивные процессы протекают без его участия. Конечными акцепторами водорода служат органические и неорганические вещества.

Микроорганизмы

Аэробы

Анаэробы

Облигатные

Факультативные

Облигатные

Растущие в присутствии воздуха

Строгие

Аэротолерантные

Микроаэрофилы

Рис. 3.3. Отношение микроорганизмов к кислороду

Аэробы и анаэробы подразделяются на облигатные и факультативные.

Облигатные (или строгие) аэробы растут только в присутствии кислорода. К ним относится часть автотрофов и большинство гетеротрофных микроорганизмов (например, уксуснокислые, многие гнилостные бактерии, актиномицеты, мицелиальные грибы и некоторые дрожжи). Среди облигатных аэробов выделяется группа микроорганизмов, способных расти в присутствии атмосферного кислорода, т.е. при концентрации последнего не ниже 21% и группа микроаэрофилов, лучше всего развивающихся при концентрации кислорода не более 2%. Аэробные гетеротрофные микроорганизмы окисляют органические вещества в присутствии молекулярного кислорода, который является конечным акцептором водорода. Автотрофы окисляют минеральные вещества путем прямого присоединения кислорода.

Облигатные анаэробы не нуждаются в кислороде. Они также делятся на строгих анаэробов и аэротолерантных. Строгие анаэробы не переносят даже ничтожных количеств кислорода в среде и быстро погибают. Для них кислород ядовит. К ним относятся маслянокислые бактерии, клостридии, в том числе и возбудитель тяжелого пищевого отравления - ботулизма и др. Аэротолерантные микроорганизмы обладают метаболизмом только анаэробного типа, но могут расти и развиваться в присутствии кислорода, не включая его в свой обмен (например, молочнокислые бактерии). Кислород не является для них ядом.

Факультативные аэробы и факультативные анаэробы это микроорганизмы, приспособившиеся в зависимости от наличия кислорода в окружающей среде или его отсутствия, переключаться с одного метаболического пути на другой. При наличии кислорода они используют его в своих обменных процессах, а при отсутствии получают энергию другим способом. К этой группе относятся, например, бактерии кишечной группы , большинство дрожжей, часть гнилостных бактерий.

Начало окислительного процесса независимо от того, участвует в нем кислород или нет, связано с воздействием на окисляемые субстраты ферментов дегидрогеназ. Поэтому дегидрогеназы имеются абсолютно у всех микроорганизмов. Цитохромы имеются у аэробов и факультативных анаэробов, но никогда не встречаются у строгих анаэробов. Цитохромоксидаза имеется только у аэробов, поэтому они могут осуществить полное окисление субстрата до углекислого газа и воды.