3. Энергетический обмен микробной клетки.
Описанные выше процессы конструктивного обмена – синтез веществ клетки из поступивших в нее извне питательных веществ, активный перенос этих веществ через цитоплазматическую мембрану и многие другие процессы жизни – протекают с затратой энергии.
Любое природное органическое вещество и многие синтетические могут быть использованы гетеротрофами, но не всеми. Одни окисляют многие органические вещества, другие – лишь небольшой набор их, имеются и такие, которые проявляют большую специфичность по отношению к энергетическому материалу.
Поскольку возбудители порчи пищевых продуктов и используемые при переработке пищевого сырья относят к хемоорганотрофам, их энергодающие процессы и рассматриваются ниже.
Вещество, теряющее электроны, окисляется, а присоединяющее их – восстанавливается.
Вещество, отдающее водород (электроны), называется донором, а вещество, присоединяющее их, – акцептором.
Биологическое окисление (в клетках) органических веществ происходит чаще путем дегидрогенерирования. Так как атом водорода состоит из протона (Н+) и электрона (е-), перенос водорода с одного вещества на другое включает и перенос электрона.
Перенос водорода (электрона) от подвергающегося окислению вещества к акцептору осуществляется различными окислительно-восстановительными ферментами.
Реакцию окисления – восстановления можно изобразить следующим образом:
А
Н2
+ В А + ВН2
+ энергия
донор акцептор окисленное восстановленное
водорода водорода вещество вещество
Конечным акцептором водорода может быть кислород воздуха или другое вещество, способное восстанавливаться.
Большое количество энергии, образуемой микроорганизмами, выделяется в окружающую среду и вызывает повышение температуры. Подобное явление наблюдается при силосовании энергии, биотермическом обеззараживании навоза, в скирдах или стогах плохо высушенного сена, во влажном зерне. Тепло, выделяемое микроорганизмами называется биотопливом. Оно может быть использовано в сельском хозяйстве при создании парников для выращивания ранних овощей, приготовлении бурого сена и тд.
В зависимости от конечного акцептора водорода хемоорганотрофные микроорганизмы делят на две группы:
аэробы, окисляющие органические вещества с использованием молекулярного кислорода, который и является конечным акцептором водорода;
анаэробы, которые в энергетических процессах не используют кислород. Конечными акцепторами водорода служат органические или неорганические соединения.
Аэробы хорошо растут на поверхности среды, которая соприкасается с воздухом. Анаэробы в такой среде жить не могут, поскольку они приспособлены к существованию при более низком окислительно-восстановительном потенциале. Факультативные анаэробы могут развиваться при окислительно-восстановительном потенциале как для аэробов (14-12 и выше), так и для анаэробов (0-12). Эта группа более многочисленна по своему составу и включает в себя как сапрофитов, так и паразитов.