Аэробные микроорганизмы

Многие аэробные микроорганизмы, к которым относят грибы, некоторые дрожжи и многие бактерии, подобно высшим организмам (растениям, животным), окисляют органические вещества полностью до минеральных веществ – углекислого газа и. воды. Процесс этот называется дыханием.

В качестве энергетического материала в процессе дыхания микроорганизмы часто используют углеводы. При этом сложные (ди-, три- и полисахариды) ферментативным путем гидролизуются до моносахаров, которые и подвергаются окислению.

Этот процесс в общем виде может быть представлен следующим уравнением:

С₆Н₁₂О₆, + 6О₂ = 6С0₂ + 6Н₂0 + 2,87 • 10⁶ Дж

Как видно из уравнения, при полном окислении глюкозы освобождается вся потенциальная (свободная) энергия молекулы глюкозы.

Приведенное уравнение характеризует процесс в суммарном виде, показаны лишь исходный и конечные продукты окисления.

Однако процесс этот многоэтапный и протекает при участии многих ферментов с образованием различных промежуточных продуктов. Обязательным промежуточным продуктом в процессе биологического окисления глюкозы является пировиноградная кислота.

Известно несколько путей расщепления глюкозы до этого важнейшего промежуточного продукта. Одним из таких путей является распад глюкозы, называемый гликолитическим. Он довольно универсален и свойствен многим аэробным и анаэробным, микроорганизмам.

В процессе дыхания аэробных микроорганизмов пировиноградная кислота в дальнейшем подвергается полному окислению до СО₂ и Н₂0, вступая в сложный цикл превращений (цикл Кребса) с образованием три- и дикарбоновых кислот, последовательно окисляющихся (отщепляется Н₂) и декарбоксилирующихся (отщепляется СО₂).

Окисление одной молекулы пировиноградной кислоты сопровождается выделением трех молекул углекислого газа и пяти пар водородных атомов.

Водород, отщепленный от окисляемых в цикле Кребса кислот, посредством коферментов (НАД и НАДФ) соответствующих дегидрогеназ передается по так называемой «дыхательной цепи», состоящей из комплекса ферментов, к конечному акцептору – молекулярному кислороду.

Освобождающаяся при переносе электронов в дыхательной цепи энергия затрачивается на синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата, т.е. запасается в форме энергии фосфатной связи АТФ. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием.

Некоторые аэробные гетеротрофные микроорганизмы получают энергию за счет неполного окисления органических веществ; при этом в среде накапливаются промежуточные недоокисленные продукты, преимущественно органические кислоты.

При неполном окислении энергетического материала высвобождается соответственно меньшее количество энергии. Часть потенциальной энергии окисляемого вещества остается в продуктах неполного окисления. Например, некоторые плесневые грибы в определенных условиях окисляют сахар с образованием воды и различных органических кислот – глюконовой, лимонной, яблочной, щавелевой, янтарной и др. Уксуснокислые бактерии окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты и воды:

С₂Н₅ОН + О₂ = СН3СООН + Н₂0 + 0,48 • 10⁶ Дж

В молекуле спирта заключено энергии 1,37• 10⁶. Дж. Как видно из уравнения, освобождается только часть энергии, много ее остается в уксусной кислоте.

Некоторые из этих окислительных процессов используют в промышленности, например, при производстве уксуса, лимонной и глюконовой кислот.