Использование энергии микроорганизмами

Освобождаемая в процессах дыхания и брожения свободная энергия не может быть непосредственно использована клеткой.

Энергия должна быть преобразована в биологически полезную форму – в химическую энергию макроэргических фосфатных связей фосфорорганических соединений, главным из которых является АТФ. Только часть энергии окисления органических веществ переводится в доступную для клетки форму (резервируется в АТФ). Значительное количество, преимущественно в виде тепловой энергии, теряется – рассеивается во внешней среде.

АТФ является универсальным переносчиком химической энергии между реакциями как с выделением энергии, так и с ее затратой. АТФ называют «энергетической валютой» клетки. Из этого своеобразного аккумулятора организм черпает энергию для удовлетворения своих потребностей.

В энергетическом отношении дыхание – значительно более выгодный процесс, чем брожение.

У анаэробов в процессе брожения энергодающим этапом является гликолитический распад глюкозы до образования пировиноградной кислоты. Полезный эффект состоит в образовании двух молекул АТФ из АДФ. Макроэргическая фосфатная связь АТФ содержит энергии около 4,2 ∙10⁴ Дж.

Следовательно, при использовании одного моля глюкозы (потенциальный запас энергии 2,87 • 10⁶ Дж) в клетках анаэробов запасается всего лишь около 0,09 • 10⁶ Дж. Большая часть энергии остается в выделяемых в среду органических веществах – конечных продуктах брожения, много теряется и в форме тепловой энергии.

У аэробов в процессе дыхания при полном окислении одного моля глюкозы синтезируется значительно больше молей АТФ.

Установлено, что при продвижении по дыхательной цепи пары атомов водорода (пары электронов) к атому кислорода – при образовании молекулы воды – синтезируются три моля АТФ.

Из приведенной схемы цикла Кребса видно, что окисление одного моля пировиноградной кислоты сопровождается отнятием пяти пар атомов водорода. В процессе окисления участвуют два моля пировиноградной кислоты. Кроме того, до образования пировиноградной кислоты, при окислении глицеринового альдегида, образуется 2НАД • Н₂, следовательно, в дыхательную цепь поступают 12 пар атомов водорода, образуются 12 молекул воды и синтезируются 36 молей АТФ. Два моля АТФ образуются еще при гликолитическом распаде глюкозы до пировиноградной кислоты. Всего, таким образом, синтезируются 38 молей АТФ, т.е. резервируются около 1,6∙10⁶ Дж.

Следовательно, аэробами полезно используется около 50 % энергии и около 50 % теряется в виде тепла. Этим объясняется явление самосогревания навоза, силосных кормов, зерна, клубней картофеля, когда вследствие повышенной влажности в них обильно развиваются различные микроорганизмы.

При самосогревании зерновая масса приобретает несвойственные здоровому зерну запах и цвет. Происходит потеря массы, значительно снижаются всхожесть, технологические качества зерна и может быть полностью потеряна потребительная стоимость продукта.

Самосогревание торфа, недостаточно просушенного сена, хлопка и других материалов, возникающее при массовом развитии сначала мезофильных, а затем термофильных микроорганизмов, иногда приводит к самовозгоранию. Это явление обусловливается тем, что при повышении температуры материала до 60-70°С начинают развиваться автокаталитические химические окислительные процессы, которые вызывают еще большее нагревание материала, вплоть до воспламенения.

У некоторых микроорганизмов наблюдается выделение неиспользованной энергии в форме световой. Такой способностью обладают некоторые бактерии, грибы, протисты. Свечение морской воды, сгнившего дерева, рыбы обусловлено присутствием в них светящихся микроорганизмов.