Дыхание микроорганизмов как способ получения энергии. Аэробные и анаэробные микроорганизмы

Потребность в энергии обеспечивается процессами энергетического обмена, сущность которых заключается в окислении органических веществ, сопровождаемом выделением энергии. Получаемые при этом продукты окисления выделяются в окружающую среду.

Окисление веществ может происходить разными путями:

прямым, т.е. присоединением к веществу кислорода;

непрямым, т.е. дегидрогенированием (отнятием водорода).

Схематично реакцию окисления-восстановления при участии фермента дегидрогеназы можно представить следующим образом:

АН      +      В                 А      +          ВН           +           энергия

Донор      акцептор   окисленное    восстановленное

водорода  водорода   вещество        вещество  

Способы получения энергии у микроорганизмов разнообразны.

В 1861 г. Французский ученый Л. Пастер впервые обратил внимание на уникальную способность микроорганизмов развиваться без доступа кислорода, в то время как все высшие организмы - растения и животные - могут жить только в атмосфере, содержащей кислород.

По этому признаку (типам дыхания) Л. Пастер разделил микроорганизмы на две группы - аэробы и анаэробы.

Аэробы для получения энергии осуществляют окисление органического материала кислородом воздуха.

К ним относятся грибы, некоторые дрожжи, многие бактерии и водоросли. Многие аэробы окисляют органические вещества полностью, выделяя в виде конечных продуктов СО и Н О.

Этот процесс в общем виде может быть представлен следующим уравнением:

С Н О + О = СО + Н О + 2822 кДж

При неполном окислении энергетического материала высвобождается соответственно меньшее количество энергии. Часть потенциальной энергии окисляемого вещества остается в продуктах неполного окисления. Например, уксуснокислые бактерии окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты и воды:

С Н ОН + О = СН СООН + Н О + 504 кДж.

Анаэробы - Это микроорганизмы, способные к дыханию без использования свободного кислорода. Анаэробный процесс дыхания у микроорганизмов происходит за счет отнятия у субстрата водорода. Типичные анаэробные дыхательные процессы принято называть брожениями. Примерами такого типа получения энергии могут служить спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение.

С Н О = С Н ОН + СО + 118 кДж.

Отношение анаэробных микроорганизмов к кислороду различно. Один из них совсем не переносят кислорода и носят название облигатных, или строгих, анаэробов. К ним относят возбудители маслянокислого брожения, столбнячная палочка, возбудители ботулизма. Другие микробы могут развиваться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их называют факультативными, или условными анаэробами; это молочнокислые бактерии, кишечная палочка, протей, дрожжи и др.

В энергетическом отношении аэробное дыхание во много раз выгоднее анаэробного. Так, при аэробном процессе окисления глюкозы до углекислого газа и воды высвобождается примерно в 25 раз больше энергии, чем при анаэробном процессе) например, спиртовом брожении). Это объясняется тем, что конечные продукты, получающиеся в результате анаэробного окисления, всегда представляют собой сложные органические соединения, имеющие большой запас энергии - спирты, кислоты и др.

В связи с этим многие процессы брожения находят применения для получения ценных пищевых и технических продуктов.

Влияние биологических факторов на микроорганизмы: симбиоз, метабиоз, паразитизм, антагонизм. ............