Методы получения энергии у микроорганизмов разны. Кое-какие микробы (фототрофы) способны перерабатывать химическую энергию солнечного света, другие (хемотрофы) приобретают энергию методом окисления веществ.
Окислением принято вычислять процесс отнятия двух атомов водорода. Данный процесс носит название дегидрирование. Восстановление того либо иного соединения является присоединением двух атомов водорода (гидрирование).
Окисление возможно представлено следующим образом:
АН2 ® А + 2Н+
В + 2Н+ ® ВН2 + А
Суммарное уравнение: АН2 + В ® BH2 + А
В данной реакции АН2 — восстановитель либо донор ионов водорода, а В — окислитель (акцептор), так как присоединяет ионы водорода.
электроны и Водород, забранные от окисляемого субстрата (донора) переносятся к конечному акцептору не конкретно, а ступенчато, поэтапно посредством окислительно-восстановительных ферментов. К таким ферментам относятся дегидрогеназы, каковые переносят ферменты и водород цитохромной совокупности — цитохромы и цитохромоксидаза — переносят электроны. Дегидрогеназы и цитохромная совокупность образуют дыхательную цепь.
Комплектом окислительно-восстановительных ферментов разъясняется отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду. В зависимости от метода получения энергии и от конечного акцептора водорода микробы возможно поделить на три физиологические группы:
• облигатные аэробы — микробы, каковые не смогут существовать без кислорода. Энергию эти микробы приобретают в следствии окисления веществ в присутствии кислорода воздуха (дыхания);
- облигатные анаэробы — микробы, для которых кислород есть клеточным ядом. Такие микробы приобретают энергию в ходе брожения
• факультативные анаэробы — микробы, талантливые жить как в присутствии кислорода, так и без него (реализовывают как дыхание, так и брожение).
Начало окислительного процесса независимо от того, участвует ли в нем молекулярный кислород либо нет, связано с действием дегидрогеназ. Исходя из этого дегидрогеназы имеются у всех микроорганизмов, тогда как цитохромы и цитохромоксидаза присутствует лишь у факультативных анаэробов и аэробов.
Энергия, образуемая при энергетическом обмене, трансформируется в энергию макроэргических связей молекул АТФ. Процесс образования АТФ именуется фосфорилированием.
Механизм образования АТФ у различных групп микроорганизмов неодинаков. Исходя из этого различают субстратное, окислительное и фотофосфорилирование.
Фотофосфорилирование — образование АТФ при поглощении квантов света молекулами хлорофилла. В следствии от молекулы хлорофилла отрываются электроны, каковые проходя по цепи переноса электронов, отдают собственную энергию совокупности АДФ-АТФ, в следствии чего энергия света трансформируется в энергию макроэргических связей АТФ.
Субстратное фосфорилирование — образование АТФ конкретно на молекуле субстрата. Протекает в анаэробных условиях на стадиях превращения 1,3 дифосфоглицериновой кислоты в 3 фосфоглицериновую кислоту и фосфоэнолпировиноградной кислоты в пировиноградную кислоту (в ходе гликолиза) .
Окислительное фосфорилирование — образование АТФ в один момент с процессом электронов и переноса протонов по дыхательной цепи ферментов. На каждые 2 атома водорода, поступившие в дыхательную цепь, синтезируется 3 молекулы АТФ. Окислительное фосфорилирование осуществляется аэробными и факультативно-анаэробными микробами.
7.3. Энергетический метаболизм хемоорганогетеротрофов, применяющих процессы брожения.
Брожение — окислительно-восстановительный процесс, проходящий в анаэробных условиях и приводящий к образованию АТФ, в котором роль акцептора и донора атомов водорода (либо соответствующих электронов) играются органические соединения. Образование молекул АТФ при брожении происходит методом субстратного фосфорилирования.
Значительно чаще в процессах брожения микробы применяют углеводы.
Существует пара типов брожения, заглавия которых даются по конечному продукту: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, ацетонобутиловое, маслянокислое и т.д.
Первый этап окисления углеводов в ходе брожения (рис. 7.2) включает гидролиз углеводов до несложных сахаров и изомеризацию их до глюкозы.
На втором этапе глюкоза через последовательность последовательных реакций окисляется в пировиноградную кислоту. Данный процесс именуется гликолизом. Главными стадиями гликолиза есть присоединение фосфатных групп от молекулы АТФ и превращение во фруктозо-1,6-дифосфат. Потом фруктозо-1,6-дифосфат преобразовывается в фосфоглицериновый альдегид, что через последовательность последовательных реакций преобразовывается в пировиноградную кислоту. Наряду с этим образуется свободная энергия, достаточная для образования 4 молекул АТФ. Но так как 2 АТФ затрачиваются на активацию глюкозы, то каллорийность любого брожения — образование из одной молекулы глюкозы двух молекул АТФ (каллорийность брожения). направляться отметить кроме этого, что при гликолизе восстанавливается дегидрогеназа (2 НАДН2).
Третий этап. Пировиноградная кислота при серии последовательных реакций претерпевает превращения, темперамент которых зависит от ферментативных изюминок того либо иного возбудителя.
| Углеводы | ||
| гликозидаза 2 АТФ | ————v Глюкоза v | |
| Фруктозо – 1,6 – дифосфат | ||
| 4 АТФ | v 2 ФГА (фосфолицериновый альдегид) 2 ПВК (пировинаградная кислота) |
2 НАДН2 |
| Молочная Этиловый | спирт и кислота | v Масляная кислота | Пропионовая кислота |
Рис. 7.2. Схема окисления углеводов в ходе брожения