Физиология микроорганизмов. Особенности энергетического обмена

Метаболизм - это совокупность биохимических процессов, протекающих в клетке и обеспечивающих ее жизнедеятельность. 2 процесса: энергетического метаболизма (катаболизма) и конструктивного метаболизма (анаболизма).

Энергетический метаболизм (катаболизм) – совокупность реакций окисления различных восстановленных органических и неорганических соединений, сопровождающихся выделением энергии, аккумулируемой клеткой в форме фосфатных связей.

Конструктивный и энергетический метаболизмы состоят из множества последовательных ферментативных реакций.:

1) На начальном этапе воздействию подвергаются молекулы химических веществ, служащих исходными субстратами – периферический метаболизм (при помощи периферических ферментов).

2) Следующие превращения включают ряд ферментативных реакций и приводят к образованию промежуточных продуктов – промежуточный метаболизм.

3) Образующиеся на последних этапах конечные продукты конструктивных путей используются для построения вещества клеток, а энергетических выделяются в окружающую среду.

Конструктивный и энергетические процессы протекают в клетке одновременно.

Хемотрофные микроорганизмы используют для синтеза молекул АТФ энергию, освобождаемую при химических реакциях, фототрофные – световую энергию в процессе фотосинтеза. Образование АТФ из АДФ происходит двумя путями:

1. фосфорилорование в дыхательной или фотосинтетической электронтранспотртной цепи. Этот процесс у прокариот связан с мембранами - называют мембранным фосфорилированием.

2. фосфорилирование на уровне субстрата - субстратное фосфорилирование.

Все окислительно- восстановительные реакции энергетического метаболизма у хемотрофных М.О. можно разделить на 3 типа6

1- аэробное дыхание, или анаэробное окисление;

2- анаэробное дыхание;

3- брожение.

Аэробное дыхание - основной процесс, при котором донором атома водорода или электронов являются органические (реже неорганические) вещества, а конечным акцептором – молекулярный кислород. Основное количество энергии образуется в результате мембранного фосфорилирования.

Анаэробное дыхание - цепь анаэробных окислительно- восстановительных реакций, которые сводятся к окислению органического или неорганического субстрата с использованием в качестве конечного акцептора электронов не молекулярного кислорода, а других неорганических веществ (нитрата- NO3, нитрита- NO2, сульфата- SO4, сульфита-SO3, CO2), а также органических веществ (фумарата и др).

Брожение - совокупность анаэробных окислительно- восстановительных реакций, при которых органические соединения служат как донорами, так и акцепторами электронов.

Наиболее выгодный тип ОВР у бактерий является аэробное дыхание.

Большинство М.О. в качестве источника энергии использует углеводы (глюкозу). 3 пути катаболизма глюкозы:

1) Гликолиз: при распаде одной молекулы глюкозы образуется 4молекулы АТФ, но т.к. в начале процесса на активирование глюкоз было затрачено 2 молекулы АТФ, то чистый выход АТФ на 1 молекулу глюкозы=2.

2) Пентозофосфатный путь расщепления углеводов характерен для энтеробактерий, маслянокислых и молочнокислых. При окислении 1молеклы глюкозы образуется только одна молекула АТФ. Но этот путь обеспечивает клетки бактерий пентозами (рибулозо- 5-фосфатами), которые являются необходимыми предшественниками нуклеотидов и нуклеиновых кислот. В цикле образуются две молекулы НАДН, которые необходимы клетке для восстановления реакций биосинтеза.

3) Путь Энтнера- Дудурова. Характерен для псевдомонад и уксуснокислых бактерий. Из одной молекулы глюкозы при функционировании этого пути синтезируется одна молекула АТФ, по одной молекуле НАДФН и НАДН.