Respirația germenilor
Respirația este o sursă de energie pentru ființele vii. Procesele sintetice ale construcției protoplasmelor care apar într-o celulă microbiană, procesele de creștere, reproducere, mișcare etc. necesită un flux de energie liberă, deoarece aceste procese sunt endoterme. De aceea, în celula microbiană, procesele de disimilare care eliberează energia pentru activitatea sa vitală sunt în mod constant realizate simultan cu procesele de asimilare.
Totalitatea proceselor biochimice, ca rezultat al formării energiei necesare activității vitale a celulei, este schimbul de energie. Spre deosebire de organismele superioare, metabolismul energetic al microorganismelor are diferite forme: respirația, fermentația etc.
Respirația se referă la oxidarea substanțelor organice cu oxigen gazos la dioxid de carbon și apă. Astfel, oxidarea zahărului în procesul de respirație este exprimată prin intermediul ecuației C6H12O6 + 602 = 6CO2 + 6H2O + energie. Această ecuație este opusă ecuației de fotosinteză 6CO2 + 6H2O + energie = C6H12O6 + 6O2.
In 1861, Louis Pasteur în studiul fermentării uleiului acid a stabilit că agentul de fermentație (vă. Butyricus) are loc în mod normal numai în absența oxigenului liber, energia se încarcă prin reacția de scindare substrat organic. Pasteur a definit esența fermentației ca o viață fără oxigen. oxigenul atmosferic nu participă la fermentare, ci un material organic este oxidat datorită retragerii hidrogenului care este atașat la produsele de descompunere ale aceluiași material organic sau este eliberat în stare gazoasă.
Autotrophs primi energie de la oxidarea compușilor anorganici simpli: hidrogen sulfurat, amoniac, hidrogen. Desulfofitsiruyuschie și bacteriile denitrificatoare derivă energie prin oxidarea nitrați și sulfați, respectiv, dar ele pot primi energie și datorită oxidării substanțelor organice. Unele reacții de oxidare microbiană de oxigen nu ajunge la produsele finale - CO2 și H2 O. Acest proces de oxidare parțială, se observă în bacterii care produc acid acetic, numai oxidarea alcoolului la acid acetic, și anumite mucegaiuri, se descompun zaharul la acid oxalic și acid citric.
Putrid bacteriile folosesc energia eliberată atunci când descompun proteinele, în timp ce energia legăturilor chimice ale aminoacizilor se transformă în energie ATP.
În ceea ce privește oxigenul, microbii sunt împărțiți în două grupuri: aerobe care se dezvoltă numai în prezența oxigenului în mediu și anaerobe care se dezvoltă în absența oxigenului liber. În plus, există un alt grup intermediar - anaerobi facultativi, capabili să trăiască în condiții aerobe și anaerobe. Există, de asemenea, microaerofile care se dezvoltă cu o cantitate redusă de oxigen în mediu, de exemplu, o bruceloză.
Energia chimică rezultată este doar parțial disipată sub formă de căldură. Cea mai mare parte a acestei energii este captată și stocată ca legături macroergice ale ATP. Grupurile fosfatice sunt interconectate liber și le eliberează cu ușurință energia în cantitățile potrivite acolo unde este necesar pentru viața celulei. ATP, pierderea de energie, se transformă în ADP (adenozin difosfat) și în AMP (adenozin monofosfat).
ATP, ADP, AMP și acid fosforic sunt întotdeauna prezente în diferite rapoarte în fiecare celulă. Aceste reacții sunt reversibile, AMP și ADP pot atașa acidul fosforic și se transformă în ATP. Aceasta asigură o cantitate mai mare sau mai mică de ATP în celulă. Cantitatea de ATP din celulă este limitată. Pentru a restabili legăturile macroergice ale ATP tot timpul, se folosește energia de divizare a carbohidraților și a altor substanțe.
Pentru o lungă perioadă de timp sa crezut că procesul de respirație este specific organismelor superioare, și fermentarea numai a microorganismelor. Apoi sa constatat că acestea sunt strâns legate între ele. Respirația și fermentația sunt complexe foarte complexe ale proceselor conjugate de oxidare-reducere, care sunt determinate de unul sau alt set de enzime.
În toate procesele energetice din celulă, se pot distinge trei etape. În prima etapă pregătitoare, moleculele mari de carbohidrați, grăsimi și proteine se descompun în molecule mici de glucoză, glicerină, acizi grași, aminoacizi. Există un preparat de substanțe pentru transformări ulterioare, nu există o extracție apreciabilă a energiei.
În etapa următoare, numită etapă de oxidare parțială, glucoza rezultată, acizii grași și alte substanțe sunt supuse unui proces complex, multistrat. Aceasta este o oxidare incompletă, care se numește glicoliză sau fermentație. Această etapă este anaerobă. Glicoliza este mai mult de zece reacții enzimatice consecutive. Zece intermediari diferiți (substraturi) sunt formate în mod constant din glucoză și acționează aceleași enzime specifice. Întregul proces urmărește tipul de fermentație lactică cauzată de bacteriile cu acid lactic și are multe în comun cu fermentația alcoolică cauzată de drojdie.
Procesul pornește enzima hexokinază, sub influența căreia glucoza reacționează cu AMP și formează hexoza-6-fosfat. Hexozo-6-fosfatul este transformat în fructoză-6-fosfat prin acțiunea enzimei aldolazei etc. Produsul final al glicolizei este acidul lactic. Ecuația totală a întregului proces este exprimată după cum urmează: C6H12O6 = 2C3H6O3.
Ultima etapă a procesului este oxidarea completă a substraturilor la produsele finale - CO2 și H2O. Această etapă se desfășoară în condiții aerobe. În consecință, se găsește numai în aerobi. În această etapă, sunt implicați acizi organici, alcătuitori din trei atomi de carbon, de aceea se numea ciclul de acizi tricarboxilici (Kreps, 1953).
Ciclul începe cu faptul că două molecule de acid lactic sunt oxidate și dau două molecule de acid piruvic. Una dintre moleculele de acid piruvic este oxidată prin eliminarea unei molecule de dioxid de carbon și se formează acid acetic. Acidul carbonic se leagă de o altă moleculă de acid piruvic și forme de acid oxaloacetic. Acidul acetic se combină cu coenzima A, se condensează cu acid oxaloacetic și apă și se formează acid citric.
Acidul citric este transformat în acid aconitic. Mai mult, au loc o serie de transformări, producând din nou acid oxaloacetic, iar ciclul se încheie după aceea. Acidul citric este descompus. Dehidrogenaze NAD, FAD, citocromii participă din enzimele ciclului. Astfel, în timpul dehidrogenării acidului succinic într-un ciclu, un electron este îndepărtat din el, este transferat în FAD și se formează FAD-H2. acidul succinic este oxidat în acid fumaric. Electronii continuă să treacă de-a lungul lanțului de citocromi până la oxigen. Există o legătură cu oxigenul activat cu citocrom oxidază pentru a forma apă. Direct, totuși, oxigenul nu participă la reacții.
Fig. 19. Schema ciclului de acizi tricarboxilici (ciclul Krebs)
Se estimează că, în ciclul de la o molecula de glucoza produsa 36 molecule de ATP și în timpul glicolizei două molecule de ATP, de aceea, numai 38 de molecule de ATP, sau 380 de calorii mari de 680 de calorii mari conținute într-un gram-molecula de glucoza, m. F. a primit 55% din energia chimică utilă. Acesta este un procent foarte mare, dar în comparație cu eficiența. obținută în inginerie (12-25%). Energia a fost alocată treptat în părți. Dacă au fost alocate imediat, celula s-ar deteriora.
Enzimele care participă la reacții sunt situate în mitocondrii și sunt localizate în serie în ordinea acțiunii lor în timpul glicolizei și a ciclului acidului tricarboxilic.
Produsele de descompunere a triozilor parcurg parțial biosinteza. Astfel, de la alanină acid piruvic poate fi format din acidul cetoglutaric - acidul glutamic din acid oxaloacetică - acid aspartic prin aminare. Acidul acetic poate merge pe sinteza acizilor grași mai mari.
Reacțiile care apar în timpul respirației au un caracter asociat cu reducerea oxidării. În timpul reacțiilor de reducere a oxidării, se dezvoltă o forță electromotoare, care poate fi măsurată sub forma unui așa-numit potențial de reducere a oxidării (rH2).
Aerobii sunt adaptați la rH2 mai înalt (20 și mai sus), anaerobi la anoriobi facultativi (0-12), 0-20. Prin scăderea mediului rH2, este posibil să se obțină o creștere anaerobă în prezența oxigenului, în timp ce crește rH2. pentru a dezvolta aerobe în condiții anaerobe.
În ceea ce privește anaerobe respirație energie este mult mai puțin eficientă decât aerobic. Astfel, dacă se obține procesul de oxidare aerobă a glucozei la CO2 și H2O 674 kcal, apoi fermentarea alcoolică - 27 kcal, cu acid lactic - 18 kcal și ulei acide - doar 15 kcal. Acest lucru se datorează faptului că produsele finale ale oxidării anaerobe a compușilor organici sunt, păstrat încă o sursă mare de energie. De exemplu, alcoolul (un produs de fermentație alcoolică) arde perfect.
Pierderea căldurii în timpul fermentației poate fi observată în culturi bine protejate de pierderile de căldură. Prin separarea acestei călduri se produce auto-încălzirea fânului umed, a gunoiului de grajd, a turbei etc.
În bacteriile luminoase, pierderea de energie este exprimată sub forma unei străluciri. Strălucirea apei de mare, a lemnului putred, a mușchiilor și a peștilor se explică prin prezența pe ele a unor bacterii aerobe cu lumină specială. Ei au o enzimă specială - lyucceferază, care transformă energia chimică a ATP în energie luminoasă.
Bacteriile anaerobe includ tetanosul, botulina, bacteriile de aciditate, agenții cauzatori ai gangrenului de gaz și altele.
Aerobii includ acid nitrificator, acid acetic, azotobacterii, myxobacterii, mucegaiuri, micobacterii, holera vibrio. Facultative anaerobe - E. coli, bacil difteric, streptococ, stafilococ, spirila etc.
Trimiteți-le prietenilor: