Энергетический метаболизм

Для синтеза структурных компонентов микробной клетки, поддержания процессов жизнедеятельности (роста, размножения, движения, переноса питательных веществ) микроорганизмам, наряду с питательными веществами, требуется значительное количество энергии.

Все живые организмы могут использовать только химически связанную энергию. Каждое вещество обладает определенным запасом потенциальной энергии. Главные материальные носители ее – химические связи, разрыв или преобразование которых приводит к освобождению энергии. Энергетический уровень химических связей неодинаков. Для одних он имеет величину порядка 8-10 кДж, такие связи называются нормальными. В других связях заключена значительно большая энергия (25-40 кДж), такие связи называются макроэргическими. Почти все известные соединения, обладающие макроэргическими связями, включают атомы фосфора или серы, которые участвуют в образовании этих связей.

Важнейшую роль в жизнедеятельности клетки играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), в состав молекулы которой входит аденин, рибоза (дают соединение аденозин) и три остатка фосфорной кислоты. Это основной аккумулятор энергии в клетке. Как химически высокостабильное соединение АТФ удобна для сохранения энергии, в то же время термодинамическая неустойчивость АТФ обеспечивает ее пригодность для быстрой мобилизации запасенной в ней энергии. Малые размеры АТФ способствуют быстрому перемещению ее в различные части клетки. При гидролизе АТФ происходит внутримолекулярное перераспределение энергии, избыток ее выделяется и используется клеткой:

АТФ + Н₂О = АДФ + Ф_н + Энергия

Запас АТФ непрерывно возобновляется за счет реакции присоединения неорганического фосфора к аденозиндифосфату:

АДФ + Ф_н + энергия = АТФ

Фотосинтетическое фосфорилирование происходит при фотосинтезе и вязано со способностью некоторых микроорганизмов превращать в результате сложных реакций энергию света непосредственно в макроэргические связи АТФ.

Окислительное фосфорилирование идет сопряжено с реакциями биологического окисления в клетках микроорганизмов, при этом может происходить как окисление органических веществ, так и окисление неорганических веществ.

Субстратное фосфорилирование имеет место в анаэробных условиях в процессах брожения, когда происходит перестройка сбраживаемого субстрата при участии ферментов.

Фототрофные (фотосинтезирующие) – это микроорганизмы, использующие энергию солнечного света, хемотрофные (хемосинтезирующие) – это микроорганизмы, использующие энергию химических реакций. Литотрофы, или хемолитотрофы (лат. litos – камень) – это микроорганизмы, использующие энергию окисления минеральных веществ, органотрофы, или хемоорганотрофы – это использующие энергию окисления органических веществ.