Засоби біологічного окислення, що використовують мікроорганізми

Мікроорганізми по різному реагують на наявність кисню. Одні з них можуть існувати тільки при обов’язковій його наявності, тоді як для інших – кисень шкідливий. Деякі групи мікроорганізмів можуть змінювати свій тип дихання залежно від умов зовнішнього середовища.

Дихання мікроорганізмів уявляє собою біологічне окислення різних органічних сполук та деяких мінеральних речовин. Сьогодні окислення визначають як процес відокремлення водню (дегідрування), а востановлення – його приєднування (реакції, пов’язані з переносом протонів і електронів або тільки електронів).

Таким чином, біологічні перетворення в цитоплазмі мікробної клітини, що пов’язані з рухом протонів та електронів уявляють собою складний біохімічний процес за допомогою ферментів.

По типу дихання мікробів поділяють на аероби, анаероби та факультативні анаероби.

Аеробне дихання мікроорганізмів – це процес, при якому останнім акцептором водню (протонів та електронів) є молекулярний кисень. В результаті окислення головним чином складних органічних сполук з’являється енергія, яка виділяється в навколишнє середовище або накопичується в макроенергетичних фосфатних зв’язках АТФ. Розподіляють повне та неповне окислення.

Повне окислення. Загальним джерелом у мікроорганізмів є вуглеводи. При їх розщепленні, що проходять різними шляхами, з’являється важливий проміжний продукт – піровиноградна кислота (піруват). Повне окислення піровиноградної кислоти викликає в циклі три карбонових кислот (цикл Кребса) (мал.. 3).

В результаті розщеплення в аеробних умовах процес окислення іде до кінця – одержання диоксиду вуглецю і води з виділенням більшої кількості свобідної енергії.

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О

∆G^* = - 2872 кДж/маси

∆G – символ свобідної енергії.

Неповне окислення. Не всі аероби доводять реакції окислення до кінця. При надлишку вуглеводів в середовищі з’являються продукти неповного окислення, в котрих заключна енергія. Кінцевими продуктами неповного аеробного окислення глюкози можуть бути органічні кислоти: лимонна, яблучна, янтарна та інші.

Які утворюються пліснявими грибами. Наприклад: аеробне дихання (окислення етилового спирту):

1) СН3 СН2ОН + О2→ СН3СООН + Н2О ∆ G = (2)

= - 494 кДж∕моль

2) СН3СН2ОН + 3О2→ 2СО2+ 3Н2О ∆ G = (3)

= -1366 кДж∕моль

У деяких бактерій в процесі дихання проходить окислення неорганічних речовин. Прикладом окислення неорганічних сполук служать процеси нитрифікації, що супроводжуюються окисленням аміаку до азотістої, а потім до азотної кислоти. В кожному випадку виділяється енергія: в першій фазі 662 кДж/моль, в другій 202 кДж/моль.

Анаеробне дихання здійснюється без участі молекулярного кисню. Розділяють анаеробне дихання як нітратне та сульфатне бродіння. В процесі анаеробного дихання акцентором водню являється окислення неорганічних речовин, які легко віддають кисень та перетворюються у відновні форми. Так проходять денітрифікація і десульфуфікація(сульфатредукція).

Нитратне дихання – востановлення нітратів до молекулярного- проходить за схемою. (4)

5С6Н12О6+24КNO3→ 24КНСО3+ 18Н2О + 12N2+ 6СО2∆ G=

= -1760кДж/моль

Сульфатне дихання- встановлення сульфатів до сірководню, яке супроводжується виділенням такої ж кількості енергії:

С6Н12О6 + 3К2SО4→ 3К2СО3 + 3СО2+ 3Н2О + 3Н2S ↑ ∆ G=

= -1760кДж/моль

Процес востановлення нитратів до молекулярного азоту індуцирується молібдеквміщующим ферментом-нітроредуктазою. Якщо в середовищі з’являється кисень, функція редуктази подавляється. Тому востановлення нітратів проходить тільки в анаеробних умовах.

Контрольні питання:

1.У чому суть понять метаболізм,анаболізм,катаболізм?

2.Яку роль відіграють рибосоми,мітохондрії,апарат Гольджі та нуклеотиди у забезпеченні життєдіяльності мікробної клітини?

3.Які ви знаєте біологічно активні речовини,що знаходяться в мікробній клітині?

4.Назвіть 6 класів ферментів,дайте докладну характеристику кожного з них.

5.Як класифікують ферменти за хімічною будувою,характером дії?

6.Чим відрізняються автотрофи від гетеротроф?

7.Яка схема засвоєння мікроорганізмами вуглеводів,білків та ліпідів?

8.Охарактеризуйте аеробний та анаеробний типи дихання?