Дыхание — это окисление различных веществ (органических и неорганических) с образованием энергии. Окисление происходит в результате экзотермических реакций и представляет собой процесс отнятия водорода или электрона. Предполагают, что перенос водорода и перенос электрона — это «эквивалентные процессы». Гипотеза о том, что в механизме дыхания ключевая роль отводится активации водорода, принадлежит Палладину и Виланду. Но ее правомерность была признана не сразу. Первоначально считали, что основой дыхания является ферментная активация молекулярного кислорода. Дальнейшие исследования показали, что это не так. В акте дыхания главную роль играют ферменты, сгруппированные в целые системы. Несмотря на относительную простоту организации микробной клетки и ее малые размеры, бактерии отличаются большим разнообразием типов дыхания. Тип дыхания у всех видов бактерий определяется набором ферментов. Различают два основных типа дыхания — аэробное и анаэробное. При аэробном дыхании конечным акцептором водорода является атмосферный кислород. При анаэробном — различные органические соединения. В энергетическом отношении наиболее выгодно аэробное дыхание, поскольку при аэробном типе окисления глюкозы высвобождается 674 кал, при спиртовом брожении — 27 кал, при молочно-кислом — 18 кал (Лебедева М. Н., 1969). Каждый тип дыхания включает в себя несколько
— аэробное (полное окисление и неполное окисление); — анаэробное (собственно анаэробное и брожение).
Полное окисление. Это процесс окисления углеводов до образования двуокиси углерода (CO2) и воды (H2O), сопровождающийся выходом энергии. Передача электронов водорода на кислород осуществляется посредством так называемой дыхательной цепи (система дыхательных ферментов), находящейся в мембране микробной клетки. Неполное окисление. Обычно неполное окисление происходит тогда, когда наблюдается избыток углеводов. В таком случае процесс окисления идет не до конца, а образуются промежуточные продукты реакции. Например, при неполном окислении сахара могут синтезироваться лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная и др. органические кислоты. Нитратное дыхание представляет собой восстановление нитратов до молекулярного азота, а сульфатное дыхание — восстановление сульфатов до сероводорода. При обоих процессах происходит выделение свободной энергии. Брожение. Этим термином принято называть расщепление органических углеродосодержащих веществ в анаэробных условиях. Как мы уже упоминали, биологическую природу брожения открыл французский микробиолог Луи Пастер в 1856 г. Очень долгое время к открытию Пастера относились скептически. В 1897 г. немецкий химик Эдуард Бухнер установил, что брожение — это химическая реакция с участием специфических «агентов», которые впоследствии были названы ферментами. Он видел в брожении лишь химический процесс и отвергал участие микроорганизмов в нем. Спор между Пастером и Бухнером разрешило время. Оказалось, что и тот, и другой по-своему правы. Да, брожение — это химическая реакция с участием ферментов, но ферменты, участвующие в брожении, синтезируют микроорганизмы. В настоящее время известно множество бактерий — возбудителей брожения. Это дрожжи, молочно-кислые стрептококки, ацидофильная и болгарская палочки, пропионово-кислые бактерии, маслянистые бациллы и многие другие. В зависимости от конечных продуктов брожения различают: спиртовое, молочно-кислое, ацетон-бутановое, масляно-кислое и пропионово-кислое. Таким образом мы видим, что бактерии обладают обширным арсеналом окислительно-восстановительных реакций, которые составляют основу процесса дыхания. Необходимо отметить, что дыхание и питание микробов — это неразрывно связанные процессы, обеспечивающие их жизнедеятельность. Исходя из рассмотренных типов дыхания, все микроорганизмы принято разделять на аэробы (живут в присутствии кислорода, анаэробы (не могут жить в присутствии кислорода) и факультативные анаэробы существовать как при наличии кислорода в атмосфере, так и при его отсутствии).
Окисление происходит в результате экзотермических реакций и представляет собой процесс отнятия водорода или электрона. Предполагают, что перенос водорода и перенос электрона — это «эквивалентные процессы».
Гипотеза о том, что в механизме дыхания ключевая роль отводится активации водорода, принадлежит Палладину и Виланду. Но ее правомерность была признана не сразу. Первоначально считали, что основой дыхания является ферментная активация молекулярного кислорода. Дальнейшие исследования показали, что это не так.
В акте дыхания главную роль играют ферменты, сгруппированные в целые системы. Несмотря на относительную простоту организации микробной клетки и ее малые размеры, бактерии отличаются большим разнообразием типов дыхания. Тип дыхания у всех видов бактерий определяется набором ферментов. Различают два основных типа дыхания — аэробное и анаэробное. При аэробном дыхании конечным акцептором водорода является атмосферный кислород. При анаэробном — различные органические соединения.
В энергетическом отношении наиболее выгодно аэробное дыхание, поскольку при аэробном типе окисления глюкозы высвобождается 674 кал, при спиртовом брожении — 27 кал, при молочно-кислом — 18 кал (Лебедева М. Н., 1969).
Каждый тип дыхания включает в себя несколько
— аэробное (полное окисление и неполное окисление);
— анаэробное (собственно анаэробное и брожение).
Полное окисление. Это процесс окисления углеводов до образования двуокиси углерода (CO2) и воды (H2O), сопровождающийся выходом энергии. Передача электронов водорода на кислород осуществляется посредством так называемой дыхательной цепи (система дыхательных ферментов), находящейся в мембране микробной клетки.
Неполное окисление. Обычно неполное окисление происходит тогда, когда наблюдается избыток углеводов. В таком случае процесс окисления идет не до конца, а образуются промежуточные продукты реакции. Например, при неполном окислении сахара могут синтезироваться лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная и др. органические кислоты.
Нитратное дыхание представляет собой восстановление нитратов до молекулярного азота, а сульфатное дыхание — восстановление сульфатов до сероводорода. При обоих процессах происходит выделение свободной энергии.
Брожение. Этим термином принято называть расщепление органических углеродосодержащих веществ в анаэробных условиях. Как мы уже упоминали, биологическую природу брожения открыл французский микробиолог Луи Пастер в 1856 г. Очень долгое время к открытию Пастера относились скептически. В 1897 г. немецкий химик Эдуард Бухнер установил, что брожение — это химическая реакция с участием специфических «агентов», которые впоследствии были названы ферментами. Он видел в брожении лишь химический процесс и отвергал участие микроорганизмов в нем.
Спор между Пастером и Бухнером разрешило время. Оказалось, что и тот, и другой по-своему правы. Да, брожение — это химическая реакция с участием ферментов, но ферменты, участвующие в брожении, синтезируют микроорганизмы. В настоящее время известно множество бактерий — возбудителей брожения. Это дрожжи, молочно-кислые стрептококки, ацидофильная и болгарская палочки, пропионово-кислые бактерии, маслянистые бациллы и многие другие. В зависимости от конечных продуктов брожения различают: спиртовое, молочно-кислое, ацетон-бутановое, масляно-кислое и пропионово-кислое.
Таким образом мы видим, что бактерии обладают обширным арсеналом окислительно-восстановительных реакций, которые составляют основу процесса дыхания. Необходимо отметить, что дыхание и питание микробов — это неразрывно связанные процессы, обеспечивающие их жизнедеятельность.
Исходя из рассмотренных типов дыхания, все микроорганизмы принято разделять на аэробы (живут в присутствии кислорода, анаэробы (не могут жить в присутствии кислорода) и факультативные анаэробы существовать как при наличии кислорода в атмосфере, так и при его отсутствии).