1 Моль над•н2 эквивалентен 3 моль атф, следовательно при полном окислении 10 над•н2 х 3 атф образуется 30 атф;

При полном окислении 1 моль ФАД•Н2 образуется 2 моль АТФ, отсюда получается: 2 ФАД•Н2 х 2 АТФ = 4 АТФ.Всего в ЭТЦ образуется 34 моль АТФ. К ним следует прибавить 2 молекулы АТФ из цикла Кребса и 2 молекулы - из гликолиза. Итого – 38 АТФ – результат полного окисления одной молекулы глюкозы.

Типы анаэробного дыхания (нитратное, сульфатное)

Для процессов дыхания необходим в качестве окислителя кислород. Если присутствует молекулярный кислород - дыхание называется Аэробным. Если окислителем является связанный кислород - дыхание называетсяАнаэробным. Конечным акцептором водорода и электронов может быть кислород нитратов или сульфатов (NO3или SO4). В качестве энергетических субстратов бактерии могут использовать углеводы, спирты, органические кислоты и др. Выделяют два основных типа анаэробного дыхания:

1)  Нитратное дыхание (окислителем является кислород нитратов) – проходит по схеме:

С6Н12О6 + 4NO3-→ 6СО3 + 6Н2О +2N2↑ +E

Процесс носит название денитрификации. Возбудителями являются факультативно-анаэробные бактерии такие как Pseudomonas aeruginosae, ParacocСUs DenitrificАNs.

2)  Сульфатное дыхание (окислителем является кислород сульфатов) – проходит по схеме:

C6H12O6 + 3H2SO4→6CO2 + 6H2O + 3H2S↑ + E

Процесс носит название десульфофикации. Возбудителями являются облигатные анаэробы вида DesulfovibrioDesulfuricans.

СРАВНЕНИЕ

При аэробном дыхании на каждую окисленную молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ.   С6Н1206 + 602-----------> 6С02 + 6Н20 + 38АТФ  Общее количество энергии, высвобождаемой при полном окислении глюкозы, составляет 2880 кДж на 1 моль.   В одном моле АТФ заключено 30,6 кДж.  В 38 молях АТФ заключено 30,6 х38 = 1162,8 кДж.  Таким образом, эффективность превращения энергии при аэробном дыхании составляет: 1162,8/2880 = 40,4%.  Анаэробное дыхание 1. ДРОЖЖИ (СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ).  При спиртовом брожении на каждую молекулу глюкозы образуются две молекулы АТФ.   Глюкоза------------> 2Этанол + 2С02 + 2АТФ  Общее количество энергии, высвобождаемой из глюкозы при ее превращении в этанол, составляет 210 кДж на 1 моль.   В двух молях АТФ заключено 2 х30,6 = 61,2 кДж.  Следовательно, эффективность превращения энергии при спиртовом брожении составляет 61,2/210 = 29,1%. 2.   МЫШЦЫ (МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ).  При молочнокислом брожении на каждую молекулу глюкозы образуются две молекулы АТФ.  Глюкоза-----------> 2Молочная кислота + 2АТФ Общее количество энергии, высвобождаемой из глюкозы при ее превращении в молочную кислоту, составляет 150 кДж на 1 моль.  Таким образом, эффективность превращения энергии при молочнокислом брожении составляет 61,2/150 = 40,8%.  Приведенные цифры показывают, что эффективность превращения энергии в каждой из этих систем довольно высокая по сравнению с бензиновым (25-30%) или паровым (8-12%) двигателями.   Количество же энергии, запасаемое в виде АТФ при аэробном дыхании, в 19 раз больше, чем при анаэробном (38 молекул АТФ на одну молекулу глюкозы в первом случае и 2 молекулы АТФ — во втором).  С этой точки зрения аэробное дыхание значительно эффективнее анаэробного. Связано это с тем, что при анаэробном дыхании значительная часть энергии остается «запертой» в этаноле или молочной кислоте. Энергия, заключенная в этаноле, так и остается для дрожжей навсегда недоступной и, значит, спиртовое брожение в смысле получения энергии — малоэффективный процесс. Из молочной же кислоты позднее может быть извлечено довольно большое количество энергии, если появится кислород. В присутствии кислорода молочная кислота превращается в печени в пировиноградную кислоту. Последняя поступает затем в цикл Кребса и полностью окисляется до С02 и Н2О, в результате чего дополнительно образуется большое количество молекул АТФ. Возможен и другой путь — за счет энергии АТФ из пировиноградной кислоты может вновь образоваться глюкоза в процессе, который представляет собой обращение гликолиза. - Читать далее "Кислородная задолженность и непосредственный эффект от мышечной 

45. Аэробное дыхание у микроорганизмов

46. Анаэробное дыхание у микроорганизмов

47. Спиртовое брожение : общее уравнение , химизм, возбудители практическое использование

Спиртовое брожение. Спиртовым брожением называется превращение микроорганизмами углеводов в этиловый спирт и углекислоту. Химическая схема спиртового брожения без учета промежуточных этапов выражается уравнением С6Н12О6=2СН3СН2ОН+2С02+27 ккал. Это брожение вызывается дрожжами, а также мукоровыми грибами. Впервые дрожжи наблюдал еще А. Левенгук в 1680 г. Но истинную роль дрожжей в спиртовом брожении установил Луи Пастер в 1857 г. Дрожжи, возбудители этого брожения, - факультативные анаэробы. Как источник азота они используют аминокислоты, пептон, а также аммонийные соли. При развитии в бескислородной среде они получают энергию за счет спиртового брожения, а в аэробных условиях - частично за счет окисления питательных веществ до углекислоты и воды. Это говорит о том, что дрожжевые клетки содержат очень сложный комплекс ферментов. При широком доступе кислорода у дрожжей помимо дыхания параллельно идет и процесс брожения - настолько ферменты дрожжей специализированы в направлении брожения. Дрожжи широко распространены в природе. Они всегда встречаются на поверхности фруктов и ягод, на листьях. С опадающими фруктами и ягодами дрожжи попадают в почву, где перезимовывают, а затем опять попадают на растения вместе с пылью, а также заносятся насекомыми, птицами. Это гак называемые дикие дрожжи. Спиртовое брожение широко используется в промышленности: в виноделии, пивоварении, винокурении и хлебопечении. В этих производствах употребляют культурные дрожжи, отличающиеся от диких дрожжей высокой производительностью. В винокурении и хлебопечении применяются верховые дрожжи Saccharomyces cerevisiae, вызывающие бурное брожение с энергичным газообразованием, образованием поверхностной пены, выделением тепла. Они развиваются при температуре 18-30°. В пивоварении применяются дрожжи низового брожения, которое протекает гораздо спокойнее при более низкой температуре (4-10°), дрожжевые клетки размножаются в нижних слоях и оседают на дно. Когда в процессе брожения в среде накапливается спирта до 15% и более, брожение прекращается, так как спирт, как отход их жизнедеятельности, является для них вредным продуктом. При спиртовом брожении кроме спирта и СО2 образуются еще в незначительном количестве сивушные масла и глицерин. Сивушные масла (амиловый и другие спирты) образуются при разложении дрожжами аминокислот и связаны, таким образом, с азотистым питанием дрожжей. При прибавлении к питательной среде сульфитов Na2SО3, СаSО3 увеличивается количество глицерина. В результате из сахара получают 22% спирта и 20% глицерина.

Алкогольные напитки производят, как правило, сбраживанием растительных продуктов с высоким содержанием углеводов. Вначале образующийся из глюкозы пируват декарбоксилируется пируватдекарбоксилазой в ацетальдегид. Последний восстанавливается алкогольдегидрогеназой в этанол с потреблением НАДН. В этом процессе участвуют не сбраживающие бактерии, а дрожжи, являющиеся эукариотами и относящиеся к одноклеточным грибам. Дрожжи часто используются также при выпечке хлеба. Они продуцируют CO₂ и спирт, которые разрыхляют тесто. Пивные, или пекарские, дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) гаплоидны и размножаются простым делением. Они могут жить как аэробно так и анаэробно. Вина получают с помощью других видов дрожжей, некоторые из них живут на ягодах винограда. Чтобы содействовать образованию этанола, при спиртовом брожении необходимо исключить доступ кислорода: например, когда тесто "подходит", его покрывают платком или проводят брожение в бочках с затвором, не позволяющим поступать воздуху.

Характеристика микроорганизмов - возбудителей

Микроорганизмы — это возбудители брожения, разложения и распада. Существуют полезные и вредные для людей. Микроорганизмы в большом количестве присутствуют везде, где может выжить организм в воздухе, почве, воде и внутри и снаружи на растениях и животных. Эти мельчайшие организмы выделяют ферменты, воздействующие на органику, на которой они растут.

Микроорганизмы выполняют много полезных и необходимых для жизни функций. В процессе собственной жизни микроорганизмы непрерывно пополняют содержание неорганических веществ в почве. Они расщепляют помет животных и ткани мертвых животных и растений. В процессе разложения сложные органические вещества растений и животных разлагаются до простых неорганических веществ, которые возвращаются в почву, а затем их поглощают зеленые растения. Из всех живых существ только зеленые растения, содержащие хлорофилл, поглощают неорганические вещества, произведенные микроорганизмами, и используют их как строительный материал для клеток и тканей. При помощи фотосинтеза зеленые растения комбинируют энергию солнца и углекислый газ из воздуха с водой и минеральными солями из почвы и производят органические вещества. Такие вещества служат пищей для всех животных и остальных растений, не содержащих хлорофилл, для жизни и развития. Хотя многие микроорганизмы необходимы для жизни на земле, некоторые содержат ядовитые вещества (токсины), которые чрезвычайно опасны для здоровья. Такие микроорганизмы являются причиной отравления, болезни и смерти.

Развитие микроорганизмов внутри и снаружи на скоропортящихся пищевых продуктах вызывает в них сложные химические изменения. В результате происходят нежелательные изменения вкуса, содержания витаминов, запаха и внешнего вида. Если не остановить процесс, пищевые продукты станут непригодными для употребления. Особый интерес при изучении сохранения пищевых продуктов вызывают три типа микроорганизмов: бактерии, дрожжи и микроскопические грибы (плесени). Так как каждый тип микроорганизма несколько отличается и по своей природе, и по поведению, необходимо их изучить.