Лекция №5 Дыхание микроорганизмов

Питательные вещества, поступившие в микробную клетку, претерпевают в ней сложные превращения.

На эти превращения затрачивается определенное количество энергии. Энергия расходуется также для обеспечения роста и размножения микроба. Необходимую для этих целей энергию микробная клетка получает в процессе дыхания. Сущность та­кого процесса заключается в том, что сложные органические вещества окисляются до более простых с выделением энергии.

Для окисления органических веществ с целью получения энергии одни микроорганизмы используют кислород воздуха, другие способны обходиться при этом без кислорода, а для третьих кислород воздуха является даже вредным. Следова­тельно, по отношению к кислороду воздуха микроорганизмы можно подразделить на аэробные - это те микроорганизмы, которые нуждаются в кислороде воздуха, и анаэробные микро­организмы, которым кислород воздуха не нужен.

Среди анаэробных микробов встречаются строгие, или безусловные, анаэробы, на них кислород воздуха действует гу­бительно, и факультативные, или условные, анаэробы, способ­ные существовать как в присутствии кислорода, так и без него.

К числу аэробных микроорганизмов относятся грибы и мно­гие бактерии, например, уксуснокислые.

Аэробные микроорганизмы в процессе дыхания окисляют органические вещества обычно полностью до образования в качестве конечных продуктов углекислого газа и воды. Полное окисление сопровождается выделением всей энергии, содержащейся в окисляемом продукте. Такое окисление, например, сахара, может быть выражено следующим уравнением:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + 674 ккал.

При неполном окислении органических веществ выделяется меньше энергии. Невыделившаяся часть энергии остается в та­ком случае в продуктах неполного окисления. Так, окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями может идти до стадии образования уксусной кислоты и воды с неполным вы­делением энергии:

С₂Н₅ОН + О₂ = СН₃СООН + Н₂О + 116 ккал,

в то время как в случае полного окисления реакция идет по схеме:

С₂Н₅ОН + 3О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О + 326 ккал

При этом выделяется вся содержащаяся в этиловом спирте энергия.

Аэробные автотрофные микроорганизмы необходимую им энергию получают за счет окисления неорганических веществ.

Анаэробные микроорганизмы характеризуются бескислород­ным дыханием, которое называется брожением. При бес­кислородном дыхании окисление веществ всегда протекает неполно.

Примером бескислородного дыхания является спиртовое брожение, вызываемое дрожжами в анаэробных условиях. Это брожение протекает по схеме:

С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 27 ккал

В результате спиртового брожения сахар превращается в этиловый спирт и углекислый газ с выделением 27 ккал энер­гии. Как видно, окисление сахара происходит неполно, так как один из конечных продуктов - этиловый спирт - обладает зна­чительным запасом энергии (326 ккал), которая в анаэробных условиях оказалась невыделенной.

Некоторые микроорганизмы в анаэробных условиях способны окислять органические вещества благодаря использованию кислорода, входящего в состав других соединений. Подобной способностью обладают, например, денитрифицирующие бактерии, использующие кислород, содержащийся в нитратах.

Выделяющаяся в результате окислительных процессов энергия используется микроорганизмами на жизненные процессы лишь в незначительной части (меньше четверти). Большая часть ее теряется, выделяясь в окружающую среду в виде тепла. За счет этого тепла происходит нагревание, например субстрата при спиртовом брожении, в результате чего его тем­пература становится на 2-3°С выше температуры окружающего воздуха.

Под влиянием микроорганизмов в условиях повышенной влажности нередко происходит самосогревание навоза, сена, зерна и др. Иногда оно приводит к самовозгоранию навоза и сена, так как при достижении температуры в 60-80°С в них на­чинают протекать чисто химические окислительные процессы, вызывающие воспламенение этих предметов.