10. Типы биологического окисления микробов. Аэробный тип биологического окисления, признаки, присущие ему.
Дыхание (биологическое окисление) – окислительно-восстановительные реакции, идущие с выделением энергии и образованием АТФ. Субстраты дыхания: глюкоза, аминокислоты, спирты и др.
Аэробное дыхание – участвует кислород. Окислительное фосфорилирование (дыхание) – это процесс образования АТФ при переносе электронов от донора к акцептору через дыхательную цепь. Донором электронов могут служить органические (углеводы, жирные кислоты, аминокислоты) и неорганические вещества: H2S, Fe3+ («сероводородное дыхание», «железное дыхание»). Акцептором электронов – только неорганические вещества, которые восстанавливаются. В зависимости от конечного акцептора электронов различают аэробное и анаэробное дыхание. При аэробном дыхании конечным акцептором электронов служит молекулярный кислород, который преобразуется в высокотоксичные для клетки соединения: перекись водорода и супероксидный радикал. Аэробные и аэротолерантные (устойчивые к кислороду) прокариоты обладают специальными ферментами, супероксид-дисмутазой и каталазой, катализирующими превращение токсических форм кислорода в воду.
Брожение – неполное окисление в анаэробных условиях. Продуктами брожения могут быть этиловый спирт, молочная, масляная, уксусная, пропионовая кислоты. Различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое, маслянокислое, пропионовокислое и другие виды брожения.
11. Анаэробный тип биологического окисления, признаки, присущие ему. Учёный, открывший анаэробный тип биологического окисления. Генрих отто виланд
Анаэробное дыхание – без участия кислорода. При аэробном расщеплении выделяется значительно больше энергии, т.е. оно энергетически более выгодно, чем анаэробное расщепление.
В клетках облигатных анаэробов эти ферменты отсутствуют, поэтому кислород губительно действует на данные бактерии. При анаэробном дыхании конечным акцептором электронов служат неорганические вещества, содержащие «связанный кислород» (нитраты, нитриты, сульфаты, карбонаты): нитраты восстанавливаются до молекулярного азота или аммиака («нитратное дыхание»), а сульфаты восстанавливаются до сероводорода («сульфатное дыхание»). Процесс переноса электронов от донора к акцептору при дыхании включает следующие этапы:
1. Окисление субстрата с переносом электронов на внутренний акцептор клетки (НАД, ФАД, НАДФ) через ЦТК (в результате одного оборота цикла происходит 2 декарбоксилирования, 4 дегидрирования и 1 субстратное фосфорилирование);
2. Перенос электронов по дыхательной цепи с образованием АТФ;
3. Перенос электронов на внешний акцептор и возвращение дыхательной цепи в исходное состояние.
12. Брожение. Учёный, открывший микробную природу брожения. Виды брожения.
Субстратное фосфорилирование (брожение) – это способ получения энергии, при котором происходит сопряженное окисление-востановление субстрата без участия кислорода (в строго анаэробных условиях). Это наиболее примитивный способ получения энергии, т.к. из субстрата извлекается лишь незначительная часть содержащейся в нем энергии. Брожение было известно человеку давно, однако биологическая сущность доказана в работах Л. Пастера, который установил, что изменения в органическом субстрате – результат жизнедеятельности микроорганизмов.
Процесс брожения протекает в две фазы:
Начальная (окисление) – расщепление углеводов до пировиноградной кислоты (пирувата) тремя путями:
гликолитический (гликолиз, путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса, фруктозо-1,6- дисфосфатный путь) – 2 АТФ и 2 НАДН2;
пентозофосфатный (путь Варбурга-Диккенса-Хорекера-Рэкера, фосфоглюконатный путь) – 2 АТФ, 2 НАДФН, пентозофосфат и СО2;
2-кето-3дезокси-6-фосфоглюконатный (путь Энтнера-Дудорова, отличается тем, что глюкоза без фосфорилирования окисляется в глюконовую кислоту, последняя превращается в 2-кетоЗ-фосфоглюконовую кислоту, которая расщепляется на два C3-фрагмента: ПВК и глицериновый альдегид) – наблюдается только у бактерий рода Pseudomonas, Alcaligenes, у высших организмов отсутствует – 1 АТФ, 1 НАДФ и 1 НАДН2;
Конечная (восстановление) – происходит присоединение атомов водорода для восстановления пировиноградной кислоты, при этом образуются разные продукты, в зависимости от которых выделяют разные типы брожения.
