Дыхание бактерий

Классификация бактерий по типу дыхания:

Облигатные аэробы - развиваются только в атмосфере с 20% кислорода, содержат ферменты, с помощью которых осуществляется перенос водорода от окисляемого субстрата субстрата к кислороду воздуха. (Микобактерии туберкулёза)

Микроаэрофилы - нуждаются в меньшем количестве кислорода, и его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост (актиномицеты, бруцеллы, лептоспиры)

Факультативные анаэробы - могут размножаться как в отсутсвие, так и в присутствии кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микроорганизмов - возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка)

Облигатные анаэробы - бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным (клостридии столбняка, ботулизма)

Аэробное дыхание является самой совершенной формой окислительного процесса и наиболее эффективный способ получения энергии. Главное преимущество аэробного дыхания в том, что энергия окисляемого вещества - субстрата, на котором растет, используется наиболее полно. Поэтому в процессе дыхания перерабатывается гораздо меньше субстрата, для получения определенного количества энергии.

Процесс дыхания заключается а том, что углеводы разлагаются, окисляясь кислородом воздуха, до углекислого газа и воды. При этом выделяется энергия которая запасается в виде макроэргических связей в виде молекулы АТФ и расходуется на поддержание жизнелеятельности и размножение. Бактерии не могут накапливать значительного количества запасных веществ, поэтому они в основном используют питательные соединения окружающей среды.

Дыхание является процессом дающим энергию, но его биологическое значение этим не ограничивается, в результате химических реакций, сопровождающих дыхание образуется большое колличество промежуточных соединений из которых а дальнейшем синтезируются разнообразные вещества клетки: АК, жирные кислоты, жиры, белки, витамины.

Поэтому обмен углеводов регулирует все остальные типы обмена веществ (белков, жиров). В этом его огромное значение.

Электронно транспортная цепь у прокариот локализована в цитоплазматической мембране. У эукариот на внутренней мембране митохондрий. ЭТЦ есть как у анаэробных, так и у аэробных бактерий. Переносчики электронов в ЭТЦ расположены в порядке уменьшения сродства к электрону. Поэтому транспорт электронов на протяжении всей цепи протекает произвольно, с выделением энергии. Энергия выделяется при переносе электронов в межмембранное пространство ступенчато в виде протона (Н+), выделяясь из каждого комплекса. Протоны из межмебранного пространства попадают в протонную помпу, там создают протонный потенциал, который приобразуется АТФ-синтазой, в энергию химических связей АТФ. Сопряжённая работа ЭТЦ и АТФ-синтазы носит название окислительного фосфорилирования.

Анаэробное дыхание

Цепь анаэробных окислительно восстановительных реакций, которые сводятся к окислению органического или неорганического субстрата с использованием в качестве конечного акцептора электрона не кислорода, а других неорганических веществ. (Нитрата,нитрита, сульфата, сульфита, карбоната и др.) Молекула АТФ а процессе анаэробного дыхания образуется в основном электронно транспортной цепи, т.е. в результате реакции мембранного фосфорилирования, но в меньшем количестве, чем арт аэробном дыхании.

Если конечный акцептор электронов сульфаты, то анаэробное дыхание называется сульфатным, а бактерии сульфат восстанавливающие иди сульфатредуцирующие. Если конечный акцептор нитраты или нитриты, то процесс называется нитратным дыханием или денитрификацией, а бактерии денитрифицирующие. Если конечный акцептор электронов углекислый газ, то дыхание называется карбонатным, а бактерии метаногенными или метанообразующими. Если конечный акцептор фуморат, дыхание фуморатное.

Основные особенности бактерий, способных к анаэробному дыханию:

1) Имеют укореченое ЭТЦ, т.е. не содержат всех белков переносчиков, характерных для аэробы

2) В дыхательной цепи цитохром оксидаза, заменена соответствующими редуктазами.

3) У строгих или облигатных анаэробов не функционирует цикл Кребса или он разорван и выполняет только биосинтетические функции.

4) Основное колличество АТФ синтезируется в процессе мембранного фосфорилирования.

5) По отношению к молекулярному кислороду бактерии способные к анаэробному дыханию являются или факультативные или облигатными анаэробами. К облигатным относятся сульфата останавливающие, и метаногенные. Факультативные анаэробные могут переключать механизм с анаэробного на аэробный. Выход АТФ при анаэробном дыхании выше чем при аэробном, но меньше чем при брожении.

Брожение

Метаболический процесс при котором регенириуется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцептора и водорода. Брожение это всегда анаэробный процесс. Чаще связан с распадом углерода и большинство типов брожения осуществляют микроорганизмы. Любое брожение проходит в две стадии:

1) Окисление (гликолиз) - превращение глюкозы в ПВК

2) Восстановление - используются атомы водорода для восстановления ПВК

Брожение высвобождает не всю энергию, имеющуюся в молекуле, поэтому промежуточные продукты брожения могут использоваться в ходе клеточного дыхания.

По коннчным продуктам выделяют разные виды брожения:

Спиртовое, включающие трансформацию пепувата в углекислый газ и перанод

Молочнокислое брожение приводит преобразование пирувата в лактат

Пропионовокислое пируват в оксалоацитат, а затем он приобразуется в пропионовую кислоту.

Муравьинокислое брожение смешанный тип брожения, не характерный и не главным продуктом является муравьиная кислота

Масляное брожение - конечный продукт маслянная кислота

Уксуснокислое. Этиловый Спир окисляется в уксусную кислоту.

Ферменты бактерий:

Для бактерий характерны все типы ферментов.

Оксидоредуктазы - католизируют ОВР

Трансферазы - осуществляют реакции переносы групп атомов

Гидролазы - осуществляют гидролитические расщепление различных соединений

Лиазы - катализируют реакции отщепления от субстрата химической группы негидрлитисеским путем.

Лигазы/синтетазы - обеспечивают соединение двух молекул, сопряжение с затратой двух молекл, сопряжённые с расширением пирофосфатной связи в молекуле АТФ

Изомеразв - определяют пространственное расположение групп элементов

По типу синтеза Ферменты

Конститутивные - синтезируется постоянно в клетке

Индуцибельные - синтез которых провоцирует наличие тех или иных соединений.

Репресссибельные - синтез которых прекращается в следствии накопления продукта реакции

По локализации выделяют

Эндоферменты (только внутри клетки)

Экзоферменты

Гиалуронидаза

Нейраминидаза

Микробиологическая (рабочая) классификация ферментов

Сахаролитические

Протеолитические (расширяет белки)

Липолитические (размещение липидов)

ОВ (каталаза)

Аутолитические (разрушени собственных компонентов клетки (аутолизу))

Ферменты патогенности или вирулентности

Примеры «бонусов», приобретенных от вирусов:

В геномах цианобактерий присутствуют гены фотосистемы 2, эти гкны мигрируют между разными экотипоми цианобактерий, обеспечивающих до 25% глобального фотосинтеза. Так, некоторые из этих генов обеспечивают оеаорац фотосинтетического аппарата на ярком свету.

Вирусы используются человеком в качестве генетических векторов.

Перспективы развития микробиологии

1. СЕЙЧАС это одно из ведущих направлений биологии и медицины.

2. Создаются новые генно-инженерные вакцины. Появляются новые данные об открытии инфекционных болезней, которые ранее считались соматическими. (язва, гастрит, астма, шизофрения, аутизм и др.)

3. Появилась реальная возможность сделать микроорганизмы неисчерпаемым источником биологически-активных веществ (белка, аминокислот, ферментов, витаминов, гормонов, средств защиты растений и животных и т.д.). Достижения и методы технической микробиологии являются основой для биотехнологии, разрабатывающих способов различных важных веществ и продуктов питания с использованием микроорганизмов. Разрабатывает способы конструирования геномов с нужными целевыми свойствами.