Дыхание микроорганизмов, его типы. Ферменты и структуры клетки, участвующие в процессе дыхания. Классификация бактерий по отношению к кислороду воздуха

Дыхание микроорганизмов, его типы

1. Аэробное дыхание – конечным акцептором электронов (окислителем) выступает кислород. Дыхательный процесс принципиально не отличается от такового в клетках человека. Например, если исходным субстратом выступает углевод, он ферментативно расщепляется до пировиноградной кислоты (гликолиз), та в свою очередь окисляется до ацетил-КоА, после чего в ЦТК водородные атомы и электроны передаются на пиридиновые дегидрогеназы, которые вступают в дыхательную цепь. В конечном счете, ионы водорода связываются с кислородом, а в процессе окислительного фосфорилирования образуется АТФ.

2. Анаэробное дыхание – конечным акцептором электронов выступают неорганические вещества (сульфаты, нитраты). Начальные этапы дыхания у аэробов и анаэробов совпадают, но из-за отсутствия у последних некоторых ферментов дыхательной цепи (цитохромов) конечные этапы окисления у них заблокированы. В итоге субстраты при анаэробном дыхании расщепляются не полностью. Энергия запасается путем субстратного фосфорилирования. Энергетический выход при этом гораздо ниже, чем при окислительном фосфорилировании.

3. Брожение – конечным акцепторов электронов, равно как и донором, выступают органические соединения. Это тоже анаэробный процесс и субстраты также окисляются неполностью. Особенность брожения – это превращение на последних этапах пирувата в различные конечные метаболиты (спирты и органические кислоты). В этих реакциях энергия не высвобождается, но они необходимы для регенерации НАД+. Энергия также запасается путем субстратного фосфорилирования.

Дыхательный аппарат бактерий

Наибольшая плотность дыхательных ферментов у бактерий наблюдается в мезосомах – инвагинациях ЦПМ внутрь клетки. Среди ферментов выделяют:

• пиридиновые дегидрогеназы (первичные) – окисляют субстрат, отнимая водород;

• флавиновые дегидрогеназы (вторичные) – принимают водород от первичных дегидрогеназ, но для отдельных субстратов могут и сами работать как первичные;

• цитохромы – переносчики водорода от вторичных дегидрогеназ на кислород;

• убихиноны – свободные переносчики водорода по мембране (не ферменты).

Классификация бактерий по отношению к кислороду

Аэробы:

• облигатные аэробы – не могут жить и размножаться без О2; только аэробное дыхание;

• микроаэрофилы – растут только в условиях уменьшенной концентрации О2;

• капнофилы – растут только в условиях увеличенной концентрации СО2.

Анаэробы:

• облигатные анаэробы – погибают в присутствии О2 (отсутствует супероксиддисмутаза, защищающая клетку от продуктов окисления); только анаэробное дыхание;

• факультативные анаэробы – могут переключаться на аэробное дыхание;

• аэротолерантные – могут расти в присутствии О2 (имеется супероксиддисмутаза), но не способны его использовать; только брожение.