Энергетические процессы микроорганизмов. Роль АТФ и способы ее образования

Энергия нужна клетке для синтеза различных веществ, для осуществления движения и для поглощения веществ из окружающей среды (по механизму активного транспорта). Получение энергии обеспечивается процессами катаболизма – расщепления и окисления веществ, причем для микроорганизмов, как и для других живых существ, универсальным переносчиком энергии является АТФ.

 

Существуют два принципиально разных пути синтеза АТФ в клетке:

• субстратное фосфорилирование, реакции осуществляются в растворах;

•мембранное (окислительное или фото-) фосфорилирование – перенос электронов по электронтранспортной цепи (ЭТЦ), при этом субстраты окисляются постепенно, характерен для аэробных условий, синтез АТФ осуществляется на мембране.

Центральным амфиболитом считается глюкоза. Из трех известных путей первого этапа окисления глюкозы в пируват два - гликолиз и кетодезоксифосфоглюконатный путь - встречаются у микроорганизмов; третий, пентозофосфатный путь распространен у растений, а у микроорганизмов играет вспомогательную роль. Дальнейшее преобразование пирувата в ацетил-КоА у микроорганизмов может происходить по четырем различным механизмам, после чего ацетил-КоА поступает в окислительные циклы (прежде всего, цикл трикарбоновых кислот) или участвует в процессах брожений.

Брожением называют бескислородные превращения пирувата, при которых АТФ образуется в процессе анаэробного окисления органических субстратов в реакциях субстратного фосфорилирования.

Микроорганизмы могут вызывать разные виды брожений, например, молочнокислое идет согласно следующему уравнению С12H22О11 (молочный сахар) + H2O = 4С3Н6О3 (молочная кислота) Возбудителями М. брожения являются многие виды бактерий, среди которых можно указать кишечную палочку (Bacterium coli commune), Micrococcus prodigiosus и др., но чаще всего встречается в скисшем молоке Bacterium acidi lactici. Этот аэробный микроорганизм имеет вид коротенькой палочки, иногда перетянутой посередине, иногда состоящей из двух, трех члеников.

Спиртовое брожение есть процесс разложения сахара на спирт и углекислый газ. Оно протекает под действием микроорганизмов в виде следующей реакции: Спиртовое брожение нормально протекает в анаэробных условиях, создающихся в процессе самого брожения. Но поскольку дрожжи являются факультативными анаэробами, они могут разлагать сахар и в аэробных условиях с образованием углекислого газа и воды. Спиртовое брожение углеводов вызывается дрожжами, отдельными представителями мукоровых грибов и некоторыми бактериями. дрожжи Saccharomyces cerevisiae)

 

С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 ккал

 

Уксуснокислое -окисление этилового спирта в уксусную кислоту под влиянием уксуснокислых бактерий.

 

С2Н5ОН + О2 = СН3СООН + Н2О

Пропионовокислое брожение представляет собой процесс превращения сахара или молочной кислоты в пропионовую и уксусную кислоты с образованием углекислоты и воды:

 

3C6H12О6 = 4С2Н5СООН + 2СН3СООН + 2СО2 + 2H2O ИЛИ

3С3Н6О3 = 2С2Н5СООН + СН3СООН + СО2 + Н2О

 

Брожение вызывается пропионовокислыми бактериями. Это короткие, неподвижные, бесспоровые анаэробные палочки, опти­мальная температура развития которых около 30°С.

При маслянокислом брожении происходит процесс разложения сахара под действием бактерий в анаэробных условиях с образованием масляной кислоты, углекислого газа и водорода. Оно протекает по уравнению:

С6Н12О6 = С3Н7СООН + 2СО2 + 2Н2 + 20 ккал

АТФ занимает центральное место в энергетическом обмене клетки. Макроэргические связи в молекуле АТФ очень непрочны. Гидролиз этих связей приводит к освобождению значительного количества свободной энергии:АТФ + Н20>АДФ + Н3Р04- 30,56 кДжГидролиз протекает с участием специфических ферментов, обеспечивая энергией биохимические процессы, идущие с поглощением энергии. В этом случае АТФ играет роль поставщика энергии. Имея малый размер, молекула АТФ и диффундирует в различные участки клетки. Запас АТФ в клетках непрерывно возобновляется за счет реакций присоединения остатка фосфорной кислоты к молекуле аденозиндифосфорной кислоты (АДФ):Синтез АТФ, как и гидролиз, идет при участии ферментов но сопровождается поглощением энергии, способы получения которой у микроорганизмов хотя и разнообразны, но могут быть сведены к двум типам:

 

1) использование энергии света;

 

2) использование энергии химических реакций.

 

При этом тот и другой виды энергии трансформируются в энергию химических связей АТФ. Таким образом, АТФ выполняет в клетке роль трансформатора.