Получение энергии в результате брожения
Наиболее примитивным способом получения энергии, присущим определенным группам эубактерий, являются процессы брожения.
По своей биологической сутиброжение– это способ получения энергии, при котором АТФ синтезируется в процессе анаэробного окисления органических субстратов в реакциях субстратного фосфорилирования. Все реакции субстратного фосфорилирования локализованы в цитолизе клетки. Это указывает на простоту химических механизмов, лежащих в основе субстратного фосфорилирования.
При брожении продукты расщепления одного органического субстрата могут одновременно служить и донорами, и акцепторами электронов. Как правило, доноры и акцепторы электронов образуются из одного и того же субстрата, подвергающегося брожению (например, из углевода). Сбраживанию могут подвергаться различные субстраты, но лучше других используются углеводы.
Круг органических соединений, которые могут сбраживаться, довольно широк.Это углеводы, спирты, органические кислоты, аминокислоты, пурины, пиримидины и др. Химическое вещество может быть подвергнуто сбраживанию, если оно содержит неполностью окисленные или восстановленные углеродные атомы. В этом случае есть возможность для окислительно-восстановительных преобразований между молекулами, возникающими из субстрата. В результате одна часть продуктов брожения будет более восстановленной, другая – более окисленной по сравнению с субстратом.
Процессы окисления сводятся к отрыву электронов от определенных метаболитов с помощью специфических ферментов (дегидрогеназ) и акцептированию их другими молекулами, образующимися из сбраживаемого субстрата, т.е. в процессе брожения происходит окисление анаэробного типа. Многие организмы, осуществляющие брожение – облигатные анаэробы, а некоторые – факультативные анаэробы, способные расти как в присутствии кислорода, так и без него; при этом кислород подавляет брожение и оно сменяется дыханием.
Продуктами брожений являются различные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (этиловый, бутиловый, пропиловый), ацетон, а также СО2 и Н2. Обычно в процессе брожения образуется несколько продуктов. В зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, различают молочнокислое, спиртовое, маслянокислое и другие виды брожений.
Спиртовое, гомоферментативное молочнокислое и маслянокислое брожения являются основными типами брожений. Все другие виды брожений представляют собой комбинацию этих трех типов. Например, пропионовокислое брожение может рассматриваться как комбинация гомоферментативного молочнокислого и спиртового брожений. Три основных типа брожений связаны между собой – начальные пути разложения.
2.Ключевые реакции глюконеогенеза.
Глюконеогенез —это образование глюкозы вновь из неуглеводных компонентов: пирувата, лактата,гликогенных аминокислот, глицерина,любого соединения, которое в процессе катаболизма может быть превращено в пируват или один из метаболитов цикла Кребса.
Глюконеогенез протекает в: печени, корковом веществе почек,слизистой кишечника.За счёт глюконеогенеза в условиях углеводного голодания образуется 80 г глюкозы.
Глюконеогенез–это частично обращённый гликолиз.
Три реакции гликолиза необратимы, поэтому используются другие ферменты. Пируваткиназная реакция заменяется двумя:пируваткарбоксилазной реакцией и фосфоенолпируваткарбоксикиназной реакцией.
Между этими реакциями существует челночный механизм.ЩУК не может самостоятельно выйти из митохондрий.ЩУК + НАДН+Н = малат + НАД. В цитоплазме малат окисляется цитоплазматической малатдегидрогеназой до ЩУК
От ФЕП до ФФК реакции все реакции идут в обратной последовательности гликолиза:Фосфофруктокиназная реакция заменяется фруктозодифосфатазной реакцией.
Биологическая роль глюконеогенезаизбавление от лактата (85% лактата идёт на глюконеогенез, 15% — окисляется до СО2, Н2О и энергии), связь обменов, получение эндогенной глюкозы.
Источник
Брожение как один из способов получения энергии. Пути превращения глюкозы до пировиноградной кислоты.
Микроорганизмы в основном получают энергию при высвобождении ее из безазотистых органических веществ. Только Небольшая их часть может использовать солнечную энергию или энергию окисления минеральных соединений. В зависимости от того, каким путем идет разложение органических веществ, различают брожение, при которое высвобождение энергии происходит без доступа свободного кислорода, и дыхание, или окисление, когда выделение энергии происходит в аэробных условиях. Во втором случае энергия высвобождается полностью, и в качестве конечных продуктов окисления выделяются С02 и Н20.
Брожение сопровождается частичным высвобождением энергии, заключенной в органическом веществе. Поэтому среди конечных продуктов этого процесса всегда находятся неполностью окислившиеся вещества, содержащие запасы химической энергии, — спирт, молочная кислота и др. В зависимости от основного продукта, образующегося в ходе этих процессов, брожения получили соответствующие названия: спиртовое, молочнокислое, маслянокислое и др.
Брожения, осуществляемые микроорганизмами, имеют большое значение в природе и широко используются в практической деятельности человека. Они лежат в основе пивоварения, виноделия, квашения овощей, силосования, переработки молока в кисломолочные продукты и сыр, мочения волокнистых растений (лен) и т. д.
При изучении процессов, вызываемых микроорганизмами, удобно пользоваться методом элективных культур.
Процесс превращения глюкозы до пировиноградной кислоты у гомоферментатавных молочнокислых бактерий протекает как и у дрожей при спиртовом брожении. Далее ввиду отсутствия у этих бактерий пируватдекарбоксилазы, пировиноградная кислота не подвергается расщеплению, она является в этом брожении конечным акцептором водорода. Пировиноградная кислота вступает во взаимодействие с восстановленным НАД Н2 (кофермент) – образуется молочная кислота.
СНзСОСООН + НАД Н2– СНзСНОНСООН
Превращение глюкозы гетероферментативными бактериями происходит по-иному. Отсутствие у них фермента адьдолазы меняет начальный путь превращения глюкозы. После фосфорилирования гексоза окисляется (отщепляется водород) и декарбоксилируется (отщепляется углекислый газ), превращаясь в пентозофосфат. Пентозофосфат при участии фермента фосфокеталазы расщепляется на фосфоглицериновый альдегид. Фосфорглицериновый альдегид превращается в пировиноградную кислоту, которая восстанавливается в молочную.
Гексоза —-пентофасфат—-фосфоглицериновый альдегид—-пируват—молочная кислота
Возбудители молочнокислого брожения- молочнокислые бактерии имеют круглую палочковидную форму. Все молочнокислые бактерии неподвижны, не образую спор, грамположительные факультативные анаэробы. Они требовательны к составу питательный среды и хорошо развиваются только при наличии полного набора аминокислот и витаминов В1, В6, РР. По отношению к температуре молочнокислые бактерии разделяются на мезофильные- с мах температурой роста-25-35 С и термофильные с оптимум около 4-45 С. Некоторые бактерии способны к слезообразованию. В питательной среде они снижают рН ниже 5 и тем самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться в кислой среде, на различных растениях, в почве, на пищевых продуктах, в кишечнике человека.
Реакции, в которых энергия, освобождающаяся на определенных окислительных этапах брожения запасается в молекулах АТФ, получили название субстратного фосфорилирования. Их особенностью является катализирование растворимыми ферментами. Образующийся в восстановительной части окислительно-восстановительных преобразований сбраживаемого субстрата восстановитель ( НАД*Н2 , восстановленный ферредоксин) переносит электроны на подходящий эндогенный акцептор электрона пируват, ацетальдегид , ацетон и др.) или освобождается в виде газообразного водорода (Н2).
Согласно распространенным представлениям, наиболее древние формы жизни, источником энергии для которых служили реакции субстратного фосфорилирования, использовали органические соединения внешней среды одновременно по двум каналам: в качестве источника энергии и источника углерода. Постепенное исчерпание таких соединений из окружающей среды поставило организмы перед двумя проблемами: поиском новых источников энергии и новых источников углерода. В первом случае это привело к использованию энергии света, во втором — к использованию углекислоты.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Брожение как один из способов получения энергии. Пути превращения глюкозы до пировиноградной кислоты.
Брожение как один из способов получения энергии. Пути превращения глюкозы до пировиноградной кислоты.
Брожение как один из способов получения энергии. Пути превращения глюкозы до пировиноградной кислоты.
Источник
Брожение как основной способ получения энергии у бактерий
Брожение — это метаболический процесс, в результате которого образуется АТФ, а доноры и акцепторы электронов, это продукты образующиеся в ходе самого брожения.
Брожение – процесс ферментативного расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, протекающий без использования кислорода. Служит источником энергии для жизнедеятельности организма и играет большую роль в круговороте веществ и в природе. Некоторые виды брожения, вызываемые микроорганизмами (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое), используются в производстве этилового спирта, глицерина и других технических и пищевых продуктов.
Спиртовое брожение (осуществляется дрожжами и некоторыми видами бактерий), в ходе него пируват расщепляется на этанол и диоксид углерода. Из одной молекулы глюкозы в результате получается две молекулы спирта (этанола) и две молекулы углекислого газа. Этот вид брожения очень важен в производстве хлеба, пивоварении, виноделии и винокурении.
Молочнокислое брожение, в ходе которого пируват восстанавливается до молочной кислоты, осуществляют молочнокислые бактерии и другие организмы. При сбраживании молока молочнокислые бактерии преобразуют лактозу в молочную кислоту, превращая молоко в кисломолочные продукты (йогурт, простокваша и др.); молочная кислота придаёт этим продуктам кисловатый вкус.
Молочнокислое брожение происходит также в мышцах животных, когда потребность в энергии выше, чем обеспечиваемая дыханием, и кровь не успевает доставлять кислород.
Обжигающие ощущения в мышцах во время тяжелых физических упражнений соотносятся с получением молочной кислоты и сдвигом к анаэробному гликолизу, поскольку кислород преобразуется в диоксид углерода аэробным гликолизом быстрее, чем организм восполняет запас кислорода; а болезненность в мышцах после физических упражнений вызвана микротравмами мышечных волокон. Организм переходит к этому менее эффективному, но более скоростному методу производства АТФ в условиях недостатка кислорода. Затем печень избавляется от излишнего лактата, преобразуя его обратно в важное промежуточное звено гликолиза — пируват.
Уксуснокислое брожение осуществляют многие бактерии. Уксус (уксусная кислота) — прямой результат бактериальной ферментации. При мариновании продуктов уксусная кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.
Маслянокислое брожение приводит к образованию масляной кислоты; его возбудителями являются некоторые анаэробные бактерии рода Клостридиум.
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)
Источник
Брожение как способ получения энергии гетеротрофными микроорганизмами
Гетеротрофы использую органические вещества и как строительный материал, и как источник энергии.Расщепляя ферментами углеводы в анаэробных условиях, микроорганизмы вызывают процесс брожения.Брожение –ступенчатый ферментативный анаэробный окислительно-восстановительный процесс, в котором микроорганизмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.
Рассмотрим схемы двух распространенных в природе процессов, названия которых даны по основным продуктам:
А) Молочнокислое брожение:
Б) Спиртовое брожение:
Энергия в процессах брожениях выделяется за счет перераспределения окислительных эквивалентов (кислорода) между продуктами брожения.
1.Субстраты брожения – органические вещества (углеводы, реже органические кислоты);
2.Продукты брожения – органические вещества (кислоты, спирты);
3.Биологический смысл процесса – получение энергии;
4.Условия процесса – анаэробные.
Механизм брожения: большинство брожений проходит в 2 этапа:
I этап — универсальный(чащегликолиз) – проходит по схеме:
Энергия, полученная на этом этапе консервируется в виде макроэргических связей АТФ.
II этап – специфический— зависит от набора ферментов. Если микроорганизм образует активный фермент ПВК-декарбоксилазу, то происходит декарбоксилирование (отщепление СО2) от ПВК с образованием уксусного альдегида, который затем восстанавливается водородом НАД•Н2 до этанола – схема спиртового брожения. Если ПВК-декарбоксилаза отсутствует, то ПВК сразу восстанавливается до молочной кислоты водородом НАД•Н2,образованной на этапе гликолиза.
Т. о., акцепторами водорода и электронов являются продукты самого брожения – органические вещества. В результате процесса брожения высвобождается и используется для жизнедеятельности микроорганизма лишь часть энергии субстрата. Основная масса химической энергии остается в продуктах брожения – спиртах, кислотах. Неполное высвобождение энергии субстрата при брожении объясняется отсутствием внешнего окислителя, в первую очередь, кислорода.
Дыхание как способ получения энергии микроорганизмами
Дыхание —это ступенчатый, ферментативный, окислительно-восстановительный процесс расщепления углеводов, окислителем которых является свободный или связанный кислород.
А) Если в качестве окислителя выступает молекулярный кислород воздуха, дыхание называется аэробным. Выделяют аэробноедыхание: а) с полным окислением органических субстратов; б) с неполным окислением органических субстратов.
Процесс аэробного дыхания протекает по схеме:
Характеристика аэробного дыхания:
1.Субстраты дыхания – органич. в-ва (углеводы, кислоты, жиры);
2.Продукты дыхания – минеральные вещества (Н2О, CO2);
3.Биологический смысл – получение энергии;
Механизм аэробного дыхания. Выделяют три основных этапа дыхания:
I) Универсальный (гликолиз, фруктозо-1,6-дифосфатный путь, путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса)
При функционировании гликолиза глюкоза превращается в пируват (ПВК). Процесс происходит в два этапа, суммарная реакция выглядит следующим образом :
II) Цикл Кребса. На этом этапе происходит последовательное отщепление 3 углеродных атомов от ПВК. Суммарное уравнение цикла кребса выглядит так:
III)Собственная аэробная фаза – проходит в электронтранспорт-ная цепи (ЭТЦ) по схеме:
Суть третьей фазы дыхания сводится к передаче водорода дегидрогеназ (НАД и ФАД) на кислород (О2) по дыхательной цепи (ЭТЦ). Компоненты ЭТЦ располагаются в мембранах в порядке увеличения окислительного потенциала. В трех местах этой цепи выделяется энергии столько, что становится возможным синтез макроэргической связи АТФ. Всего в ЭТЦ образуется 34 моль АТФ. К ним следует прибавить 2 молекулы АТФ из цикла Кребса и 2 молекулы — из гликолиза. Итого – 38 АТФ – результат полного окисления одной молекулы глюкозы.
Б)Если в процессе дыхания окислителем является связанный кислород — дыхание называется анаэробным. Конечным акцептором водорода и электронов может быть кислород нитратов или сульфатов (NO3 или SO4).В качестве энергетических субстратов бактерии могут использовать углеводы, спирты, органические кислоты и др. Выделяют два основных типа анаэробного дыхания: нитратное и сульфатное.
1.Нитратное дыхание(окислителем является кислород нитратов) – проходит по схеме:
Процесс носит название денитрификации. Возбудителями являются факультативно-анаэробные бактерии такие как Pseudomonas aeruginosae, Paracocсus denitrificаns.
2.Сульфатное дыхание(окислителем является кислород сульфатов) – проходит по схеме:
Процесс носит название десульфофикации. Возбудителями являются облигатные анаэробы вида Desulfovibrio desulfuricans.
Источник
