Способы получения энергии хемогетеротрофами

СПОСОБЫ СУЩЕСТВОВАНИЯ И ТИПЫ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

У МИКРООРГАНИЗМОВ

В зависимости от способа получения энергии и источника углерода все микроорганизмы делятся на хемоавтотрофы, фотоавтотрофы и хемогетеротрофы и фотогетеротрофы.

Хемоавтотрофы — это микроорганизмы, использующие химическую энергию, освобождающуюся при окислении неорганических веществ (таких как аммиак, сероводород, закисное железо Fе а + и др.), для синтеза органических веществ из неорганического источника углерода — С0₂. К ним относятся нитрифицирующие, тионовые бактерии, железобактерии, бесцветные серобактерии, водородные бактерии. Нитрифицирующие бакте­рии окисляют аммиак (1МНз) сначала до азотистой, а затем до азотной кислоты:

Бесцветные серобактерии окисляют сероводород (Н₂5) сначала до элементарной серы, а затем до серной кислоты:

Фотоавтотрофы — это микроорганизмы, использующие световую энергию для синтеза органических веществ клеток из неорганического источника углерода — С0₂. Они имеют особые пигменты типа хлорофилла, с помощью которых усваивают ипреобразуют световую энергию. К ним относятся пурпурные и зеленые серобактерии.

Хемогетеротрофы — это микроорганизмы, использующие химическую энергию, освобождающуюся в ходе окисления органических веществ. Для синтеза веществ клеток они также утилизируют готовые органические соединения в качестве источников углерода. К ним относится большинство микроорганизмов. Они широко распространены в природе, их жизнедеятельность имеет большое значение для круговорота веществ в природе. Некоторые из них вызывают порчу пищевых продуктов, а другие в процессе метаболизма образуют продукты, представляющие практический интерес, и поэтому используются в различных производствах, основанных на жизнедеятельности этих микроорганизмов. Ниже будут рассмотрены способы получения энергии хемогетеротрофами, которые лежат в основе важнейших биохимических процессов, имеющих практическое значение.

Фотогетеротрофы — это микроорганизмы, использующие световую энергию, а в качестве источника углерода — органические соединения.

Получение энергии хемогетеротрофами. В качестве источника энергии они могут использовать широкий круг органиче­ских веществ, чаще углеводы, а также спирты (одноатомный — этиловый спирт, трехатомный — глицерин, шестиатомные спирты— сорбит, маннит и др.), аминокислоты, пурины, пиримидины, жиры, органические кислоты и др. Большинство хемогетеротрофов получают энергию и синтезируют углеродный ске­лет веществ, входящих в состав их клеток из одного и того же органического соединения.

У хемогетеротрофов имеется четыре способа получения энергии: аэробное дыхание, неполное окисление, брожение и анаэробное дыхание. В основе всех этих способов получения энергии, различающихся конечными акцепторами водорода (электронов), лежат процессы биологического окисления орга­нических веществ. От степени окисления органических веществ зависит количество энергии, получаемой клеткой и аккумули­рованной в макроэргических связях АТФ, а также количество высвобождающейся при этом свободной (тепловой или какой-либо другой) энергии. Окисление, как указывалось выше, может быть полным и неполным.

В аэробных условиях в присутствии молекулярного кислорода может протекать как полное окисление органических веществ (аэробное дыхание), так и неполное. В анаэробных условиях (в отсутствие молекулярного кислорода) протекает неполное окисление (брожение), а при окислении органических веществ связанным кислородом — полное окисление.

• Аэробное дыхание. Донорами водорода при дыхании служат органические вещества, которые при этом окисляются, а конечным акцептором водорода является молекулярный кислород. В результате дыхания происходит полное окисление органических веществ до минеральных соединений — диоксида углерода и воды и выделяется большое количество тепловой энергии:

Такое количество энергии соответствует всему запасу свободной энергии, заключенному в 1 грамм-молекуле глюкозы. Этим путем получают энергию многие аэробные бактерии и некоторые дрожжи, используемые для получения хлебопекарных и кормовых дрожжей.

При аэробном дыхании примерно 50% энергии теряется в виде тепла. Этим объясняется явление термогенеза — самосогревание больших рыхлых, хорошо аэрируемых скоплений растительных масс (сена, зерна, силоса, навоза, торфа и др.), что приводит иногда к самовозгоранию сена, торфа и т. п.

Неполное окисление органических веществ. В аэробных условиях окисление органических веществ может идти не до С0₂ и Н₂0, а до образования промежуточных недоокисленных продуктов и Н₂0. Донорами водорода, как и при .аэробном дыхании, служат органические вещества, а акцептором—молекулярный кислород. При этом энергии освобождается значительно меньше. Такой способ получения энергии назы­вается неполным окислением, например окисление этилового спирта до уксусной кислоты уксуснокислыми бактериями:

В молекуле спирта заключено гораздо больше энергии ,(1369 кДж), но так как окисление в данном случае было неполным, то и энергии выделилось меньше (487 кДж), а остальная свободная энергия, заключенная в молекуле спирта, оста­лась в продукте неполного окисления — уксусной кислоте. Свойственно неполное окисление углеводов многим мицелиальным грибам, грибы окисляют их с образованием лимонной, глю-коновой, щавелевой и других органических кислот.

Брожение. Процесс брожения —это неполное окисление органических веществ в анаэробных условиях. Донорами водорода при брожении являются органические вещества, акцепторами водорода при брожении также являются органические вещества. Это промежуточные продукты брожения, которые при этом восстанавливаются. При брожении энергии выделяется значительно меньше, чем при окислении 1 грамм-молекулы глюкозы в аэробных условиях, например при спиртовом броже­нии, вызываемом дрожжами, — всего 118 кДж:

Другие виды брожения (молочнокислое, маслянокислое и т. д.) протекают также с неполным выделением энергии глюкозы, так как часть свободной энергии переходит в образующиеся восстановленные продукты брожения, которые накапливаются ж среде.

Анаэробное дыхание. Небольшое число бактерий (денитрифицирующие, десульфатирующие) в анаэробных условиях окисляют органические вещества —доноры водорода не с помощью молекулярного кислорода, а с использованием связанного кислорода, находящегося в молекуле нитратов и сульфатов. Эти неорганические вещества богаты кислородом, являются акцепторами водорода.

Анаэробное дыхание бывает двух типов: нитратное и сульфатное. Окисление органических соединений кислородом нитра­тов называется нитратным дыханием:

ГлюкозаНитрат калия

Окисление органических веществ кислородом сульфатов называется сульфатным дыханием:

Глюкоза Сульфат калия

Процессы анаэробного дыхания сопровождаются значительным выделением энергии.

Общая схема превращений углеводов при брожении идыхании. Наиболее распространенными среди хемогетеротрофов способами получения энергии являются дыхание и брожение. Субстратом для этих процессов чаще всего являются углеводы (например, глюкоза). Суммарные уравнения процессов дыхания и брожения дают представление лишь об исходном и конечных продуктах реакций. На самом деле превращения углеводов происходят многоступенчато при участии множества ферментов с образованием различных промежуточных продуктов. Клю­чевую позицию в этих превращениях занимает пировиноград-ная кислота, так как до стадии пировиноградной кислоты все процессы как у аэробных, так и у анаэробных микроорганиз­мов протекают одинаково. Дальнейшие превращения пирови­ноградной кислоты зависят от специфики ферментов, имею­щихся у данного микроорганизма.

В анаэробных условиях строгие анаэробные и факульта­тивно-анаэробные микроорганизмы осуществляют процессы брожения (спиртового,, молочнокислого, маслянокислого и др.). У молочнокислых бактерий, например, имеется фермент лак-татдегидрогеназа, который переносит водород на пировиноград-ную кислоту, а последняя непосредственно восстанавливается до молочной кислоты. В клетках дрожжей этот фермент не со­держится, но в них имеются другие ферменты — пируватдекар-боксилаза, которая катализирует расщепление пировиноград­ной кислоты на диоксид углерода и уксусный альдегид, и фер­мент алкогольдегидрогеназа, при участии которой уксусный альдегид восстанавливается в этиловый спирт. Эти ферменты отсутствуют у молочнокислых бактерий. Специфические фер­менты имеются и у других микроорганизмов. В зависимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, процесс брожения имеет соответствующее название.

В аэробных условиях пировиноградная кислота вступает в сложный цикл превращений (цикл Кребса), в ходе которого аэробные микроорганизмы осуществляют либо неполное окис­ление пировиноградной кислоты до лимонной, щавелевой, ян­тарной кислот и воды, либо происходит полное окисление пиро­виноградной кислоты до С0₂ и Н₂0.

Дата добавления: 2015-11-20 ; просмотров: 7784 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Получение энергии хемогетеротрофами

Способы получения энергии хемогетеротрофами лежат в основе важнейших биохимических процессов, используемых в пищевых про­изводствах или лежащих в основе порчи сырья, полуфабрикатов и го­товой продукции пищевых производств с помощью микроорганизмов.

В качестве источников энергии они могут использовать широкий круг органических веществ, чаще углеводы, а также спирты (одноатомный — этиловый спирт, трехатомный — глицерин; шестиатомные спирты — сорбит, маннит и др.), аминокислоты, пурины, пиримидины, жиры, органические кислоты и др.

Большинство хемогетеротрофов получают энергию и синтезируют углеродный скелет клеток из одного и того же органического соединения.

Хемогетеротрофы получают энергию четырьмя способами.

1. Аэробное дыхание. Донорами водорода (электронов) при дыха­нии служат органические вещества , конечным акцептором водорода является молекулярный кислород. В результате дыхания происходит полное окисление органических веществ до СО₂ и Н₂О и выделяется большое количество тепловой энергии:

Такое количество энергии соответствует всему запасу свободной энергии, заключенному в I грамм-молекуле глюкозы. Этим путем по­лучают энергию многие аэробные бактерии и некоторые дрожжи, ис­пользуемые для получения хлебопекарных и кормовых дрожжей.

При аэробном дыхании примерно 50% энергии теряется в виде тепла. Этим объясняется явление термогенеза — самосогревание боль­ших рыхлых, хорошо аэрируемых скоплений растительных масс (сена, зерна, силоса, навоза, торфа и др.), это приводит иногда к самовозго­ранию сена, торфа и т.п.

2.Неполное окисление органических веществ. В аэробных усло­виях окисление органических веществ может идти не до СО₂ и Н₂О, a до образования промежуточных недоокисленных продуктов и Н₂О. Донорами водорода служат органические вещества, а акцептором — молекулярный кислород. При этом энергии освобождается значитель­но меньше. Такой способ получения энергии называется неполным окислением, например окисление этилового спирта до уксусной кисло­ты уксуснокислыми бактериями:

Многим мицелиальным грибам свойственно неполное окис­ление углеводов. Грибы окисляют их с образованием лимонной, глюконовой, щавелевой и других органических кислот.

3. Брожение. Процесс брожения — это неполное окисление органиче­ских веществ в анаэробных условиях. Донорами водорода при броже­нии являются органические вещества, акцепторами водорода — также органические вещества. Это промежуточные продукты брожения, ко­торые при этом восстанавливаются. При брожении энергии выделяется значительно меньше, чем при окислении 1 грамм-молекулы глюкозы в аэробных условиях, например, при спиртовом брожении дрожжами,- всего 118 кДж

Глюкоза Этиловый спирт

Другие виды брожения (молочнокислое, маслянокислое и т.д.) протекают также с неполным выделением энергии глюкозы, так как часть свободной энергии переходит в образующиеся восстановленные продукты брожения, которые накапливаются в среде.

4. Анаэробное дыхание. Небольшое число бактерий (денитрифи-цирующие, десульфатирующие) в анаэробных условиях окисляют органические вещества — доноры водорода не с помощью мо­лекулярного кислорода, а с использованием связанного кислорода, на­ходящегося в молекуле натратов и сульфатов. Эти неорганические ве­щества богаты кислородом и являются акцепторами водорода.

Анаэробное дыхание бывает двух типов: нитратное и сульфатное. Окисление органических соединений кислородом нитратов называется нитратным дыханием:

Окисление органических веществ кислородом сульфатов назы­вается сульфатным дыханием:

Процессы анаэробного дыхания сопровождаются значительным выделением энергии.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Источник

Способы получения энергии хемоорганогетеротрофами

Большинство существующих в природе микроорганизмов относятся к хемоорганогетеротрофам. Этим микроорганизмам принадлежит ведущая роль в круговороте веществ в природе, многие их них используются в важнейших биохимических процессах пищевых про­изводствах или лежащих в основе микробиологической порчи сырья, полуфабрикатов и го­товой продукции пищевых производств.

В качестве источников энергии они могут использовать широкий круг органических веществ. В основном это углеводы, а также спирты (одноатомный — этиловый спирт, трехатомный — глицерин; шестиатомные спирты — сорбит, маннит и др.), аминокислоты, пурины, пиримидины, жиры, органические кислоты и др.

Большинство хемоорганогетеротрофов получают энергию и синтезируют углеродный скелет клеток из одного и того же органического соединения.

Необходимую энергию хемоорганогетеротрофы могут получать одним из следующих способов: аэробного дыхания, неполного окисления, брожения и анаэробного дыхания. В основе указанных способов получения энергии лежат про­цессы биологического окисления органических веществ. Различаются эти способы конечными акцепторами водорода (электронов). От степе­ни окисления органических веществ зависит количество энергии, полу­чаемое клеткой и аккумулированной в высокоэнергетических связях молекул АТФ. Различаются эти процессы и количеством высвобождающейся свободной энергии (тепловой или какой-либо другой).

В аэробных условиях при наличии молекулярного кислорода энергия может быть получена в результате аэробного дыхания (полного окисления), так и неполного окисления.

Аэробное дыхание. Донорами водорода (электронов) при дыха­нии служат органические вещества, конечным акцептором водорода является молекулярный кислород. В результате дыхания происходит полное окисление органических веществ кислородом воздуха до углекислого газа и воды с выделением большого количества энергии:

Такое количество энергии соответствует всему запасу свободной энергии, заключенному в I грамм-молекуле глюкозы. Этим способом по­лучают энергию многие аэробные бактерии, хлебопекарные и кормовые дрожжи.

При аэробном дыхании примерно 50% энергии теряется в виде тепла. Этим объясняется явление термогенеза — самосогревания боль­ших рыхлых, хорошо аэрируемых скоплений влажных растительных масс (сена, зерна, силоса, навоза, торфа и др.).

Неполное окисление. В аэробных усло­виях окисление органических веществ может осуществляться не до углекислого газа и воды, a до образования промежуточных недоокисленных продуктов и воды. При этом, так же, как и при аэробном дыхании, донорами водорода служат органические вещества, а акцептором — молекулярный кислород воздуха. Энергии в этом процессе освобождается значитель­но меньше.

Примером такого процесса может служить окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями до уксусной кисло­ты:

В молекуле спирта заключено гораздо больше энергии — 1369 кДж, но так как окисление в данном случае было неполным, то и энер­гии выделилось меньше, а остальная свободная энергия, заключенная в молекуле спирта, осталась в продукте неполного окисления — уксусной кислоте. Неполное окисление углеводов свойственно многим мицелиальным грибам. Грибы окисляют их с образованием лимонной, глюконовой, щавелевой и других органических кислот.

В анаэробных условиях в отсутствии молекулярного кислорода энергия может быть получена в результате либо брожения (неполного окисления в анаэробных условиях), либо анаэробного дыхания (полного окисления связанным кислородом).

Брожение. Процесс брожения — это неполное окисление органиче­ских веществ в анаэробных условиях. Донором водорода при броже­нии является одно органическое вещество, а акцептором – другое органическое вещество, ко­торое при этом восстанавливается. При брожении энергии выделяется значительно меньше, чем при окислении 1 грамм-молекулы глюкозы в аэробных условиях. Например, при спиртовом брожении дрожжей — всего 118 кДж:

Глюкоза Этиловый спирт

Брожение характерно для молочнокислых, маслянокислых, пропионовокислых бактерий, спиртовых и пивных дрожжей.

Все виды брожения (молочнокислое, маслянокислое и т.д.) протекают также с неполным выделением энергии глюкозы, так как часть свободной энергии переходит в образующиеся восстановленные продукты брожения, которые накапливаются в среде.

Анаэробное дыхание. Анаэробное дыхание – это окисление органических веществ в анаэробных условиях с использованием связанного кислорода, находящегося в молекуле неорганического вещества, богатого кислородом. Это вещество является акцептором водорода. В роли акцепторов могут быть использованы, например, сульфаты или нитраты.

Окисление органических соединений кислородом нитратов называется нитратным дыханием:

Окисление органических веществ кислородом сульфатов назы­вается сульфатным дыханием:

Процессы анаэробного дыхания сопровождаются значительным выделением энергии. Анаэробное дыхание характерно для денитрифицирующи, десульфитирующих и некоторых других бактерий.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник