Аэробное дыхание микроорганизмов
Российский
Государственный Аграрный Университет
Московская
Сельскохозяйственная Академия
имени
К.А. Тимирязева
На правах рукописи
Реферат
Тема:
Аэробное дыхание микроорганизмов
Микробиология
Бахтина Татьяна Игоревна
ТТПб №105
Москва
Введение
Дыхание и питание являются основными процессами
обмена веществ живого организма. Для жизнедеятельности микроорганизмов, т. е.
для их развития, размножения и роста, а также для синтеза различных
органических соединений, входящих в состав клетки, необходимо много энергии.
Микроорганизмы удовлетворяют свою потребность в энергии благодаря процессам
дыхания.
Дыхание - это физиологический
<#"790960.files/image001.gif"> <http://school.xvatit.com/index.php?title=%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:10-11_28_2_1.jp>
Второй этап энергетического обмена, называемый
бескислородным, заключается в ферментативном расщеплении органических веществ,
которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого
этапа не участвует.
Так как наиболее доступным источником энергии в
клетке является продукт распада полисахаридов - глюкоза, то второй этап мы
рассмотрим на примере именно ее бескислородного расщепления - гликолиза.
Гликолиз - это многоступенчатый процесс
бескислородного расщепления молекулы глюкозы, содержащей 6 атомов углерода (С6Н12О6),
до двух молекул трехуглеродной пировиноградной кислоты, или ПВК (С3Н4О3).
Реакции гликолиза катализируются многими
ферментами, и протекают они в цитоплазме клеток. В ходе гликолиза при
расщеплении 1 М глюкозы выделяется 200 кДж энергии, но 60% ее рассеивается в
виде тепла. Оставшихся 40% энергии оказывается достаточно для синтеза из двух
молекул АДФ двух молекул АТФ. Получившаяся пировиноградная кислота в клетках
животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов превращается в
молочную кислоту (С3Н6О3):
С6Н12О6 + 2Н3Р04
+ 2АДФ 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О.
В большинстве растительных клеток, а также в
клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо гликолиза происходит
спиртовое брожение-, молекула глюкозы в анаэробных условиях превращается в
этиловый спирт и СО2:
С6Н12О6 + 2Н3Р04
+ 2 АДФ -2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О.
С3Н6О3
+ 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 - 6СО2 +
42Н2О + З6АТФ.
Кроме того, нужно помнить, что две
молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы
глюкозы.
Таким образом, суммарно
<http://xvatit.com/busines/> энергетический обмен клетки в случае распада
глюкозы можно представить следующим образом:
С6Н12О6
+ 6О2 + 38АДФ + 38Н3Р04 | 6СО2 +
44Н2О + 38АТФ,
Для энергетического обмена, т. е. для получения
энергии в виде АТФ, большинство организмов использует углеводы, но для этих
целей может быть использовано окисление и липидов, и белков. Однако мономеры
белков, т. е. аминокислоты, слишком нужны клетке для синтеза собственных
белковых структур. Поэтому белки обычно представляют собой «неприкосновенный
запас» клетки и редко расходуются для получения энергии.
Плюсы
и минусы аэробного дыхания
Плюсы
|
Минусы
|
Получение большего количества
энергии, чем у облигатных анаэробов.
|
Окислительный стресс
- процесс повреждения клетки
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BA%D0%B0> в
результате окисления <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5>.
|
Высокая устойчивость в окружающей
среде
|
Все формы жизни сохраняют
восстанавливающую среду внутри своих клеток. Клеточный «редокс-статус»
поддерживается специализированными ферментами
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>
в результате постоянного притока энергии. Нарушение этого статуса вызывает
повышенный уровень токсичных реактивных форм кислорода
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%8B_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0>,
таких как пероксиды
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4%D1%8B>
и свободные радикалы <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%BB>.
В результате действия реактивных форм кислорода такие важные компоненты
клетки как липиды
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D0%BF%D0%B8%D0%B4> и ДНК
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A> окисляются.
|
Доступность молекулярного
кислорода в окружающей среде
|
При отсутствии (избытке,
недостатке) кислорода микроорганизм погибает
|
Появление
аэробного дыхания в процессе эволюции
Кислородная среда является
достаточно агрессивной по отношению к микроорганизму. Умеренно-строгий
анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O2, однако не размножается.
Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным
давлением <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B4%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5>
O2.
Если организм не способен
«переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в
присутствии молекулярного кислорода
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4>,
то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D1%8B%D0%B5_%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8>
и многие маслянокислые бактерии
<http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%9C%D0%B0%D1%81%D0%BB%D1%8F%D0%BD%D0%BE%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D1%8B%D0%B5_%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8&action=edit&redlink=1>.
Облигатные анаэробы в присутствии
молекулярного кислорода O2 гибнут - например, представители рода
бактерий
<http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B8>
и архей <http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D1%85%D0%B5%D0%B8>: Bacteroides
<http://ru.wikipedia.org/wiki/Bacteroides>, Fusobacterium, Butyrivibrio,
Methanobacterium). Такие анаэробы постоянно живут в лишенной кислорода
среде.
Поэтому, когда среда всей планеты
много миллионов лет тому назад стала накапливать в себе большое количество
молекулярного кислорода, большинство микроорганизмов погибло. Только малая
часть смогла приспособиться и начать использовать кислород для дыхания, что
дало им большое преимущество. А анаэробы остались развиваться в почве и
бескислородных средах.
Заключение
Но тем не менее именно аэробное дыхание выиграло
в процессе эволюции - практически все многоклеточные организмы являются
аэробами, следовательно, аэробное дыхание - залог развития и преумножения жизни
на Земле.
Список
литературы
1. Wikipedia.org
. Практикум
по микробиологии. Е.З. Теппер; В.К. Шильникова; Г.И. Переверзева
. Биология,
10 класс
. «Физиология
и генетика микроорганизмов», Варламов С., Благовещенск 2009 г.
. Экология
(справочник) http://ru-ecology.info