Синегнойная палочка

Аэробное дыхание – основной процесс катаболизма (энергетического метаболизма) многих прокариот. При аэробном дыхании донором водорода или других электронов являются обычно органические (реже неорганические) вещества, а конечным акцептором электронов – молекулярный кислород.

Аэробное дыхание характерно тем, что основное количество энергии при этом процессе образуется в электротранспортной цепи, то есть в результате мембранного фосфорилирования.

Все организмы можно разделить на аэробные (способные жить при высоких концентрациях кислорода) и анаэробные (живут в бескислородных условиях, для них кислород является ядом). Для облигатных анаэробов кислород смертелен даже в очень низких концентрациях. Факультативные анаэробы способны жить как в присутствии, так и в отсутствие кислорода, переключаясь между двумя разными типами метаболизма.

Молекулярный кислород — очень активный окислитель, способный повреждать практически все биомолекулы — ДНК, РНК, белки, липиды мембран и т.д. Поэтому клетки аэробов и факультативных анаэробов имеют специальные системы защиты от токсического действия кислорода (особые ферменты, а также вещества-антиоксиданты, “принимающие на себя удар” кислородного окисления). Клетки облигатных анаэробов таких систем лишены.

Почему же, несмотря на токсическое действие кислорода, аэробный метаболизм выгоден и дает эволюционные преимущества?

В процессах анаэробного метаболизма полное окисление органики до СО2 и Н2О невозможно, так как для этого нет достаточно хорошего окислителя. Поэтому в результате анаэробных процессов катаболизма — брожений — всегда получаются какие-то недоокисленные органические продукты (молочная кислота, масляная кислота, этиловый спирт и т.д.). Наличие же в окружающей среде кислорода позволяет разорвать все С-С-связи в органическом субстрате, окислить его до СО2 и Н2О и получить максимальное количество энергии.

В присутствии кислорода НАД∙Н не отдаёт атомы водорода на продукты гликолиза, как это происходит при брожении. Вместо этого имеет место дальнейшее окисление пировиноградной кислоты до СО2 и Н2О (полное окисление органики). При этом выделяется гораздо больше энергии, чем в процессе анаэробного (бескислородного) окисления. Так происходит потому, что молекулярный кислород является хорошим окислителем, поэтому в реакциях кислородного окисления выделяется много энергии. Это известно вам из бытового опыта — реакцией кислородного окисления органики является и реакция горения. При этом выделяется энергия в виде тепла и света.

Зависимость микробов от аэробного дыхания

Аэробное дыхание присуще широкому кругу микроорганизмов. Однако различают микроорганизмы – строгие аэробы и факультативные анаэробы. Последние, способны расти как в присутствии, так и в отсутствии кислорода. Факультативные анаэробы способны синтезировать АТФ (аденозинтрифосфорную кислоту) при брожении, но при наличии молекулярного кислорода способ получения АТФ меняется и начинается осуществляться процесс дыхания.

К факультативным анаэробам относят микробы, у которых анаэробное дыхание происходит при использовании в качестве акцепторов электронов нитратов.

Строгими анаэробами считаются микробы, осуществляющее анаэробное дыхание, при котором акцепторами электронов служат карбонаты и сульфаты.

Фазы аэробного дыхания

Процесс аэробного дыхания подразделяется на две фазы:

  1. Серия реакций, благодаря которым органический субстрат окисляется до CO, а освобождающиеся атомы водорода перемещаются к акцепторам. Эта фаза состоит из цикла реакций гликолиза, приводящих к образованию пирувата (пировиноградной кислоты) и цикла реакций Кребса (цикла трикарбоновых кислот – ЦТК).
  2. Окисление освобождающихся атомов водорода кислородом с образованием аденозинтрифосфорной кислоты(АТФ).

Обе фазы приводят к окислению субстрата до углекислого газа (CO2) и воды (H2O), и образованию биологически полезной энергии в виде различных соединений: аденозинтрифосфата (АТФ); цитозинтрифосфата (ЦТФ); уридинтрифосфата (УТФ); гуанозинтрифосфата (ГТФ); креатинфосфата; ацетилфосфата.

Очень плохоПлохоСреднеХорошоОтлично
Идет загрузка Загрузка...

Добавить комментарий