Дыхание характерное для бактерий брожения

Как дышат бактерии? Аэробы и анаэробы. Особенности дыхания прокариот

Дыхание характерное для бактерий брожения

Практически все живые организмы на Земле нуждаются в процессе дыхания. Кислород является одним из наиболее распространенных окислителей в дыхательной цепи животных, растений, протистов, многих бактерий.

Однако не всем известно, насколько наш организм отличается по сложности строения от маленьких клеток микроорганизмов.

Возникает вопрос: как дышат бактерии? Отличается ли их способ получения энергии от нашего?

Все ли бактерии дышат кислородом?

Не все знают, что кислород не всегда является обязательным компонентом в цепи дыхания. Он играет, прежде всего, роль акцептора электронов, поэтому данный газ хорошо окисляется и взаимодействует с протонами водорода.

АТФ – это та причина, по которой все живые организмы дышат. Однако многие виды бактерий обходятся без кислорода, и все равно получают такой заветный источник энергии, как аденозинтрифосфат.

Как дышат бактерии такого типа?

Процесс дыхания в нашем организме протекает на протяжении двух стадий. Первая из них – анаэробная – не требует наличия кислорода в клетке, и для нее необходимы только источники углерода и акцепторы протонов водорода. Вторая стадия – аэробная – протекает исключительно в присутствии кислорода и характеризуется большим количеством поэтапных реакций.

У бактерий, которые не усваивают кислород и не используют его для дыхания, протекает только анаэробная стадия. По ее окончанию микроорганизмы также получают АТФ, однако его количество очень сильно отличается от того, которое получаем мы после прохождения сразу двух стадий дыхания. Получается, что не все бактерии дышат кислородом.

Атф – универсальный источник энергии

Для любого организма важно поддерживать свою жизнедеятельность. Поэтому нужно было в процессе эволюции найти источники энергии, которые при использовании смогут дать достаточно ресурсов для протекания всех необходимых реакций в клетке.

Сначала появилось брожение у бактерий: так называется этап гликолиза или анаэробный этап дыхания прокариот. И только потом у более совершенных многоклеточных организмов развились приспособления, благодаря которым, с участием атмосферного кислорода КПД дыхания заметно увеличивалось.

Так появился аэробный этап клеточного дыхания.

Как дышат бактерии? 6 класс школьного курса биологии показывает, что для любого организма важно получение определенной доли энергии. В процессе эволюции она стала запасаться в специально синтезированных для этого молекулах, которые называются аденозинтрифосфат.

АТФ представляет собой макроэргическое вещество, основой которого является пентозное углеродное кольцо, азотистое основание (аденозин). От него отходят фосфорные остатки, между которыми и образуются высокоэнергетические связи.

При разрушении одной из них высвобождается в среднем около 40 кДж, а одна молекула АТФ способна хранить в себе максимум три фосфорных остатка. Так, если АТФ распадается до АДФ (аденозиддифосфат), то клетка получает 40 кДж энергии в процессе дефосфорилирования.

И, наоборот, запасание происходит путем фосфорилирования АДФ до АТФ с затратой энергии.

Гликолиз дает клетке бактерии 2 молекулы аденозинтрифосфата, когда аэробный этап дыхания по завершению может снабдить клетку сразу 36 молекулами этого вещества. Поэтому на вопрос «Как дышат бактерии?» ответ можно дать следующий: процесс дыхания для многих прокариот заключается в образовании АТФ без наличия и затраты кислорода.

Как дышат бактерии? Типы дыхания

По отношению к кислороду все прокариоты делятся на несколько групп. Среди них:

  1. Облигатные анаэробы.
  2. Факультативные анаэробы.
  3. Облигатные аэробы.

Первая группа состоит только из тех бактерий, которые не могут жить в условиях доступа кислорода. О2 для них токсичен и ведет к гибели клетки. Примерами таких бактерий могут служить чисто симбиотические прокариоты, которые проживают внутри другого организма в условиях отсутствия кислорода.

Вторая группа объединяет такие виды прокариот, которые активно размножаются и растут при отсутствии кислорода, однако, его небольшое процентное содержание в окружающей среде не ведет к летальным последствиям. К таким бактериям относятся сапрофиты и некоторые паразиты.

Как дышат бактерии третьей группы? Эти прокариоты отличаются тем, что они могут жить только в условиях хорошей аэролизации. Если недостаточно кислорода в воздухе, такие клетки быстро погибают, поскольку для дыхания им жизненно необходим О2.

Чем брожение отличается от кислородного дыхания?

Брожение у бактерий – это тот же самый процесс гликолиза, который у разных видов прокариот может давать различные продукты реакции. Например, молочнокислое брожение приводит к образованию побочного продукта молочной кислоты, спиртовое брожение – этанола и углекислого газа, масляно-кислое – масляной (бутановой) кислоты и т. д.

Кислородное дыхание – это полная цепь процессов, которые начинаются с этапа гликолиза с образованием пировиноградной кислоты, и заканчиваются выделением СО2, Н2О и энергии. Последние реакции проходят в условиях присутствия кислорода.

Как дышат бактерии? Биология (6 класс) школьного курса микробиологии

В школе нам давали лишь простейшие знания о том, как происходит процесс дыхания прокариот. Митохондрий у этих микроорганизмов нет, однако, есть мезосомы – выпячивания цитоплазматической мембраны внутрь клетки. Но эти структуры играют не самую ключевую роль в дыхании бактерий.

Поскольку брожение – это разновидность гликолиза, то оно протекает в цитоплазме прокариот. Там же находятся многочисленные ферменты, необходимые для проведения всей цепочки реакций. У всех бактерий без исключения сначала образуются две молекулы пировиноградной кислоты, как у человека. И только потом они превращаются в другие побочные продукты, которые зависят от типа брожения.

Заключение

Мир прокариот, несмотря на видимую простоту клеточной организации, полон сложных и порой необъяснимых моментов. Теперь есть ответ, как дышат бактерии на самом деле, ведь не всем из них необходим кислород. Напротив, большинство приспособилось использовать другой, менее практичный способ получения энергии – брожение.

Источник: https://FB.ru/article/252254/kak-dyishat-bakterii-aerobyi-i-anaerobyi-osobennosti-dyihaniya-prokariot

Бактерии брожения: их роль, виды и значение

Дыхание характерное для бактерий брожения

Люди уже давно получают и используют продукты природного процесса брожения в своих интересах.

Квашеные овощи, вино, сыр, кисломолочные продукты – все это результат жизнедеятельности бактерий для брожения, которые, вкладывая собственную энергию в ходе ряда химических реакций-превращений, одни органические соединения преобразуют в другие. Новообразованная органика имеет для человека особую ценность.

Виды брожения

Брожение – это химический процесс, который протекает в средах с окислительно-восстановительным потенциалом (они не до конца окислены и не до конца восстановлены).

В зависимости от состава среды, процесс брожения инициируют и осуществляют разные виды бактерий. Указанные обстоятельства определяют, какой вид брожения протекает в каждом конкретном случае.

Различаются следующие основные виды брожения:

  • молочнокислое;
  • пропионовокислое;
  • смешанное (уксусное);

Роль бактерий в каждом из этих видов – снабжение процесса энергией и потребление выделяющейся энергии.

Молочнокислые бактерии

Что такое кисломолочные продукты, их роль и значение для здоровья человеческого организма – один из самых популярных вопросов о здоровье. Людей интересует, что это за такие интересные процессы, вызывающие столь глобальное оздоровление организма. Ответ на этот вопрос знают микробиологи.

Для начала можно дать характеристику бактериям, которые производит молочную кислоту – основу кисломолочного продукта:

  1. В группу входят два разных по происхождению рода микроорганизмов (лактобактерии и бифидобактерии). Эти бактерии имеют разную морфологию, но и у лакто-, и у бифидобактерий грамположительная клеточная стенка.
  2. Энергию для жизни получают только в процессе брожения, именно этот процесс играет ключевую роль в энергетическом обеспечении всех их жизненных процессов.
  3. Способ питания – гомоферментное (лактобактерии) или гетероферментное (бифидобактерии) преобразование лактозы (молочного сахара) в лактат (молочную кислоту).
  4. Процесс дыхания отсутствует, но данные бактерии относятся к анаэробным прокариотам, которые не используют кислород для своих жизненных процессов. При этом данная группа микроорганизмов может жить в присутствии кислорода, он не является для них ядом и не влияет на их функции в каком-либо негативном значении.

Что представляет собой гомоферментное брожение, характерное для питания лактобактерий:

  1. При воздействии на лактозу фермента β-галактозидаза, молекула лактозы распадается на две молекулы глюкозы.
  2. Запускается процесс гликолиза, в котором используется прибывшая к месту реакции молекула АТФ.
  3. Глюкоза, преобразуясь в пируват, использует один фосфорный остаток АТФ, превращая его в АДФ.
  4. На следующем этапе пируват возвращает фосфорный остаток молекуле АДФ, в результате чего получается органическая молекула молочной кислоты.

Гетероферментное питание подразумевает то, что анаэробные бифидобактерии используют несколько ферментов для разложения глюкозы (бифидобактерии легко используют для питания не только молочный сахар, а любую глюкозу).

На глюкозу воздействуют несколько ферментов: фосфоглюконат, рибулозодифосфат. При образовании энергетических связей и их распаде получается лактат (молочная кислота), тот же продукт, что и в способе, который используют лактобактерии.

Но, кроме того, при гетероферментном способе сбраживания образуется важный коэнзим Ацетил-КоА, который регулирует углеводный и жировой обмен.

Именно на этом свойстве бифидобактерий в кишечнике основаны препараты, которые призваны наладить обмен веществ. Для этой регулировки решающее значение имеют бифидобактерии.

Это довольно простой способ питания, но имеющий большое значение для человека, если вспомнить, какую роль играют молочнокислые бактерии в защите кишечника, кожи и всех слизистых организма.

Сегодня простейшие анаэробные микроорганизмы, у которых вообще отсутствует дыхание, используются на многих производствах:

  1. Их выращивают для наведения порядка в кишечнике и подавления микрофлоры гниения. Гниение – это катаболический процесс, который дезактивируется в кислотной среде. Проще говоря, бактерии гниения погибают в среде, где основу составляют продукты жизнедеятельности молочных бактерий.
  2. Так же, как для наведения порядка в кишечнике, их используют для предотвращения гниения на коже и на слизистых человека. Гниение на этих тканях предотвращается по той же причине (бактерии гниения погибают, отравленные молочной кислотой).

Восстановление естественной бактериальной защиты организма и эффективная борьба с микрофлорой гниения в кишечнике – не единственное значение для человека работы молочнокислых организмов. Их роль в продуцировании жизненно важных витаминов и в формировании и поддержании иммунитета сложно переоценить.

Пропионовокислые бактерии

Propionibacterium образуют пропионовую кислоту (пропионат), которая имеет решающее значение на стадии дозревания сыров.

Дыхание пропионибактерий анаэробное. Кроме сыра, место их обитания – рубец и кишечник жвачных животных, а также кожа лица человека (являются причиной сильных воспалений).

Способ разложения глюкозы при данном виде брожения предусматривает выделение таких полезных соединений, как:

  • биотин (водорастворимый фермент группы В);
  • молочная кислота.

Кожа, пораженная деятельностью пропионибактерий

Этот состав объясняет пользу сыров для здоровья человека, в том числе и для общего оздоровления кишечника.

Смешанное брожение

В результате этого вида анаэробного дыхания микроорганизмов из глюкозы производится целая сложная смесь кислот:

  • ацетат (уксусная кислота);
  • лактат;
  • сукцинат (янтарная кислота);
  • формиат (муравьиная кислота).

Микроорганизмы, которые осуществляют дыхание через смешанное брожение, в процессе систематизации выделили в отдельный порядок – энтеробактерии (Enterobacteriaceae). В этот порядок входят практически все основные возбудители кишечных инфекций человека: сальмонеллы, кишечные палочки, шигеллы, клебсиеллы.

В отсутствие глюкозы эти микроорганизмы могут переходить на кислородный способ дыхания (факультативные анаэробы). Они очень нетребовательны к субстрату для роста и размножения, но некоторые виды погибают при повышении температуры среды.

Живут в кишечнике человека, при проведении санитарно-эпидемиологических исследований являются симптомом наличия фекального загрязнения.

Спиртовое брожение

Однако не только бактерии являются фабриками по разложению глюкозы на составляющие с образованием новых органических соединений. Человеку давно известен способ получения этанола с помощью одноклеточных грибов – дрожжей. Осуществляющие спиртовое брожение дрожжи выделены в отдельную внетаксономическую группу, причем границы этой группы еще не до конца определены.

По генетическому анализу спиртовые дрожжи имеют общие родственные связи с аксомицетами (несовершенными грибами). Одни из самых известных несовершенных грибов – трюфели.

Процесс спиртового брожения по способу мало чем отличается от других видов преобразования глюкозы. Спиртовые дрожжи в отсутствии кислорода переключаются на анаэробное дыхание (если кислород есть, спиртовые дрожжи дышат только им). Этот эффект спиртовых дрожжей исследовал и описал Луи Пастер. Теперь он так и называется: эффект Пастера.

Кроме того, если во время брожения в субстрат добавлять некоторые химические вещества, то меняется состав продуктов брожения. Так, например, можно получить глицерин.

Но не только дрожжи могут сбраживать глюкозу с образованием этанола, есть один род бактерий – Sarcina. Эти микроорганизмы осуществляют сбраживание по тому же пути, что и дрожжи. Кроме процессов, в которых спирт является основным продуктом, есть еще процесс, где этанол – побочный продукт брожения. Эти процессы протекают в организмах клостридий и энтеробактерий.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник: https://probakterii.ru/prokaryotes/vital-functions/bakterii-brozhenija.html

Ваше здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: