Энергетический метаболизм у бактерий. Дыхание и брожение.
Энергетический метаболизм (катаболизм) – совокупность реакций окисления различных восстановленных органических и неорганических соединений, сопровождающихся выделением энергии восстановительных эквивалентов (атомов водорода, электронов и гидрид-ионов).
Типы метаболизма:
- дыхание (окислительный)
- брожение (бродильный или ферментативный)
- смешанный
Расщепление глюкозы до пирувата у бактерий:
ФДФ-путь (фруктозо-1,6-дифосфат) - гликолиз (путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса) с образованием из глюкозы пирувата, пиридиннуклеотидов и АТФ;
КДФГ-путь (2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконовая кислота) – образование из глюкозы пирувата, НАДФН и АТФ, у бактерий без фосфофруктокиназы ( род Pseudomonas)
ПФ-путь (пентозофосфат) – образование из глюкозы пентоз, пирувата, пиридиннуклеотидов и АТФ, НАДФ. Встречается у бактерий, у которых отсутствуют основные фермент ФДФ-пути (Lactobacillus brevis)
- Пируват->в «активированную» уксусную кислоту или ацетилкоэнзим А (В ЦТК до СО2 и водорода).
- В ЦТК образуются много веществ: пируват D-кетоглутаровая, щавелевая и янтарные кислоты — для синтеза аминокислот; щавелевоуксусная — для синтеза пиримидиновых нуклеотидов, малонат — для синтеза аминокислот, пиримидиновых нуклеотидов и жиров
Окислительный метаболизм
ДЫХАНИЕ — процесс получения энергии в реакциях окисления-восстановления, сопряженных с реакциями окислительного фосфорилирования, при котором донорами электронов могут быть органические (у органотрофов) и неорганические (у литотрофов) соединения, а акцептором — только неорганические соединения
Дыхательная цепь
Локализована: в цитоплазматической мембране и во внутриклеточных мембранных структурах
Четыре класса дегидрогеназ, коферментами которых являются НАД, флавопротеины, хиноны и цитохромы - переносчики, осуществляющие транспорт электронов (водорода) на молекулярный кислород
Среди бактериальных цитохромов различают цитохромы b, с, а, а3
Встречаются вариации в составе дыхательной цепи
- вместо убихинонов имеются нафтохиноны
- состав цитохромов может зависеть от условий роста бактерий
- У некоторых цитохромы отсутствуют, и при контакте с кислородом происходит непосредственный перенос водорода на кислород с помощью флавопротеидов, конечным продуктом при этом оказывается перекись водорода
- способны использовать в качестве источника энергии углеводы, белки, окисляя их полностью до СО2 и Н2О → аминокислоты могут использоваться в конструктивном метаболизме (поток реакций биосинтеза за счет поступающих извне веществ и потребления свободной энергии, запасенной в клетке (АТФ или других макроэргические соединения))
Аммонификация - процесс гниения, при этом происходит накопление продуктов, обладающих неприятным специфическим запахом образующихся при этом первичных аминов
- аминокислоты - основной материал в энергетических процессах при окислительном дезаминировании, в результате которого происходит выделение аммиака и превращение аминокислоты в кетокислоту
- Гнилостные бактерии осуществляют минерализацию белка, разлагая его до СО2, NН3 и H2S
- К гнилостным бактериям относятся Proteus, Pseudomonas, Bacillus cereus и др.
Бродильный (ферментативный) метаболизм
БРОЖЕНИЕ– это процесс получения энергии, при котором донорами и акцепторами электронов служат органические соединения (углеводы, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания и др.). При брожении конечный акцептор водорода образуется за счет самого субстрата. (пример – анаэробный гликолиз – конечный продукт - лактат)
Продукты: органические кислоты, спирты, газы -> выделяются и накапливаются в питательной среде
У кого? у облигатных и факультативных анаэробов в бескислородной среде
Особенность: Отщепившийся от субстрата водород в ЦТК, находящийся в форме восстановленного НАД, переносится на пируват, превращая его в цепи реакций в этанол, кислоты, газы
Исходя из природы конечных продуктов, различают несколько типов ферментации углеводов:
Спиртовое брожение характерно в основном для дрожжей и некоторых видов бактерий
- Конечный продукт - этиловый спирт и углекислый газ
- Из одной молекулы глюкозы получается две молекулы этанола и две молекулы углекислого газа
- Сбраживание глюкозы происходит по ФДФ-пути в анаэробных условиях
- Подавление спиртового брожения кислородом называется эффектом Пастера
- Используется в виноделии, хлебопекарной промышленности
Молочнокислое брожение наблюдается у лактобацилл, бифидобактерий, стрептококков
- Гомоферментативное - расщепление глюкозы по ФДФ-пути → молочная кислота (стрептококки, Lactobacillus: L. dulgaricus, L. lactis)
- Гетероферментативное - расщепление глюкозы по ПФ-пути с образованием фосфоглицеринового альдегида → пируват по ФДФ-пути → молочная кислота, уксусная кислота, этиловый спирт (рода Lactobacillus и Bifidobacterium)
- Используется при получении молочнокислых продуктов питания, создание пробиотиков
Муравьинокислое брожение характерно для энтеробактерий и вибрионов
- Глюкоза расщепляется по ФДФ-пути, а глюконат — по КДФГ-пути
В зависимости от продуктов брожения, выделяющихся в анаэробных условиях, различают два процесса:
1) происходит расщепление пирувата с образованием ацетилкофермента А и муравьиной кислоты, которая, в свою очередь, может расщепляться на двуокись углерода и молекулярный водород (другими продуктами брожения являются этанол, янтарная и молочная кислоты*);
2) образуется целый ряд кислот, однако главным продуктом брожения являются ацетоин и 2,3-бутандиол. Эти вещества при взаимодействии с нафтолом в щелочной среде вызывают образование окраски бурого цвета, что выявляется реакцией Фогеса—Проскура, используемой при идентификации бактерийнафтолом в щелочной среде вызывают образование окраски бурого цвета, что выявляется реакцией Фогеса—Проскауэра, используемой при идентификации бактерий
Маслянокислое брожение характерно для строгих анаэробов (в частности, клостридий)
- Конечный продукт - масляная, уксусная, капроновая и другие органические кислоты, бутанол, ацетон, изопропанол и другие соединения
Спектр этих кислот, определяемый при помощи газожидкостной хроматографии, используется как экспресс-метод при идентификации анаэробов
Ферментация белков
- Если источником энергии служат белки
- Бактерии называются пептолитическими - некоторые клостридии, в частности C. histolyticum, C. botulinum
- Гидролизуют белки и сбраживают аминокислот
Некислородное дыхание
- Использование в анаэробных условиях нитрат как конечный акцептор водорода (нитратное дыхание)
- Использовать сульфат как конечный акцептор водорода при анаэробном дыхании (сульфатное дыхание) способна лишь небольшая группа бактерий (представители родов Desulfovibrio и Desulfotomaculum)
- Строгие анаэробы, литотрофы, обитающими в сероводородном иле эх
- Они способны использовать в качестве донора электронов молекулярный водород, поэтому их относят к хемолитотрофам
- Этим бактериям принадлежит ведущая роль в образовании сероводорода в природе
- Некоторые представители Desulfovibrio обнаружены в полости рта и в кале
С чем связано?
С наличием у них различных ферментных систем, в частности, супероксиддисмутазы, каталазы и 22 пероксидазы, которые участвуют в нейтрализации токсичных перекисных соединений.
👉 https://universkill.ru/y/e338a9c Учи предметы быстро и легко! Регистрируйся на бесплатный практикум и получи инновационную методику обучения в медицинском
Соц. сети:
👉 Паблик в вк - ещё больше пользы для студента-медика
👉 Телеграмм - тут бесплатно выходят статьи для моей будущей книги
👉 Наш сайт