Использование энергии микроорганизмами

Свободная энергия, освобождаемая в процессах дыхания и брожения, не может быть непосредственно использо­вана клеткой. Она должна быть преобразована в биологически доступную форму — в химическую энергию макроэргических фосфатных связей фосфорорганических соединений, главным из которых является АТФ.

АТФ является универсальным переносчиком химической энергии между реакциями, доставляющими энергию, и реакциями, потребляющими ее. АТФ называют "энергетической валютой" клетки. Из этого своеобразного аккумуля­тора организм черпает энергию для удовлетворения своихь потребностей.

АТФ локализуется в особых структурах клетки — в мезосомах или в митахондриях. В энергетическом отноше­нии дыхание — значительно более выгодный процесс, чем брожение.

Как указывалось ранее, в процессе брожения синтез АТФ происходит лишь путем субстратного фосфорилирования. Полезный эффект состоит в образовании двух молекул АТФ. Макроэргическая фосфатная связь АТФ содержит энергии около 4,2 • 10⁴ Дж. Следовательно, при использовании одного моля глюкозы (потенциальный запас энергии 2,87 • 10" Дж) в клетках анаэробов запасается всего лишь около 0,09 • 10" Дж. Большая часть энергии остается в выделяемых в среду орга­нических веществах — конечных продуктах брожения, часть теряется и в форме тепловой энергии.

У аэробов в процессе дыхания при полном окислении одного моля глюкозы синтезируется значительно больше

молей АТФ.

Установлено, что при продвижении по дыхательной цепи пары атомов водорода (пары электронов) к атому кислорода — при образовании молекулы воды — синтезируется три моля АТФ (см. схему дыхательной цепи, рис. 21).

Из приведенной схемы цикла Кребса (см. рис. 20) видно, что окисление одного моля пировиноградной кислоты сопровождается отнятием пяти пар атомов водорода. В про­цессе окисления участвует два моля пировиноградной кис-лоты. Кроме того, при гликолизе глюкозы до пнровиноград-ной кислоты образуется 2НАД • Н₂. Следовательно, в дыхательную цепь поступает 12 пар атомов водорода — синтези­руется 12 х 3 = 36 молей АТФ. Два моля АТФ образуется еще при гликолизе в реакциях фосфорилирования на уров­не субстрата. Всего, таким образом, синтезируется 38 молей АТФ, т. е. резервируется около 1,6 • 10'' Дж.

Аэробы полезно используют около 50% энергии (зак­люченной в моле глюкозы) и около 50% теряется и виде тепла. Этим и объясняется явление самосогревания навоза, зерна, круп, рыбной муки, клубней картофеля, когда вслед­ствие повышенной влажности в них обильно развиваются различные микроорганизмы.

При самосогревании зерновая масса приобретает не свойственные здоровому зерну запах и цвет. Происходит потеря массы, значительно снижаются всхожесть, технологичес­кие качества зерна и может быть полностью потеряна по­требительская ценность продукта.

Самосогревание торфа, недостаточно просушенного сена, хлопка и других материалов, возникающее при мас­совом развитии микроорганизмов, иногда приводит к само­возгоранию.

У некоторых микроорганизмов наблюдается выделение неиспользованной энергии в форме световой. Такой способностью обладают некоторые бактерии, грибы, протисты. Свечение морской воды, сгнившего дерева, рыбы объясняется присутствием в них светящихся микроорганизмов.

ГЛАВА 5. ВАЖНЕЙШИЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ МИКРООРГАНИЗМАМИ, И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Микроорганизмы обладают высокой биохимической ак­тивностью. В процессе обмена веществ они осуществляют самые разнообразные химические реакции, в результате которых образуются ценные вещества: спирты, кислоты, эфиры, витамины и др. Эти продукты жизнедеятельности микробов используются в медицине, промышленности, быту. Многие биохимические процессы, вызываемые микроорга­низмами, применяются в пищевой и легкой промышленнос­ти; велика их роль и в круговороте веществ в природе.

Ниже рассматриваются преимущественно микробиоло­гические процессы, используемые при переработке пищевого сырья или обусловливающие порчу пищевых продук­тов. Другие процессы описываются кратко.

Превращение безазотистых органических веществ

Анаэробные процессы