Дыхание бактерий

Дыхание, или биологическое окисление, основано на окисли­тельно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ — универсального аккумулятора химической энергии. Энер­гия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановле­ния: окисление — отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление — присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород — такое ды­хание называется аэробным, а если акцептором служат нитрат, сульфат, фумарат, то такое дыхание называется анаэробным (нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (отгреч.отрицательная приставка —an + aeros — воздух + bios — жизнь) — жизнедеятельность,протекающая при отсутствии свободного кислорода.

Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называ­ется брожением. При брожении происходит фермен­тативное расщепление органических соединений (преимущественно углеводов) в анаэробных условиях. По конечному продукту расщепления углеводов различа­ют спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и дру­гие виды брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на 3 основные группы: облигатные, т.е. обязательные аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы. Об­лигатные аэробы могут расти только при наличии кислорода. Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангре­ны, столбняка, бактероиды и др.) растут на среде без кисло­рода, который для них токсичен. При наличии кислорода бак­терии образуют перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксид-анион кислорода, токсичные для анаэробных бактерий, поскольку они не образуют соответ­ствующие инактивирующие ферменты или эти ферменты не активны. Аэробные бактерии инактивируют перекись водорода и супероксид-анион соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой). Факультативные анаэро­бы могут расти как при наличии, так и отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присут­ствии молекулярного кислорода на брожение в отсутствие мо­лекулярного кислорода. Факультативные анаэробы способны к анаэробному дыханию, называемому нитратным: нитрат, явля­ющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекуляр­ного азота и аммиака.

Среди облигатных анаэробов выделяют аэротолерантные бак­терии, которые растут при наличии молекулярного кислорода, но не используют его.

Для выращивания анаэробов используют анаэростаты — спе­циальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода. Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами.