Обмен веществ в клетках микроорганизмов. Хемосинтез и брожение

Метаболизм бактерий в силу экстремальных возможностей данных организмов и их эволюционного возраста отличается от растений и животных разнообразием способов получения углерода и энергии. Экологически важным источником углерода для бактерий выступает хемосинтез, а способом получения энергии – брожение (бескислородное дыхание).

Хемосинтез – синтез органических соединений, за счет энергии, выделяющейся при реакциях окисления неорганических соединений (водорода, сероводорода, аммиака, оксида железа (II) и др.). Хемосинтез открыл (в 1889-1890 гг.) русский микробиолог Сергей Николаевич Виноградский (1856-1953).

На сегодняшнее время открыто несколько типов хемосинтезирующих бактерий: серобактерии, нитрифицирующие, железо- и марганцевые бактерии. В водоемах, вода которых содержит сероводород, живут серобактерии. Энергию, необходимую для синтеза органических соединений из углекислого газа, они получают, окисляя сероводород:

2H₂S + O₂ → 2H₂O + 2S

При недостатке сероводорода серобактерии производят окисление свободной серы до серной кислоты:

2S+3O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄

В почве и различных водоемах распространены нитрифицирующие бактерии. Они добывают энергию путем окисления аммиака и азотистой кислоты, поэтому играют очень важную роль в круговороте азота в природе. Аммиак, образующийся при гниении белков в почве или в водоемах, окисляется нитрифицирующими бактериями:

2NH₃ + 3O₂ → 2HNO₂ + 2H₂O

Дальнейшее окисление образовавшейся азотистой кислоты до азотной кислоты осуществляет другая группа нитрифицирующих микроорганизмов:

2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃

Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие Процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах и служит источником нитратов. Жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий представляет собой один из важнейших факторов формирования и поддержания плодородия почв.

соединения железа и марганца, широко распространены как в пресных, так и в морских водоемах. Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей образуется огромное количество отложений руд железа и марганца.

Брожение – бескислородный ферментативный окислительно-восстановительный процесс превращения органических веществ, посредством которого организмы получают энергию (дыхание без кислорода). Кроме бактерий к брожению способны животные (паразитические черви), растения, грибы-дрожжи, некоторые простейшие.

В результате брожения (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое) разные органические вещества могут расщепляться с образованием спиртов, молочной кислоты, масляной и уксусной кислот.

Молочнокислое брожение – процесс распада глюкозы до молочной кислоты. Этот вид брожения характерен для молочнокислых бактерий, в присутствии которых происходит скисание молока.

Спиртовое брожение – процесс распада глюкозы, сопровождающийся образованием этилового спирта и углекислого газа. Этот вид брожения происходит в плодах, в других органах растения, находящихся в анаэробной среде.

Биологическое значение брожения – источник энергии для организмов в условиях дефицита кислорода или при полном его отсутствии.