Биохимия и физиология бактерий

При аэробном дыхании  конечным акцептором электронов служит молекулярный кислород, который преобразуется в высокотоксичные для клетки соединения: перекись водорода и супероксидный радикал. Аэробные и аэротолерантные (устойчивые к кислороду) прокариоты обладают специальными ферментами, супероксид-дисмутазой и каталазой, катализирующими превращение токсических форм кислорода в воду.

В клетках облигатных анаэробов  эти ферменты отсутствуют, поэтому  кислород губительно действует на данные бактерии. При анаэробном дыхании конечным акцептором электронов служат неорганические вещества, содержащие «связанный кислород» (нитраты, нитриты, сульфаты, карбонаты): нитраты восстанавливаются до молекулярного азота или аммиака («нитратное дыхание»), а сульфаты восстанавливаются до сероводорода («сульфатное дыхание»).

Процесс переноса электронов от донора к акцептору при дыхании  включает следующие этапы:

1. Окисление субстрата с переносом электронов на внутренний акцептор клетки (НАД, ФАД, НАДФ) через ЦТК (в результате одного оборота цикла происходит 2 декарбоксилирования, 4 дегидрирования и 1 субстратное фосфорилирование);
2. Перенос электронов по дыхательной цепи с образованием АТФ;
3. Перенос электронов на внешний акцептор и возвращение дыхательной цепи в исходное состояние.

Отличия дыхания от брожения:

• полное окисление субстрата;
• освобождение энергии и запасание ее в больших количествах (окисление 1 молекулы глюкозы дает клетке 38 молекул АТФ);
• в качестве донора электронов служат органические и неорганические вещества;
• акцептором электронов являются только неорганические вещества;
• идет с участием электронно-транспортной сети (дыхательной цепи);
• происходит в аэробных и анаэробных условиях;
• процесс дыхания происходит на отсеках ЦПМ и мезосом, а брожение – в растворе.

Классификация микроорганизмов  по конечному акцептору электронов:

• строгие (облигатные) аэробы – микроорганизмы, у которых акцептором электронов является свободный кислород, а способ получения энергии – аэробное дыхание (пример: дифтерийная палочка, холерный вибрион);
• строгие (облигатные) анаэробы – микроорганизмы, у которых конечным акцептором электронов служат:
• органические кислоты, способ получения энергии – брожение, (пример: клостридии);
• неорганические вещества, содержащие «связанный кислород» (сульфаты, нитраты), способ получения энергии – анаэробное дыхание (пример: десульфатирующие и денитрифицирующие бактерии);
• факультативные анаэробы (аэробы) – микроорганизмы, у которых в присутствии O₂ происходит аэробное дыхание (конечный акцептор электронов – кислород), при отсутствии O₂ – брожение (конечный акцептор – органические кислоты) (большинство патогенных микроорганизмов);
• микроаэрофиллы – конечным акцептором электронов является небольшое количество O₂ (2%), энергию получают путем аэробного дыхания (пример: спирохеты, актиномицеты), некоторые микроаэрофилы лучше растут при повышенном содержании СО₂ – «капнофилы» (пример: нейссерии, бруцеллы);
• аэротолерантные – не погибают под действием O₂, но и не используют для получения энергии, конечным акцептором являются органические кислоты, способ получения энергии – брожение (пример: молочнокислые бактерии).

Конструктивный метаболизм.

Анаболизм (конструктивный/пластический метаболизм/ассимиляция) – это реакции, в результате которых синтезируются сложные соединения и структурные компоненты клеток за счет поступающих извне простых веществ, идущие с потреблением энергии, полученной в процессе энергетического метаболизма.

• Биосинтез аминокислот осуществляется из пирувата (образуется в гликолитическом цикле), α-кетоглурата и фумарата (из ЦТК), при образовании аминокислот азот вводится в молекулу предшественника на последних этапах биосинтеза при помощи реакций аминирования и переаминирования.
• Биосинтез нуклеиновых кислот – строительными блоками являются пуриновых и пиримидиновых нуклеотиды.
• Биосинтез углеводов:
• автотрофы, для которых единственным источником углерода является СО₂, усваивают его в реакциях цикла Кальвина;
• гетеротрофы синтезируют углеводы из С₂-С₃ соединений путем гликолиза в обратном направлении.
• Биосинтезе жирных кислот происходит путем карбоксилирования ацетил-КоА.