Анаэробное дыхание

Неполное окисление.

Аэробное дыхание.

Все строгие аэробы окисляют пировиноградную кислоту в присутствии кислорода воздуха до СО₂ и Н₂О, с образованием большого количества энергии в форме АТФ.

1-й этап включает серию реакций, благодаря которым органический субстрат окисляется до СО₂, а освобождающиеся атомы водорода перемещаются к акцептору, т. е. осуществляется ЦТК (цикл трикарбоновых кислот). Участвуют специфические декарбоксилазы и дегидрогеназы.

Значение ЦТК состоит в том, что образуется ряд промежуточных продуктов (органических кислот, играющих роль предшественников для биосинтеза макромолекул клетки). В ЦТК кроме углеводов вовлекаются и продукты катаболизма жирных кислот и аминокислот.

2-й этап включает окисление освобождающихся атомов водорода кислородом с образованием АТФ. Отщепленные атомы водорода (специфическими дегидрогеназами) акцептируются коферментами НАД и ФАД, а затем переносятся по дыхательной цепи. В сущности происходит перенос электрона Fe²⁺--- Fe³⁺+ e

При переносе электрона на отдельных участках цепи образуется большое количество свободной энергии и образуется АТФ. В клетках имеется механизм, объединяющий выделение энергии и образование АТФ, который называется окислительное фосфорилирование (в митохондриях, ЦПМ). Ионы водорода акцептируются кислородом воздуха с образованием воды. Всего 36 молекул АТФ.

Все аэробы и факультативные анаэробы имеют дыхательную цепь. Большинство анаэробов не имеют цепи переноса электронов, поэтому при наличии кислорода воздуха водород с ФАДН₂ переносится на кислород с образованием перекиси водорода. Н₂О₂ может разлагаться каталазой до Н2О и О2, но каталаза у анаэробов отсутствует. Поэтому Н2О2 накапливается в клетке и убивает ее.

Ряд бактерий (рода Pseudomonos) и грибы (рода Aspergillus)неполностью окисляют углеводы. В среде накапливаются неполно окисленные органические соединения (трикарбоновые кислоты: лимонная, уксусная, фумаровая и пр.). Процессы идут в присутствии кислорода, поэтому ближе к дыханию. Энергетически выгодны для микроорганизмов.

В биотехнологии это используют в производстве органических кислот.

Это тип метаболизма, который также протекает с участием кислорода, но не молекулярного, а «связанного» кислорода. Носителями его могут быть: нитраты, сульфаты, карбонаты и другие неорганические соединения.

Способность к переносу иона водорода на сульфат, нитрат или карбонат позволяет бактериям осуществлять достаточно полное окисление, извлекая энергии больше, чем при брожении. Такие бактерии имеют цитохромы. Процесс похож на дыхание, но так как используется связанный кислород, то дыхание называется анаэробным. Энергии образуется на 10% меньше чем при аэробном дыхании.