Питательные вещества, используемые микробными клетками, служат двум целям: с одной стороны, они являются материалом для синтеза частей тела микроба, отложения резервного пищевого материала, синтеза ферментов, пигментов, витаминов, токсинов и пр., а с другой стороны, питательные вещества подвергаются разрушению в результате чего выделяется свободная энергия, за счет которой и существует микробная клетка.

Поэтому в процессе обмена веществ необходимо различать две противоположные стороны обмена по своему характеру, но неразрывно связанные друг с другом: обмен пластический (ассимиляция) и обмен энергетический (диссимиляция).

Ассимиляция протекает с поглощением свободной энергии. На эти процессы идет сравнительно небольшая часть питательного субстрата потребляемого клеткой.

На процессы диссимиляции расходуется огромная часть употребляемых клеткой питательных веществ.

Совершающиеся в клетке синтетические процессы построения микробной цитоплазмы, все физиологические функции движения, роста, размножения, образования спор и капсул, выработка токсинов могут осуществляться только при постоянном притоке энергии.

Микроорганизмы добывают энергию за счет биологического окисления различных химических соединений углеводов (чаще глюкозы), спирта, органических кислот, жиров и пр.

Сущность биологического окисления (дыхания) состоит в том, что окисляемое вещества отдает электроны, а восстанавливаемое – получает их и при этом происходит освобождение энергии необходимой для клетки. Иными словами сущность дыхания заключается в совокупности биохимических реакций, служащих источником энергии для жизнедеятельности клеток.

Процессы биологического окисления могут обеспечиваться теми же самыми веществами, которые используются и для синтетических процессов. Но если одновременно имеются разнообразные соединения, то микробы потребляют азотистые вещества как питательные, а вещества безазотистые (сахара, спирты, органические кислоты) – для процессов дыхания.

Большая часть микроорганизмов, так же как и животные организмы, нуждаются для процессов биологического окисления в присутствии свободного кислорода. Другие же микроорганизмы, как это впервые доказал Пастер, могут существовать только при отсутствии кислорода.

По типу биологического окисления все микроорганизмы разделяются на облигатные аэробы, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы и микроаэрофилы (нуждающиеся в малых количествах кислорода).

У облигатных аэробов реакции биологического окисления осуществляются при участии кислорода с высвобождением большого количества энергии. Так, окисление глюкозы в аэробных условиях сопровождается выделением 688,5 ккал.

Облигатные анаэробы способны жить и размножаться только при отсутствии свободного кислорода воздуха.

Дыхание анаэробов происходит путем ферментации субстрата с образованием небольшого количества энергии. При анаэробном разложении 1 грам/моли глюкозы образуется всего лишь 31,2 ккал.

Процессы разложения органических веществ в безкислородных условиях, сопровождающиеся выделением энергии, называются брожением.

Различают несколько типов брожения: спиртовое, молочно – кислое, маслянокислое и т.д.

Наличие свободного кислорода для облигатных анаэробов является губительным. Это связано с тем, что в присутствии кислорода конечным продуктом окисления органических соединений оказывается перекись водорода. Анаэробы не продуцируют фермент каталазу, расщепляющую перекись водорода, поэтому в результате токсического действия, накопившейся перекиси водорода, анаэробы погибают.

Факультативные анаэробы могут размножаться как при наличии молекулярного кислорода, так и при его отсутствии. К факультативным анаэробам относятся большинство патогенных и сапрофитных микроорганизмов.

С выделением избыточного тепла при биологическом окислении некоторых микроорганизмов связаны процессы самовозгорания торфа, навоза, влажного сена, хлопка и пр.

В начало страницы