Энергетический обмен. Для переноса питательных веществ через ЦПМ, биосинтеза из них основных клеточных компонентов, для размножения

Для переноса питательных веществ через ЦПМ, биосинтеза из них основных клеточных компонентов, для размножения, движения и т. д. микроорганизмам необходима энергия.

Источники энергии. Микроорганизмы могут использовать два вида энергии: энергию видимого света и химическую энергию, высвобождающуюся при окислении различных восстановленных соединений.

Микроорганизмы, для которых источником энергии служит
свет, называются фототрофами. Микроорганизмы, для которых
источниками энергии служат процессы окисления химических
соединений, называются хемотрофами.

Микроорганизмы могут окислять некоторые восстановленные неорганические соединения и любые природные восстановленные органические соединения. Окисляться микроорганизмами могут даже ядовитые вещества (фенол), а также синтетические материалы (пластмасса, искусственный каучук и др.) и даже асфальт, битум и т. д. Высокомолекулярные органические соединения предварительно гидролизуются (расщепляются) с помощью экзоферментов до мономеров. Процессы гидролиза клетке энергии не дают. Мономеры подвергаются окислению через ряд последовательно идущих ферментативных процессов и в результате сложных реакций в клетке накапливается энергия.

Органические вещества окисляются путем отдачи водорода— дегидрированием. Поскольку атом водорода состоит из; протона и электрона, то перенос водорода с одного вещества на другое включает и перенос электрона. Вещество, отдающее электроны или водород, называют донором, а вещество, их присоединяющее, — акцептором. Поэтому термины окисление и дегидрирование, донор электронов и донор водорода, акцептор электронов и акцептор водорода являются синонимами. Окислением является также и присоединение к веществу кисло­рода.

Водород и электроны, отнятые от окисляемого субстрата (донора), переносятся к конечному акцептору не непосредственно, а ступенчато, поэтапно, с помощью различных окислительно-восстановительных ферментов. К таким ферментам относятся дегидрогеназы, которые переносят водород, и ферменты цито-хромной системы — цитохромы и цитохромоксидаза, которые переносят электроны. Дегидрогеназы и цитохромная система образуют так называемую дыхательную цепь. Так как перенос водорода и электронов — эквивалентные процессы, то дыхательную цепь рассматривают как цепь переноса электронов (электрон-транспортная цепь). Терминальным (конечным) ферментом этой цепи является цитохромоксидаза. Она передает электроны молекулярному кислороду, который при этом активируется и приобретает способность соединяться с ионами во­дорода, в результате чего образуется вода.

Схематично реакцию окисления — восстановления при участии дегидрогеназы можно представить следующим образом:

Дегидрогеназа

АН₂ + В ---------- А + ВН₂ + Энергия

Донор Акцептор Окислен- Восстанов-

водорода водорода ное ве- ленное

щество вещество'