3. Дихання мікроорганізмів

Живильні речовини, що надходять у мікробну клітину, перетворюються в ті або інші складові речовини цитоплазми, ядра, оболонки тощо. Для цих складних процесів необхідна певна кількість енергії, яку клітина повинна одержувати безперервно як і живильні речовини. Енергія необхідна також для процесів розмноження, руху , утворення спор, капсул та ін.

Необхідну енергію мікробні клітини одержують через окисновідновні реакції різних сполук, під час здійснювання яких вивільняється енергія.

Процеси, що забезпечують енергетичні потреби мікроорганізмів, мають назву дихальних .

В 1861р. французький вчений Л. Пастер уперше звернув увагу на унікальну здатність деяких мікроорганізмів існувати без використання кисню повітря, в той час, як вищі організми – рослини і тварини – здатні існувати тільки в атмосфері, що містить кисень.

За цією ознакою Л. Пастер розділив мікроорганізми за типом дихання на дві групи: аероби і анаероби.

Аероби – це мікроорганізми, що потребують кисень для окислення органічних сполук. До них належать плісняві гриби, деякі дріжджі, бактерії і водорості. Деякі аероби окислюють органічні речовини до кінцевих продуктів СО₂ і Н₂О. Цей процес здійснюється за схемою:

С₆Н₁₂ О₆ + 6 О₂ = 6 СО₂ +6 Н₂О + 28822 кДж

Якщо здійснюється неповне окислення органічних речовин, вивільняється менша кількість енергії. Наприклад, оцтовокислі бактерії окислюють етиловий спирт до оцтової кислоти і води :

С₂Н₅ОН + О₂= СН₃СООН + Н₂О + 504 кДж.

Серед аеробів особливе місце займають хемосинтезуючі автотрофні бактерії, що здатні окислювати мінеральні речовини.

Анаероби – це мікроорганізми, що здатні до дихальних процесів без використання вільного кисню. Такі процеси мають назву бродіння. Прикладами одержання енергії за таким типом є спиртове, маслянокисле і молочнокисле бродіння. Анаеробні мікроорганізми умовно поділяють на дві групи. Ті з них, які не можуть використовувати кисень, одержали назву облігатних або суворих анаеробів. До них належать збудники маслянокислого бродіння, збудники правця, ботулізму та ін. Мікроорганізми, що можуть функціонувати як в аеробних, так і анаеробних умовах, одержали назву факультативних анаеробів. Це молочнокислі бактерії, кишкова паличка, протей, дріжджі та ін. Однак етапу аеробного розщеплення, незалежно від наявності кисню, передує етап анаеробного розщеплення. Аеробного розпаду зазнають переважно продукти попереднього анаеробного розпаду (наприклад, молочна кислота).

Факультативні анаероби залежно від умов існування можуть змінювати анаеробний тип дихання на аеробний. Так, дріжджі, за обмеженим вмістом кисню, розщеплюють глюкозу до етанолу і вуглекислого газу:

С₆Н₁₂ О₆→2 С₂Н₅ОН+2 СО₂ +156,9 кДж.

За наявністю достатньої кількості кисню здійснюється аеробне розщеплення з утворенням СО₂ і Н₂О. З енергетичної точки зору аеробне дихання ефективніше за анаеробне. Через аеробне окислювання глюкози звільнюється енергія приблизно у 25 разів більше, ніж анаеробним шляхом. Це пояснюється тим, що кінцеві продукти анаеробного розщеплення завжди являють собою складні органічні сполуки, що мають запас енергії – спирти, кислоти тощо. Через це продукти бродіння являють сполуки для одержання корисних харчових і технічних продуктів.

У більшості випадків із усієї кількості енергії, що вивільнюється під час дихальних процесів, на потреби мікроорганізмів використовується приблизно чверть. Значна частина енергії (75-90%) вивільнюється у вигляді тепла у зовнішнє середовище. Цим пояснюються процеси самозігрівання вологого сіна, гною, торфу, зернових мас, борошна тощо, зумовлені мікроорганізмами.

У природі існують мікроорганізми, які здатні вивільнювати енергію у вигляді світла. Світіння морської води, прілого дерева, зіпсованих харчових продуктів (м’яса, риби) обумовлюються присутністю бактерій, що випромінюють світлову енергію.