Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Химико-технологический институт

Кафедра «Технология органического синтеза»

Реферат по дисциплине

«Основы микробиологии и биотехнологии»

Превращение соединений углерода

микроорганизмами в аэробных условиях

Студентка Шаханова Е.В.

Группа Х – 390702

Преподаватель Токарева М.И.

Екатеринбург

2012

Оглавление Введение…………………………………………………………………………3

Цели, задачи работы…………………………………………………………..4

Превращение микроорганизмами соединений углерода……………………..5

Гликолиз………………………………………………………………………..6

Пентозофосфатный путь……………………………………………………...10

Путь Энтнера-Дудорова………………………………………………………12

Анаэробное дыхание………………………………………………………….13

Брожение………………………………………………………………………14

Аэробное дыхание…………………………………………………………….14

Декарбоксилирование пирувата……………………………………………..15

Цикл Кребса…………………………………………………………………...17

Глиоксилатный шунт…………………………………………………………20

Строение дыхательной цепи аэробов………………………………………..21

Энергетическая эффективность процесса полного расщепления глюкозы.24

Превращений углеводов, жиров в аэробных условиях………………………26

1) Образование уксусной кислоты…………………………………………...26

2) Образование щавелевой кислоты………………………………………….27

3) Образование лимонной кислоты…………………………………………..28

4) Образование глюконовой кислоты………………………………………..30

5) Разложение клетчатки……………………………………………………...31

6) Окисление углеводородов………………………………………………….32

7) Окисление жиров…………………………………………………………...34

8) Окисление высокомолекулярных кислот жирного ряда………………...34

Заключение……………………………………………………………………...40

Список литературы……………………………………………………………..41

Введение

Превращение микроорганизмами соединений углерода происходит в соответствии с различным механизмами и имеет большое значение в природе, а также широко используется в различных отраслях промышленности, в медицине, биотехнологии.

Автотрофные микробы для превращения углекислоты, не имеющей энергетических свойств, в органические энергетические соединения нуждаются в тепловых источниках, которыми для них служит солнечная энергия или химическая энергия окисления минеральных веществ. К фотоавтотрофам относят цветные бактерии: зеленые содержат в цитоплазме хлорофилл, а пурпурные красный или коричневый пигмент.

Основной процесс, возвращающий углекислоту в атмосферу, — разложение органических соединений под влиянием микроорганизмов. В природе существует множество типов процессов, вызывающихся определенными видами микробов. Наибольшее значение имеют процессы брожения клетчатки, брожение пектиновых веществ, спиртовое, молочнокислое брожение, а также уксуснокислое окисление, маслянокислое брожение.

Известно, что полное окисление углеродного субстрата до углекислого газа и воды может происходить у микроорганизмов с помощью трех различных механизмов: в цикле трикарбоновых кислот, в глиоксилатном цикле и в пентозофосфатном цикле. Поскольку большинство микроорганизмов использует углеводы в качестве источника энергии, в первую очередь глюкозу, возможны три пути ее расщепления: гликолиз; окислительный пентозофосфатный путь; 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатный путь (КДФГ-путь).

Перечисленные выше пути катаболизма глюкозы могут протекать при разных типах энергетического метаболизма: аэробное дыхание, анаэробное дыхание, брожение. Спектр углеродных соединений, усваиваемых за счет аэробного дыхания, значительно шире, чем в случае брожения.

Целью данной работы является изучение аэробных путей превращения микроорганизмами соединений углерода.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1)Рассмотреть возможные пути расщепления глюкозы.

2)Выделить основные типы метаболизма микроорганизмов.

3)Определить составляющие и принцип функционирования аэробного метаболизма.

4)Разобрать механизм дыхательной цепи аэробов и оценить энергетическую эффективность аэробных процессов.

5)Рассмотреть процессы образования органических кислот и биотрансформации исходных субстратов, отличных от углеводов по своей химической природе.

Превращение микроорганизмами соединений углерода

Полное окисление углеродного субстрата до углекислого газа и воды может происходить у микроорганизмов с помощью трех различных механизмов: в цикле трикарбоновых кислот, в глиоксилатном цикле и в пентозофосфатном цикле. При функционировании каждого из этих циклов в клетке происходит образование восстановленных пиридиннуклеотидов. Они могут быть использованы либо для процессов восстановления в ходе биосинтеза, либо для получения АТФ путем окислительного фосфорилирования. В последнем случае НАДН становится донором электронов для электронно-транспортной цепи, в которую входят такие белки-переносчики электронов, как флавопротеиды, убихиноны и цитохромы, локализованные на внутренней мембране митохондрий.¹

Спектр углеродных соединений, усваиваемых за счет аэробного дыхания, значительно шире, чем в случае брожения. К ним относятся углеводы, жирные кислоты, н-алканы, одноуглеродные соединения (метанол), ароматические соединения (фенол, резорцин, салициловая кислота и т.п.).

Поскольку большинство микроорганизмов использует углеводы в качестве источника энергии, в первую очередь глюкозу, рассмотрим основные пути ее катаболизма. К настоящему времени у микроорганизмов хорошо изучены три основных пути расщепления глюкозы:

1) гликолиз, или фруктозодифосфатный путь, или путь Эмбдена –Мейергофа – Парнаса;

2) окислительный пентозофосфатный путь, или гексозомонофосфат-ный путь, или путь Варбурга – Диккенса – Хореккера;

3) 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатный путь (КДФГ-путь), или путь Энтнера – Дудорова.

Рис. 1. Схема путей катаболизма глюкозы

(А - путь Эмбдена –Мейергофа – Парнаса, Б - путь Энтнера – Дудорова, В - путь Варбурга – Диккенса – Хореккера)

Перечисленные выше пути катаболизма глюкозы могут протекать при разных типах энергетического метаболизма: аэробное дыхание, анаэробное дыхание, брожение.