Питательные вещества, поступившие в микробную клетку, претерпевают в ней сложные превращения.
На эти превращения затрачивается определенное количество энергии. Энергия расходуется также для обеспечения роста и размножения микроба. Необходимую для этих целей энергию микробная клетка получает в процессе дыхания. Сущность такого процесса заключается в том, что сложные органические вещества окисляются до более простых с выделением энергии.
Для окисления органических веществ с целью получения энергии одни микроорганизмы используют кислород воздуха, другие способны обходиться при этом без кислорода, а для третьих кислород воздуха является даже вредным. Следовательно, по отношению к кислороду воздуха микроорганизмы можно подразделить на аэробные - это те микроорганизмы, которые нуждаются в кислороде воздуха, и анаэробные микроорганизмы, которым кислород воздуха не нужен.
Среди анаэробных микробов встречаются строгие, или безусловные, анаэробы, на них кислород воздуха действует губительно, и факультативные, или условные, анаэробы, способные существовать как в присутствии кислорода, так и без него.
К числу аэробных микроорганизмов относятся грибы и многие бактерии, например, уксуснокислые.
Аэробные микроорганизмы в процессе дыхания окисляют органические вещества обычно полностью до образования в качестве конечных продуктов углекислого газа и воды. Полное окисление сопровождается выделением всей энергии, содержащейся в окисляемом продукте. Такое окисление, например, сахара, может быть выражено следующим уравнением:
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 674 ккал.
При неполном окислении органических веществ выделяется меньше энергии. Невыделившаяся часть энергии остается в таком случае в продуктах неполного окисления. Так, окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями может идти до стадии образования уксусной кислоты и воды с неполным выделением энергии:
С2Н5ОН + О2 = СН3СООН + Н2О + 116 ккал,
в то время как в случае полного окисления реакция идет по схеме:
С2Н5ОН + 3О2 = 2СО2 + 3Н2О + 326 ккал
При этом выделяется вся содержащаяся в этиловом спирте энергия.
Аэробные автотрофные микроорганизмы необходимую им энергию получают за счет окисления неорганических веществ.
Анаэробные микроорганизмы характеризуются бескислородным дыханием, которое называется брожением. При бескислородном дыхании окисление веществ всегда протекает неполно.
Примером бескислородного дыхания является спиртовое брожение, вызываемое дрожжами в анаэробных условиях. Это брожение протекает по схеме:
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2 + 27 ккал
В результате спиртового брожения сахар превращается в этиловый спирт и углекислый газ с выделением 27 ккал энергии. Как видно, окисление сахара происходит неполно, так как один из конечных продуктов - этиловый спирт - обладает значительным запасом энергии (326 ккал), которая в анаэробных условиях оказалась невыделенной.
Некоторые микроорганизмы в анаэробных условиях способны окислять органические вещества благодаря использованию кислорода, входящего в состав других соединений. Подобной способностью обладают, например, денитрифицирующие бактерии, использующие кислород, содержащийся в нитратах.
Выделяющаяся в результате окислительных процессов энергия используется микроорганизмами на жизненные процессы лишь в незначительной части (меньше четверти). Большая часть ее теряется, выделяясь в окружающую среду в виде тепла. За счет этого тепла происходит нагревание, например субстрата при спиртовом брожении, в результате чего его температура становится на 2-3°С выше температуры окружающего воздуха.
Под влиянием микроорганизмов в условиях повышенной влажности нередко происходит самосогревание навоза, сена, зерна и др. Иногда оно приводит к самовозгоранию навоза и сена, так как при достижении температуры в 60-80°С в них начинают протекать чисто химические окислительные процессы, вызывающие воспламенение этих предметов.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему