Общая характеристика бродильного метаболизма
Ферментация позволяет бактериям получать энергию без участия кислорода. В этом процессе водород, отщеплённый от органического субстрата, передаётся на другие органические соединения, а не на неорганические, как при дыхании.
Продуктами такого метаболизма выступают различные спирты, органические кислоты и газы. Брожению могут подвергаться углеводы, многоатомные спирты, пурины, пиримидины и большинство аминокислот. Однако ароматические соединения, жирные кислоты и стероиды в анаэробных условиях сохраняют стабильность и не сбраживаются.
Биохимия ферментации глюкозы
Ключевая особенность брожения — частичное окисление пирувата. Цикл трикарбоновых кислот здесь выполняет не энергетическую, а исключительно биосинтетическую функцию, поставляя предшественники для пластического обмена.
- Образование АТФ: синтезируются 2 молекулы АТФ путём субстратного фосфорилирования (во время окисления триозофосфата до пирувата).
- Судьба водорода: водород от восстановленного НАД переносится на сам пируват или его производные, превращая их в этанол, кислоты или газы.
Основные типы брожения
Существует несколько классических путей сбраживания углеводов, каждый из которых отличается ферментными системами и конечными продуктами:
- Спиртовое брожение. Осуществляется дрожжами в анаэробных условиях по гликолитическому пути. Конечные продукты — этанол и углекислый газ. При появлении кислорода этот процесс сменяется энергетически более выгодным дыханием (эффект Пастера).
- Молочнокислое брожение. Бывает гомоферментативным (образование только молочной кислоты по гликолитическому пути) и гетероферментативным (расщепление по пентозофосфатному пути с образованием молочной, уксусной кислот и этанола). Свойственно лактобациллам, стрептококкам и бифидобактериям.
- Муравьинокислое (смешанное). Характерно для энтеробактерий и вибрионов. Делится на кислотное (с образованием кислот и возможным выделением газов) и бутандиоловое (синтез ацетоина и 2,3-бутандиола).
- Маслянокислое брожение. Присуще строгим анаэробам (сахаролитическим клостридиям). Продукты — масляная и другие летучие жирные кислоты, а также растворители (бутанол, ацетон).
Ферментация белков (пептолитический метаболизм)
Некоторые микроорганизмы не используют углеводы, а получают энергию альтернативным путём — за счёт сбраживания аминокислот и гидролиза белков. Такие бактерии называют пептолитическими. К ним относятся определённые представители рода Clostridium (например, Clostridium botulinum и Clostridium histolyticum).
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие виды клостридий осуществляют маслянокислое брожение?
Маслянокислое брожение осуществляют строгие анаэробы, к которым относятся представители рода Clostridium. Этот тип получения энергии характерен для следующих видов:
- Клостридия ботулизма (C. botulinum) — строгий анаэроб, для которого молекулярный кислород токсичен.
- Клостридия столбняка (C. tetani) — строгий анаэроб, погибающий или останавливающий рост в присутствии кислорода.
В процессе анаэробного распада углеводов эти хемоорганотрофы образуют масляную кислоту, а также различные газы.
Какие ферменты осуществляют субстратное фосфорилирование при окислении триозофосфата до пирувата?
Субстратное фосфорилирование при окислении триозофосфата (глицеральдегид-3-фосфата) до пирувата осуществляют два фермента. Этот процесс обеспечивает синтез АТФ путем переноса макроэргической фосфатной группы на АДФ.
- Фосфоглицераткиназа — катализирует первую реакцию субстратного фосфорилирования, в ходе которой 1,3-бисфосфоглицерат превращается в 3-фосфоглицерат.
- Пируваткиназа — катализирует вторую реакцию, обеспечивая превращение фосфоенолпирувата в пируват.
Обе реакции являются важнейшими этапами биоэнергетики, позволяющими клетке получать энергию без участия дыхательной цепи.
Вопросы с занятий и экзамена
Чем брожение отличается от дыхания?
При брожении акцептором водорода выступают органические соединения, а процесс идёт без кислорода. При дыхании акцептором является неорганическое вещество.
Какова роль цикла Кребса при брожении?
Цикл трикарбоновых кислот при брожении работает не для получения энергии, а для биосинтеза — он даёт предшественники для построения клеточных структур.
Что такое эффект Пастера?
Это явление, при котором доступ кислорода подавляет спиртовое брожение у дрожжей, и метаболизм переключается на дыхание, так как оно даёт больше энергии.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм субстратного фосфорилирования
- Различия гомо- и гетероферментативного молочнокислого брожения
- Методы диагностики: реакция с метил-рот и реакция Фогеса-Проскауэра
- Идентификация анаэробов методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ)
- Формирование колонизационной резистентности лакто- и бифидобактериями
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Брожение» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Физиология микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.