Потребность в энергии обеспечивается процессами энергетического обмена, сущность которых заключается в окислении органических веществ, сопровождаемом выделением энергии. Получаемые при этом продукты окисления выделяются в окружающую среду.
Окисление веществ может происходить разными путями:
прямым, т.е. присоединением к веществу кислорода;
непрямым, т.е. дегидрогенированием (отнятием водорода).
Схематично реакцию окисления-восстановления при участии фермента дегидрогеназы можно представить следующим образом:
АН + В А + ВН + энергия
Донор акцептор окисленное восстановленное
водорода водорода вещество вещество
Способы получения энергии у микроорганизмов разнообразны.
В 1861 г. Французский ученый Л. Пастер впервые обратил внимание на уникальную способность микроорганизмов развиваться без доступа кислорода, в то время как все высшие организмы - растения и животные - могут жить только в атмосфере, содержащей кислород.
По этому признаку (типам дыхания) Л. Пастер разделил микроорганизмы на две группы - аэробы и анаэробы.
Аэробы для получения энергии осуществляют окисление органического материала кислородом воздуха.
К ним относятся грибы, некоторые дрожжи, многие бактерии и водоросли. Многие аэробы окисляют органические вещества полностью, выделяя в виде конечных продуктов СО и Н О.
Этот процесс в общем виде может быть представлен следующим уравнением:
С Н О + О = СО + Н О + 2822 кДж
При неполном окислении энергетического материала высвобождается соответственно меньшее количество энергии. Часть потенциальной энергии окисляемого вещества остается в продуктах неполного окисления. Например, уксуснокислые бактерии окисляют этиловый спирт до уксусной кислоты и воды:
С Н ОН + О = СН СООН + Н О + 504 кДж.
Анаэробы - Это микроорганизмы, способные к дыханию без использования свободного кислорода. Анаэробный процесс дыхания у микроорганизмов происходит за счет отнятия у субстрата водорода. Типичные анаэробные дыхательные процессы принято называть брожениями. Примерами такого типа получения энергии могут служить спиртовое, молочнокислое и маслянокислое брожение.
С Н О = С Н ОН + СО + 118 кДж.
Отношение анаэробных микроорганизмов к кислороду различно. Один из них совсем не переносят кислорода и носят название облигатных, или строгих, анаэробов. К ним относят возбудители маслянокислого брожения, столбнячная палочка, возбудители ботулизма. Другие микробы могут развиваться как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Их называют факультативными, или условными анаэробами; это молочнокислые бактерии, кишечная палочка, протей, дрожжи и др.
В энергетическом отношении аэробное дыхание во много раз выгоднее анаэробного. Так, при аэробном процессе окисления глюкозы до углекислого газа и воды высвобождается примерно в 25 раз больше энергии, чем при анаэробном процессе) например, спиртовом брожении). Это объясняется тем, что конечные продукты, получающиеся в результате анаэробного окисления, всегда представляют собой сложные органические соединения, имеющие большой запас энергии - спирты, кислоты и др.
В связи с этим многие процессы брожения находят применения для получения ценных пищевых и технических продуктов.