В чем заключаются главные особенности дыхания бактерий

Чтобы перерабатывать питательные вещества, поступающие в микроорганизмы, им необходимо много энергии. Она также необходима для размножения и роста. Чтобы получить ее, микроорганизмы дышат. Дыхание бактерий заключается в том, что органические вещества, имеющие более сложную формулу, окисляются до более простых. При этом процессе высвобождается биоэнергия.

В микробиологии принято было считать дыхание биологическим окислением органических веществ кислородом. Но открытие анаэробов, которым для получения энергии он не нужен, перевернуло представления об этом понятии полностью.

Классификация по типу дыхания

Чтобы получить необходимую биоэнергию для жизни и питания из органических и неорганических веществ, одни бактерии используют для этого О₂, для других он, наоборот, смертелен, а третьи прекрасно приспосабливаются к любым условиям и любому его содержанию. Учитывая такую сущность, их делят по способу на два типа: аэробные, для которых необходим кислород, и анаэробные ─ те, для которых он губителен.

У грибов, так же как у бактерий, два типа дыхания: аэробное и анаэробное. Яркий пример грибов-анаэробов ─ дрожжи. Процесс выработки энергии анаэробных грибов происходит в цитоплазме и носит название гликолиз.

Такие съедобные грибы, как лисички, белые, моховики, и многие другие дышат так же, как растения и другие аэробные формы жизни. Процесс выработки энергии у аэробных грибов и растений происходит в митохондриях.

Растения являются аэробами, им, чтобы дышать, необходим О₂, а продуктом его переработки является углекислый газ. Но в отличие от грибов у растений, как и у сине-зеленых водорослей, параллельно с дыханием происходит процесс фотосинтеза. Растения и сине-зеленые водоросли при этом выделяют О₂ больше чем поглощают, когда дышат. При отсутствии солнечного света растения только дышат. И при нехватке кислорода растения гибнут, что не страшно факультативным формам.

Аэробные микроорганизмы

В процессе дыхания аэробные бактерии преобразуют окисление органики до воды и углекислого газа. При полном окислении выделяется вся энергия. Если происходит неполное окисление органики, то невыделившаяся часть будет оставаться в продуктах их питания. Автотрофы нужную им энергию получают за счет неорганических веществ, а гетеротрофы – из органических.

Учитывая потребность микроорганизмов в кислороде, ученые выделили такие классификации:

• облигатные;
• факультативные;
• микроаэрофилы;
• капнеические.
  

Облигатные аэробы

Облигатные (строгие) способны существовать, только если в среде есть наличие свободного О₂ не менее 21%. Ярким примером облигатных форм являются уксуснокислые микроорганизмы, которым для жизнедеятельности и питания необходимо большое количество О₂. Также к строгим аэробам относят растения, животные, многие типы грибов. Даже небольшая нехватка свободного кислорода приводит к тому, что замедляется рост и развитие аэробов.

Факультативные аэробы

К условным (факультативным) относят тех аэробов, жизнедеятельность которых может протекать как с участием О₂, так и без него. Часть аэробов хорошо развивается при его большом количестве, другим, наоборот, необходим малый процент. Это обусловлено тем, что одни аэробы вместе с ферментами переносят водород на свободные соединения, а некоторые переносят вместе с водородом и кислород. В зависимости от процента содержания О₂ такие микроорганизмы способны менять метаболические процессы и изменять использование свободного кислорода на продукты брожения. Их умение приспосабливаться как в кислородосодержащей среде, так и в анаэробной привело к большому числу видов.

Микроаэрофилы

Это тип аэробов, сущность жизни которых зависит от низкого содержания (около 2%) кислорода. В отличие от других аэробов для дыхания у бактерий этого типа необходим О₂ пониженной концентрации. Многие из них, например, Helicobacter pylori, вызывающий гастрит и язву желудка, а также Streptococcus pyogenes, известный как возбудитель фарингита, плохо переносят нормальную концентрацию О₂. Эта их сущность применяется при лечении заболеваний с применением препаратов, имитирующих атмосферный О₂.

Капнеические

В микробиологии вид микроорганизмов, которым для дыхания нужен не только О₂, но и СО₂, носит название капнеические.

Анаэробы

Для дыхания этих микроорганизмов О₂ не нужен. Это называется брожением. Нужную энергию они получают путем расщепления сложных молекул органики на простые. Процесс брожения происходит в результате распада глюкозы без наличия воздуха, к примеру, спиртовое брожение, где глюкоза преобразуется в спирт и выделяется углекислый газ. В результате такого брожения выделяется биоэнергия, температура субстрата повышается на несколько градусов. Жизнедеятельность такого вида хорошо видна при брожении и нагревании зерна, сена, силоса.

Основными особенностями анаэробов являются:

• Образование метана. Этот биопроцесс происходит в результате деятельности метановых бактерий путем разложения органических соединений.
• Образование сероводорода. Это является продуктом работы сероводородных бактерий.
• Винное брожение.

Анаэробы делятся на два вида: факультативные и облигатные. Факультативные виды могут дышать и в кислородосодержащей среде, и там, где кислород отсутствует. Самые яркие представители облигатных микроорганизмов – стрептококки, кишечная палочка, стафилококки, иерсинии, шигеллы.

Облигатные формы погибают там, где есть свободный О₂. Анаэробные облигатные виды представлены двумя типами: спорообразующими (клостридиями) и неспорообразующими.

Спорообразующие часто являются возбудителями многих инфекционных заболеваний: ботулизма, гнойных инфекций, столбняка.

Неспорообразующие являются жителями организмов человека и животных. Часто они являются возбудителями таких инфекционных заболеваний, как пневмония, перитонит, отит, абсцесс головного мозга и легких, сепсис и другие. Их развитие происходит в основном при переохлаждении, снижении общей сопротивляемости организма, травмах.

В жизнедеятельности микробов, грибов и растений есть много схожих химических процессов, но только бактерии способны существовать в любой среде, при любых температурах, что привело к их расселению на планете в таких масштабах.