Аэробное дыхание микроорганизмов - Биология и естествознание реферат

Главная

Биология и естествознание
Аэробное дыхание микроорганизмов

Понятие дыхания как физиологического процесса, обеспечивающего нормальное течение метаболизма организмов. Виды дыхания микроорганизмов. Химизм аэробного дыхания. Достоинства и недостатки дыхания кислородом. Появление аэробного дыхания в процессе эволюции.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Российский Государственный Аграрный Университет
Московская Сельскохозяйственная Академия
Тема: Аэробное дыхание микроорганизмов
Дыхание и питание являются основными процессами обмена веществ живого организма. Для жизнедеятельности микроорганизмов, т. е. для их развития, размножения и роста, а также для синтеза различных органических соединений, входящих в состав клетки, необходимо много энергии. Микроорганизмы удовлетворяют свою потребность в энергии благодаря процессам дыхания.
Дыхание -- это физиологический процесс, обеспечивающий нормальное течение метаболизма (обмена веществ и энергии) живых организмов и способствующий поддержанию гомеостаза (постоянства внутренней среды), получая из окружающей среды кислород (О2) и отводя в окружающую среду в газообразном состоянии некоторую часть продуктов метаболизма организма (СО2, H2O и другие).
При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление -- отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород.
В зависимости от отношения к молекулярному кислороду все микроорганизмы делятся на четыре группы:
? микроаэрофилы (низкое парциальное давление кислорода в среде)
Облига м тные аэро м бы , или аэрофи м лы -- аэробные организмы, нуждающиеся в кислороде для дыхания. Помимо клеточного дыхания, эти организмы используют кислород для окисления органических соединений, например, сахаров и жиров, с целью получения энергии. В процессе дыхания кислород используется или как конечный акцептор электронов.
Преимуществом такого типа дыхания является получение большего количества энергии, чем у облигатных анаэробов, однако облигатные аэробы подвержены сильным окислительным стрессам.
Среди облигатных аэробов обнаружены существенные различия в отношении к уровню молекулярного кислорода в среде. Среди облигатных анаэробов выделяют микроаэрофилов, которые могут расти, если содержание О2 в окружающей среде будет значительно ниже атмосферного (порядка 2%).
К облигатным аэробам относится большинство прокариотических организмов. Примеры бактерий-облигатных аэробов:
Mycobacterium tuberculosis -- кислотоустойчивая
Некоторые аэробные (требующие для роста наличия О 2 в среде) микроорганизмы гибнут на воздухе. Они могут развиваться при концентрации кислорода около 2 % (в 10 раз ниже чем в атмосфере), за что и получили название микроаэрофилов . Обычно такие требования к внешним условиям связны с их метаболической активностью: кислород ингибирует нитрогеназу, гидрогеназу и другие ферменты, из-за чего при его концентрации более 2 % делается невозможной азотфиксация, окисление водорода и некоторые другие процессы. Если в среде есть связанный азот и органические соединения, то и азотфиксаторы и водородокисляющие бактерии хорошо растут и при 21 % содержании кислорода.
Как уже указывалось, многие группы бактерий способны и к аэробному, и к анаэробному дыханию (т. е. являются факультативными анаэробами), но важно отметить, что конечные продукты этих двух реакций различны и количество высвобождающейся энергии в анаэробных условиях значительно меньше. В присутствии кислорода почти вся глюкоза превращалась в бактериальную протоплазму и СО 2 , в отсутствие же кислорода разложение было неполным, гораздо меньшая часть глюкозы превращалась в вещество клетки, и в среду выделялся ряд органических соединений, для окисления которых требуются дополнительные «специалисты» - бактерии. В общем полное аэробное дыхание во много раз быстрее, чем неполный процесс анаэробного дыхания, если оценивать выход энергии на единицу используемого субстрата.
Вид дыхания, называемый аэробное дыхание -- это процесс окисления сложных органических соединений до менее сложных или до простых минеральных веществ -- Н 2 0 и С0 2 (процесс диссимиляции) с одновременным выделением свободной энергии. Выделение углекислоты в результате дыхания связано с поглощением кислорода и полным окислением питательных веществ.
В настоящее время окисление определяют как процесс отнятия водорода (дегидрирование), а восстановление - его присоединение. Эти же термины применяют к реакциям, связанным с переносом электронов. При окислении вещества происходит потеря электронов, а при восстановлении - их присоединение. Считают, что перенос водорода и перенос электронов - эквивалентные процессы. Способность соединений или элементов отдавать или принимать электроны обусловливаются окислительно-восстановительным потенциалом.
Аэробные микроорганизмы осуществляют окисление белков, жиров, углеводов и других сложных органических соединений, входящих в состав растительных и микробных остатков, до аммиака, воды и углекислого газа. Важная роль в превращении органических веществ принадлежит также грибам и актиномицетам. Минерализации подвергаются не только органические остатки растительного и животного происхождения, но и специфические органические вещества почвы -- ее гумус.
Аэробное дыхание -- процесс, обратный «нормальному» фотосинтезу. С помощью этого процесса все высшие растения и животные, а также большинство бактерий и простейших получают энергию для поддержания жизнедеятельности и построения клеток. В итоге завершенного дыхания образуются СО 2 , Н 2 О и вещества клетки, однако процесс может идти не до конца и в результате такого незавершенного дыхания образуются органические вещества, еще содержащие некоторое количество энергии, которая может быть в дальнейшем использована другими организмами.
Аэробные бактерии имеют систему цитохромов -- пигментированных окислительно-восстановительных ферментов. Благодаря цитохромам аэробные бактерии могут в качестве конечного акцептора водорода использовать кислород воздуха. Цитохромы -- это желтые пигменты, имеющиеся у всех аэробных микроорганизмов. Цитохромы подобны гемоглобину крови, содержат железо.
Организмы получают энергию и образуют АТФ при помощи только окислительного фосфорилирования субстрата, где окислителем может выступать только молекулярный кислород. Рост большинства аэробных бактерий прекращается при концентрации кислорода в 40-50 % и выше. В атмосфере чистого кислорода не способны развиваться никакие прокариоты. Облигатные (строгие) аэробы (например некоторые виды псевдомонад) не могут жить и размножаться в отсутствие молекулярного кислорода, поскольку используют его в качестве акцептора электронов. Молекулы АТФ образуются ими при окислительном фосфорилировании с участием цитохромоксидаз, флавинзависимых оксидаз и флавинзависимых дегидрогеназ. При этом, если акцептором электронов является кислород, выделяется сравнительно большое количество энергии (до 12 молекул АТФ из 1 C 6 H 12 O 6 ).
У аэробов энергетический обмен происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате этого органические вещества распадаются до простейших неорганических соединений. У организмов, обитающих в бескислородной среде и не нуждающихся в кислороде, -- анаэробов, а также у аэробов при недостатке кислорода ассимиляция происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный. В двухэтапном варианте энергетического обмена энергии запасается гораздо меньше, чем в трехэтапном.
Рассмотрим подробнее три этапа энергетического обмена. Первый этап называется подготовительным и заключается в распаде крупных органических молекул до более простых: полисахаридов -- до моносахаридов, липидов -- до глицерина и жирных кислот, белков -- до аминокислот. Внутри клетки распад органических веществ происходит в лизосомах под действием целого ряда ферментов. В ходе этих реакций энергии выделяется мало, при этом она не запасается в виде АТФ, а рассеивается в виде тепла. Образующиеся в ходе подготовительного этапа соединения (моносахариды, жирные кислоты, аминокислоты и др.) могут использоваться клеткой в реакциях пластического обмена, а также для дальнейшего расщепления с целью получения энергии.
дыхание микроорганизм аэробный кислород
Второй этап энергетического обмена, называемый бескислородным, заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого этапа не участвует.
Так как наиболее доступным источником энергии в клетке является продукт распада полисахаридов -- глюкоза, то второй этап мы рассмотрим на примере именно ее бескислородного расщепления -- гликолиза.
Гликолиз -- это многоступенчатый процесс бескислородного расщепления молекулы глюкозы, содержащей 6 атомов углерода (С 6 Н 12 О 6 ), до двух молекул трехуглеродной пировиноградной кислоты, или ПВК (С 3 Н 4 О 3 ).
Реакции гликолиза катализируются многими ферментами, и протекают они в цитоплазме клеток. В ходе гликолиза при расщеплении 1 М глюкозы выделяется 200 кДж энергии, но 60% ее рассеивается в виде тепла. Оставшихся 40% энергии оказывается достаточно для синтеза из двух молекул АДФ двух молекул АТФ. Получившаяся пировиноградная кислота в клетках животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов превращается в молочную кислоту (С 3 Н 6 О 3 ):
С 6 Н 12 О 6 + 2Н 3 Р0 4 + 2АДФ 2С 3 Н 6 О 3 + 2АТФ + 2Н 2 О.
В большинстве растительных клеток, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо гликолиза происходит спиртовое брожение-, молекула глюкозы в анаэробных условиях превращается в этиловый спирт и СО 2 :
С 6 Н 12 О 6 + 2Н 3 Р0 4 + 2 АДФ --2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2 + 2АТФ + 2Н 2 О.
Поэтому в аэробных организмах после гликолиза (или спиртового брожения) следует завершающий этап энергетического обмена -- полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. В процессе этого третьего этапа органические вещества, образовавшиеся в ходе второго этапа при бескислородном расщеплении и содержащие большие запасы химической энергии, окисляются до конечных продуктов СО 2 и Н 2 О. Этот процесс, так же как и гликолиз, является многостадийным, но происходит не в цитоплазме, а в митохондриях. В результате клеточного дыхания при распаде двух молекул молочной кислоты синтезируются 36 молекул АТФ:
2С 3 Н 6 О 3 + 6О 2 + 36АДФ + 36Н 3 РО 4 -- 6СО 2 + 42Н 2 О + З6АТФ.
Кроме того, нужно помнить, что две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы.
Таким образом, суммарно энергетический обмен клетки в случае распада глюкозы можно представить следующим образом:
С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ + 38Н 3 Р0 4 | 6СО 2 + 44Н 2 О + 38АТФ,
Для энергетического обмена, т. е. для получения энергии в виде АТФ, большинство организмов использует углеводы, но для этих целей может быть использовано окисление и липидов, и белков. Однако мономеры белков, т. е. аминокислоты, слишком нужны клетке для синтеза собственных белковых структур. Поэтому белки обычно представляют собой «неприкосновенный запас» клетки и редко расходуются для получения энергии.
Получение большего количества энергии, чем у облигатных анаэробов.
Окислительный стресс -- процесс повреждения клетки в результате окисления.
Высокая устойчивость в окружающей среде
Все формы жизни сохраняют восстанавливающую среду внутри своих клеток. Клеточный «редокс-статус» поддерживается специализированными ферментами в результате постоянного притока энергии. Нарушение этого статуса вызывает повышенный уровень токсичных реактивных форм кислорода, таких как пероксиды и свободные радикалы. В результате действия реактивных форм кислорода такие важные компоненты клетки как липиды и ДНК окисляются.
Доступность молекулярного кислорода в окружающей среде
При отсутствии (избытке, недостатке) кислорода микроорганизм погибает
Появление аэробного дыхания в процессе эволюции
Кислородная среда является достаточно агрессивной по отношению к микроорганизму. Умеренно-строгий анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O2, однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O 2 .
Если организм не способен «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярного кислорода, то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии.
Облигатные анаэробы в присутствии молекулярного кислорода O 2 гибнут -- например, представители рода бактерий и архей: Bacteroides , Fusobacterium , Butyrivibrio , Methanobacterium ). Такие анаэробы постоянно живут в лишенной кислорода среде.
Поэтому, когда среда всей планеты много миллионов лет тому назад стала накапливать в себе большое количество молекулярного кислорода, большинство микроорганизмов погибло. Только малая часть смогла приспособиться и начать использовать кислород для дыхания, что дало им большое преимущество. А анаэробы остались развиваться в почве и бескислородных средах.
Аэробное дыхание не является залогом успеха развития микроорганизма. У него есть свои недостатки: например, окислительный стресс; также для него требуется больше затрачивать энергию.
Но тем не менее именно аэробное дыхание выиграло в процессе эволюции - практически все многоклеточные организмы являются аэробами, следовательно, аэробное дыхание - залог развития и преумножения жизни на Земле.
2. Практикум по микробиологии. Е.З. Теппер; В.К. Шильникова; Г.И. Переверзева
4. «Физиология и генетика микроорганизмов», Варламов С., Благовещенск 2009 г.
5. Экология (справочник) http://ru-ecology.info
Изучение дыхания растений как окислительного распада органических веществ синтезированных в процессе фотосинтеза. Характеристика процесса аэробного дыхания растений как процесса, в ходе которого расходуется кислород. Специфика и типы анаэробного дыхания. реферат [371,6 K], добавлен 29.03.2011
Деление организмов на аэробов и анаэробов. Распространенность аэробного дыхания в мире прокариот. Ингибиторы дыхания и состав дыхательной цепи у прокариот. Эволюция путей аэробного метаболизма. Бесхлорофильный фотосинтез без электрон-транспортной цепи. контрольная работа [730,3 K], добавлен 26.07.2009
Значение дыхания в жизни растений. Субстраты дыхания семян злаковых. Цикл трикарбоновых кислот. Факторы, определяющие интенсивность дыхания семян. Окислительно декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Роль гликолиза как анаэробной фазы дыхания. курсовая работа [1,1 M], добавлен 29.04.2014
Типы дыхания микроорганизмов. Транспорт электронов при дыхании и различных типах анаэробного способа получения энергии. Наиболее доступные источники углерода для бактерий. Механизм поступления питательных веществ. Использование неорганического азота. реферат [799,3 K], добавлен 26.12.2013
Дыхание как физиологический процесс, обеспечивающий нормальный метаболизм живых организмов. Особенности дыхания в измененных условиях. Влияние на процесс дыхания жаркого климата. Дыхание в условиях высокогорья и повышенного барометрического давления. презентация [627,4 K], добавлен 03.12.2015
Исполнительные органы системы дыхания у животных: мышцы инспираторные и экспираторные, грудная клетка, плевра, бронхи и легкие, воздухоносные пути, сердце и сосуды, кровь. Физиологические процессы дыхания. Внешние показатели системы дыхания, ее регуляция. курсовая работа [856,5 K], добавлен 07.08.2009
Три основных пути диссимиляции углерода. Энергетический выход гликолиза. Последовательность реакций в цикле Кребса. Хемиосмотическая теория окисления и фосфорилирования. Митохондрии как органоиды дыхания. Взаимосвязь дыхания с другими процессами обмена. реферат [6,8 M], добавлен 07.01.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Аэробное дыхание микроорганизмов реферат. Биология и естествознание.
Система Курсовой Устойчивости Esp
Использование MS Project для определения критического пути проекта
Реферат: Спортивные достижения студентов ГИ МГОУ за 2002-2007 годы. Скачать бесплатно и без регистрации
Гдз Ваулина Контрольные Работы 7 Класс
4 Класс Контрольная Работа По Теме Нумерация
Сказка Лечит Душу Ребенка Эссе
Структура Сочинения На Английском
Курсовая работа по теме Ипотечное кредитование как элемент финансовой политики государства
Реферат: Розробка пропозицій щодо укріплення маркетингових позицій виробництва
Дипломная работа по теме Использование практической деятельности в экологическом воспитании учащихся с умственной отсталостью
Диагностические Контрольные Работы Результаты
Контрольная Работа Синтаксис Простое Предложение
Реферат по теме Анестезия в офтальмологии
Историческое Сочинение Феодальная Раздробленность Руси
Итоговое Сочинение Оценка
Реферат по теме Гидротехнические водохозяйственные сооружения
Что Такое Мечта 9.3 Сочинение Огэ
Техника Выполнения Легкоатлетических Упражнений Реферат
Дипломная работа по теме Операции кредитных организаций с банковскими картами
Реферат На Тему Техническое Обслуживание И Эксплуатация Автоматических Воздушных Выключателей
Белки, жиры, углеводы - Биология и естествознание презентация
Аксиомы биологии по Б.М. Медникову - Биология и естествознание реферат
Бабье лето - Биология и естествознание презентация