Аэробные энергетические процессы

Глава 7. Аэробные энергетические процессы [c.48]

Минерализация органических веществ происходит под воздействием микроорганизмов, которые используют эти вещества в процессе питания как пластический материал — для построения тела микроорганизмов (плазма, оболочка) и энергетический — для своих жизненных функций. Различают две группы микроорганизмов — аэробные и анаэробные. Первые нуждаются в кислороде воздуха, вторые, наоборот, не выносят его присутствия. При аэробных биохимических процессах происходит окисление органических веществ, содержащих углерод, азот, серу, фосфор, до минеральных солей (углекислых, азотнокислых, сернокислых и фосфорнокислых) и углекислоты. [c.228]

В процессе мышечной деятельности изменяется скорость энергетического обмена в сердечной мышце (миокарде). Сердечная мышца пронизана густой сетью кровеносных капилляров, доставляющих большое количество кислорода, и имеет высокую активность ферментов аэробного обмена, поэтому в ней преобладают аэробные энергетические реакции. В состоянии относительного покоя основными источниками энергии для сердечной мышцы являются жирные кислоты, кетоновые тела и глюкоза, доставляемые кровью. При напряженной мышечной деятельности миокард усиленно поглощает из крови и окисляет молочную кислоту, поэтому запас гликогена в нем почти не расходуется. [c.341]

Участие отдельных витаминов в регуляции обмена веществ рассмотрено в главе 7. В условиях мышечной деятельности витамины выполняют важную регуляторную роль, так как обеспечивают высокую скорость метаболических и окислительных процессов, связанных с механизмами энергообразования, биосинтеза белка и углеводов, процессами перекисного окисления липидов, обмена минеральных веществ и т. д. Поэтому недостаточное обеспечение организма спортсмена отдельными витаминами приводит к снижению физической работоспособности. При этом снижаются как анаэробные, так и аэробные энергетические возможности спортсменов. [c.456]

Относительно митохондрий в настоящее время общепризнано, что они представляют собой центры энергетической деятельности живой протоплазмы. Доказано, что в митохондриях сосредоточен комплекс каталитических систем, связанных с аэробными окислительными процессами клетки. Здесь следует назвать прежде всего цитохромную систему, ферменты цикла трикарбоновых кислот и др. Основной функцией митохондрий является их способность запасать реализуемую при дыхании энергию в форме богатых энергией (макроэргических) связей в молекуле аденозинтрифосфорной кислоты. Этот важнейший из процессов называется окислительным фосфорилированием (см. гл. Дыхание ). [c.49]

Физиологический эффект реакции Пастера легко понять, если учесть, что при аэробном выключении процесса образования молочной кислоты распад углево ,ов происходит до конца, т. е. с выделением углекислого газа и воды. Клетки и ткани способны покрыть свои энергетические затраты при аэробном распаде углеводов за счет значительно меньшего количества глюкозы, чем при анаэробном распаде. Отсюда понятно, что аэробный распад сберегает в клетках и тканях запас углеводов. [c.298]

Энергетические процессы, осуществляемые микроорганизмами, включают фотосинтез, брожения, аэробное и анаэробные дыхания. Все они приводят в конечном итоге к запасанию энергии главным образом в АТФ, которая расходуется на различные энергопотребляющие процессы. [c.20]

Кислород входит в состав вс/ды и многих соединений, поэтому поступает в клетки всегда в больших количествах. Однако значительная часть микроорганизмов нуждается в постоянном притоке молекулярного кислорода. Такие микроорганизмы принято объединять в группу облигатных аэробов. Энергетическим процессом, у них является аэробное дыхание, а молекулярный кислород играет роль терминального окислителя. Среди облигатных аэробов выделяют группу микроаэрофильных микроорганизмов, которые нуждаются в кислороде, но лучше растут при парциальном давлении Ог меньшем, чем в воздухе. Развитие других микроорганизмов, напротив, возможно только в отсутствие кислорода. Получение энергии у этих микроорганизмов не связано с использованием молекулярного кислорода. Для многих из них кислород токсичен — он угнетает рост или вызывает гибель клеток. Такие микроорганизмы называют облигатными анаэробами. Среди микроорганизмов выделяют также группу факультативных анаэробов, представители которой способны расти как в присутствии, так и в отсутствие молекулярного кислорода. Например, некоторые дрожжи или энтеробактерии в зависимости от наличия кислорода осуществляют аэробное дыхание или брожение. [c.57]

Аэробное дыхание — энергетический процесс, при котором конечным акцептором электронов окисляемого субстрата, передающихся по электрон-транспортной цепи, является молекулярный кислород. [c.41]

При сгорании углеводородов выделяется значительно больше энергии, чем при сгорании большинства других органических соединений, и неудивительно, что жиры, являющиеся основной формой запасания питательных веществ в организме, имеют в основном углеводородную природу. С энергетической точки зрения наибольшее значение имеют жирнокислотные компоненты. Большинство аэробных клеток способно к полному окислению жирных кислот до СО2 и воды в результате процессов, протекающих в матриксе митохондрий эукариотических клеток. [c.306]

Строение и свойства углеводов, рассмотренные выше, позволяют понять их функции в живом организме. Будучи альдо- или кето-спиртами, т.е. уже частично окисленными органическими молекулами, углеводы легко вступают в реакции дальнейшего окисления. Вследствие этого основная функция углеводов - энергетическая углеводы различного строения являются основными поставщиками энергии и на их долю приходится более 50% всей вырабатываемой в организме энергии. В зависимости от того, какое вещество является акцептором электронов в ходе окисления, процессы окислительного распада углеводов делятся на анаэробные и аэробные (акцепторы электронов - различные химические субстраты в анаэробных процессах и кислород - в аэробных процессах). [c.77]

В этом процессе бактерии потребляют большие количества фосфата, который используется ими в качестве энергетического запаса, позволяющего разлагать субстрат в анаэробных условиях. Восполнение израсходованного фосфата происходит в аэробных и аноксических условиях [28, 41]. Процессы, в результате которых происходит биологическое удаление фосфора, еще не до конца изучены, но общая картина соответствует приведенной далее. [c.136]

Каким же образом микроорганизмы выработали такой энергетически невыгодный процесс. Почему дрожжам, например, выгодно для получения энергии расходовать большое количество питательных веществ. Прежде всего потому, что кислород, необходимый для окисления органических веществ при аэробном дыхании, не так широко распространен в природе. Его нет на дне водоемов со стоячими водами, где имеется наибольшее количество органических веществ. В таких условиях могут жить [c.531]

Изменение свободной энергии при окислении 1 молекулы глюкозы молекулярным кислородом (ДСо = -2870 кДж/моль) того же порядка, что и окисление этого же субстрата в анаэробных условиях нитратом, восстанавливающимся до нитрита (А0о= = -1770 кДж/моль) или молекулярного азота (А Со = -2700 кДж/моль). Таким образом, энергетические возможности процесса окисления глюкозы с участием нитрата сопоставимы с энергетическими возможностями процесса аэробного дыхания. Запасание клеткой полезной энергии при денитрификации зависит от организации электронного транспорта, свойств и локализации соответствующих редуктаз. Электронтранспортные цепи денитрификаторов в анаэробных условиях содержат все основные типы связанных с мембранами переносчиков флавопротеины, хиноны (убихинон, менахинон или нафтохинон), цитохромы типа Ь, с. Цитохромоксидазы в этих условиях не синтезируются. [c.406]

Какова же энергетическая роль аэробной фазы дыхания, окисления пировиноградной кислоты через цикл ди- п трикарбоновых кислот Где, на каких этапах и какое количество энергии выделяется в этом процессе [c.171]

Все возрастающая стоимость переработки отходов с помо щью аэробного разложения и энергетический кризис, с одной стороны, и новые достижения микробиологии и технологии — с другой, возродили интерес к анаэробной переработке. Сама распространенная технология анаэробной переработки — разложение ила сточных вод. Эта хорошо разработанная технологи с успехом используется с 1901 г. Однако здесь существует ряд. проблем, обусловленных малой скоростью роста облигатных анаэробных метанобразующих бактерий, которые используются в данной системе. К ним относятся также чувствитель- ность к различным воздействиям и неприспособленность к изменениям нагрузки. Конверсия субстрата также происходит довольно медленно и поэтому обходится дорого. Некоторые проблемы связаны с неудачными инженерными решениями. Тем не менее этот подход представляется перспективным с точка зрения биотехнологии например, можно добавить к отходам ферменты для повышения эффективности процесса или попытаться усилить контроль за переработкой путем изменения тех или иных биологических параметров (разд. 6.3). [c.258]

В процессе обмена веществ между организмом и внешней средой организм ассимилирует питательные вещества, подвергает их химической переработке и использует для энергетических и строительных целей. Обмен веществ у аэробных организмов сопровождается непрерывно протекающим процессом дыхания, т. е. поглощением кислорода и выделением углекислоты. Этот тип обмена свойствен огромному большинству организмов, за исключением анаэробных форм, живущих в отсутствие кислорода. ГВ процессе обмена веществ происходит освобождение потенциальной химической энергии, содержащейся в различных питательных веществах, которую организм и использует для покрытия своих энергетических потребностей, превращая химическую энергию в тепловую энергию, энергию секреции, мышечной деятельности и др Количество освобожденной энергии обыкновенно выражается в калориях и может быть измерено при помощи специальных методов. [c.207]

Химическая сущность процесса гумификации веществ растительных остатков может быть представлена как совокупность реакций, приводящих к образованию зародышевых конденсированных ароматических структур и их развитию. Зарождение конденсированных ароматических структур — достаточно энергоемкий процесс, который в условиях термической карбонизации требует сравнительно высоких температур и характеризуется относительно высокой энергией активации. Гумификация органических веществ в условиях торфяника протекает путем биокаталитических реакций при участии микроорганизмов, продуцирующих соответствующие ферменты, за счет чего снижаются энергетические барьеры карбонизации. При этом свободная энергия совокупности окислительных, гидролитических и других реакций исходного органического материала в аэробных условиях торфяника поддерживает жизнедеятельность микроорганизмов. [c.253]

Для очистки сточных вод широко используются два типа биологических процессов 1) аэробные процессы, в которых микроорганизмы используют кислород, растворенный в сточных водах (см. главу 1) 2) анаэробные процессы, в которых микроорганизмы не имеют доступа ни к свободному растворенному кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношении акцепторам электронов, таким как нитрат-ион. В этих условиях микроорганизмы могут использовать углерод, входящий в состав органических молекул, в качестве акцептора электронов. При очистке сточных вод наиболее широко применяемым анаэробным процессом является сбраживание ила, однако самые совершенные аппараты уже используются для очистки сельскохозяйственных и промышленных стоков и разрабатываются для очистки бытовых стоков. [c.37]

Таким образом, в противоположность существующему мнению [1, 2], мы считаем, что аэробный гликолиз не является исключительным свойством отдельных тканей или результатом повреждения клеток и нарушения клеточного обмена. Наоборот, все нормальные животные ткани способны к аэробному гликолизу, и именно этот процесс, наряду с усиленным дыханием, характеризует их активное функциональное состояние. Энергетическое превосходство [c.106]

Показано, что культивирование вне организма приводит к значительному изменению обмена веществ [1, 2] и, в частности, к ослаблению тканевого дыхания и усилению аэробного и анаэробного гликолиза [3, 4]. В связи со значением углеводного обмена в жизнедеятельности культивируемых вне организма клеток особое внимание привлекает гликоген, которому в соответствии с современными взглядами принадлежит важная роль не только в энергетических, но и в пластических процессах в клетке [5]. [c.213]

Основные механизмы, регулирующие катаболические пути, — индукция синтеза ферментов и катаболитная репрессия. Катаболические пути, в которых функционируют конститутивные ферменты, регулируются большей частью посредством аллостерических воздействий на активность ферментов. Одна из задач катаболических путей — обеспечение клетки энергией. У большинства прокариот возможности генерации энергии намного превышают потребности в ней клетки. Количество АТФ, которое можно синтезировать с помощью имеющихся в клетках аэробных прокариот ферментов гликолитического и дыхательного путей, значительно больше количества АТФ, необходимого для процессов биосинтеза и поддержания жизнедеятельности. Поэтому клетки должны обладать способностью контролировать потребление энергодающих субстратов и, следовательно, выработку клеточной энергии. Основной принцип контроля прост АТФ синтезируется только тогда, когда он необходим. Иными словами, интенсивность энергетических процессов у прокариот регулируется внутриклеточным содержанием АТФ. [c.123]

После того как началось выделение кислорода фотосинтезирующими зелеными растениями, вероятно, прощло еще по меньшей мере полмиллиарда лет, прежде чем реакции с использованием кислорода заняли в метаболизме важное место. Лимитирующим фактором в эволюции аэробного энергетического обмена (дыхания) было, конечно, содержание Ог в атмосфере. В биохимическом отношении организмы были в основном уже преадаитированы к использованию кислорода, так как дыхание по существу представляет собой процесс, обратный фотосинтезу зеленых растений. По оценке Уолда, аэробный обмен мог возникнуть тогда, когда парциальное давление Ог в воздухе достигло 10 —10 2 атм, т. е. составляло приблизительно [c.40]

Отсюда можно заключить, что использование энергии в мьшщах как при анаэробных, так и при аэробных процессах, происходит путем гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты с помощью АТФ-азы. В этом и состоит важная роль аденозинтрифосфорной кислоты в энергетических процессах в мышцах, [c.550]

Вся совокупность аэробных органотрофных организмов существует за счет дыхания. Традиционно их называют гетеротрофами, хотя, строго говоря, этот термин относится к анаболизму. Дыхание представляет наиболее выгодный энергетически процесс, но зависит от доступности О2, резервуар которого мал вследствие малой растворимости, и доступность целиком определяется потоком к месту развития организма или колонии. Поэтому деятельность аэробных органотрофов определяется конкуренцией и за доступный С рг, и за О2. [c.121]

Цианобактерии, в группе которых, вероятно, сформировался кислородный фотосинтез, впервые столкнулись с выделением О2 внутри клетки. Помимо создания разнообразных систем защиты от токсических форм кислорода, проявляющихся в устойчивости к высоким концентрациям О2, цианобактерии адаптировались к аэробному способу существования путем использования молекулярного кислорода для получения энергии. Единственным темповым энергетическим процессом, обеспечивающим рост хемогетеротрофных цианобактерий, служит дыхание. [c.279]

Все виды работы в организме — химическая, физическая, электрическая — выполняются за счет расходования богатых энергией (макроэргических) веществ и прежде всего аденозин-трифосфата (АТФ). Отдав энергию, АТФ превращается в аде-нозиндифосфат (АДФ). Расход АТФ в работающих органах покрывается его синтезом за счет двух типов процессов аэробных, протекающих с потреблением кислорода, и анаэробных, проходящих в отсутствие кислорода. Основными веществами, из которых в ходе протекания аэробных и анаэробных процессов получаются макроэргические вещества, являются глюкоза и накапливаемый в печени гликоген. В упрощенном виде схему энергетического снабжения живой клетки можно представить так, как показано на рис. 6.5 [38, 98]. Блок-схема энергетических процессов в организме животного и человека приведена на рис. 6.6 [194]. [c.186]

Энергетические процессы в нефототрофных организмах подразделяются на аэробные и анаэробные в зависимости от участия или не участия в них молекулярного кислорода. [c.40]

И гликолиэ, и некоторые другие анаэробные процессы диссимиляции являются лишь подготовительными этапами для последующих аэробных процессов получения энергии, и, как правило, животные и растительные клетки не могут расти только за счет анаэробных процессов катаболизма (за исключением некоторых паразитических форм). Среди прокариот, напротив, существует множество облигатно анаэробных форм, способных расти только за счет анаэробных способов получения энергии. Мы последовательно рассмотрим главные типы анаэробных энергетических процессов анаэробноедыхание, бескислородный фотосинтез и разные виды брожений. [c.54]

К основным питательным веществам, используемым микроорганизмами в качестве исходного сырья для биосинтеза, следует отнести углерод, азот и фосфор. При аэробном культивировании микроорганизмов в энергетическом метаболизме клетки непосредственное участие принимает кислород, выполняя роль акцептора электронов. С участием молекулярного кислорода происходит окисление углеводородного субстрата с последовательным образованием надвинного спирта, а затем жирной кислоты. При анаэробном процессе микроорганизмы получают энергию в результате окисления, когда акцепторами электронов выступают неорганические соединения. У фототрофов (фотосинтезирующих бактерий, водорослей) в качестве источника энергии служит энергия солнечной радиации. [c.10]

Большое разнообразие процессов микробиологического синтеза реализуется в многочисленных, различных по своему принципу действия и конструктивным особенностям биореакторах. Наибольшее внимание при этом уделяется бноинженерному оформлению аэробных процессов глубинного культивирования микроорганизмов, что связано, с одной стороны, с высокими энергетическими затратами на проведение процесса биосинтеза в условиях интенсивного газо-жидкостного взаимодействия, а с другой стороны, с задачами создания промышленных биореакторов большой единичной мощности. С биотехнологической точкп зрения аппаратурное оформление процесса биосинтеза должно обеспечивать наилучшие условия для роста и размножения микроорганизмов. С учетом этого биореактор, предназначенный для аэробного культивирования микроорганизмов, включает в качестве основных функциональных элементов следующие [c.195]

При одновременном добавлении АДФ и Са + в аэробную суспензию энергизованных митохондрий окислительное фосфорилирование не происходит до тех пор, пока весь добавленный Са + не поглотится внутрь митохондрий. Это свидетельствует об отсутствии простой конкуренции между процессами и не может быть удовлетворительно объяснено различиями кинетических параметров исследуемых эндергонических реакций. Ясное понимание таких взаимоотнощений может быть получено при анализе энергетического состояния митохондрий (величины трансмембранного потенциала) при их взаимодействии с АДФ и ионами Са +. [c.469]

Скорость окислительных стадий цикла определяется скоростью реокисления NADH в цепи переноса электронов. При некоторых условиях ее может лимитировать скорость поступления Ог. Однако в аэробных организмах она обычно определяется концентрацией ADP и (или) Р , доступных для превращения в АТР в процессе окислительного фосфорилирования (гл. 10). Если в ходе катаболизма образуется больше АТР, чем это необходимо для энергетических потребностей клетки, концентрация ADP падает до низкого уровня, выключая, таким образом, процесс фосфорилирования. Одновременно АТР, присутствующий в высоких концентрациях, действуя по принципу обратной связи, ингибирует процессы катаболизма углеводов и жиров. Это ингибирование осуществляется во многих пунктах метаболизма, часть которых показана на рис 9-3. Важным участком, на котором осуществляется такое ингибирование, является пируватдегидрогеназный комплекс (гл 8, разд К2) [19]. Другим таким участком сложит цитратсинтетаза— фермент, катализирующий первую реакцию цикла трикарбоновых кислот [20]. Правда, существуют сомнения относительно того, имеет ли такое ингибирование физиологическое значение [16]. Уровень фосфорилирования аденилатной системы может регулировать работу цикла еще и другим способом, связанным с потребностью в GDP на стадии е цикла (рис. 9-2). В митохондриях GTP в основном используется для превращения АМР в ADP. Следовательно, образование GDP зависит от АМР — соединения, которое образуется в митохондриях при использовании АТР для активации жирных кислот [уравнение (9-1)]. [c.324]

В последние годы все более широкое распространение находит метод аэробной стабилизации осадков, при котором происходит длительная аэрация осадков либо ила в сооружениях типа аэротенков-стабилизато-ров. Этот процесс, по сравнению с анаэробным сбраживанием осадков в метатенках, отличается простотой, устойчивостью, взрывобезопасностью, меньшими капитальными вложениями. Главным недостатком метода аэробной стабилизации являются высокие энергетические затраты, необходимые для продувки осадка воздухом, и малоэффективная работа в холодное время года. [c.259]

Как отмечалось, одна молекула НАДН (3 молекулы АТФ) образуется при окислительном декарбоксилировании пирувата в ацетил-КоА. При расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пирувата, а при окислении их до 2 молекул ацетил-КоА и последующих 2 оборотов цикла трикарбоновых кислот синтезируется 30 молекул АТФ (следовательно, окисление молекулы пирувата до СО, и Н,0 дает 15 молекул АТФ). К этому количеству надо добавить 2 молекулы АТФ, образующиеся при аэробном гликолизе, и 6 молекул АТФ, синтезирующихся за счет окисления 2 молекул внемитохондриального НАДН, которые образуются при окислении 2 молекул глицеральдегид-З-фосфата в дегидрогеназной реакции гликолиза. Следовательно, при расщеплении в тканях одной молекулы глюкозы по уравнению gH ,Og + 60,—>6СО, + 6Н,0 синтезируется 38 молекул АТФ. Несомненно, что в энергетическом отнощении полное расщепление глюкозы является более эффективным процессом, чем анаэробный гликолиз. [c.349]

Способы получения архебактериями энергии включает бес-хлорофилльный фотосинтез, брожение, аэробное и анаэробное дыхание, при котором конечными акцепторами электронов могут быть СО2 и другие С,-соединения, молекулярная сера, N0 , Ре " и Мо . У организмов, получающих энергию с использованием электронного транспорта, в качестве электронпереносящих компонентов обнаружены ферредоксины, хиноны, цитохромы. Электронный транспорт сопряжен с трансмембранным переносом протонов. Механизм окислительного фосфорвдирования архебактерий соответствует хемиосмотическому принципу и сходен с аналогичным механизмом эубактерий и митохондрий. В то же время следует подчеркнуть, что архебактериям свойственны типы энергетического метаболизма, не встречающиеся у эубактерий и эукариот. Это бесхлорофилльный фотосинтез и особый тип анаэробного дыхания, в процессе которого происходит образование метана. [c.415]

Кроме этого, в аэробных условиях данный путь может выполнять энергетическую функцию, благодаря действию ферментов, вызывающих взаимопревращение НАДФН и НАДН. Последний, как известно, способен запустить процесс окислительного фосфорилирования для синтеза АТФ. У некоторых анаэробных микроорганизмов, например облигатных гетероферментативных молочнокислых бактерий (ЬеисопозЮс тезеп1его1(1ез), пентозный путь является единственным путем сбраживания углеводов и, следовательно, обеспечения их энергией. [c.255]

Газообразные отходыв процессах биологической технологии немногочисленны в ассортименте. Это определяется биохимической сущностью реакций, катализируемых ферментами. Как правило, энергетическим субстратом для биообъектов являются углеводы. В аэробных и анаэробных условиях из них образуется диоксид углерода. Так, при брожении (гликолитический процесс) из глюкозы образуется 2 моля СО2 [c.365]

Анаэробные процессы протекают в замедленном Jгeмпe. Поэтому энергетический эффект, получаемый при микробном разложении органического вещества, весьма невысок. Так, при использовании бактериями в процессе аэробного распада одной молекулы глюкозы выделяется 674 кал, эта же молекула глюкозы, будучи микробиологически разложена в анаэробных условиях, выделит 15—27 кал. Между тем потребность в энергии у микробных клеток одинакова независимо от того, относится ли она к аэробам или анаэробам. Поэтому в анаэробных очистных, сооружениях, где получение необходимой микроорганизмам энергии идет медленно, распад органических веществ происходит значительно дольше, чем при аэробных методах очистки. [c.179]

ЛкУбопытно, что энергетический эффект, получаемый при аэробном и анаэробном дыхании, весьма различен. Так, при использовании бактериями в процессе аэробного дыхания одной молекулы виноградного сахара получается выход энергии в 674 малых калорий [c.21]