Курсовая теория на тему Брожение. Типы жизни, основанные на субстратном фосфорилировании

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 5
РАЗДЕЛ 1 7
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ БРОЖЕНИЯ И ИХ ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ 7
1.1 Общая характеристика процесса брожения и его этапы 7
1.2 Регенерация АТФ в процессе брожения 8
РАЗДЕЛ 2 12
ТИПЫ ЖИЗНИ, ОСНОВАННЫЕ НА СУБСТРАТНОМ ФОСФОРИЛИРОВАНИИ 12
2.1 Молочнокислое брожение и семейство LACTOBACILLACEAE 12
2.1.1 Характеристика молочнокислых бактерий 12
2.1.2 Гомоферментативное молочнокислое брожение 13
2.1.3 Гетероферментативное молочнокислое брожение 14
2.2 Пропионовокислое брожение и пропионовокислые бактерии 16
2.2.1 Характеристика пропионовокислых бактерий 16
2.2.2 Образование пропионовой кислоты 17
2.3.1 Характеристика бактерий рода Clostridium 17
2.3.2 Сбраживание глюкозы клостридиями 18
2.3.3 Сбраживание клостридиями субстратов, отличительных от глюкозы19
2.4 Спиртовое брожение и характеристика микроорганизмов, осуществляющих спиртовое брожение 20
2.4.1 Особенности спиртового брожения 20
2.4.2 Микроорганизмы, осуществляющие спиртовое брожение 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 32

Введение:

Актуальность темы. Микробиология в наше время принадлежит к ключевым биологическим дисциплинам, поскольку без знания особенно-стей микроорганизмов и стратегий их выживания невозможно понять всего многообразия проявлений жизни на Земле, условий его развития и эволю-ции, структуры биосферы и ее функций, круговоротов вещества и энергии.
В учебнике Котовой И.Б. сообщается, что большое значение микро-биология сыграла для становления и развития таких наук как биохимия, молекулярная биология, генетика, биофизика и биотехнология [7].
Воробьёв А.А., Быков А.С., Пашков Е.П. и др. указывают на то, что микробиология и экология процесса брожения изучается в ряде исследо-ваний, так как этот процесс является чрезвычайно важным для получения нужных характеристик в продуктах. На то, каким образом будет прохо-дить брожение, влияет ряд условий.
Например, когда сырье является кислой и содержит свободные саха-ра, то дрожжи имеют высокую скорость роста и спирты, образующиеся при этом, подавляют рост всех других микроорганизмов, в том числе яв-ляются токсичными. Кислотность продукта способствует высокому дрож-жевом прироста, однако с другой стороны продукт, содержащий легко до-ступны сахара, способствует развитию лактобацилл [3].
Но при этом, процессам брожения свойственна не только одна из ключевых ролей в пищевой промышленности, но и ведущая роль в про-цессе жизнедеятельности множества микроорганизмов.
К примеру, если организм не способен «переключиться» с анаэроб-ного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярно-го кислорода, то он относится к группе аеротолерантных анаэробов (мо-лочнокислые и многие маслянокислых бактерии).
Если донорами и акцепторами водорода являются органические со-единения, то такой процесс называется брожением. При брожении проис-ходит ферментативное расщепление органических соединений (преимуще-ственно углеводов) в анаэробных условиях [5, 14].
Учитывая это, брожение является основой жизнедеятельности множе-ства живых микроорганизмов на планете, и для каждого такого вида бак-терий, процессам брожения свойственны индивидуальные особенности, ко-торые необходимо знать в деталях для лучшего понимания микробиоло-гических и биохимических основ жизнедеятельности. Именно поэтому, ак-туальность темы данного теоретического исследования, не вызывает ника-ких сомнений.
Объект исследования. Брожение и особенности механизмов его те-чения.
Предмет исследования. Микроорганизмы, живущие за счет суб-стратного фосфорилирования.
Цель исследования: Провести комплексный теоретический анализ процессов брожения, а также изучить существующие жизненные типы микроорганизмов, живущие за счет субстратного фосфорилирования.
Задачи исследования:
— изучить теоретические основы процессов брожения, его этапов и разновидностей;
— проанализировать ключевые механизмы процессов брожения мик-роорганизмов, типы жизни которых основанные на субстратном фосфори-лировании.

Заключение:

«Брожение» — это сугубо микробиологический термин. Он характе-ризует энергетическую сторону способа существования нескольких групп эубактерий, при котором они осуществляют в анаэробных условиях окис-лительно-восстановительные превращения органических соединений, со-провождающиеся выходом энергии, которую эти организмы используют.
Поскольку брожение протекает без участия молекулярного кислоро-да, все окислительно-восстановительные превращения субстрата происхо-дят за счет его «внутренних» возможностей.
Процесс брожения связан с такими перестройками органических мо-лекул субстрата, в результате которых на окислительных этапах процесса высвобождается часть свободной энергии, заключенной в молекуле суб-страта, и происходит ее запасание в молекулах АТФ. В процессе броже-ния, как правило, происходит расщепление углеродного скелета молекулы субстрата.
Круг органических соединений, которые могут сбраживаться, до-вольно широк. Это углеводы, спирты, органические кислоты, аминокисло-ты, пурины, пиримидины. Химическое вещество может быть подвергнуто сбраживанию, если оно содержит неполностью окисленные (или восста-новленные) углеродные атомы.
В этом случае есть возможность для окислительно-восстановительных преобразований между молекулами (или внутри одно-го вида молекул), возникающими из субстрата. В результате одна часть продуктов брожения будет более восстановленной, другая — более окис-ленной по сравнению с субстратом. Продуктами брожений являются раз-личные органические кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьи-ная), спирты (этиловый, бутиловый, пропиловый), ацетон, а также CO2 и H2.
Обычно в процессе брожения образуется несколько продуктов. В за-висимости от того, какой основной продукт накапливается в среде, разли-чают молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, пропионовокислое и дру-гие виды брожений.
Следовательно, в каждом виде брожения можно выделить две сторо-ны: окислительную и восстановительную.
Процессы окисления сводятся к отрыву электронов от определенных метаболитов с помощью специфических ферментов (дегидрогеназ) и акцеп-тированию их другими молекулами, образующимися из сбраживаемого субстрата, т. е. в процессе брожения происходит окисление анаэробного типа.
Особую группу микроорганизмов составляют те, которые способны осуществлять различные реакции брожения субстратного фосфорилиро-вания.
Под данным термином надлежит понимать характерную для всех живых организмов реакцию синтеза АТФ или ГТФ путём прямого перено-са фосфата на АДФ или ГДФ с высокоэнергетического промежуточного продукта.
В различных типах брожения участвуют следующие виды микроор-ганизмов:
• молочнокислое — род Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacte-rium,
• спиртовое — сахаромицеты, кандида (организмы царства гри-бов);
• муравьинокислое — семья энтеробактерий,
• маслянокислое — некоторые виды клостридий,
• пропионовокислое — пропионобактерии (напр., Propionibacterium acnes),
• брожение с выделением молекулярного водорода — некоторые виды клостридий,
• метановое — например Methanobacterium.
В процессе брожения образуется не только углекислый газ и вода, но и более сложные продукты — молочная, масляная или уксусная кислота, винный спирт и др.
В результате расщепления глюкозы расходуется 2 молекулы, а син-тезируется 4 молекулы АТФ. Таким образом общий выход АТФ составля-ет 2 молекулы АТФ и 2 молекулы НАД*Н2.
Благодаря этим механизмам и обеспечиваются ключевые для жизне-деятельности микроорганизмов процессы, вырабатывается энергия, осу-ществляется питание и разложение побочных продуктов метаболизма. Учитывая все вышесказанное, можно констатировать что основой суще-ствования множества микроорганизмов является брожение, в том числе, реакции субстратного фосфорилирования.

Фрагмент текста работы:

РАЗДЕЛ 1
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ БРОЖЕНИЯ И ИХ ОС-НОВНЫЕ ЭТАПЫ
1.1 Общая характеристика процесса брожения и его этапы
Из трех принципиально возможных способов регенерации АТФ (ды-хание, брожение и фотосинтез) брожение самый простой.
Брожение — это такой метаболический процесс, в котором регенери-руется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода. Органиче-ский субстрат является источником энергии и углерода.
Григорчак А.Н. [13] дает следующее определение процессам броже-ния или же ферментации — процесс анаэробного расщепления органиче-ских веществ, преимущественно углеводов, происходящий под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Это биохимический процесс, вызываемый микроорганизмами (бактериями и грибами), приво-дящий к расщеплению органических веществ. Биологическое значение брожения заключается в образовании энергии для осуществления жизне-деятельности микроорганизмов подобно дыханию животных и растений.
По данным Котовой И.Б., реакции синтеза АТФ являются реакциями окисления. От окисленного углерода клетка лишается, выделяя СО2. От-дельные этапы окисления представляют собой дегидрирование, при кото-ром водород переносится на НАД. Акцепторами водорода, которые со-держится в виде никотинамидадениндинуклеотида, являются промежуточ-ные продукты расщепления субстрата. За счет никотинамидадениндинук-леотида эти промежуточные продукты восстанавливаются, а продукты восстановления выводятся из клетки [7]. В процессе сбраживания углево-дов и других субстратов образуются (отдельно или в смеси) такие продук-ты, как этанол, лактат (молочная кислота), пропионат, формиат, бутират, сукцинат, ацетат, н-бутанол, 2,3-бутандиол, ацетон, 2 пропанол, СО2 и Н2. В зависимости от того, какие продукты преимущественно образуются, различают спиртовое, молочнокислое, маслянокислое, пропионовокислое, муравьинокислое и уксуснокислое брожения.
Котова И.Б. акцентирует, что молекулярный кислород в процессах брожения не участвует. Большинство микроорганизмов, осуществляющих брожение, являются облигатными анаэробами или факультативными аэробами, способными расти как в присутствии кислорода, так и без него. При этом кислород подавляет брожение, и оно меняется дыханием [7]. Итак, обобщая все вышесказанное приходим к выводу, что под термином «брожение» следует понимать один из способов получения энергии, при котором АТФ образуется в процессе анаэробного окисления органических субстратов в реакциях субстратного фосфорилирования [13].