Дыхание микроорганизмов. 
Питание микроорганизмов

При развитии, росте, размножении клеток микроорганизмов происходят сложные превращения питательных веществ, требующие определенных затрат энергии. Микробная клетка получает энергию в процессе дыхания. Сущность этого процесса состоит в том, что сложные органические вещества окисляются до более простых с выделением энергии.

Для окисления органических веществ одни микроорганизмы используют кислород, другие способны обходиться без него, а для третьих кислород является даже вредным. В зависимости от этого микроорганизмы подразделяют на аэробные, получающие энергию в результате окисления органических веществ с использованием молекулярного кислорода. У других микроорганизмов окислительные процессы протекают без участия кислорода; их называют анаэробами. Анаэробные микроорганизмы подразделяют на облигатные, или безусловные, для которых кислород не только не нужен, но и вреден, и факультативные, или условные, которые могут жить как при доступе воздуха, так и без него. Степень анаэробности у факультативных анаэробов различна. Одни из них лучше развиваются в анаэробных условиях или при ничтожно малом содержании кислорода в среде (микроаэрофилы), другие — при доступе воздуха. Известны факультативные анаэробы (например, некоторые дрожжи), способные в зависимости от условий развития переключаться с анаэробного на аэробный тип дыхания. Рост микроорганизмов с разным типом дыхания в пробирках с твердой питательной средой может быть на поверхности, в середине и в глубине.

Отношение микроорганизмов к воздуху определяется способом их энергетического обмена.

Аэробные микроорганизмы в процессе дыхания окисляют органические вещества почти полностью, до образования в качестве конечных продуктов диоксида углерода и воды. Полное окисление сопровождается выделением всей энергии окисляемого продукта. Такое окисление, например сахара, может быть выражено следующим уравнением:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂0 2822 кДж.

При неполном окислении органических веществ выделяется меньше энергии, чем при полном. Не выделившаяся часть энергии остается в этих случаях в продуктах неполного окисления. Так, окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями может идти до стадии образования уксусной кислоты и воды с неполным выделением энергии:

С₂Н₅ОН + 0₂ = СН₃СООН +Н₂0 485,7 кДж.

Полное окисление спирта идет по схеме С₂Н₅ОН + 30₂ = 2СО₂ + ЗН₂0 1365 кДж.

При этом выделяется вся содержащаяся в этиловом спирте энергия.

Анаэробные микроорганизмы получают энергию в результате бескислородного дыхания, которое называют брожением. При бескислородном дыхании окисление всегда протекает неполно. Примером бескислородного дыхания является спиртовое брожение, вызываемое дрожжами в анаэробных условиях. Это брожение протекает по схеме С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН +2С0₂ 113 кДж.

В результате спиртового брожения сахар превращается в этиловый спирт и диоксид углерода с выделением энергии. Как видно из двух последних уравнений, сахар окисляется в данном случае неполно, так как один из конечных продуктов спиртового брожения — этиловый спирт — обладает значительным запасом энергии, которая в анаэробных условиях оказалась невыделенной.

Анаэробным процессом дыхания является также молочнокислое брожение, играющее ведущую роль в процессах производства молочных продуктов. Этот тип брожения осуществляется главным образом молочнокислыми бактериями, которые относятся к условным анаэробам, многие из которых хорошо растут и в присутствии кислорода воздуха. Молочнокислое брожение заключается в разложении молекулы сахара на две молекулы молочной кислоты с выделением тепла:

С₆Н₁₂0₆ = 2СН₂СНОНСООН 75,4 кДж.

В процессе молочнокислого брожения также освобождается лишь небольшая часть потенциальной энергии сахара, так как значительный запас энергии остается в молочной кислоте.

Примером строго анаэробных микроорганизмов являются маслянокислые бактерии, процесс дыхания которых сопровождается разложением сахара с образованием масляной кислоты, диоксида углерода и водорода. Этот процесс называется маслянокислым брожением и в основном идет по следующей схеме:

С₆Н₁₂О₆ = С₃Н₇СООН + 2С0₂ + 2Н₂ 62,8 кДж.

Приведенные уравнения выражают лишь конечный результат процессов. В действительности эти процессы проходят в несколько фаз, сопровождаясь образованием ряда промежуточных и побочных продуктов.

По отношению к воздуху микроорганизмы молока и молочных продуктов можно расположить в такой последовательности: плесени и гнилостные бактерии (большинство) — аэробы;

уксуснокислые бактерии, дрожжи, микрококки, бактерии группы кишечной палочки, флюоресцирующие бактерии, некоторые виды споровых бактерий — условные анаэробы (лучше развиваются при наличии в среде воздуха);

молочнокислые стрептококки — условные анаэробы;

молочнокислые палочки, пропионовокислые бактерии — условные анаэробы (лучше развиваются в отсутствие воздуха);

маслянокислые бактерии, некоторые виды споровых бактерий— строгие анаэробы.