Механизм дыхания. 
Основы микробиологии и иммунологии

Первым этапом дыхательных процессов является отнятие водорода от субстрата с помощью ферментов — дегидрогеназ (НАД и НАДФ).

Отнимая водород от окисляемого субстрата они переходят в восстановительную форму (НАД. Н2 и НАДФ. Н2) и переносят водород на другое вещество (акцептор).

СУБСТРАТ-Н2 + НАД (НАДФ) > окисленный субстрат + НАД .Н2(НАДФ .Н2).

АКЦЕПТОРОМ водорода для аэробов служит кислород воздуха.

АКЦЕПТОРОМ водорода для анаэробов являются другие вещества (соли азотной, серной, кислот, углекислоты).

Наибольшее практическое значение из всех типов биологического окисления имеет брожение. Оно осуществляется только микроорганизмами. В промышленности с помощью брожения получают множество полезных химических веществ — спирты, молочную кислоту, щавелевую кислоту, витамин В12.

Кроме химических веществ брожение дает нам ценные продукты питания — кисломолочные.

Рис. Типы биологического окисления

Рост и размножение микроорганизмов

Под ростом понимают увеличение массы отдельной бактериальной клетки. Под размножением — увеличение числа особей микроорганизмов.

Бактерии размножаются преимущественно простым поперечным делением пополам, которое происходит в различных плоскостях. При этом образуются многообразные сочетания клеток (кисть винограда — стафилококки, цепочки — стрептококки, соединения по парам — диплококки, тюки, пакеты — сарцины др.).

Процесс деления бактерии проходит ряд последовательных этапов. Сначала появляется перетяжка, состоящая из цитоплазматической мембраны, а затем происходит разъединение образовавшихся дочерних клеток.

Параллельно с этим синтезируется клеточная стенка. Вместе с цитоплазмой в дочерние клетки переходит и нуклеоид, состоящий из ДНК. ДНК реплицируется в результате разрыва водородных связей, образуются две спирали ДНК, каждая из которых включается в состав новой клетки. Затем дочерние односпиральные ДНК восстанавливают водородные связи и вновь образуются двуспиральные ДНК. Грибы размножаются в основном в виде спор, дрожжи — почкованием.

Большинство клеток делится через 20−30 минут. Так, у кишечной палочки новое поколение образуется через 20−30 минут, у нитрифицирующих бактерий — через 5−10 ч, а у возбудителей туберкулеза только через 18−24 ч.

Микроорганизмы размножаются быстро, но не беспредельно. Это связано с нарушением оптимальных условий роста и размножения (истощение среды, неблагоприятная температура, свет, продукты жизнедеятельности).

Процесс размножения микроорганизмов на не сменяемой среде (in vitro) протекает неравномерно (стадийно). Различают восемь (четыре) стадий (разные авторы по-разному).

• 1. Начальная фаза (лаг-фаза), или фаза покоя. Культура приспосабливается к питательной среде.
• 2. Экспоненциальная (логарифмическая) фаза характеризуется максимальным увеличением клеток в культуре. Оно идет в геометрической прогрессии. Большинство клеток молодые и биологически активные. Питательная среда истощается, продукты обмена замедляют рост. Кривая роста постепенно принимает горизонтальное положение.
• 3. Стационарная фаза, или период зрелости. Кривая идет параллельно оси абсцисс. Наступает равновесие между числом вновь образованных и погибших клеток.

Количество питательной среды уменьшается, плотность клеток увеличивается, токсическое действие продуктов обмена усиливается. Все это ведет к гибели клеток.

4. Фаза отмирания (фаза старости). Происходит уменьшение клеток и изменение их. Появляются деградированные формы, а также споры. Через несколько недель или месяцев культура погибает, из-за ядовитого действия продуктов жизнедеятельности. Знание закономерностей развития имеет практическое значение при выращивании и сохранении культур на жидких и плотных питательных средах.

Знание физиологических свойств микроорганизмов позволяет культивировать (выращивать) их на искусственных питательных средах, изучать их свойства, определять вид микроба.