Оксана Жданова - Микроб гениальности глазами микробиолога и психиатра. Междисциплинарное путешествие

А еще есть бактерии, у которых жгутики располагаются не на поверхности, а между наружной мембраной и клеточной стенкой. Они собраны в пучки, прикреплены к полюсам бактерии и обвивают ее вдоль тела. Из-за чего бактерии принимают извитую форму и тоже способны к разным видам движения: штопорообразному, волнообразному, толчкообразному, маятникообразному.

Для осуществления процессов жизнедеятельности (питания, роста, размножения, движения, восстановления поврежденных структур и другие процессы) необходима энергия. Живые существа обладают уникальной способностью – самостоятельно вырабатывать энергию.

Любой организм, любая клетка для осуществления процессов жизнедеятельности нуждается в энергии. В эукариотических клетках она вырабатывается особыми органеллами – митохондриями. Несмотря на то, что бактерии лишены этих органелл, они прекрасно справляются с задачей энергообеспечения. Кстати, ученые считают, что митохондрии – сами бывшие бактерии, которые научились получать энергию при участии кислорода и около 600 млн лет назад перебрались в эукариотические клетки. Поэтому принцип получения энергии у бактерий и митохондрий одинаковый.

Универсальным носителем энергии в живых организмах является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и весь процесс получения энергии сводится к образованию этого вещества. В клетке расщепление питательных веществ, сопровождается выделением энергии, которая запасается в виде АТФ.

Питательные вещества проникают через цитоплазматическую мембрану в цитоплазму клетки и там под действием ферментов подвергаются расщеплению, при этом разрушаются химические связи и выделяется некоторое количество энергии, которая запасается в виде АТФ. При этом ионы водорода фиксируются с помощью специальных веществ и передаются на электрон-транспортную цепь.

Электрон-транспортная цепь представляет собой систему веществ-переносчиков, которые располагаются в цитоплазматической мембране и, которые, как в эстафете, от одного другому, передают электроны и переносят ионы водорода с внутренней поверхности цитоплазматической мембраны на внешнюю. В результате неравномерного распределения ионов водорода и электрического заряда по обе стороны мембраны, возникает энергия в форме «трансмембранного электрохимического потенциала», которая может преобразовываться мембранной «турбиной» (ферментом) в универсальный носитель энергии – АТФ.

Получение энергии – это сложный последовательный многоступенчатый процесс окисления, т.е переноса электронов от питательного субстрата (первичного донора) к какому-то веществу (конечному акцептору), через промежуточные вещества. У одних бактерий конечным акцептором является свободный кислород (О 2), в таком случае говорят об аэробном дыхании; у других конечным акцептором электронов может быть кислород в связанной форме (нитрат NO 3 ‒, карбонат CO 3 ‒, сульфат SO 4 2‒) – это анаэробное (бескислородное) дыхание. Дыхание аэробное или анаэробное протекает в цитоплазматической мембране при участии электрон-транспортной цепи. конечным акцептором могут быть органические вещества – этот процесс называют брожением и протекает он только в цитоплазме.

Если свободный кислород принимает электрон, то он становится токсичным – невероятно способным окислять разные вещества, а это опасно для всех живых клеток. Поэтому те бактерии, которые используют свободный кислород в качестве акцептора, научились защищаться от его токсичных форм с помощью специальных веществ – антиоксидантных ферментов. Те же бактерии, которые не имеют таких веществ, вынуждены жить в бескислородной среде. Таким образом, получение энергии может происходить как при участии свободного кислорода, так и без него.

Все бактерии по отношению к кислороду делятся на три группы:

– анаэробы – бактерии, у которых акцептором электронов являются неорганические вещества (нитрат, карбонат или сульфат), кислород для них опасен, живут в бескислородной среде;

– аэробы – получают энергию только при доступе свободного кислорода, поскольку он является конечным акцептором электронов;

– факультативные анаэробы – эти бактерии получают энергию так же, как и анаэробы, но в отличие от них способны защититься от токсичных форм кислорода.

Анаэробы получают энергию не самым эффективным способом – путем неполного окисления в цитоплазме. Неполного, потому что из веществ, которые образуются после расщепления питательных субстратов, можно получить еще больше АТФ, но для этого система переносчиков электронов и водорода должна быть полноценной, содержащей все необходимые компоненты. Этим ресурсом, увы, анаэробы не обладают, в их системах переносчиков отсутствуют некоторые компоненты. Поэтому недоокисленные вещества, например, молочная кислота, становятся бесполезными для бактерий и выбрасываются ими, в окружающую среду. Вот вы любите йогурт или другие кисломолочные продукты? Теперь догадываетесь, как они получаются? Правильно, кисломолочные бактерии расщепляют молочный сахар – лактозу до молочной кислоты и выбрасывают ее в молоко, отчего этот продукт приобретает новые свойства и превращается в йогурт. Тот же процесс происходит при заквашивании овощей. Молочная кислота препятствует размножению гнилостных микробов и является хорошим консервантом. Давным-давно люди научились использовать различные виды брожения (кисло-молочное, спиртовое, пропионовое, масляно-кислое) в своей хозяйственной деятельности, но даже не подозревали, что эти процессы невозможны без бактерий.