Дыхание

Дыхание — это один из ключевых процессов биологического окисления, служащего источником энергии для живых организмов. В ходе дыхания конечным акцептором электронов, отнятых от субстрата, выступает:

• В аэробных условиях — молекулярный кислород.
• В анаэробных условиях — неорганические молекулы, например, нитраты или сульфаты.

У большинства микроорганизмов центральную роль в дыхании играет цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). В этом цикле органические вещества — источники энергии — окисляются до углекислого газа и воды. Электроны, отнятые от субстратов пиридиновыми или флавиновыми ферментами, передаются по дыхательной цепи к активированному кислороду.

Энергия, освобождающаяся в результате этих процессов, запасается в форме макроэргических связей, в основном в молекулах АТФ или других органических фосфатах.

Помимо цикла Кребса, у микроорганизмов встречаются и другие циклические пути окисления, такие как:

• Пентозофосфатный шунт.
• Цикл дикарбоновых кислот.

Для идентификации бактерий в лабораторной практике часто определяют активность ключевых ферментов дыхания: оксидаз, каталаз, пероксидаз, цитохромов, а также оценивают их редуцирующие свойства.

Связанные термины: Анаэробы облигатные, Анаэробы факультативные, Аэробы.

Современный контекст

Современная биоэнергетика значительно углубила понимание механизмов дыхания. Помимо классической хемиосмотической теории Митчелла, объясняющей синтез АТФ за счёт протонного градиента, активно изучаются альтернативные оксидазы и пути переноса электронов у различных групп организмов. Особый интерес представляют анаэробные дыхательные цепи, использующие в качестве конечных акцепторов электронов не только нитраты и сульфаты, но и соединения железа, марганца, хлораты, селен и даже уран (Lovley et al., 1990-е гг.). Эти процессы имеют огромное значение для биогеохимических циклов элементов и биоремедиации.