Procese metabolice aerobe - fermentații oxidative

Metabolismul oxidativ al bacteriilor cuprinde totalitatea reactiilor de oxidare catalizate de enzime ale lantului respirator celular, in urma carora are loc eliberarea de energie.

Oxidarea are loc prin cedare de electroni, iar reducerea prin acceptare de electroni. Substanta care pierde usor electroni este un agent reducator, iar cea care primeste electroni este un oxidant. Prin transfer de electroni de la un compus la altul se stabileste o diferenta de potential de oxidoreducere. Cu cat proportia de substanta reducatoare este mai mare potentialul de oxido-reducere are o valoare mai mica si invers.

Surplusul de energie eliberata prin reactiile metabolismului oxidativ este stocat prin procesul de fosforilare oxidativa.

In functie de participarea oxigenului la reactiile de oxido-reducere, metabolismul oxidativ poate fi aerob sau anaerob.

Metabolismul oxidativ aerob cuprinde reactii care produc oxidarea substratului nutritiv prin pierdere de electroni, prin transfer de hidrogen, sau prin castigare de oxigen. Acceptorul final este intotdeauna oxigenul molecular, iar produsul final apa. Acest proces este numit respiratie celulara.

Schimbarea potentialului de oxido-reducere al mediului nutritiv poate determina schimbarea metabolismului celular. Respiratia aeroba poate fi astfel inlocuita de un tip anume de fermentatie. Ca substrat pentru oxidarea aeroba, bacteriile pot folosi hidrati de carbon, substante grase si azotoase, acizi organici, alcooli, petrol, metan si alte hidrocarburi.

Glucoza + 6 O2 ’ 6 CO2 + 6 H2O + 647 Kcal

CH4 + 2 O2 ’ CO2 + 2 H2O + 220 Kcal

Bacteriile sulfuroase si feruginoase produc respiratia prin oxidarea hidrogenului sulfurat si a combinatiilor fierului, conform reactiilor:

H2S + 2 O2 ’ H2SO4 + 115 Kcal

4 FeO + O2 ’ 2 Fe2O3 + 29 Kcal

Obtinerea energiei prin oxidarea combinatiilor anorganice se intalneste numai la bacterii si se explica prin adaptarea acestora la conditiile de mediu din cele mai diverse. Astfel, bacteriile sulfuroase traiesc in ape care contin hidrogen sulfurat, iar bacteriile feruginoase traiesc in ape feruginoase.

Oxidarea substantelor nutritive este catalizata de enzime ale lantului respirator celular (catena respiratorie – dehidrogenaze, citocromi, citocromoxidaza, catalaza, peroxidaza). Enzimele componente se afla localizate in citosol (la procariote), sau la nivelul membranelor mitocondriale (la eucariote). Aceste enzime actioneaza fie prin transfer de electroni, fie prin transfer de hidrogen, acceptorul final fiind oxigenul. Enzimele componente ale lantului respirator actioneaza succesiv, in functie de potentialul redox optim pentru fiecare enzima, in sensul succesiunii de la potential negativ spre potential pozitiv.

Oxidarea aeroba poate fi incompleta sau completa.

In respiratia incopleta produsul final este o substanta de catabolism (catabolit), care mai prezinta valoare energetica. Aceasta substanta poate fi eleiminata in mediu sau folosita in biosinteza. Acest tip de respiratie este intalnit la unele bacterii aerobe (bacteriile acetice).

In respiratia completa produsele finale sunt dioxid de carbon si apa. Nu este intalnita la bacterii, ea fiind caracteristica fungilor si altor organisme superioare.

Cantitatea de energie eliberata depinde de felul substantei care se oxideaza, si de valoarea energetica a produsilor finali.

Metabolismul oxidativ aerob este un proces puternic exergonic.

Spre deosebire de fermentatiile propriu-zise anaerobe, fermentatiile: acetica, gluconica, citrica s.a. sunt procese oxidative simple, care se desfasoara în conditii aero¬be si se diferentiaza de metabolismul oxidativ (respiratie), prin aceea ca oxidarea este limitata, rezultând în conditii industriale acizi organici cu mare valoare economica.

Fermentatia acetica

Fermentatia acetica este un proces metabolic aerob prin care substratul (alcoolul etilic) este oxidat in prezenta oxigenului din aer, sub actiunea echipamentului enzimatic al bacteriilor acetice, în acid acetic ca produs principal al fermtntatiei.