Прокариоты: характеристика энергетических процессов, общие сведения
В самом общем виде процессы, способные служить источником энергии для прокариот, можно представить следующим образом:
A переходит в e-.
Например,
Fe2+ переходит в Fe3+ + e-; (1)
-СН2-СН2- переходит в -СН=СН- + 2Н+ + 2e-; (2)
СН4 + 1/2*О2 переходит в СН3ОН. (3)
В первой реакции окисление иона двухвалентного железа - это потеря электрона. Во втором примере окисление углеродного субстрата можно в равной мере рассматривать как отрыв от него водорода (дегидрирование) или независимое удаление двух протонов (Н+) и электронов (e-). В биохимических процессах, как правило, перенос водорода осуществляется путем раздельного транспорта протонов и электронов: протоны выделяются в среду и при необходимости поглощаются из нее, электроны обязательно должны быть переданы на соответствующие молекулы. Поэтому все окислительно-восстановительные превращения определяются по существу "перемещениями" электронов. В последнем примере имеет место присоединение атома кислорода к молекуле субстрата. Окислительно- восстановительный характер реакции в этом случае не столь очевиден, как в предыдущих, поскольку не происходит отрыва электрона (водорода) от молекулы метана. В данном случае в результате окисления метана происходит замена связи С-Н на связь С-ОН, кислород оттягивает электроны от атома углерода, подвергшегося окислению, сам при этом восстанавливаясь. Таким образом, внутри молекулы происходит "деление" электронной пары между атомами углерода и кислорода, т.е. окислительно- восстановительные перестройки.
Реакции, в которых имеется возможность отрыва электронов, могут быть использованы прокариотами для получения энергии.
Разнообразные соединения, способные окисляться, т.е. являющиеся источниками отрываемых электронов, называются донорами электронов . Поскольку электроны не могут существовать самостоятельно, они обязательно должны быть перенесены на молекулы, способные их воспринимать и, таким образом, восстанавливаться. Такие молекулы называются акцепторами электронов . Какие ограничения здесь возможны? Донором электронов не может быть предельно окисленное вещество, а их акцептором - предельно восстановленное. Таким образом, должен существовать внешний энергетический ресурс - исходный субстрат. С помощью ферментных систем организм извлекает энергию из этого субстрата в реакциях его ступенчатого окисления, приводящего к освобождению энергии небольшими порциями.
У прокариот известны три способа получения энергии: разные виды брожения , дыхания и фотосинтеза .
Энергия, получаемая в процессах брожения, дыхания или фотосинтеза, запасается в определенных формах. Существуют две универсальные формы энергии, которые могут быть использованы в клетке для выполнения разного рода работы: энергия высокоэнергетических химических соединений ( химическая энергия ) и энергия трансмембранного потенциала ионов водорода ( электрохимическая ).
