Аэробные и анаэробные организмы реферат

Обновлено: 07.07.2024

Микроорганизмы имеют много форм и приспособлены к разным условиям жизни. Поэтому нет практически ни одного уголка на планете, который не был бы заселен микрофлорой. Есть микроорганизмы и внутри тела человека – на слизистых ЖКТ, дыхательных путей, мочевыводящей системы, на коже.

В зависимости от потребности в кислороде и устойчивости к его отрицательному воздействию, микроорганизмы делят на аэробные, анаэробные и промежуточные формы. Эти микроорганизмы используются и в качестве компонентов, ускоряющих распад органических отходов для септиков (локального очистного сооружения).

Аэробные организмы, значение для человека

Они могут жить и развиваться только при наличии кислорода. Он необходим для процессов окисления, в результате которых получается энергия в виде молекул АТФ. Она расходуется на процессы жизнедеятельности – передвижение, рост, переваривание пищи, размножение. При отсутствии кислорода такие микроорганизмы гибнут.

К аэробам относятся бактерии, живущие в почве, воздухе, воде, на живых организмах. Они делятся на грамположительные и грамотрицательные. По форме на кокки (в виде шарика), палочки.

Некоторые из них могут провоцировать развитие болезней у человека:

холерный вибрион;
микобактерия туберкулеза;
палочка туляремии;
стафилококк;
стрептококк;
протей.

Специально выращивают аэробные микроорганизмы в фармацевтической отрасли, нефтеперерабатывающей и добывающей промышленности.

Анаэробные микроорганизмы и их роль в природе

К анаэробным организмам относятся те, которые не нуждаются в кислороде. Они тоже неоднородны. Выделяют:

факультативные анаэробы. Особенность – одинаково эффективно могут существовать как в присутствии свободного кислорода, так и без него. Без доступа воздуха они переходят на простые реакции (например, гликолиз);
облигатные анаэробы – существуют только в отсутствие О2 или при самых низких его концентрациях.

Среди анаэробов есть бактерии, способные к образованию спор (клостридия) и не имеющие такой способности (бактероиды, актиномицеты, велионелла). Интересно то, что в споровой форме микроорганизмы становятся нечувствительными к кислороду и могут долго сохранять жизнеспособность, тогда как без этого они быстро погибли бы.

К анаэробам также относятся бактерии, использующие фотосинтез для получения энергии. Таким микроорганизмам человечество нашло применение в обычно жизни. Например, их можно использовать для очистки загрязненных вод.

Анаэробные бактерии, образующие споры, используют в текстильной промышленности при получении льняного волокна. А микроорганизмы, удерживающие азот, улучшают плодородие почв, участвуют в разложении целлюлозы, пектинов.

Промежуточные формы

капнеистические анаэробы – они лучше себя чувствуют при низкой концентрации кислорода и высокой углекислоты;
микроаэрофилы хорошо растут при концентрации кислорода около 2 %. Он им нужен для окислительных процессов, но в больших концентрациях подавляет активность важных ферментов;
аэротолерантные могут жить в присутствии O2, хотя не используют его для энергетического обмена;
умеренно-строгие анаэробы могут вести активную жизнедеятельность в кислородсодержащей среде, но теряют при этом способность к размножению.

Особенности метаболизма

Аэробные организмы используют в качестве источника энергии глюкозу. Она распадается до пировиноградной кислоты в процессе гликолиза, а затем в присутствии кислорода превращается в воду и углекислоту. При этом распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием 38 молекул АТФ.

Процесс окислительного фосфорилирования происходит у аэробов в митохондриях на мембранах. Здесь сосредоточена цепь из цитохромов, которые передают друг другу электроны вплоть до конечного акцептора – кислорода.

Аэробы способны извлекать энергию при окислении метана, сероводорода, железо- и азотсодержащих веществ, водорода.

У анаэробов происходит только гликолиз, далее пировиноградная кислота подвергается брожению:

молочнокислому – бифидо-, лактобактерии, стрептококки;
спиртовому – грибы рода Кандида;
маслянокислому – клостридии;
муравьинокислому – энтеробактерии.

Энергетический выход при этом составляет 2 молекулы АТФ. Ферменты, которые участвуют в этих реакциях, – дегидрогеназы – находятся на мембране клетки и внутри цитоплазмы.

В норме в кишечнике преобладают процессы брожения. При этом pH среды сдвигается в кислую сторону – гнилостная флора не может существовать в таких условиях. При недостаточной активности нормальной микрофлоры активизируются патогенные бактерии кишечника (бацилла перфрингенс, спорогенус), преобладает распад белков, сдвигается pH в щелочную сторону. Этот процесс сопровождают признаки интоксикации, неприятный запах, проблемы с дефекацией.

Наличие систем, защищающих клетку от агрессивных форм кислорода

На воздухе могут жить только те микроорганизмы, которые имеют защитные антиоксидантные системы. В процессе преобразования кислорода образуются разные токсичные соединения: супероксидный анион, синглетный кислород, перекись водорода.

Обезвреживают их специальные ферменты – супероксиддисмутаза, каталаза, цитохромы. Последние имеются у аэробов (их обычно 3). У факультативных анаэробов их меньше (1–2), тогда как у облигатных они совсем отсутствуют.

Многие анаэробные микроорганизмы в присутствии каталазы способны нормально переносить воздействие кислорода. Своего же такого фермента у них нет.

При повышении концентрации кислорода до 40–50 % аэробные организмы прекращают рост. Чистый О2 губительно действует на все живое. Играет роль даже не концентрация молекул свободного кислорода, а соотношение водорода и кислорода. Его называют окислительно-восстановительным показателем. Диапазон условий для оптимального существования бактерий – от 0 до 40. Для анаэробов подходит среда с ОВП менее 14.

Особенности ДНК у аэробов и анаэробов

Считается, что анаэробные формы жизни предшествовали аэробным. По мере накопления кислорода, в атмосфере богатство и разнообразие бактерий все время увеличивалось. Было замечено, что у более простых микроорганизмов без цитохромов отличается состав ДНК – в молекуле преобладают основания Аденин и Тимин. У более поздних и эволюционно развитых форм есть цитохромы, а в генетическом материале больше оснований Гуанин и Цитозин. Некоторые анаэробные организмы не имеют четко оформленного ядра, а ДНК находится в виде нуклеоида в цитоплазме.

Примеры заболеваний, которые вызывают анаэробы

Одно из самых опасных заболеваний – ботулизм. Клостридия размножается в анаэробных условиях. Часто сохраняется в виде спор в консервах, мясе и рыбе, не прошедших полноценную тепловую обработку. В процессе жизнедеятельности она выделяет ботулотоксин, поражающий нервную систему человека. Без своевременного лечения ботулизм может привести к летальному исходу.

Столбняк — еще одно смертельно опасное заболевание. Вызывает его клостридия тетанус. Она находится в земле в виде спор. При попадании в рану переходит в вегетативную форму, продуцирует столбнячный экзотоксин. Он поражает ЦНС. Патология сопровождается сокращениями всех мышц тела человека (повышенный тонус и судороги), нарушением глотания, дыхания, работы сердца. Наблюдается распад эритроцитов, сепсис, поражение сердца, пневмония.

Газовую гангрену вызывает клостридия перфрингенс. Она попадает в рану с пылью, землей. Внутри тканей выделяет ферменты и газ. По этой причине при надавливании на края раны ощущается крепитация и слышен хруст. Ферменты этого микроба вызывают гемолиз эритроцитов. Учитывая особенности бактерий, такие раны необходимо максимально широко раскрывать при первичной хирургической обработке, иссекать все омертвевшие ткани. Раневую поверхность обильно обрабатывают перекисью, применяют гипербарическую оксигенацию (воздействуют кислородом под давлением). Сверху не бинтуют, а оставляют открытыми для доступа кислорода.

Понимание особенностей процессов жизнедеятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов помогает успешно использовать их в промышленных процессах, очистке сточных вод, почвы, бороться с заболеваниями, которые они вызывают.

Аэробные и анаэробные бактерии для септика, как выращивать, как занести в септик. Обо всем этом в видео:

Дыхание присуще всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад органических веществ, синтезированных в процессе фотосинтеза, протекающих с потреблением кислорода и выделением диоксида углерода. А.С. Фаминцын рассматривал фотосинтез и дыхание как две последовательные фазы питания растений: фотосинтез готовит углеводы, дыхание перерабатывает их в структурную биомассу растения, образуя в процессе ступенчатого окисления реакционноспособные вещества и освобождая энергию, необходимую для их превращения и процессов жизнедеятельности в целом. Суммарное уравнение дыхания имеет вид:

CHO + 6O → 6CO + 6HO + 2875кДж.

Из этого уравнения становится ясно, почему именно скорость газообмена используют для оценки интенсивности дыхания. Оно было предложено в 1912 г. В. И. Палладиным, который считал, что дыхание состоит из двух фаз – анаэробной и аэробной. На анаэробном этапе дыхания, идущем в отсутствие кислорода, глюкоза окисляется за счет отнятия водорода (дегидрирования), который, по мнению ученого, передается на дыхательный фермент. Последний при этом восстанавливается. На аэробном этапе происходит регенерация дыхательного фермента в окислительную форму. В. И. Палладин впервые показал, что окисление сахара идет за счет непосредственного окисления его кислородом воздуха, поскольку кислород не встречается с углеродом дыхательного субстрата, а связано с его дегидрированием.

Существенный вклад в изучение сути окислительных процессов и химизма процесса дыхания внесли как отечественные (И.П. Бородин, А.Н.Бах, С.П. Костычев, В.И. Палладин), так и зарубежные (А.Л. Лавуазье, Г. Виланд, Г. Кребс) исследователи.

Жизнь любого организма неразрывно связана с непрерывным использованием свободной энергии, генерируемой при дыхании. Неудивительно, что изучению роли дыхания в жизни растения в последнее время отводят центральное место в физиологии растений.

1. Аэробное дыхание

Аэробное дыхание – это окислительный процесс, в ходе которого расходуется кислород. При дыхании субстрат без остатка расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высоким выходом энергии. Важнейшими субстратами для дыхания служат углеводы. Кроме того, при дыхании могут расходоваться жиры и белки.

Аэробное дыхание включает два основных этапа:

- бескислородный, в процессе, которого происходит постепенное расщепление субстрата с высвобождением атомов водорода и связыванием с коферментами (переносчиками типа НАД и ФАД);

- кислородный, в ходе которого происходит дальнейшее отщепление атомов водорода от производных дыхательного субстрата и постепенное окисление атомов водорода в результате переноса их электронов на кислород.

На первом этапе вначале высокомолекулярные органические вещества (полисахариды, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др.) под действием ферментов расщепляются на более простые соединения (глюкозу, высшие карбоновые кислоты, глицерол, аминокислоты, нуклеотиды и т.п.) Этот процесс происходит в цитоплазме клеток и сопровождается выделением небольшого количества энергии, которая рассеивается в виде тепла. Далее происходит ферментативное расщепление простых органических соединений.

Примером такого процесса является гликолиз – многоступенчатое бескислородное расщепление глюкозы. В реакциях гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы (С) расщепляется на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (С). При этом образуется две молекулы АТФ, и выделяются атомы водорода. Последние присоединяются к переносчику НАД (никотинамидадениндинклеотид), который переходит в свою восстановительную форму НАД ∙ Н + Н. НАД кофермент, близкий по своей структуре к НАДФ. Оба они представляют собой производные никотиновой кислоты – одного из витаминов группы В. Молекулы обоих коферментов электроположительны (у них отсутствует один электрон) и могут играть роль переносчика как электронов, так и атомов водорода. Когда акцептируется пара атомов водорода, один из атомов диссоциирует на протон и электрон:

Н → Н + е,

а второй присоединяется к НАД или НАДФ целиком:

НАД+ Н + [Н+ е] → НАД ∙ Н + Н.

Свободный протон позднее используется для обратного окисления кофермента. Суммарно реакция гликолиза имеет вид

CHO +2АДФ + 2НРО + 2 НАД→

2СНО + 2АТФ + 2 НАД ∙ Н + Н+ 2 HO

Продукт гликолиза – пировиноградная кислота (СНО) – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в митохондриях. Здесь происходит полное окисление пировиноградной кислоты до COи HO. Этот процесс можно разделить на три основные стадии:

1) окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты;

2) цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса);

3) заключительная стадия окисления – электронтранспортная цепь.

На первой стадии пировиноградная кислота взаимодействует с веществом, которое называют коферментом А, в результате чего образуется ацетилкофермент а с высокоэнергетической связью. При этом от молекулы пировиноградной кислоты отщепляется молекула CO(первая) и атомы водорода, которые запасаются в форме НАД ∙ Н + Н.

Вторая стадия – цикл Кребса (рис. 1)

В цикл Кребса вступает ацетил–КоА, образованный на предыдущей стадии. Ацетил–КоА взаимодействует со щавелево-уксусной кислотой, в результате образуется шестиуглеродная лимонная кислота. Для этой реакции требуется энергия; ее поставляет высокоэнергетическая связь ацетил–КоА. В конце цикла щавелево-лимонная кислота регенерируется в прежнем виде. Теперь она способна вступить в реакцию с новой молекулой ацетил–КоА, и цикл повторяется. Суммарно реакция цикла может быть выражена следующим уравнением:

ацетил-КоА + 3HO + 3НАД+ ФАД + АДФ + НРО→

КоА + 2CO+ 3НАД ∙ Н + Н+ФАД ∙ H+ АТФ.

Таким образом, в результате распада одной молекулы пировиноградной кислоты в аэробной фазе (декарбоксилирование ПВК и цикла Кребса) выделяется 3CO, 4 НАД ∙ Н + Н, ФАД ∙ H. Суммарно реакцию гликолиза, окислительного декарбоксилирования и цикла Кребса можно записать в следующем виде:

CHO + 6 HO + 10 НАД + 2ФАД →

6CO+ 4АТФ + 10 НАД ∙ Н + Н+ 2ФАД ∙ H.

Третья стадия – электротранспортная цепь.

Пары водородных атомов, отщепляемые от промежуточных продуктов в реакциях дегидрирования при гликолизе и в цикле Кребса, в конце концов, окисляются молекулярным кислородом до HO с одновременным фосфолированием АДФ в АТФ. Происходит это тогда, когда водород, отделившийся от НАД ∙ Hи ФАД ∙ H, передается по цепи переносчиков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий. Пары атомов водорода 2Н можно рассматривать как 2 Н + 2е. Движущей силой транспорта атомов водорода в дыхательной цепи является разность потенциалов.

С помощью переносчиков ионы водорода Нпереносятся с внутренней стороны мембраны на ее внешнюю сторону, иначе говоря, из матрикса митохондрии в межмембранное пространство (рис. 2).

При переносе пары электронов от над на кислород они пересекают мембрану три раза, и этот процесс сопровождается выделением на внешнюю сторону мембраны шести протонов. На заключительном этапе протоны переносятся на внутреннюю сторону мембраны и акцептируются кислородом:

½ O + 2е → O.

В результате такого переноса ионов Нна внешнюю сторону мембраны митохондрий в перимитохондриальном пространстве создается концентрация их, т.е. возникает электрохимический градиент протонов .

Когда протонный градиент достигает определенной величины, ионы водорода из Н-резервуара движутся по специальным каналам в мембране, и их запас энергии используется для синтеза АТФ. В матриксе они соединяются с заряженными частичками О, и образуется вода: 2Н+ О²ˉ → HO.

1.1 Окислительное фосфолирование

Процесс образования АТФ в результате переноса ионов Нчерез мембрану митохондрии получил название окислительного фосфолирования. Он осуществляется при участии фермента АТФ-синтетазы. Молекулы АТФ-синтетазы располагаются в виде сферических гранул на внутренней стороне внутренней мембраны митохондрий.

В результате расщепления двух молекул пировиноградной кислоты и переноса ионов водорода через мембрану по специальным каналам синтезируется в целом 36 молекул АТФ (2 молекулы в цикле Кребса и 34 молекулы в результате переноса ионов Н через мембрану).

Суммарное уравнение аэробного дыхания можно выразить следующим образом:

CHO + O+ 6HO + 38АДФ + 38НРО→

6CO + 12H O + 38АТФ

Совершенно очевидно, что аэробное дыхание прекратится в отсутствии кислорода, поскольку именно кислород служит конечным акцептором водорода. Если клетки не получают достаточного количества кислорода, все переносчики водорода вскоре полностью насытятся и не смогут передавать его дальше. В результате основной источник энергии дл образования АТФ окажется блокированным.

аэробное дыхание окисление фотосинтез

2. Анаэробное дыхание

Анаэробное дыхание. Некоторые микроорганизмы способны использовать для окисления органических или неорганических веществ не молекулярный кислород, а другие окисленные соединения, например, соли азотной, серной и угольной кислот, превращающиеся при этом в более восстановленные соединения. Процессы идут в анаэробных условиях, и их называют анаэробным дыханием:

2HNO + 12Н→ N + 6HO + 2Н

HSO + 8Н→ HS + 4HO

У микроорганизмов, осуществляющих такое дыхание, конечным акцептором электронов будет не кислород а неорганическое соединения – нитриты, сульфаты и карбонаты. Таким образом, различия между аэробным и анаэробным дыханием заключается в природе конечного акцептора электронов.

2.1 Типы анаэробного дыхания

Основные типы анаэробного дыхания приведены в таблице 1. есть также данные об использовании бактериями в качестве акцепторов электронов Mn, хроматов, хинонов и др.

Таблица 1 Типы анаэробного дыхания у прокариот (по: М.В Гусев, Л.А. Минеева 1992, с изменениями)

Конечный акцептор электронов

Нитратное дыхание и нитрификация

NO, NO

NO, NO, NO, N

Сульфатное и серное дыхание

SO, S

СН, ацетат

Свойство организмов переносить электроны на нитраты, сульфаты и карбонаты обеспечивает в достаточной степени полное окисление органического или неорганического вещества без использования молекулярного кислорода и обуславливает возможность получения большого количества энергии, чем при брожении. При анаэробном дыхании выход энергии только на 10% ниже. Чем при аэробном. Организмы, для которых характерно анаэробное дыхание, имеют набор ферментов электронтранспортной цепи. Но цитохромоксилаза в них заменяется нитратредуктазой (при использовании в качестве акцептора электронов нитрата) или аденилсульфатредуктазой (при использовании сульфата) или другими ферментами.

Организмы, способные осуществлять анаэробное дыхание за счет нитратов, - факультативные анаэробы. Организмы, использующие сульфаты в анаэробном дыхании, относятся к анаэробам.

Органические вещества из не органических зеленое растение образует только на свету. Эти вещества используются растением только для питания. Но растения не только питаются. Они дышат, как все живые существа. Дыхание происходит непрерывно днем о ночью. Дышат все органы растения. Растения дышат кислородом, а выделяют углекислый газ, как животные и человек.

Дыхание растений может происходить, как в темноте, так и на свету. Значит, на свету в растении протекают два противоположных процесса. Один процесс - фотосинтез, другой – дыхание. Во время фотосинтеза создаются органические вещества из неорганических и поглощается энергия солнечного света. Во время дыхания в растении расходуются органические вещества. А энергия, необходима для жизнедеятельности, освобождается. На свету в процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Вместе с углекислым газом растения на свету поглощают из окружающего воздуха и кислород, необходимый растениям для дыхания, но в гораздо меньших количествах, чем выделяются при образовании сахара. Углекислого газа при фотосинтезе растения поглощают гораздо больше, чем выделяют его придыхании. Декоративные растения в комнате при хорошем освещении выделяют днем значительно больше кислорода, чем поглощают его в темноте ночью.

Дыхание во всех живых органов растения происходит непрерывно. Когда прекращается дыхание, растение, так же как и животное погибает.

Список литературы

1. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений Ф50/Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин и др.; под. ред. Н.Н. Третьякова. – М.; Колос, 2000 – 640 с.

2. Биология в экзаменационных вопросах и ответах Л44/ Лемеза Н.А., Камлюк Л.В.; 7-е изд. – М.: Айрис-пресс, 2003. – 512 с.

3. Ботаника: Учеб. Для 5-6 кл. сред. Шк.-19-е изд./Перераб. А.Н. Сладковым. – М.: Просвещение, 1987. – 256 с.

Содержание работы

Введение………………………………………………………………………………. 3
1. Аэробные и анаэробные процессы, проходящие в организме человека…………5
2. Биохимические изменения в мышцах, органах и крови при аэробных и анаэробных нагрузках………………………………………………………………. 10
Заключение…………………………………………………………………………….12
Список литературы…………………………………

Файлы: 1 файл

Аэробные и анаэробные процессы ЗАКАЗ 3204.docx

1. Аэробные и анаэробные процессы, проходящие в организме человека…………5

2. Биохимические изменения в мышцах, органах и крови при аэробных и анаэробных нагрузках……………………………………………………… ………. 10

Уровень спортивного мастерства определяется целым рядом факторов: техническим и тактическим мастерством, морально-волевыми качествами, целеустремленностью, психической устойчивостью, уровнем развития специальной выносливости и других физических качеств. Эти факторы проявляют себя в комплексе, что должно учитываться при тренировке. Несмотря на высокую значимость всех факторов, мы выделим один, играющий наиболее важную роль в становлении спортсмена. Это специальная выносливость. Многочисленные исследования, посвященные изучению развития этого качества (Е. Асмуссен, Н. И. Волков, Р. О. Астранд, Б. А. Стенин, Р. Шмидт и др.), свидетельствуют о том, что выносливость тесно связана с уровнем развития механизмов энергетического обеспечения: алактатным анаэробным, лактатным анаэробным и аэробным [2, c.16]. Первые два могут действовать без участия кислорода, последний при его участии.

Каждый из механизмов энергообеспечения характеризуется подвижностью процесса, мощностью, метаболической емкостью. Подвижность процесса энергообеспечения оценивается временем, которое требуется для его полного развития. Мощность характеризуется максимальным количеством энергии, которое может дать тот или иной процесс в единицу времени. Метаболическая емкость определяется общим количеством энергии, поставляемым процессом энергообеспечения.

Алактатный анаэробный механизм отличается наибольшей подвижностью. Максимальной интенсивности он может достичь уже через 2 сек. после начала интенсивной мышечной работы. Для алактатного анаэробного механизма характерна и наивысшая мощность, значительно превосходящая мощность других процессов энергообеспечения. Метаболическая емкость этого процесса невысока; ее хватает лишь на выполнение работы с максимальной интенсивностью в течение 6 – 7 сек.[4, c. 38]

Лактатный анаэробный механизм значительно уступает алактатному. Максимальной интенсивности он может достичь через 20 – 30 сек. после начала работы. Его максимальная мощность приблизительно в 2 раза ниже по сравнению с алактатным процессом. Однако лактатный анаэробный механизм значительно превосходит алактатный по своей метаболической емкости – у тренированных спортсменов при напряженной мышечной работе он обеспечивает энергией в течение 40 сек. и более [4,c.29].

Аэробный процесс – это основной механизм энергообеспечения организма. Он функционирует на протяжении всей жизни, не прекращаясь ни на минуту. Если мышцы в определенных условиях (например, при напряженной мышечной работе) могут обеспечивать себя энергией за счет анаэробных процессов, то такие органы, как мозг, сердце и некоторые другие, получают энергию исключительно за счет аэробных процессов. В отличие от анаэробных деятельность аэробного механизма не сопровождается накоплением в организме промежуточных продуктов обмена. Главными недостатками аэробного процесса являются его малая подвижность и сравнительно невысокая мощность. Эти недостатки имеют общую основу: они зависят от возможностей систем, обеспечивающих поступление в организм кислорода и его транспортировку к работающим мышцам. У хорошо тренированного спортсмена, предварительно выполнившего разминку, поступление в организм кислорода и, следовательно, мощность аэробного процесса достигают своего максимума через 40 – 60 сек. работы. По максимальной мощности аэробный процесс значительно уступает анаэробным [4, c.29]. Что же касается его метаболической емкости, то она неизмеримо выше.

Цель работы – изучить аэробные и анаэробные процессы, происходящие в организме человека во время тренировок.

Аэробные и анаэробные процессы, проходящие в организме человека

Аэробные процессы в организме происходят в присутствии кислорода, при этом различные вещества (в основном гликоген и жиры) распадаются с выделением энергии. Для этих процессов характерны малая мощность и способность организма длительное время поддерживать данные процессы, вплоть до полного истощения. Аэробные возможности конкретного человеческого организма характеризуются аэробной ёмкостью, т.е. выносливостью и аэробной мощностью, т.е. способностью организма выполнять значительную по амплитуде работу, не выходя за рамки аэробного энергообеспечения [8,c.26].

Анаэробные процессы происходят без присутствия кислорода, при этом при распаде гликогена выделяются продукты (например лактат), требующие в последствии обязательного "дожига" в кислороде. Т.о. в организме накапливается так называемый кислородный долг. При превышении определённого порога кислородного долга происходит отказ от работы, данный порог является индивидуальным показателем и напрямую зависит от тренированности организма человека. Для анаэробных процессов характерна значительная мощность и незначительная продолжительность от десятков секунд до минут.

Существует два типа мышечных волокон белые и красные. Белые волокна - короткие, толстые, быстрые. Но волокна этого типа не могут длительное время поддерживать напряжение или сокращаться. Красные волокна - длинные, тонкие, медленные, но более выносливые, чем белые.

Красные волокна имеют большую способность к энергообразованию аэробным путем, а белые наделены способностью быстро трансформировать энергию. Соотношение быстрых и медленных волокон в мышцах заложено генетически, но это соотношение может изменяться в процессе тренировок. Данный процесс очень медленный и иногда требуются годы упорных тренировок, чтобы изменить данное соотношение [8, c.28].

Применение упражнений с большой нагрузкой, выполненный с малой и средней скоростью ведет к гипертрофии и увеличению силы красных волокон. Для увеличения выносливости красных волокон необходимо многократное повторение с преодолением сопротивления средней величины. При этом нет роста размера мышечных волокон, а изменяется биохимия этих волокон.

Для увеличения белых мышечных волокон необходимо тренироваться с преодолением больших величин сопротивления с высокой скоростью.

Если нагрузка близка к предельной, то в данный момент времени сокращается каждое мышечное волокно и мышца быстро "устанет". Если сила мышц достаточно высока, то при выполнении необходимых движений сокращается меньшая часть волокон, волокна в процессе сокращений могут чередовать свою деятельность друг с другом, в результате их выносливость увеличивается. Поэтому для увеличения выносливости мышц надо развивать их силу.

В мышцах как в двигателе у машины происходит преобразование химической энергии в механическую. Горючее для мышцы АТФ. Мышца может выполнять работу в аэробном и анаэробном режимах.

АТФ – аденозинтрифосфат. Это вещество, которое является универсальным источником энергии. Во время мышечной деятельности АТФ распадается до аденозинфосфата (АДФ). В ходе этой реакции высвобождается энергия, которая непосредственно используется мышцами для энергии [9, c.10].

АТФ —> АДФ + энергия

Содержание АТФ в мышцах незначительное. При интенсивной мышечной деятельности запасы АТФ расходуются в течение 2 с. Однако внутри мышц существует несколько вспомогательных систем, которые непрерывно восстанавливают АТФ из продукта ее распада АДФ. Благодаря непрерывному восстановлению (ресинтезу) АТФ в организме поддерживается относительное постоянство этого вещества, что позволяет мышцам работать без остановки.

Выделяют три основных системы ресинтеза АТФ: фосфатную, лактатную и кислородную.

1.Фосфатная система. Фосфатный механизм ресинтеза АТФ включает использование имеющихся запасов АТФ в мышцах и быстрый ее ресинтез за счет

высокоэнергетического вещества креатинфосфата (КрФ), запасы которого в мышцах ограничиваются 6-8 с интенсивной работы.

Реакция ресинтеза АТФ с участием КрФ выглядит следующим образом:

КрФ + АДФ → АТФ + креатин

Фосфатная система отличается очень быстрым ресинтезом АТФ из АДФ, однако она эффективна только в течение очень короткого времени. При максимальной нагрузке фосфатная система истощается в течение 10 с. Вначале в течение 2 с расходуется АТФ, а затем в течение 6-8 с - КрФ. Такая последовательность наблюдается при любой интенсивной физической деятельности. Фосфатная система важна для спринтеров, футболистов, прыгунов в высоту и длину, метателей диска, боксеров и теннисистов, то есть для всех взрывных, кратковременных, стремительных и энергичных видов физической деятельности.

Скорость ресинтеза КрФ после прекращения физической нагрузки также очень высока. Запасы высокоэнергетических фосфатов (АТФ и КрФ), израсходованных во время нагрузки, восполняются в течение нескольких минут после ее завершения. Уже через 30 с запасы АТФ и КрФ восстанавливаются на 70%, а через 3-5 мин восстанавливаются полностью.

Для тренировки фосфатной системы используются резкие, непродолжительные, мощные упражнения, чередующиеся с отрезками отдыха. Отрезки отдыха должны быть достаточно длительными, чтобы успевал происходить ресинтез АТФ и КрФ. Содержание АТФ и КрФ в организме увеличивается на 25-50% после 7 месяцев тренировок на выносливость в виде бега три раза в неделю.

АТФ и КрФ являются самыми быстродоступными источниками энергии. Увеличение запасов АТФ и КрФ повышает способность спортсмена показывать хорошие результаты в видах деятельности, которые длятся не более 10 с.

Уже через 8 недель спринтерских (скоростных) тренировок значительно увеличивается количество ферментов, которые отвечают за распад и ре-синтез АТФ. Если АТФ распадается быстрее, то, следовательно, и высвобождение энергии происходит быстрее. Таким образом, тренировка не только повышает запасы АТФ и КрФ, но и ускоряет процесс распада и восстановления АТФ. Такая адаптация организма (увеличение запасов АТФ/КрФ и повышение ферментативной активности) достигается путем сбалансированной тренировочной программы, включающей как аэробные, так и спринтерские тренировки.

Фосфатная система называется анаэробной, потому что в ресинтезе АТФ не учавствует кислород, и алактатной, поскольку не образуется молочная кислота [9, c.11].

2.Кислородная система. Кислородная, или аэробная, система является наиболее важной для спортсменов на выносливость, поскольку она может поддерживать физическую работу в течение длительного времени.

Кислородная система обеспечивает организм, и в частности мышечную деятельность, энергией посредством химического взаимодействия пищевых веществ (главным образом, углеводов и жиров) с кислородом. Пищевые вещества поступают в организм с пищей и откладываются в его хранилищах для дальнейшего использования по необходимости. Углеводы (сахар и крахмалы) откладываются в печени и мышцах в виде гликогена. Запасы гликогена могут сильно варьироваться, но в большинстве случаев их хватает как минимум на 60-90 мин работы субмаксимальной интенсивности. В то же время запасы жиров в организме практически неисчерпаемы.

Производительность кислородной системы зависит от количества кислорода, которое способен усвоить организм человека. Чем больше потребление кислорода во время выполнения длительной работы, тем выше аэробные способности. Под воздействием тренировок аэробные способности человека могут вырасти на 50%.

Окисление жиров для энергии происходит по следующему

принципу: Жиры + кислород + АДФ → углекислый газ + АТФ + вода

Полученный в ходе реакции окисления углекислый газ выводится

из организма легкими. Распад углеводов (гликолиз) протекает по более сложной схеме, в которой задействуются две последовательные реакции:

Первая фаза: глюкоза + АДФ → молочная кислота + АТФ.

Вторая фаза: молочная кислота + кислород +АДФ → углекислый газ +АТФ + вода.

Первая фаза протекает без участия кислорода, вторая - с участием кислорода. При легкой физической нагрузке побочный продукт распада углеводов молочная кислота используется непосредственно во второй фазе, поэтому окончательное уравнение выглядит так: Глюкоза + кислород + АДФ → углекислый газ + АТФ + вода.

Пока потребляемого кислорода достаточно для окисления жиров и углеводов, молочная кислота не будет накапливаться в организме [9,c.12].

3. Лактатная система. По мере увеличения интенсивности нагрузки наступает период, когда мышечная работа уже не может поддерживаться за счет одной только аэробной системы из-за нехватки кислорода. С этого момента в

энергообеспечение физической работы вовлекается лактатный механизм ресин-теза АТФ, побочным продуктом которого является молочная кислота. При недостатке кислорода молочная кислота, образовавшаяся в первой фазе аэробной реакции, не нейтрализуется полностью во второй фазе, в результате чего происходит ее накопление в работающих мышцах, что приводит к ацидозу, или

Ключевым различием между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами является потребность в кислороде для выживания Аэробных микроорганизмов, в то время как для Анаэробных микроорганизмов он не требуется. То есть Аэробные микроорганизмы используют кислород в процессе энергетического обмена, в то время как Анаэробные микроорганизмы в нём не нуждаются.

Классификации микроорганизмов на Аэробные и Анаэробные производится на основании реакции на кислород. Из-за разницы в этой реакции Аэробные и Анаэробные микроорганизмы обладают различными характеристиками для выполнения своих функций во время клеточного дыхания. Таким образом, Аэробные микроорганизмы осуществляют аэробное дыхание, а анаэробные осуществляют анаэробное дыхание.

Содержание

Обзор и основные отличия
Что такое Аэробные микроорганизмы
Что такое Анаэробные микроорганизмы
Сходство между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами
В чем разница между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами
Заключение

Что такое Аэробные микроорганизмы?

Аэробные микроорганизмы — это группа микроорганизмов, которые нуждаются в кислороде для своего основного выживания, роста и процесса размножения. Они окисляют моносахариды, такие как глюкоза в присутствии кислорода.

Аэробные микроорганизмы

Основными процессами, генерирующими энергию в аэробах, являются гликолиз, после которого следует цикл Кребса и цепь переноса электронов. Поскольку уровень кислорода не токсичен для этих микроорганизмов, они хорошо растут в насыщенных кислородом средах. И таким образом, они являются облигатными аэробами. Примерами аэробных микроорганизмов являются Бациллы и Нокардии.

Классификация

Облигатные аэробы и микроаэрофилы являются двумя видами аэробов. Основой данной классификации является уровень токсичности кислорода для этих микроорганизмов.

Облигатные аэробные микроорганизмы, их ещё называют аэрофилы — это микроорганизмы, которым требуется кислород для их клеточного дыхания. Кроме этого они используют кислород для окисления органических соединений, таких сахары и жиры, т.е. для получения энергии. Примером данного микроорганизма является Nocardia, Mycobacterium tuberculosis и Vibrio cholerae.
Микроаэрофильные микроорганизмы — выживают при низких концентрациях кислорода (около 10%). Примером данного микроорганизма является бактерия Хеликобактер пилори.

Аэробные микроорганизмы это те виды бактерий, которые нуждаются в кислороде для своего основного выживания, роста и процесса размножения. Очень легко выделить эти бактерии путем культивирования массы бактериальных штаммов в некоторой жидкой среде. Поскольку они нуждаются в кислороде для выживания, они, как правило, выходят на поверхность в попытке получить максимум доступного кислорода.

Идентификация Аэробных и Анаэробных бактерий по концентрации кислорода

Что такое Анаэробные микроорганизмы?

Классификация

К анаэробным микроорганизмам относятся факультативные анаэробы, аэротолерантные анаэробы и облигатные анаэробы. Основой данной классификации, также и у аэробов, является уровень токсичности кислорода для этих микроорганизмов.

Аэротолерантные анаэробы — им не требуется кислород для выживания. Присутствие кислорода не вредит этим микроорганизмам. Примером данного микроорганизма является бактерии Лактобациллы.
Облигатные анаэробы — это микроорганизмы, которые живут и растут только при отсутствии кислорода в окружающей среде, так как он губителен для них. Примером данного микроорганизма является Клостридии (Clostridium butyricum) и Метаносарцины (Methanosarcina barkeri).
Факультативныеанаэробы — эти микробы могут выживать как в присутствии, так и в отсутствии кислорода. Примером данного микроорганизма является бактероид Кишечная палочка.

Примером анаэробных бактерий является Кишечная палочка

Анаэробные микроорганизмы не выживают в богатой кислородом окружающей среде, так как кислород токсичен для облигатных анаэробов. Напротив, избыток кислорода не вредит факультативным анаэробам.

Каковы сходства между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами?

По своей природе как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы являются прокариотическими.
Оба этих микроба подвергаются гликолизу, который является первой стадией клеточного дыхания.
Аэробные и анаэробные состоят из патогенных болезнетворных микроорганизмов.
Оба типа микробов используются в различных сферах промышленности.

В чем разница между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами?

Заключение — Аэробные и Анаэробные микроорганизмы

Аэробные и Анаэробные микроорганизмы различаются в потребности кислородом для выживания. Аэробные микроорганизмы используют кислород в процессе энергетического обмена, в то время как Анаэробные бактерии его не используют. Анаэробы используют для энергетического обмена такие вещества, как нитраты, сера и метан. Поэтому ключевым различием между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами является тип конечного акцептора электронов, который они используют при клеточном дыхании.

При выполнении гематологических исследований используются два типа организмов аэробные и анаэробные. Они отличаются потребностью в наличии кислорода в окружающей среде. Аэробные микроорганизмы могут функционировать только при наличии кислорода, в то время, как анаэробные в нем совсем не нуждаются.

Классификация этих видов проводится на основе реакции на наличие или отсутствие кислорода. Из-за этого аэробные и анаэробные микроорганизмы по-разному выполняют свои функции в процессе клеточного дыхания.

Особенности аэробных микроорганизмов

Аэробные микроорганизмы не могут существовать без кислорода. Он необходим им для роста, развития и участвует в процессах размножения. Благодаря кислороду они способны окислять моносахариды, например, глюкозу.

Генерация энергии в этих микроорганизмах происходит при гликолизе. После него следует цикл Кребса и цепь переноса электронов. Среды, насыщенные кислородом – отличная питательная среда для таких микроорганизмов. Примеры аэробов – бациллы и нокардии.

Типы аэробов

Аэробные микроорганизмы классифицируют по уровню необходимого для жизнедеятельности кислорода:

Облигатные аэробы или аэрофилы. В обязательном порядке нуждаются в кислороде. Они используют его для клеточного дыхания и окисления органических веществ – сахаров и жиров, из которых получают энергию. Примеры облигатных аэробных микроорганизмов - Nocardia, Mycobacterium tuberculosis и Vibrio cholerae.
Микроаэрофильные аэробы. Обладают способностью выживать при малых концентрациях кислорода (около 10 процентов). Пример – Хеликобактер пилори.

Бактерии, нуждающиеся в кислороде для выживания, легко выделяются при культивировании в жидкой среде. Так для полноценной жизнедеятельности им необходим кислород, то чтобы выжить они всплывают на поверхность.

Особенности анаэробов

В процессе энергетического обмена эти микроорганизмы не используют кислород. Для этого им необходимы марганец, сера, кобальт, азот, метал или железо. В процессе образования энергии анаэробные микроорганизмы подвергаются ферментации. Для выживания они используют энергию, производимую при анаэробных процессах брожения:

Классификация анаэробных микроорганизмов также определяется по уровню токсичности кислорода:

Аэротолерантные. Для выживания кислород им не требуется, а его присутствие не наносит им вреда. Пример – лактобациллы.
Облигатные. Для таких микроорганизмов кислород губителен. Они живут и растут только при полном его отсутствии в среде. Пример – клостридии, метаносарцины.
Факультативные. На их развитие и жизнедеятельность не влияет наличие кислорода. Они могут жить как при его наличии, так и при отсутствии. Пример – кишечная палочка.

Анаэробы не способны выживать в среде, богатой кислородом. Для облигатных разновидностей он токсичен, а вот факультативным видам он не вредит.

Сходства между аэробами и анаэробами

Являются прокариотическими микроорганизмами.
Их начальная стадия клеточного дыхания – гликолиз.
Их основу составляют патогенные болезнетворные микроорганизмы.
Применяются в различных сферах промышленности.

Различия аэробов и анаэробов

Отличительные особенности микроорганизмов представлены в таблице.

Параметр сравнения	Аэробы	Анаэробы
Условия выживания	Нуждаются в кислороде, так как он конечный акцептор электронов в их клеточном дыхании	Для клеточного дыхания им не нужен кислород
Конечные электронные акцепторы	Кислород	Сера, метан, азот, железо
Процессы, участвующие в клеточном дыхании	Гликолиз, Цикл Кребса, Цепь переноса электронов	Гликолиз, Ферментация
Разновидности	Облигатные, Микроаэрофильные, Факультативные, Аэротолерантные	Облигатные, Факультативные
Среда для роста	Богатые уровнем кислорода среды	Среды, в которых отсутствует кислород
Токсичность кислорода	Нетоксичен	Токсичен
Кислородные детоксифицирующие ферменты	Присутствуют	Отсутствуют
Уровень производства энергии	Высокая эффективность производства энергии	Низкая эффективность производства энергии
Примеры	Сенная палочка (Bacillus spp), Синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa), Палочка Коха (Mycobacterium tuberculosis)	Актиномицеты (Actinomyces), Бактероиды (Bacteroides), Пропионовокислые бактерии (Propionibacterium), Вейлонелла (Veillonella), Пептострепококки (Peptostreptococcus), Порфиромонас (Porphyromonas), Клостридии (Clostridium spp)

Аэробы и анаэробы требуют различных по уровню кислорода питательных сред для выживания. Аэробным микроорганизмам кислород необходим для энергетического обмена, а анаэробные микроорганизмы его не используют. Вместо этого они используют нитраты, серу и метан. Именно поэтому ключевыми отличиями этих микроорганизмов являются типы конечных акцепторов электронов, которые используются в процессе клеточного дыхания.

Читайте также: