Руководство для студентов специальности 1-31 01 01-02 «Биология

1 
Министерство образования Республики Беларусь 
Учреждение образования 
«Гомельский государственный университет 
имени Франциска Скорины» 
И. И. КОНЦЕВАЯ
Микробиология:
метаболизм бактерий
Практическое руководство 
для студентов специальности 1-31 01 01-02 
«Биология (научно-педагогическая деятельность)» 
Чернигов
Издательство «Десна Полиграф» 
2017 

УДК 579 (075.8) 
ББК 28.4я73 
К653
Рецензенты: 
кандидат биологических наук, доцент И.В. Вуевская; 
кандидат химических наук, доцент С.М. Пантелеева 
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом
учреждения образования «Гомельский государственный 
университет имени Франциска Скорины» 
Концевая, И. И.
К653 Микробиология: метаболизм бактерий. Практическое руководство 
для студ. биологич. спец. вузов / И. И. Концевая; М-во образования 
РБ, Гомельский гос. ун-т им. Ф. Скорины. – 
Чернигов: Десна 
Полиграф, 2017. – 52 с. 
Практическое руководство ставит своей целью оптимизировать учебно-
познавательную деятельность студентов по усвоению материала тем раздела 
«Метаболизм бактерий». Студенты подробно знакомятся с материалами, 
касающимися аэробного дыхания, анаэробного дыхания, субстратного 
фосфорилирования, конструктивного метаболизма. Практическое 
руководство может быть использовано как на лабораторных занятиях по 
соответствующим темам курса «Микробиология», так и для самостоятельной 
подготовки. 
Адресовано студентам биологического факультета. 
УДК 579 (075.8) 
ББК 28.4я73 
© Концевая И. И., 2017 
© УО «Гомельский государственный 
университет имени Франциска Скорины», 2017 

3 
Cодержание 
Введение……………………………………………………................. 4 
Тема 1 Аэробное дыхание……………………………………………. 5 
Тема 2 Анаэробное дыхание………………….………………............ 14 
Тема 3 Субстратное фосфорилирование…………….………............ 27 
Тема 4 Конструктивный метаболизм………………………………... 40 
Литература…………………………………………………………….. 49 

4 
Введение 
Микробиология является одной из фундаментальных биологических 
дисциплин. Знание микробиологии необходимо высоко-
квалифицированному специалисту-биологу для формирования 
мировоззрения об огромной роли микроорганизмов в природе и в жизни 
человека.
Для самостоятельной работы студентам предлагаются темы раздела 
«Метаболизм бактерий»: «Аэробное дыхание», «Анаэробное дыхание», 
«Субстратное фосфорилирование», «Конструктивный метаболизм». 
Представленный материал способствует расширению и углублению 
теоретических знаний у студентов.
Материал каждой темы начинается с плана, включает подробное 
изложение теоретической части и вопросы, которые можно 
использовать для текущего контроля усвоения знаний студентами, а 
также для самоконтроля. 
Материалы теоретической части сопровождаются 17 рисунками и 1 
таблицей. Используемый наглядный материал способствует более 
полному и глубокому пониманию биохимических процессов, 
происходящих в клетках бактерий.
Изложение материала построено в соответствии с программой курса. 
Студенты, самостоятельно отработавшие материалы УСР, 
приобретают достаточную теоретическую подготовку и навыки, 
необходимые в практической работе и при выполнении 
экспериментальных исследованиях. 
Целью практического руководства является оказание помощи 
студентам в овладении теоретическими основами микробиологии и 
выработке практических навыков работы с культурами 
микроорганизмов. Материал пособия делает процесс обучения более 
эффективным и способствует повышению его качества.
Практическое пособие адресовано студентам специальности 1–31 01 
01-02 «Биология (научно-педагогическая деятельность)».

5 
Тема 1 Аэробное дыхание 
1 Аэробное дыхание, цикл Кребса 
2 Понятие о механизме окислительного фосфорилирования 
3 Компоненты дыхательной цепи 
4 Синтез молекул АТФ в дыхательной цепи бактерий
1 Аэробное дыхание, цикл Кребса 
Аэробное дыхание
– это основной процесс энергетического 
метаболизма многих прокариот, при котором донором водорода или 
электронов являются органические (реже неорганические) вещества, а 
конечным акцептором – молекулярный кислород. Основное количество 
энергии при аэробном дыхании образуется в электронтранспортной 
цепи, т. е. в результате 
мембранного фосфорилирования. 
Рассмотрим схему 
аэробного дыхания
(рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Схема аэробного дыхания 
Пировиноградная кислота, образующаяся в одном из трех путей 
катаболизма глюкозы, окисляется с участием коэнзима А до ацетил-
КоА. В данном процессе работают ферменты пируватдегидрогеназы: 
СН
3
-СО-СООН + КоА-SН + НАД
+
→ СН
3
-СО~КоА + НАД · Н
2 
+ СО
2.

6 
Ацетил-КоА является исходным субстратом цикла Кребса 
(ЦТК)
. В цикл Кребса включается одна молекула ацетил-КоА, которая в 
реакции с оксалоацетатом, катализируемой цитратсинтетазой, приводит 
к образованию лимонной кислоты и свободного коэнзима А. Лимонная 
кислота с помощью фермента аконитазы превращается в 
цис
-
акотиновую и изолимонную кислоты. Изолимонная кислота через 
щавелевоянтарную кислоту превращается в α-кетоглутаровую кислоту, 
которая подвергается дальнейшему декарбоксилированию. 
В конечном итоге, окисление ацетил-КоА в ЦТК приводит к 
образованию 
(рисунок 1.2):
– двух молекул СО
2
;
– одной молекулы АТФ; 
– восьми атомов водорода, из которых шесть атомов связаны в 
молекулах пиридиннуклеотидов и два атома – в молекулах 
флавопротеинов. 
Таким образом,
ЦТК
можно рассматривать как выработанный 
клеткой механизм, имеющий двоякое назначение: 
1) Основная функция его заключается в том, что это – совершенный 
клеточный «котел», в котором осуществляется полное окисление 
вовлекаемого в него органического субстрата и отщепление водорода.
2) Другая функция цикла – обеспечивает биосинтетические 
процессы клетки различными предшественниками, такими как 
оксалоацетат, сукцинат, α-кетоглутарат и др. Отсутствие этих кислот 
привело бы к нехватке оксалоацетата, который служит акцептором для 
ацетил-СоА и, тем самым, к нарушению цикла. Обычно ЦТК является 
дальнейшей «надстройкой» над анаэробными энергетическими 
механизмами клетки. 
У некоторых бактерий ЦТК «разорван». Наиболее часто 
отсутствует этап превращения α-кетоглутаровой кислоты в янтарную. В 
таком виде ЦТК не может функционировать в системе энергодающих 
реакций клетки. 
Основная функция «разорванного» ЦТК – 
биосинтетическая. 
Образовавшиеся на разных этапах окисления органических веществ 
восстановительные эквиваленты НАД · Н
2
и ФАД · Н
2
поступают в 
дыхательную цепь, которая у бактерий находится в цитоплазматической 
мембране, а у эукариот – в мембране митохондрий. В дыхательной цепи 
НАД · Н
2
и ФАД · Н
2
вновь окисляются до НАД и ФАД, а 
отщепившийся от них водород передается не менее чем через пять 
переносчиков на заключительный участок цепи, где соединяется с 
молекулярным кислородом, образуя воду (рисунок 2). 

7 
Рисунок 1.2 – Цикл Кребса (схема) 
2 Понятие о механизме окислительного фосфорилирования 
Транспорт водорода с участием компонентов дыхательной цепи 
сопровождается протеканием ряда окислительно-восстановительных 
реакций. В некоторых из них выделяется достаточно энергии для 
образования АТФ и такой процесс носит название 
окислительного 
фосфорилирования
.
Аэробные прокариоты обладают особым аппаратом: 
дыхательной 
(электрон-транспортной) цепью
и ферментом 
ATФ-синтазой
; обе 
системы у прокариот находятся в плазматической мембране, а у 
эукариот – во внутренней мембране митохондрий. Ведущие свое 
происхождение от субстратов восстановительные эквиваленты (Н
+ 
или 
электроны) в этих мембранах поступают в дыхательную цепь, и 
электроны переносятся на О
2
(или другие терминальные акцепторы 
электронов). В дыхательной цепи происходят реакции, представляющие 
собой биохимический аналог сгорания водорода. От химического 
горения молекулярного водорода они отличаются тем, что значительная