Катаболізм у мікроорганізмів: як мікроби добувають енергію

Коли мікробіологи беруться описати, як живе той чи інший мікроорганізм, розмова майже завжди зводиться до одного питання: звідки він бере енергію. Катаболізм — це і є відповідь. Система реакцій, завдяки яким будь-яка жива істота добуває енергію для життєдіяльності, для побудови клітинного матеріалу, для розмноження — загалом для всього, що ми називаємо життям.

Категорія ця універсальна, але для мікробіології вона має особливе значення. Усе, що йде далі за мікробами, виглядає доволі одноманітно: рослини отримують енергію завдяки фотосинтезу, решта живих істот — завдяки кисневому диханню та окисленню органічних речовин. Мікроорганізми ж демонструють значно ширший набір варіантів. Про це розповідає мікробіолог Єлизавета Бонч-Осмоловська.

Що таке катаболізм простими словами

Будь-яка катаболічна реакція потребує двох складників. Перший — донор електронів, тобто багата на енергію сполука. Другий — акцептор електронів, тобто окислювач. Власне реакція катаболізму і полягає в перенесенні електронів від донора до акцептора ланцюгом реакцій. Саме на цьому перенесенні організм і «заробляє» енергію.

Здавалося б, схема проста. Але варіативність криється у тому, які саме сполуки виступають донором і акцептором. І тут мікроби виявляються напрочуд винахідливими.

Аеробне дихання у мікроорганізмів

Кисневе дихання мікробам теж властиве — це не якась їхня ексклюзивна особливість. Інша річ, що спектр органічних субстратів, які вони використовують за аеробного дихання, значно ширший, ніж у більшості інших організмів.

Показовий приклад — целюлоза. Це найбільш масовий полімер на Землі, і здатність мікробів його розкладати має величезне значення. Кругообіг розкладання целюлози — це не просто цікавий біохімічний факт, а важлива екологічна функція, без якої вуглець, замкнений у рослинних рештках, накопичувався б, а не повертався в обіг.

Акцептори електронів, відмінні від кисню

Друга ключова особливість мікробного катаболізму — здатність використовувати як окислювач не лише кисень. Акцептором електронів можуть бути різні сполуки:

• різноманітні оксиди, у складі яких присутній кисень;
• оксид заліза;
• елементна сірка.

Усі вони здатні відновлюватися до відповідних відновлених продуктів. Для мікроба це означає можливість отримувати енергію там, де для більшості живих істот умови здаються непридатними — без вільного кисню.

Чому це важливо для екології

Різноманітність катаболічних шляхів у мікроорганізмів — не абстрактна деталь, а механізм, що підтримує кругообіг речовин у природі. Розкладання целюлози, відновлення оксидів і сірки — усе це ланки глобальних біогеохімічних циклів. Там, де інші організми не можуть добути енергію, мікроби знаходять спосіб це зробити.

Саме тому вивчення мікробного катаболізму виходить далеко за межі лабораторного інтересу. Це шлях до розуміння того, як функціонує біосфера загалом.

Як виявляють нові катаболічні процеси

Питання про відкриття нових катаболічних процесів залишається відкритим напрямом досліджень. Мікробіологи продовжують вивчати, які саме типи енергетичного обміну існують у мікроорганізмів і яке значення мають ті чи інші його види. Кожен новий виявлений шлях розширює уявлення про межі живого та про те, наскільки різноманітними можуть бути способи підтримувати життєдіяльність.