Источниками энергии для гетеротрофных микробов служат сахара, главным образом глюкоза. Процесс аэробного дыхания обычно состоит из расщепления молекулы сахара через ряд промежуточных реакций на две молекулы пировиноградной кислоты. Под действием кислорода из пировиноградной кислоты образуется ацетилкофермент А, а затем через цикл Кребса — углекислота и вода:



Механизм расщепления сахара связан с последовательным переносом электронов (атомов водорода) по стадиям цикла дыхания. На каждой стадии перемещение двух электронов сопровождается выделением небольшого количества энергии, так что микроорганизм за счет серии таких превращений получает непрерывный приток энергии, необходимый для реакций синтеза внутри клетки.

При брожении, проходящем в отсутствие кислорода, реакции переноса электронов прекращаются, как только все промежуточные акцепторы переходят в восстановленное состояние. Расщепление глюкозы в этих условиях ведет к накоплению пировиноградной кислоты (поскольку из нее не может образоваться ацетилкофермент А). Пировиноградная кислота принимает атомы водорода при молочнокислом брожении:



или превращается в ацетальдегид, который принимает атомы водорода с образованием этилового спирта в случае спиртового брожения:



Существенное различие между брожением и аэробным дыханием заключается в количестве выделяемой энергии. Окисление глюкозы до углекислоты и воды, происходящее при аэробном дыхании, освобождает около 690 килокалорий на грамм-молекулу окисляемого сахара, а окисление глюкозы до молочной кислоты, характерное для анаэробов, дает всего лишь 47 килокалорий.

Таким образом, для получения одинакового количества энергии анаэробные организмы должны использовать значительно больше органического вещества, чем аэробные организмы. И, наоборот, одно и то же количество органического вещества способствует большему повышению микробиологической деятельности в аэробных условиях, чем в анаэробных.

Механизм существования облигатных анаэробов, факультативных анаэробов, облигатных аэробов в мельчайшей частичке почвы можно объяснить следующим образом: развитие аэробных микроорганизмов на поверхности почвенной частицы сопровождается интенсивным поглощением кислорода. От периферии частицы к ее центру концентрация кислорода резко падает. Поверхностная пленка аэробных микроорганизмов создает мощный барьер, препятствующий проникновению внутрь свободного кислорода. В центре микрочастице почвы создаются анаэробные условия. Таким образом, частица почвы состоит из микрозон, где одновременно существуют и развиваются микробы с разной потребностью в кислороде воздуха.