Определение: что такое анаэробы?

По сути, анаэробы - это организмы, которым не требуется энергетический кислород для обмена веществ. Таким образом, они отличаются от других типов организмов (аэробов), которым необходим кислород для удовлетворения своих энергетических потребностей.

По сравнению с аэробами, которым для роста нужен кислород, анаэробы способны использовать различные другие вещества в процессе обмена веществ.

Анаэробные бактерии

Как и другие анаэробные организмы, анаэробным бактериям не требуется кислород для дыхания. В качестве акцепторов электронов во время этого процесса могут использоваться различные органические и даже неорганические материалы.

Здесь стоит отметить, что некоторые анаэробы могут переносить кислород и даже использовать его для дыхания. Для других, однако, кислород не переносится и даже ядовит для бактерий.

Вот основные классификации анаэробных бактерий: 

По метаболическим характеристикам анаэробные бактерии делятся на следующие группы:

• Факультативные анаэробы (Анаэробы факультативные — организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).[ ...] Для факультативных анаэробов характерны очень высокие возможности гликолиза, устойчивость к накоплению в организме больших концентраций молочной кислоты и наличие дополнительных путей генерирования АТФ бескислородным механизмом.)
• Аэротолерантные бактерии (Аэротолерантные анаэробы – облигатные анаэробы, которые в процессе метаболизма не способны использовать молекулярный кислород в качестве акцепторов электронов, но не погибают при контакте с ним, получая энергию исключительно с помощью брожения. Примером аэротолерантных анаэробов являются молочнокислые бактерии.)
• Облигатные анаэробы (Облигатные анаэробы – микробы, в том числе бактерии, способные расти только в среде, лишенной молекулярного кислорода, поскольку он для них токсичен. Из числа облигатных анаэробов, выделяют группу строгих анаэробов.)Аэробно разные бактерии ведут себя по-разному при выращивании в жидкой культуре:

• 
  

  1. Облигатные аэробные бактерии собираются в верхней части пробирки, чтобы поглотить максимальное количество кислорода.
  2. Облигатные анаэробные бактерии собираются на дне, чтобы избежать доступа кислорода.
  3. Факультативные бактерии собираются в основном наверху, поскольку аэробное дыхание выгодно (т. Е. Энергетически выгодно); но поскольку недостаток кислорода не причиняет им вреда, их можно найти по всей пробирке.
  4. Микроаэрофилы собираются в верхней части пробирки, но не в верхней части. Им нужен кислород, но в меньшей концентрации.
  5. На аэротолерантные бактерии кислород совсем не влияет, и они равномерно распространяются по пробирке.

Факультативные анаэробы

• 1. ---

     Бактерии, описанные как факультативные анаэробы, хорошо растут в кислороде, но могут продолжать расти и в его отсутствие. Хотя они особенно хорошо себя чувствуют в присутствии кислорода, эти анаэробы также могут использовать такие процессы, как ферментация, для продолжения роста, когда кислород недоступен.

     Таким образом, факультативные анаэробы можно охарактеризовать как обладающие следующими тремя основными характеристиками:

     Они могут расти как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

      

     Благодаря своей способности дышать и ферментировать органические вещества, эти типы бактерий (факультативные анаэробы) могут продолжать расти в присутствии или в отсутствие кислорода. Для некоторых из этих организмов, особенно тех, которые полагаются на кислород в некоторых биосинтетических реакциях, рост сильно страдает в отсутствие кислорода.

Аэробное и анаэробное дыхание у факультативных анаэробных бактерий

Метаболизм - это набор химических реакций, которые преобразуют пищевые продукты в энергию. У факультативных анаэробов дыхательные пути смещаются в зависимости от наличия или отсутствия кислорода.

Гликолиз

Как для аэробного дыхания, так и для ферментации факультативных анаэробных бактерий, таких как лактобациллы, гликолиз (расщепление глюкозы с образованием 2-пирувата) является первым этапом метаболизма.

* Простой сахар сначала превращается в фосфоенолпируват, а затем расщепляется на пируват. 

Производство энергии

В присутствии кислорода:

Анаэробное дыхание проходит еще две фазы, которые включают цикл трикарбоновых кислот (TCA) и цепь переноса электронов. Пируват, который все еще содержит большое количество химической энергии, затем подвергается действию фермента пируватдегидрогеназы с образованием ацетил-КоА (ацетил-кофермент А).

 

В цикле трикарбоновых кислот (TCA) ацетил (ацетил-CoA) окисляется за восемь ферментативных стадий с образованием молекул, известных как NADH (никотинамид-адениндинуклеотид). Здесь каждая из молекул пирувата расщепляется с высвобождением четырех из этих молекул.

НАДН играет важную роль в качестве восстановителя, поскольку он действует как донор электронов для кислорода, который действует как конечный акцептор электронов. При этом кислород восстанавливается до воды.

В конце концов, процесс полного расщепления глюкозы при аэробном дыхании приводит к производству 36 молекул АТФ на каждую единицу глюкозы.

* TCA также известен как цикл Кребса цикла лимонной кислоты.

* Цикл TCA происходит в митохондриях.                                                                               

Аэробное дыхание можно представить как:   6 CO2 + 6 H2O + 36 ATPàC6H12O6 + 6 O2. 

При отсутствии кислорода:

 

В отсутствие кислорода бактерии, такие как кишечная палочка , вынуждены использовать другой процесс для производства энергии. Это включает преобразование пирувата с целью регенерации NAD +.

* Могут использоваться такие акцепторы электронов, как сульфат, нитраты и фумарат, среди прочих.

В некоторых случаях вышеупомянутые альтернативы (нитрат, сульфат, сера и фумарат) и кислород вообще отсутствуют. По этой причине факультативные анаэробы, такие как лактобациллы, используют ферментацию как средство производства энергии.

После гликолиза, который расщепляет сахар на пируват, полученные молекулы пирувата могут быть дополнительно расщеплены заданными ферментами, что приведет к образованию данных продуктов. Присутствие лактатдегидрогеназы может приводить к продукции лактата, в то время как присутствие пируватформиатлиазы может расщеплять пируват до формиата.

Кроме того, пируватдегидрогеназа расщепляет пируват до ацетил-КоА. Затем эти продукты расщепляются под действием ферментов, в зависимости от организма. Ацетил-КоА далее расщепляется на ацетат фосфат-ацетил-трансферазой или может в конечном итоге расщепляться до этанола алкогольдегидрогеназой и ацетальдегиддегидрогеназой.

Дальнейшее действие ферментов производит сукцинат, который в дальнейшем превращается в кислоты и в конечном итоге удаляется из клетки как отходы. В то время как этанол напрямую выводится из организма, формиат распадается на углекислый газ и водород, которые необходимо удалить из клетки.

Хотя в процессе ферментации вырабатывается энергия, количество энергии значительно меньше по сравнению с количеством, производимым при аэробном дыхании.

*  При ферментации на каждую единицу глюкозы вырабатываются две молекулы АТФ.

 

 

Брожение можно представить как:

Пировиноградная кислота + НАДН ↔ молочная кислота + НАД ⁺

 Помимо этой характеристики (способность к аэробному и анаэробному росту) факультативные анаэробы обладают двумя характеристиками:

 

Предпочтительное использование дыхания.  Хотя было показано, что некоторые из факультативных анаэробов отключают дыхательные ферменты для использования ферментации, несмотря на низкий выход энергии, большинство этих организмов предпочитают дыхание, поскольку оно обеспечивает высокий выход энергии.

 

Распад сахара.  Наконец, из-за количества энергии, производимой различными механизмами, при аэробиазе скорость расщепления сахара ниже, чем при анаэробиазе.

Облигатные анаэробы

---

В отличие от факультативных анаэробов, облигаты живут в среде, лишенной кислорода. Таким образом, они не могут выжить в присутствии кислорода из-за кислородного отравления. По этой причине облигатные анаэробы зависят от множества других веществ в качестве концевых акцепторов электронов.

Некоторые из бактерий, классифицируемых как облигатные анаэробы, включают:

 

• Пептострептококк
• Clostridium, например Clostridium tetani
• Актиномицеты
• Пропионибактерии

 

Хотя облигатные анаэробы живут в среде, лишенной кислорода (грязь, кишечник животных и т. Д.), Некоторые из них могут переносить очень низкую концентрацию кислорода (от 0,5 до 8 процентов кислорода) в зависимости от организма. При воздействии более высоких концентраций некоторые из этих бактерий образуют эндоспоры, способные выжить в таких экстремальных условиях.

Некоторые из других характеристик облигатных анаэробов включают:

 

• Не может проводить окислительное фосфорилирование
• Отсутствие таких ферментов, как каталаза, пероксидаза и супероксиддисмутаза, которые могут преобразовывать различные молекулы для производства кислорода среди других молекул.
• Могут получать энергию только от гликолиза
• Метаболический процесс у облигатных анаэробов включает использование компонентов, очень чувствительных к окислению - здесь в качестве концевых акцепторов электронов могут использоваться такие неорганические молекулы, как сульфаты.

Таким образом, метаболизм облигатных анаэробов может быть представлен следующим образом:

SO42− + 2C + 2H2O → SRBH2S + 2HCO3−

 

Аэротолерантные бактерии

Хотя они могут переносить присутствие кислорода, аэротолерантные анаэробы не могут расти или осуществлять процессы метаболизма в его присутствии. Благодаря ферментации эти бактерии могут удовлетворить свои потребности в энергии.Характеристики аэротолерантных бактерий включают:

 

• Анаэробный характер
• Используйте ферментацию (в присутствии или в отсутствие кислорода)
• Имеют ферменты супероксиддисмутазу (предотвращающую накопление супероксида) и периксидазу 

Анаэробные бактерии "Русский Богатырь № 8 "