Анаэробный организм

редактировать
Организм, способный выжить в отсутствие кислорода Spinoloricus nov. sp., многоклеточное животное, которое метаболизируется с водородом, лишенное митохондрий и вместо этого использующее гидрогеносомы.

. анаэробный организм или анаэроб - это любой организм, которому не требуется кислород для роста. Он может отреагировать отрицательно или даже погибнуть, если присутствует свободный кислород. Напротив, аэробный организм (аэроб) - это организм, которому требуется насыщенная кислородом среда. Анаэробы могут быть одноклеточными (например, простейшие, бактерии ) или многоклеточными. Большинство грибов являются облигатными аэробами, которым для выживания необходим кислород, однако некоторые виды, такие как Chytridiomycota, обитающие в рубце крупного рогатого скота, являются облигатными анаэробами ; для этих видов используется анаэробное дыхание, потому что кислород нарушает их метаболизм или убивает их.

Содержание

  • 1 Первое наблюдение
  • 2 Классификация
  • 3 Энергетический метаболизм
    • 3.1 Ферментация
  • 4 Выращивание анаэробов
  • 5 Многоклеточность
  • 6 Ссылки

Первое наблюдение

В своем письме от 14 июня 1680 г. Королевскому обществу Антони ван Левенгук описал эксперимент, который он провел, наполовину наполнив две одинаковые стеклянные пробирки измельченным перцовым порошком, чтобы который был добавлен немного чистой дождевой воды. Ван Левенгук запечатал одну из стеклянных трубок с помощью пламени, а другую оставил открытой. Несколькими днями позже он обнаружил в открытой стеклянной трубке «множество очень маленьких животныхкуул разных видов, имеющих свое собственное движение». Не ожидая увидеть жизнь в запечатанной стеклянной трубке, Ван Левенгук, к своему удивлению, увидел «своего рода живые животные, которые были круглыми и крупнее, чем самые большие виды, которые, как я сказал, находились в другой воде». Условия в запечатанной пробирке стали совершенно анаэробными из-за потребления кислорода аэробными микроорганизмами.

В 1913 г. Мартинус Бейеринк повторил эксперимент Ван Левенгука и идентифицировал Clostridium butyricum как заметная анаэробная бактерия в запечатанной жидкости из трубки для настаивания перца. Бейеринк прокомментировал:

«Таким образом, мы приходим к замечательному выводу, что, вне всякого сомнения, Ван Левенгук в своем эксперименте с полностью закрытой пробиркой культивировал и видел настоящие анаэробные бактерии, что повторилось бы только через 200 лет, а именно около 1862 г. Пастер. То, что Левенгук за сто лет до открытия кислорода и состава воздуха, не осознавал смысла своих наблюдений, понятно. Но тот факт, что в закрытой пробирке он наблюдал повышенное давление газа, вызванное ферментативными бактериями, и вдобавок видел бактерии, в любом случае доказывает, что он не только был хорошим наблюдателем, но и смог спланировать эксперимент, из которого был сделан вывод. можно было нарисовать ».

Классификация

Аэробные и анаэробные бактерии могут быть идентифицированы путем выращивания их в пробирках с бульоном тиогликолятов :. 1: Обязательные аэробы потребность кислород, потому что они не могут ферментировать или дышать анаэробно. Они собираются в верхней части трубки, где концентрация кислорода самая высокая.. 2: Облигатные анаэробы отравлены кислородом, поэтому они собираются на дне трубки, где концентрация кислорода самая низкая.. 3: Факультативные анаэробы могут расти с кислородом или без него, потому что они могут метаболизировать энергию аэробно или анаэробно. Они собираются в основном наверху, потому что при аэробном дыхании вырабатывается больше аденозинтрифосфата (АТФ), чем при ферментации или анаэробном дыхании.. 4: Микроаэрофилы нуждаются в кислороде, потому что они не могут ферментировать или дышать анаэробно. Однако они отравлены высокой концентрацией кислорода. Они собираются в верхней части пробирки, но не в самом верху.. 5: Аэротолерантные организмы не нуждаются в кислороде, поскольку они метаболизируют энергию анаэробно. Однако в отличие от облигатных анаэробов они не отравляются кислородом. Их можно найти равномерно распределенными по всей пробирке.

С практической точки зрения существует три категории анаэробов:

  • Облигатные анаэробы, которым вредит присутствие кислорода. Двумя примерами облигатных анаэробов являются Clostridium botulinum и бактерии, обитающие возле гидротермальных источников на глубоководном дне океана.
  • Аэротолерантные организмы, которые не могут использовать кислород для роста, но терпят его присутствие.
  • Факультативные анаэробы, которые могут расти без кислорода, но используют кислород, если он присутствует.

Однако эта классификация подверглась сомнению, поскольку недавние исследования показали, что человеческие «облигатные анаэробы» (такие как Fineglodia magna или метаногенные археи Methanobrevibacter smithii) можно выращивать в аэробной атмосфере, если в культуральную среду добавлены антиоксиданты, такие как аскорбиновая кислота, глутатион и мочевая кислота.

Энергетический метаболизм

Некоторые облигатные анаэробы используют ферментация, в то время как другие используют анаэробное дыхание. Аэротолерантные организмы строго ферментируют. В присутствии кислорода факультативные анаэробы используют аэробное дыхание ; без кислорода некоторые из них бродят; некоторые используют анаэробное дыхание.

Ферментация

Существует множество анаэробных ферментативных реакций.

Ферментативные анаэробные организмы в основном используют путь молочнокислого брожения:

C6H12O6 + 2 АДФ + 2 фосфат → 2 молочная кислота + 2 АТФ

Энергия, выделяемая в этом уравнении, составляет приблизительно 150 кДж на моль, что сохраняется при регенерации двух АТФ из АДФ на глюкозу. Это всего лишь 5% энергии, приходящейся на молекулу сахара, которую производит типичная аэробная реакция.

Растения и грибы (например, дрожжи) обычно используют спиртовую (этанольную) ферментацию, когда кислород становится ограничивающим:

C6H12O6(глюкоза ) + 2 АДФ + 2 фосфата → 2 C 2H5OH + 2 CO 2 ↑ + 2 ATP

Высвобождаемая энергия составляет около 180 кДж на моль, что сохраняется при регенерации двух АТФ из АДФ на глюкозу.

Анаэробные бактерии и археи используют эти и многие другие пути ферментации, например, пропионовая кислота ферментация, масляная кислота ферментация, ферментация растворителем, смешанная кислая ферментация, бутандиоловая ферментация, Stickland-ферментация, ацетогенез или метаногенез.

Выращивание анаэробов

Поскольку происходит нормальное микробное культивирование В атмосферном воздухе, который является аэробной средой, культивирование анаэробов представляет проблему. Поэтому микробиологи используют ряд методов при культивировании анаэробных организмов, например, обращение с бактериями в перчаточном боксе, заполненном азотом, или использование других специально герметичных контейнеров, или таких методов, как инъекция бактерий. в растение двудольное, которое представляет собой среду с ограниченным содержанием кислорода. Система GasPak представляет собой изолированный контейнер, в котором создается анаэробная среда за счет реакции воды с таблетками борогидрид натрия и бикарбонат натрия с образованием газообразного водорода и диоксида углерода. Водород затем реагирует с газообразным кислородом на палладиевом катализаторе с образованием большего количества воды, тем самым удаляя газообразный кислород. Проблема с методом Гаспака заключается в том, что может иметь место побочная реакция, при которой бактерии могут погибнуть, поэтому следует использовать тиогликолятную среду. Тиогликолят представляет собой среду, имитирующую среду двудольных растений, обеспечивая не только анаэробную среду, но и все питательные вещества, необходимые для роста бактерий.

Недавно французская группа ученых доказала связь между окислительно-восстановительным потенциалом и кишечными анаэробами на основе клинические исследования тяжелой острой недостаточности питания. Эти открытия привели к созданию аэробной культуры «анаэробов» путем добавления антиоксидантов в культуральную среду.

Многоклеточность

За исключением трех видов анаэробных лорицифер, Вся известная сложная многоклеточная жизнь аэробна, т.е. для выживания нуждается в кислороде. В феврале 2020 года журнал PNAS опубликовал открытие нового 10-клеточного анаэробного организма: Henneguya salminicola Henneguya zschokkei.

В 2010 году три вида анаэробных лорицифер были обнаружены в гиперсоленом бескислородный таз L'Atalante на дне. У них отсутствуют митохондрии, содержащие путь окислительного фосфорилирования, который у всех других животных объединяет кислород с глюкозой для выработки метаболической энергии и, таким образом, они не потребляют кислород. Вместо этого эти лорициферы получают энергию из водорода с помощью гидрогеносом.

. Некоторые организмы метаболизируются в основном с использованием гликогена, например нереид (червь) и некоторые полихеты, или ювенильная форма паразита свинины Trichinella spiralis, вызывающего трихинеллез.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-10 22:01:19
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте