Факультативні анаероби - це що таке приклади і класифікація

Представники царства дробянки, а також деякі водорості і паразитичні черви і гриби характеризуються особливою формою окислення органічних речовин, що відбувається під час відсутності молекулярного кисню або ж при низькій його концентрації. Організми, що живуть в безкисневому середовищі, - це анаероби. Факультативні і облігатні види, а також приклади їх життєдіяльності і класифікація будуть розглянуті нами в даній статті.

Навіщо потрібно подих

Уточнимо, що ми будемо говорити про так званому внутрішньому, або клітинному, диханні. Його головним завданням є отримання енергії з речовин, перш за все глюкози, що надходять в клітину. Якщо в процесах окислення бере участь кисень - організми називаються аеробами. Якщо ж особина отримує порцію енергії шляхом субстратного фосфорилювання без припливу молекул О2 - це організми-анаероби.

Даний термін, введений Луї Пастером в 1861 році, спочатку стосувався тільки деяких видів прокаріот, які здійснюють маслянокислое бродіння. У сучасній мікробіології під цією назвою об'єднані всі організми, які використовують у вигляді кінцевого акцептора не киснем, а нітрати, водень або органічні сполуки. Дихальні ланцюга аеробів, факультативних і облігатних анаеробів, які ми розглянемо далі, здійснюють процеси енергетичного обміну, завдяки яким відбувається окислення глюкози, амінокислот і жирів до CO2, H2 O і NH3. Відзначимо також, що анаеробний обмін речовин менш ефективний, ніж кисневий. Це пояснюється тим, що для зростання за відсутності кисню потрібно більше субстрату, наприклад, глюкози. Енергії в результаті безкисневого розщеплення виділяється теж менше. Наприклад, при гліколізі - 2 моль АТФ з кожної молекули глюкози, тоді як при кисневому розщепленні синтезується 36 молекул аденозинтрифосфорної кислоти.

різноманіття анаеробів

В сучасну класифікацію входять різні види організмів, перш за все бактерій. Наприклад, факультативні анаероби - це одно- або багатоклітинні види прокаріотів, рослин або грибів, катаболізм яких не потребує наявності О2. Але його присутність в цитоплазмі клітини або в зовнішньому середовищі не є для особи смертельним. Наприклад, до них відносяться бактерії-збудники захворювань людини: ангінозний стрептокок, гемолітичний стафілокок. Факультативними анаеробами є і деякі види бактерій, чия життєдіяльність корисна для людини. Так, термофільний стрептокок, який розщеплює лактозу до С3 Н6 О3, використовується у виробництві кисломолочних продуктів: сметани, ряжанки, м'яких сортів сиру. У медицині він незамінний при виробництві пробіотиків, які використовуються для профілактики ентероколітів і діареї різної етіології. Продовжуючи розглядати класифікацію анаеробів, звернемо увагу на макроаерофілов, що живуть в середовищі, де концентрація О2 не перевищує 0,5-1%.

Серед них багато патогенні для людини види, наприклад, стрептококи, що викликають фарингіт і хвороба Лайма. Інші види факультативних аеробів мешкають в шлунково-кишковому тракті людини, провокуючи різні типи гастритів, а також виразку шлунка. Збудником перерахованих вище захворювань є добре відомий Хелікобактер. Велика кількість макроаерофілов, що відносяться до факультативних анаеробів, вимагають для свого метаболізму підвищеного вмісту вуглекислого газу. Таких прокаріотів називають капнофіли.

Дихальна ланцюг факультативних анаеробів

Продовжимо вивчати особливості метаболізму цієї групи бактерій. У лабораторних умовах встановили, що їх можна визначити в розчині органічних речовин, що містить різну масову частку кисню. Ці анаероби будуть накопичуватися ближче до нижньої частини пробірки, де концентрація О2 невисока. Це пояснюється тим, що факультативні анаероби - це бактерії, на які малі дози кисню не роблять серйозного шкідливої ​​дії. Раніше ми згадували про те, що у бактерій деяких груп, наприклад, денитрифицирующих, кінцевим акцептором є нітрати - сполуки азоту, які пройшли окислення.

У дихального ланцюга факультативних анаеробів в каталітичних реакціях бере участь фермент нитратредуктаза, що забезпечує транспорт електрона на іон NO3 -. До таких бактеріям відносяться прокаріоти з родів Micrococcus, Pseudomonas. Вони живуть як у водоймах, так і у вологому грунті. Ці бактерії використовують кисень солей нітратної кислоти в якості акцептора електрона, здійснюючи так зване «нітратне дихання».

Роль ферментів в катаболизме бактерій

В обміні речовин мікроорганізмів важлива функція здійснюється каталітичної системою, представленої цитохромами, каталазой, флавіновими ензимами, пероксидазою. Так, флавопротеиди грають роль елемента, що з'єднує субстрат і молекули кисню, які потім відновлюються до пероксиду водню. З огляду на той факт, що факультативні анаероби - це мікроорганізми, обмін речовин яких відбувається як при наявності О2. так і в безкисневому середовищі, можна виділити два типи цих прокаріотів. Розглянемо їх більш детально.

Види факультативних бактерій

Аероби, анаероби, факультативні анаероби, мікроаерофіли - це досить повний перелік прокариот, дихальні ланцюги яких частково або повністю залежать від наявності в живильному розчині молекул кисню. Наприклад, аллеротолерантние бактерії, що окислюють молочний цукор, розвиваються в присутності О2. але не використовують його в дихальної ланцюга. Вони синтезують енергію завдяки реакціям бродіння. Інші факультативні анаероби, наприклад, дріжджові клітини, в залежності від хімічного складу субстрату здатні переходити з процесу бродіння на кисневе дихання.

Цитохроми і їх значення в метаболізмі

Складні білки - протеїди, що включають гем (залізовмісних простетичної групу) - це цитохроми. Беручи участь в клітинному диханні у бактерій і дріжджів, вони є як донорами, так і акцепторами електрона. Атом заліза простетичної групи можна зупинити змінює свій ступінь окислення з +2 на +3. Це дозволяє цитохромам транспортувати електрони від дегидрогеназ до ацетальдегіду або піровиноградної кислоти. Факультативні аероби, анаероби і мікроаерофіли можуть мати акцептори електронів, представлені молекулами вуглекислого газу, іонами водню, амінокислотами.

Значення прокаріот-анаеробів в круговороті речовин в природі

Неможливо уявити цикли головних органогенних елементів, наприклад, азоту, що відбуваються в біосфері Землі, без участі мікроорганізмів. Так як факультативні анаероби - це перш за все денітрифікуючі бактерії, то вони здатні відновлювати розчинні в грунті солі азотної кислоти до N2 O або до вільного азоту. Денітрифікація найбільш активно відбувається в грунтах, що містять надмірну кількість води і азотних добрив. В результаті хімічних реакцій молекули вільного азоту знову повертаються в атмосферу, замикаючи цикл його перетворень в природі.

Прибуток і їх значення для людини

Для відновлення мікрофлори шлунково-кишкового тракту застосовують препарати - пробіотики. До їх складу входять корисні факультативні анаероби - біфідо-і лактобактерії. Потрапляючи в товстий кишечник людини, вони забезпечують нормальну його роботу і знижують вищеназвані негативні наслідки. Найбільш часто використовувані пробіотики, які добре зарекомендували себе в гастроентерології - це «Хілак Форте», «Лінекс», «Лактовіт».