Fakultatiivisen anaerobin määritelmä
Fakultatiivinen anaerobi on organismi, joka voi selviytyä hapen läsnäollessa, käyttää happea aerobisessa hengityksessä, mutta voi selviytyä myös ilman happea käymällä tai anaerobisen hengityksen avulla. Useimmat eukaryootit ovat pakollisia aerobeja, eivätkä voi selviytyä ilman happea. Prokaryootit sietävät monenlaista happea, pakollisista anaerobeista, joita happi myrkyttää, fakultatiivisiin anaerobeihin ja pakollisiin aerobeihin. Jotkut prokaryootit ovat jopa aerotolerantteja, mikä tarkoittaa, että ne voivat selviytyä hengissä hapessa, mutta käyttävät anaerobisia reittejä energian saamiseksi.
Fakultatiivinen anaerobi voi kokea molempien maailmojen parhaat puolet. Vähähappisina aikoina fakultatiivinen anaerobi voi käyttää käymistä tai anaerobista hengitystä luodakseen soluille ATP:tä, tyypillisesti vielä glukoosin hajoamisesta. Ainoa todellinen ero näissä reiteissä aerobiseen hengitykseen verrattuna on se, että ne käyttävät eri elektronireseptoria reitin lopussa. Aerobinen hengitys luottaa siihen, että happi ottaa vastaan elektroneja elektroninsiirtoketjun lopussa. Fakultatiivinen anaerobi voi käyttää erilaisia muita reittejä näiden ylimääräisten elektronien käsittelyyn, kuten esimerkeissä käsitellään.
On huomattava, että fakultatiivisia anaerobeja kutsutaan joskus fakultatiivisiksi aerobeiksi. Termit ovat yleensä vaihdettavissa keskenään.
Esimerkkejä fakultatiivisesta anaerobista
Hiiva
Yleinen fakultatiivinen anaerobi on hiiva, jota käytetään erilaisissa ruoanvalmistussovelluksissa, kuten leivän tai oluen valmistuksessa. Kummassakin tapauksessa tämän fakultatiivisen anaerobin on toimittava ilman happea. Hiiva voi silti selviytyä, ja sen täytyykin, jotta näistä tuotteista tulisi hyviä.
Leivässä hiiva vastaa taikinan kuplien muodostumisesta. Nämä ilmataskut tekevät leivästä kevyen ja kuohkean. Muuten leipä paistuisi kiinteäksi massaksi, joka muistuttaisi enemmänkin kakkua tai brownieta. Hiiva luo nämä ilmataskut vapauttamalla hiilidioksidia, joka on sivutuote taikinan glukoosin muuntamisessa energiaksi. Kevyemmän ja ilmavamman taikinan saamiseksi kokit antavat usein taikinan ”nousta”. Tämä termi tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että hiivalla täytetty taikina asetetaan lämpimään paikkaan ja annetaan fakultatiivisen anaerobin tehdä työnsä. Noin tunnin aikana hiiva tuottaa taikinaan suuria määriä hiilidioksidia, mikä laajentaa taikinaa ja tekee siitä kevyemmän.
Oluessa, viinissä ja muissa alkoholijuomissa hiiva on keskeinen ainesosa. Käymisprosessi eli alkoholin syntyminen tapahtuu hiivoissa, kun niissä on runsaasti sokeria mutta vähän happea. Panimot ja viinintekijät käyttävät tätä fakultatiivisen anaerobin puolta tuottaakseen alkoholia tuotteisiinsa. Aerobinen hengitys pelkistää glukoosin kokonaan muutamaksi kierrätettäväksi molekyyliksi ja hiilidioksidiksi. Käyminen sen sijaan jättää lopputuotteeksi etanolin. Oluen- ja viinintekijät tuottavat tuotteisiinsa etanolia (alkoholia) valvomalla tarkasti sokerin ja hapen määrää käymisaltaissa. Näissä olosuhteissa kaikki fakultatiiviset anaerobit turvautuvat käymiseen ja tuottavat sivutuotteena etanolia. Kun alkoholi saavuttaa seoksessa sopivan tason, hiiva suodatetaan pois ja juoma pullotetaan.
Nilviäiset
Vaikka useimmat ajattelevat vain pieniä yksisoluisia fakultatiivisia anaerobeja, useat suuremmat eläinryhmät ovat kehittäneet kyvyn selviytyä ilman happea. Yksi näistä, nilviäiset, on ryhmä eliöitä, jotka ovat sopeutuneet selviytymään säännöllisesti ilman happea. Simpukat, joita tavataan usein vuorovesialueilla, joutuvat päivittäin vaihtelemaan vedensaannin suhteen. Kun vuorovesi laskee, simpukat altistuvat ilmalle, ja niiden on suljettava kuorensa välttääkseen kuivumisen. Joillakin alueilla vuorovesi voi pysyä poissa huomattavan pitkään. Simpukat eivät voi avata kuoriaan saadakseen happea tai ovat vaarassa kuivua ja kuolla kuivumiseen.
Yllä olevan kuvan kaltaiset simpukat ovat kehittäneet fakultatiivisen anaerobin kyvyt ratkaistakseen ongelmansa. Sen sijaan, että simpukat turvautuisivat normaaliin aerobiseen hengitykseen vuoroveden laskiessa, ne siirtyvät energiamuotoon, joka hajottaa aminohappoja. Näin simpukka voi selviytyä tunteja tai jopa päiviä ilman tuoretta hapenlähdettä.
Tehtävä
1. Ihmisen lihakset tukeutuvat aerobiseen hengitykseen tuottaakseen niiden työskentelyyn tarvittavan ATP:n. Stressin ja voimakkaan liikunnan aikana näiltä lihaksilta loppuu kuitenkin usein happi. Tällöin lihasten on turvauduttava eräänlaiseen käymiseen, joka tuottaa maitohappoa. Maitohappo voi vaurioittaa soluja, kun sitä kertyy, joten solujen on nopeasti palattava aerobiseen hengitykseen selviytyäkseen. Onko ihminen fakultatiivinen anaerobi?
A. Ei
B. Kyllä
C. Ehkä
2. Mitä eroa on fakultatiivisella anaerobilla ja obligatilla anaerobilla?
A. Fakultatiivisella anaerobilla on vain anaerobisia reittejä.
B. Pakollinen anaerobi voi selviytyä hapen läsnäollessa.
C. Fakultatiivinen anaerobi voi selviytyä ja käyttää happea.
3. Vaikka tiedemiehet uskoivat aiemmin, että fakultatiiviset anaerobiset organismit olivat tyypillisesti yksisoluisia jäänteitä varhaisemmalta ajalta, todisteet ovat osoittaneet, että monet suoliston loiset ovat usein fakultatiivisia anaerobeja. Mikä seuraavista tarjoaa selityksen tälle tosiasialle?
A. Nämä organismit saavat jatkuvasti happea.
B. Usein suoliston alueet ovat anaerobisia, mikä pakottaa nämä organismit käyttämään anaerobista reittiä.
C. Nämä organismit eivät edusta fakultatiivista anaerobia.
- Brusca, R. C., & Brusca, G. J. (2003). Selkärangattomat. Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.
- Muller, M., Mentel, M., Hellemond, J., & Henze, K. (2012). Anaerobisen energia-aineenvaihdunnan biokemia ja evoluutio Eukaryooteissa. Microbiology and Molecular Biology Reviews. doi:10.1128/MMBR.05024-11
- Comeniuksen yliopisto. (2018, 3. lokakuuta). Anaerobiset bakteerit. Haettu osoitteesta Jfmed.uniba.sk: https://www.jfmed.uniba.sk/fileadmin/jlf/Pracoviska/ustav-mikrobiologie-a-imunologie/ANAEROBIC_BACTERIA.pdf