5.9A: Electron Donors and Acceptors in Anaerobic Respiration

Key Terms

  • anaerobic(嫌気)。 特に環境または生物の。
  • 還元。
  • 嫌気性呼吸:酸素以外の電子受容体を使用する生物の細胞内で行われる代謝反応およびプロセス

嫌気性呼吸は、酸素なしでATPを形成することである。 この方法でも呼吸電子伝達鎖は組み込まれているが、末端の電子受容体として酸素を用いない。 その代わりに硫酸(SO42-)、硝酸(NO3-)、硫黄(S)などの分子が電子受容体として使われる。 これらの分子は酸素よりも還元電位が低いため、好気的条件と比較して嫌気的条件ではグルコース 1 分子あたりの生成エネルギーが少なくなります

図: 嫌気性呼吸。 酸素以外の分子が嫌気性呼吸の末端電子受容体として使用されます。

多くの異なる種類の電子受容体が嫌気性呼吸に使用されることがあります。 脱窒は、末端電子受容体として硝酸塩(NO3-)を利用することである。 硝酸塩は酸素と同様、高い還元電位を持っている。 このプロセスは広く普及しており、Proteobacteriaの多くのメンバーによって利用されている。

硫酸還元は硫酸塩(SO2-4)を電子受容体として使用し、代謝の最終産物として硫化水素(H2S)を生成する。 硫酸還元は比較的エネルギー的に乏しいプロセスであり、δ-プロテオバクテリアに含まれる多くのグラム陰性菌が利用している。

硫酸還元には、炭素化合物の乳酸やピルビン酸(有機栄養還元体)、または水素ガス(岩石栄養還元体)などの電子供与体を使用する必要がある。 Desulfotignum phosphitoxidansのような珍しい独立栄養の硫酸還元菌は、亜リン酸塩(HPO3-)を電子供与体として用いることができる。 また、ある種のDesulfovibrioのように、元素状硫黄(S0)、亜硫酸塩(SO3-2)、チオ硫酸塩(S2O32-)を用いて硫黄不均化(一つの化合物を電子供与体と電子受容体に分割する)を行い、硫化水素(H2S)と硫酸(SO2-)を生産できるものもある。

酢酸生成は、水素(H2)を電子供与体として、二酸化炭素(CO2)を電子受容体として使用して酢酸を生成する微生物代謝の一種で、メタン生成で使用されるのと同じ電子供与体および受容体である。

鉄(Fe3+)は従属栄養生物と独立栄養生物の両方で広く使用される嫌気性の末端電子受容体である。 これらの生物における電子の流れは、酸素または硝酸塩で終わる電子輸送のものと似ているが、第二鉄還元生物ではこの系の最終酵素が第二鉄還元酵素であることを除いては、同様である。 一部の第二鉄還元菌(G. metallireducensなど)は、炭素源として有毒な炭化水素(トルエンなど)を利用できるため、第二鉄で汚染された帯水層でこれらの生物をバイオレメディエーション剤として使用することに大きな関心が持たれている。

その他の無機電子受容体としては、マンガンイオン(Mn4+)をマンガン(Mn2+)に、セレン酸(SeO42-)を亜セレン酸(SeO32-)に還元してセレン(Se)にするものがある。 ヒ酸塩(AsO43-)→亜ヒ酸塩(AsO33-)、ウラニル(UO22+)→二酸化ウラン(UO2)

有機化合物は、嫌気性呼吸における電子受容体として使用されることもあります。 これには、フマル酸のコハク酸への還元、トリメチルアミンN-オキシド(TMAO)のトリメチルアミン(TMA)への還元、およびジメチルスルホキシド(DMSO)の硫化ジメチル(DMS)への還元が含まれる

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