Facultative Anaerobe Definition
Facultative anaerobe to organizm, który może przetrwać w obecności tlenu, może wykorzystywać tlen w oddychaniu tlenowym, ale może również przetrwać bez tlenu poprzez fermentację lub oddychanie beztlenowe. Większość eukariotów jest obligatoryjnymi aerobami i nie może przetrwać bez tlenu. Prokariota tolerują szeroki zakres tlenu, od obligatoryjnych beztlenowców, które są zatrute przez tlen, do fakultatywnych beztlenowców i obligatoryjnych tlenowców. Niektóre prokariota są nawet aerotolerancyjne, co oznacza, że mogą przetrwać w tlenie, ale używają beztlenowych szlaków dla energii.
Fakultatywny beztlenowiec może doświadczać tego, co najlepsze z obu światów. W czasach niskiej zawartości tlenu, fakultatywny beztlenowiec może wykorzystywać fermentację lub oddychanie beztlenowe do tworzenia ATP dla komórek, zwykle jeszcze z rozkładu glukozy. Jedyna rzeczywista różnica w tych szlakach od oddychania tlenowego polega na tym, że na końcu szlaku wykorzystywany jest inny receptor elektronowy. Oddychanie tlenowe opiera się na tlenie w celu przyjęcia elektronów na końcu łańcucha transportu elektronów. Fakultatywne beztlenowce mogą wykorzystywać różne inne szlaki do radzenia sobie z tymi dodatkowymi elektronami, jak omówiono w przykładach.
Należy zauważyć, że fakultatywne beztlenowce są czasami określane jako fakultatywne tlenowce. Terminy te są ogólnie wymienne.
Przykłady beztlenowców fakultatywnych
Drożdże
Powszechnym beztlenowcem fakultatywnym są drożdże, używane w różnych zastosowaniach kulinarnych, takich jak wyrób chleba lub piwa. W obu przypadkach, ten fakultatywny beztlenowiec musi funkcjonować bez tlenu. Jednak drożdże nadal mogą przetrwać i muszą, aby te produkty wyszły dobrze.
W chlebie, drożdże są odpowiedzialne za tworzenie pęcherzyków powietrza w cieście. Te kieszenie powietrza sprawiają, że chleb jest lekki i puszysty. W przeciwnym razie, chleb upiekłby się w jednolitą masę, bardziej przypominającą ciasto lub brownie. Drożdże tworzą kieszonki powietrzne poprzez uwalnianie dwutlenku węgla, który jest produktem ubocznym przetwarzania glukozy zawartej w cieście na energię. Aby uzyskać lżejsze, bardziej zwiewne ciasto, szefowie kuchni często pozwalają mu „wyrosnąć”. Termin ten oznacza po prostu umieszczenie ciasta z drożdżami w ciepłym miejscu i pozwolenie beztlenowcom na wykonanie swojej pracy. W ciągu godziny lub dłużej, drożdże wytworzą duże ilości dwutlenku węgla w cieście, rozszerzając je i czyniąc lżejszym.
W piwie, winie i innych napojach alkoholowych, drożdże są kluczowym składnikiem. Proces fermentacji, lub tworzenia alkoholu, zachodzi w drożdżach, gdy mają one dużo cukru, ale mało tlenu. Piwowarzy i winiarze wykorzystują ten aspekt beztlenowców fakultatywnych do wytwarzania alkoholu w swoich produktach. Oddychanie tlenowe całkowicie redukuje glukozę do kilku możliwych do przetworzenia cząsteczek i dwutlenku węgla. Fermentacja, z drugiej strony, pozostawia produkt końcowy: etanol. Producenci piwa i wina wytwarzają etanol (alkohol) w swoich produktach poprzez ścisłą kontrolę ilości cukru i tlenu w zbiornikach fermentacyjnych. W takich warunkach każdy beztlenowiec fakultatywny będzie uciekał się do fermentacji, a jako produkt uboczny będzie wydzielał etanol. Kiedy alkohol osiągnie odpowiedni poziom w mieszaninie, drożdże są odfiltrowywane, a napój jest butelkowany.
Mięczaki
Podczas gdy większość myśli tylko o małych, jednokomórkowych beztlenowcach fakultatywnych, kilka większych grup zwierząt rozwinęło zdolność do przetrwania bez tlenu. Jedna z nich, mięczaki, ma grupę organizmów, które przystosowały się do regularnego przetrwania bez tlenu. Omułki, często spotykane w obszarach międzypływowych, doświadczają codziennych zmian w dostępie do wody. Kiedy przypływ spada, małże wystawiają się na działanie powietrza i muszą zamykać swoje muszle, aby uniknąć wyschnięcia. W niektórych obszarach, pływy mogą zanikać na znaczne okresy czasu. Małże nie mogą otworzyć swoje muszle, aby uzyskać tlen, lub ryzyko wyschnięcia i umierania z dehydration.
Aby rozwiązać ich conundrum, małże jak te w obrazie powyżej ewoluowały zdolności fakultatywnego anaerobe. Zamiast polegać na ich normalnego oddychania tlenowego, gdy przypływ wychodzi, małże przełączają się do formy energii, która rozkłada aminokwasy. To pozwala małżowi przetrwać godziny, a nawet dni, bez uzyskania świeżego źródła tlenu.
Quiz
1. Mięśnie człowieka polegają na oddychaniu tlenowym do produkcji ATP niezbędnego do ich pracy. Jednak w czasach stresu i intensywnych ćwiczeń, te mięśnie często zabraknie tlenu. W tym przypadku, mięśnie muszą uciekać się do formy fermentacji, która produkuje kwas mlekowy. Kwas mlekowy, gdy się nagromadzi, może uszkodzić komórki, więc aby przeżyć, muszą one szybko powrócić do oddychania tlenowego. Czy ludzie są fakultatywnymi beztlenowcami?
A. Nie
B. Tak
C. Może
2. Jaka jest różnica między beztlenowcami fakultatywnymi a obligatoryjnymi?
A. Beztlenowiec fakultatywny ma tylko szlaki beztlenowe.
B. Obligatoryjny anaerob może przetrwać w obecności tlenu.
C. Beztlenowiec fakultatywny może przetrwać i korzystać z tlenu.
3. Podczas gdy naukowcy wierzyli, że organizmy fakultatywne beztlenowce są zazwyczaj jednokomórkowymi pozostałościami z wcześniejszych czasów, dowody wykazały, że wiele pasożytów jelitowych jest często fakultatywnymi beztlenowcami. Które z poniższych stwierdzeń stanowi wyjaśnienie tego faktu?
A. Organizmy te mają stały dostęp do tlenu.
B. Często obszary jelita są beztlenowe, co zmusza te organizmy do korzystania ze szlaku beztlenowego.
C. Organizmy te nie reprezentują fakultatywnych beztlenowców.
- Brusca, R. C., & Brusca, G. J. (2003). Invertebrates. Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.
- Muller, M., Mentel, M., Hellemond, J., & Henze, K. (2012). Biochemistry and Evolution of Anaerobic Energy Metabolism in Eukaryotes. Microbiology and Molecular Biology Reviews. doi:10.1128/MMBR.05024-11
- University of Comenius. (2018, October 3). Anaerobic Bacteria. Retrieved from Jfmed.uniba.sk: https://www.jfmed.uniba.sk/fileadmin/jlf/Pracoviska/ustav-mikrobiologie-a-imunologie/ANAEROBIC_BACTERIA.pdf