Διαφορά μεταξύ αερόβιων και αναερόβιων βακτηρίων

Κύρια διαφορά – Αερόβια έναντι Αναερόβιων βακτηρίων

Τα βακτήρια αντιπροσωπεύουν μια μεγάλη περιοχή προκαρυωτικών οργανισμών. Έχουν μήκος λίγα μικρόμετρα και έχουν πολλά σχήματα όπως σφαίρες, ράβδους και σπείρες. Τα βακτήρια ζουν σε μια τεράστια ποικιλία ενδιαιτημάτων όπως το έδαφος, το νερό, οι όξινες θερμές πηγές, τα ραδιενεργά απόβλητα, τα βαθιά τμήματα του φλοιού της γης και ως παράσιτα μέσα ή πάνω σε ζώα και φυτά. Είναι ζωτικής σημασίας για την ανακύκλωση θρεπτικών συστατικών με την αποσύνθεση οργανικών υλικών και τη δέσμευση του αζώτου από την ατμόσφαιρα στους κύκλους των θρεπτικών συστατικών. Τα βακτήρια παρουσιάζουν επίσης μια ποικιλία μεταβολικών τύπων. Τα αερόβια και τα αναερόβια βακτήρια είναι οι δύο ομάδες βακτηρίων που ταξινομούνται με βάση τον τύπο της αναπνοής. Η κύρια διαφορά μεταξύ αερόβιων και αναερόβιων βακτηρίων είναι ότι αναερόβια βακτήρια χρησιμοποιούν μοριακό οξυγόνο ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, ενώ τα αναερόβια βακτήρια χρησιμοποιούν άλλα μόρια ή ενώσεις ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων .

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι τα αερόβια βακτήρια
     – Ορισμός, Γεγονότα, Μηχανισμός Αναπνοής
2. Τι είναι τα αναερόβια βακτήρια
     – Ορισμός, Γεγονότα, Μηχανισμός Αναπνοής
3. Ποιες είναι οι ομοιότητες ανάμεσα στα αερόβια και τα αναερόβια βακτήρια
     – Περίληψη κοινών χαρακτηριστικών
4. Ποια είναι η διαφορά ανάμεσα στα αερόβια και τα αναερόβια βακτήρια
     – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι:Αερόβια βακτήρια, Αναερόβια βακτήρια, Αλυσίδα Ηλεκτρομεταφοράς, Τελικός Δέκτης ηλεκτρονίων, Μοριακό Οξυγόνο

Τι είναι τα αερόβια βακτήρια

Αερόβια βακτήρια αναφέρονται στους μικροοργανισμούς που αναπτύσσονται παρουσία οξυγόνου. Οι τέσσερις τύποι βακτηρίων που μπορούν να χρησιμοποιήσουν το οξυγόνο είναι τα υποχρεωτικά αερόβια, τα προαιρετικά αναερόβια, τα μικροαερόφιλα και τα αερόβια ανεκτικά. Υποχρεώστε τα αερόβια Χρησιμοποιήστε οξυγόνο για να οξειδώσετε τα σάκχαρα και τα λίπη για να δημιουργήσετε ενέργεια σε μια διαδικασία που ονομάζεται κυτταρική αναπνοή. Εάν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο, προαιρετικά αναερόβια χρησιμοποιούν οξυγόνο για την αναπνοή τους. Μικροαερόφιλα απαιτούν οξυγόνο για να επιβιώσουν, αλλά απαιτούν περιβάλλοντα που περιέχουν χαμηλότερα επίπεδα οξυγόνου από αυτά που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα. Αεροανεκτικά αναερόβια δεν απαιτούν οξυγόνο, αλλά δεν βλάπτονται από το οξυγόνο ως αναερόβια βακτήρια. Η συμπεριφορά διαφορετικών τύπων βακτηρίων σε μια υγρή καλλιέργεια φαίνεται στην εικόνα 1.

Εικόνα 1:Συμπεριφορά διαφορετικών τύπων βακτηρίων σε μια υγρή καλλιέργεια
1 – Υποχρεωτικά αερόβια, 2 – Υποχρεωτικά αναερόβια,  3 – Προαιρετικά βακτήρια, 4 – Μικροαερόφιλα, 5 – Αεροανεκτικά βακτήρια

Αερόβια βακτήρια οξειδώνουν μονοσακχαρίτες όπως η γλυκόζη παρουσία οξυγόνου μέσω της κυτταρικής αναπνοής. Τα τρία στάδια της αερόβιας αναπνοής είναι ο κύκλος του Krebs, η γλυκόλυση και η οξειδωτική φωσφορυλίωση. Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, η γλυκόζη (C6) διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικών (C3) στο κυτταρόπλασμα. Παρουσία οξυγόνου, το πυροσταφυλικό συνδυάζεται με το οξαλοξικό (C4) για να σχηματίσει κιτρικό (C6), εξαλείφοντας το ακετυλο-CoA κατά τη διάρκεια του κύκλου του κιτρικού οξέος. Ο κύκλος του κιτρικού οξέος είναι το δεύτερο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, το οποίο ονομάζεται επίσης κύκλος του Krebs. Κατά τη διάρκεια του κύκλου Krebs, το διοξείδιο του άνθρακα αποβάλλεται ως απόβλητο, ενώ μειώνεται το NAD σε NADH. Έξι NADH, δύο FADH2 και δύο ATP ανά ένα μόριο γλυκόζης παράγονται από τον κύκλο του Krebs. Η οξειδωτική φωσφορυλίωση, η οποία είναι το τρίτο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής στο οποίο η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων χρησιμοποιείται για την παραγωγή 30 ATP από το ένζυμο συνθάση ATP, χρησιμοποιήστε τα προαναφερθέντα NADH και FADH₂ μόρια. Η ισορροπημένη χημική αντίδραση της οξείδωσης της γλυκόζης φαίνεται παρακάτω.

C₆ H₁₂ O₆ + 6 O₂ + 38 ADP + 38 φωσφορικά → 6 CO₂ + 6 H₂ O + 38 ATP 

Λακτοβάκιλλος , Mycobacterium φυματίωση και Nocardia είναι μερικά από τα παραδείγματα αερόβιων βακτηρίων.

Τι είναι τα αναερόβια βακτήρια

Τα αναερόβια βακτήρια είναι μικροοργανισμοί που αναπτύσσονται απουσία οξυγόνου. Τα βακτήρια που δεν μπορούν να ανεχτούν το οξυγόνο ονομάζονται υποχρεωτικά αναερόβια . Προαιρετικά αναερόβια μπορεί να αναπτυχθεί χωρίς οξυγόνο. Αλλά, είναι ικανά να χρησιμοποιούν οξυγόνο, εάν είναι διαθέσιμο στο μέσο για να παράγουν περισσότερη ενέργεια από ό,τι στη συνηθισμένη αναερόβια αναπνοή. Αν και αεροανεκτικά βακτήρια μην χρησιμοποιείτε οξυγόνο, μπορούν να επιβιώσουν παρουσία οξυγόνου. Τα αναερόβια βακτήρια παίζουν σημαντικό ρόλο σε κύκλους θρεπτικών συστατικών όπως ο κύκλος του αζώτου. Τα αναερόβια βακτήρια στον κύκλο του αζώτου και ο ρόλος τους φαίνονται στην εικόνα 2.

Εικόνα 2:Κύκλος αζώτου

Μερικά από τα υποχρεωτικά αναερόβια χρησιμοποιούν ζύμωση ενώ άλλα χρησιμοποιούν αναερόβια αναπνοή. Τα αερόβια βακτήρια είναι αυστηρά ζυμώσιμα ενώ τα προαιρετικά αναερόβια χρησιμοποιούν είτε ζύμωση, αναερόβια αναπνοή είτε αερόβια αναπνοή.

Ζύμωση

Οι δύο τύποι ζύμωσης είναι η ζύμωση με γαλακτικό οξύ και η ζύμωση αιθανόλης. Και οι δύο μέθοδοι στατιστικά με τη γλυκόλυση. Το δεύτερο βήμα είναι η ζύμωση. Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων δεν χρησιμοποιείται στη ζύμωση. Οι χημικές αντιδράσεις για κάθε τύπο ζύμωσης φαίνονται παρακάτω.

Ζύμωση γαλακτικού οξέος

C₆ H₁₂ O₆ + 2 ADP + 2 φωσφορικά → 2 γαλακτικό οξύ + 2 ATP   

Ζύμωση με αιθανόλη

C₆ H₁₂ O₆ + 2 ADP + 2 φωσφορικά → 2 C₂ H₅ OH + 2 CO₂ ↑ + 2 ATP

Αναερόβια αναπνοή

Ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων της αναερόβιας αναπνοής δεν είναι το μοριακό οξυγόνο όπως στην αερόβια αναπνοή. Διαφορετικοί τύποι οργανισμών χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους τελικών δεκτών ηλεκτρονίων. Αυτά μπορεί να είναι ιόντα όπως θείο, σίδηρος, μαγγάνιο (IV), κοβάλτιο (III) και ουράνιο (VI) και ενώσεις όπως φουμαρικό, θειικό, νιτρικό ή διοξείδιο του άνθρακα. Τα μεθανογόνα βακτήρια είναι ένας τέτοιος τύπος οργανισμών που χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως τελικό αποδέκτη ηλεκτρονίων απουσία οξυγόνου. Παράγουν αέριο μεθάνιο ως υποπροϊόν. Βακτηροειδή , Clostridium , και E. coli είναι μερικά από τα παραδείγματα αναερόβιων βακτηρίων.

Ομοιότητες μεταξύ αερόβιων και αναερόβιων βακτηρίων

• Τόσο τα αερόβια όσο και τα αναερόβια βακτήρια είναι προκαρυωτικά.
• Τόσο τα αερόβια όσο και τα αναερόβια βακτήρια υφίστανται τα τρία στάδια της κυτταρικής αναπνοής. γλυκόλυση, κύκλος Krebs και αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.
• Όλα τα βήματα της κυτταρικής αναπνοής τόσο στα αερόβια όσο και στα αναερόβια βακτήρια συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα.
• Τα προαιρετικά βακτήρια μπορούν να ζήσουν τόσο ως αερόβια όσο και ως αναερόβια βακτήρια.

Διαφορά μεταξύ αερόβιων και αναερόβιων βακτηρίων 

Ορισμός

Αερόβια βακτήρια: Τα αερόβια βακτήρια αναφέρονται στους μικροοργανισμούς που αναπτύσσονται παρουσία οξυγόνου.

Αναερόβια βακτήρια: Τα αναερόβια βακτήρια αναφέρονται στους μικροοργανισμούς που αναπτύσσονται απουσία οξυγόνου.

Σημασία

Αερόβια βακτήρια: Ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων των αερόβιων βακτηρίων είναι το μοριακό οξυγόνο.

Αναερόβια βακτήρια: Ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων των αναερόβιων βακτηρίων μπορεί να είναι ο σίδηρος, το θείο, το νιτρικό, το φουμαρικό ή το διοξείδιο του άνθρακα.

Ικανότητα αποτοξίνωσης οξυγόνου

Αερόβια βακτήρια: Τα αερόβια βακτήρια διαθέτουν ένζυμα για την αποτοξίνωση του οξυγόνου με καταλάση ή υπεροξείδιο.

Αναερόβια βακτήρια: Τα αναερόβια βακτήρια δεν διαθέτουν ένζυμα για την αποτοξίνωση του οξυγόνου.

Παρουσία οξυγόνου

Αερόβια βακτήρια: Τα αερόβια βακτήρια μπορούν να επιβιώσουν μόνο παρουσία οξυγόνου.

Αναερόβια βακτήρια: Τα αναερόβια βακτήρια δεν μπορούν να επιβιώσουν παρουσία οξυγόνου.

Τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων

Αερόβια βακτήρια: Το νερό παράγεται από το μοριακό οξυγόνο από αερόβια βακτήρια.

Αναερόβια βακτήρια: Νιτρικά, μεθάνιο, σουλφίδια και ουσίες που μοιάζουν με οξικά παράγονται από αναερόβια βακτήρια.

Οικότοπος

Αερόβια βακτήρια: Τα αερόβια βακτήρια ζουν στο έδαφος, στο νερό και σε διαφορετικές επιφάνειες.

Αναερόβια βακτήρια: Τα αναερόβια βακτήρια ζουν σε περιοχές με έλλειψη οξυγόνου, όπως το πεπτικό σύστημα (στομάχι έως το ορθό) των ζώων.

Αποτελεσματικότητα της Παραγωγής Ενέργειας

Αερόβια βακτήρια: Τα αερόβια βακτήρια παράγουν περισσότερη ενέργεια.

Αναερόβια βακτήρια: Τα αναερόβια βακτήρια παράγουν λιγότερη ενέργεια.

Σε υγρό μέσο

Αερόβια βακτήρια: Αερόβια βακτήρια έρχονται στην επιφάνεια του μέσου σε υγρό μέσο.

Αναερόβια βακτήρια: Τα αναερόβια βακτήρια εγκαθίστανται στο κάτω μέρος του μέσου.

Παραδείγματα

Αερόβια βακτήρια: Λακτοβάκιλλος , Mycobacterium φυματίωση και Nocardia είναι μερικά από τα παραδείγματα αερόβιων βακτηρίων.

Αναερόβια βακτήρια: Βακτηροειδή , Clostridium , και E. coli είναι μερικά από τα παραδείγματα αναερόβιων βακτηρίων.

Συμπέρασμα

Τα αερόβια και τα αναερόβια βακτήρια είναι δύο τύποι βακτηρίων που διαφέρουν ως προς τον τελικό δέκτη ηλεκτρονίων της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Τα αερόβια βακτήρια χρησιμοποιούν μοριακό οξυγόνο ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων ενώ τα αναερόβια βακτήρια χρησιμοποιούν άλλες ουσίες ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων. Η κύρια διαφορά μεταξύ αερόβιων και αναερόβιων βακτηρίων είναι ο τύπος του τελικού δέκτη ηλεκτρονίων κατά την κυτταρική αναπνοή.

Αναφορά:

1. Haddock, B A και C W Jones. «Βακτηριακή αναπνοή». Βακτηριολογικές επισκοπήσεις , U.S. National Library of Medicine, Μάρτιος 1977, Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Anaerobic" By Pixie – Δική του εργασία (Δημόσιος Τομέας) μέσω Commons Wikimedia
2. “Nitrogen Cycle” By Cicle_del_nitrogen_de.svg:*Cicle_del_nitrogen_ca.svg:Johann Dréo (Χρήστης:Nojhan), traduction de Joanjoc d'après Εικόνα:Cycle azote fr.svg.derivative work:Burkhard Project. εργασία:Raeky (συζήτηση) – Cicle_del_nitrogen_de.svgNitrogen_Cycle.jpg (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia