Hauptunterschied – aerobe vs anaerobe Bakterien

Bakterien stellen eine große Domäne prokaryotischer Organismen dar. Sie sind wenige Mikrometer lang und besitzen verschiedene Formen wie Kugeln, Stäbchen und Spiralen. Bakterien leben in einer Vielzahl von Lebensräumen wie Boden, Wasser, sauren heißen Quellen, radioaktiven Abfällen, tiefen Teilen der Erdkruste und als Parasiten in oder auf Tieren und Pflanzen. Sie sind entscheidend für das Recycling von Nährstoffen, indem sie organische Materialien zersetzen und Stickstoff aus der Atmosphäre in Nährstoffkreisläufen binden. Bakterien weisen auch eine Vielzahl von Stoffwechseltypen auf. Aerobe und anaerobe Bakterien sind die zwei Gruppen von Bakterien, die nach der Art der Atmung klassifiziert werden. Die Hauptunterschied zwischen aeroben und anaeroben Bakterien ist das anaerobe Bakterien verwenden molekularen Sauerstoff als letzten Elektronenakzeptor in der Elektronentransportkette, während anaerobe Bakterien andere Moleküle oder Verbindungen als letzten Elektronenakzeptor verwenden.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was sind aerobe Bakterien? – Definition, Fakten, Atmungsmechanismus 2. Was sind anaerobe Bakterien? – Definition, Fakten, Atmungsmechanismus 3. Was sind die Ähnlichkeiten zwischen aeroben und anaeroben Bakterien? – Überblick über die gemeinsamen Funktionen 4. Was ist der Unterschied zwischen aeroben und anaeroben Bakterien? – Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Aerobe Bakterien, Anaerobe Bakterien, Elektrotransportkette, Endelektronenakzeptor, Molekularer Sauerstoff

Was sind aerobe Bakterien?

Aerobe Bakterien beziehen sich auf Mikroorganismen, die in Gegenwart von Sauerstoff wachsen. Die vier Arten von Bakterien, die Sauerstoff verwerten können, sind obligate Aerobier, fakultative Anaerobier, Mikroaerophile und aerotolerante Anaerobier. Obligatorische Aerobic verwenden Sauerstoff, um Zucker und Fette zu oxidieren, um Energie in einem Prozess namens Zellatmung zu erzeugen. Wenn Sauerstoff verfügbar ist, fakultative Anaerobier verwenden Sauerstoff für ihre Atmung. Mikroaerophile benötigen Sauerstoff zum Überleben, benötigen jedoch Umgebungen mit einem geringeren Sauerstoffgehalt als in der Atmosphäre vorhanden sind. Aerotolerante Anaerobier benötigen keinen Sauerstoff, werden aber als anaerobe Bakterien durch Sauerstoff nicht geschädigt. Das Verhalten verschiedener Bakterienarten in einer Flüssigkultur ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Verhalten verschiedener Bakterienarten in einer Flüssigkultur 1 – Obligate Aerobier, 2 – Obligate Anaerobier, 3 – Fakultative Bakterien, 4 – Mikroaerophile, 5 – Aerotolerante Bakterien

Aerobe Bakterien oxidieren Monosaccharide wie Glucose in Gegenwart von Sauerstoff durch Zellatmung. Die drei Schritte der aeroben Atmung sind der Krebs-Zyklus, die Glykolyse und die oxidative Phosphorylierung. Bei der Glykolyse wird Glukose (C6) im Zytoplasma in zwei Pyruvat-(C3)-Moleküle zerlegt. In Gegenwart von Sauerstoff verbindet sich Pyruvat mit Oxalacetat (C4) zu Citrat (C6) und eliminiert Acetyl-CoA während des Zitronensäurezyklus. Der Zitronensäure-Zyklus ist die zweite Phase der Zellatmung, die auch als Krebs-Zyklus bezeichnet wird. Während des Krebs-Zyklus wird Kohlendioxid als Abfall eliminiert, während NAD zu NADH reduziert wird. Sechs NADH, zwei FADH2 und zwei ATPs pro Glukosemolekül werden durch den Krebs-Zyklus produziert. Oxidative Phosphorylierung, die dritte Stufe der Zellatmung, bei der die Elektronentransportkette verwendet wird, um 30 ATPs durch das Enzym ATP-Synthase zu produzieren, verwenden die oben genannten NADH und FADH₂ Moleküle. Die ausgewogene chemische Reaktion der Oxidation von Glucose ist unten gezeigt.

C₆h₁₂Ö₆ + 6 O₂ + 38 ADP + 38 Phosphat → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP

Lactobacillus, Mycobacterium tuberculosis und Nocardia sind einige der Beispiele für aerobe Bakterien.

Was sind anaerobe Bakterien?

Anaerobe Bakterien sind Mikroorganismen, die ohne Sauerstoff wachsen. Die Bakterien, die Sauerstoff nicht vertragen, werden als bezeichnet obligate Anaerobier. Fakultative Anaerobier kann ohne Sauerstoff wachsen. Sie sind jedoch in der Lage, Sauerstoff, wenn er im Medium vorhanden ist, zu nutzen, um mehr Energie zu erzeugen als bei der üblichen anaeroben Atmung. Obwohl aerotolerante Bakterien Verwenden Sie keinen Sauerstoff, sie können in Gegenwart von Sauerstoff überleben. Anaerobe Bakterien spielen eine wichtige Rolle in Nährstoffkreisläufen wie dem Stickstoffkreislauf. Die anaeroben Bakterien im Stickstoffkreislauf und ihre Rolle sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Stickstoffkreislauf

Einige der obligaten Anaerobier verwenden Fermentation, während andere anaerobe Atmung verwenden. Aerotolerante Bakterien sind streng fermentativ, während fakultative Anaerobier entweder Fermentation, anaerobe Atmung oder aerobe Atmung verwenden.

Fermentation

Die beiden Arten der Gärung sind Milchsäuregärung und Ethanolgärung. Beide Methoden stats mit der Glykolyse. Der zweite Schritt ist die Fermentation. Bei der Fermentation wird keine Elektronentransportkette verwendet. Die chemischen Reaktionen für jede Art von Fermentation sind unten aufgeführt.

Milchsäuregärung

C₆h₁₂Ö₆ + 2 ADP + 2 Phosphat → 2 Milchsäure + 2 ATP

Ethanol-Fermentation

C₆h₁₂Ö₆ + 2 ADP + 2 Phosphat → 2 C₂h₅OH + 2 CO₂↑ + 2 ATP

Anaerobe Atmung

Der letzte Elektronenakzeptor der anaeroben Atmung ist nicht der molekulare Sauerstoff wie bei der aeroben Atmung. Verschiedene Arten von Organismen verwenden verschiedene Arten von endgültigen Elektronenakzeptoren. Dies können Ionen wie Schwefel, Eisen, Mangan (IV), Kobalt (III) und Uran (VI) und Verbindungen wie Fumarat, Sulfat, Nitrat oder Kohlendioxid sein. Methanogene Bakterien sind eine solche Art von Organismen, die Kohlendioxid als letzten Elektronenakzeptor in Abwesenheit von Sauerstoff verwenden. Als Nebenprodukt produzieren sie Methangas. Bacteroides, Clostridium und E. coli sind einige der Beispiele für anaerobe Bakterien.

Ähnlichkeiten zwischen aeroben und anaeroben Bakterien

Unterschied zwischen aeroben und anaeroben Bakterien

Definition

Aerobe Bakterien: Aerobe Bakterien beziehen sich auf Mikroorganismen, die in Gegenwart von Sauerstoff wachsen.

Anaerobe Bakterien: Anaerobe Bakterien beziehen sich auf die Mikroorganismen, die in Abwesenheit von Sauerstoff wachsen.

Bedeutung

Aerobe Bakterien: Der letzte Elektronenakzeptor der aeroben Bakterien ist molekularer Sauerstoff.

Anaerobe Bakterien: Der letzte Elektronenakzeptor der anaeroben Bakterien kann Eisen(III)-, Schwefel-, Nitrat-, Fumarat- oder Kohlendioxid sein.

Fähigkeit, Sauerstoff zu entgiften

Aerobe Bakterien: Aerobe Bakterien besitzen Enzyme, um Sauerstoff durch Katalase oder Superoxid zu entgiften.

Anaerobe Bakterien: Anaerobe Bakterien besitzen keine Enzyme, um Sauerstoff zu entgiften.

Anwesenheit von Sauerstoff

Aerobe Bakterien: Aerobe Bakterien können nur in Gegenwart von Sauerstoff überleben.

Anaerobe Bakterien: Anaerobe Bakterien können in Gegenwart von Sauerstoff nicht überleben.

Endgültiger Elektronenakzeptor

Aerobe Bakterien: Wasser wird von aeroben Bakterien aus dem molekularen Sauerstoff hergestellt.

Anaerobe Bakterien: Nitrat, Methan, Sulfid und acetatähnliche Substanzen werden von anaeroben Bakterien produziert.

Lebensraum

Aerobe Bakterien: Aerobe Bakterien leben im Boden, im Wasser und auf verschiedenen Oberflächen.

Anaerobe Bakterien: Anaerobe Bakterien leben in sauerstoffarmen Bereichen wie dem Verdauungssystem (Magen bis Rektum) von Tieren.

Effizienz der Energieerzeugung

Aerobe Bakterien: Aerobe Bakterien produzieren mehr Energie.

Anaerobe Bakterien: Anaerobe Bakterien produzieren weniger Energie.

In einem flüssigen Medium

Aerobe Bakterien: Aerobe Bakterien kommen in einem flüssigen Medium an die Oberfläche des Mediums.

Anaerobe Bakterien: Anaerobe Bakterien setzen sich am Boden des Mediums ab.

Beispiele

Aerobe Bakterien: Lactobacillus, Mycobacterium tuberculosis und Nocardia sind einige der Beispiele für aerobe Bakterien.

Anaerobe Bakterien: Bacteroides, Clostridium und E. coli sind einige der Beispiele für anaerobe Bakterien.

Abschluss

Aerobe und anaerobe Bakterien sind zwei Arten von Bakterien, die sich im endgültigen Elektronenakzeptor der Elektronentransportkette unterscheiden. Aerobe Bakterien verwenden molekularen Sauerstoff als letzten Elektronenakzeptor, während anaerobe Bakterien andere Substanzen als letzten Elektronenakzeptor verwenden. Der Hauptunterschied zwischen aeroben und anaeroben Bakterien ist die Art des endgültigen Elektronenakzeptors während der Zellatmung.

Referenz:

1. Schellfisch, B A und C W Jones. "Bakterienatmung." Bacteriological Reviews, U.S. National Library of Medicine, März 1977, hier erhältlich.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „Anaerob“ von Pixie – Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia2. “Stickstoffkreislauf” Von Cicle_del_nitrogen_de.svg: *Cicle_del_nitrogen_ca.svg: Johann Dréo (Benutzer:Nojhan), traduction de Joanjoc d'après Bild:Cycle azote fr.svg.derivative work: Burkhard (Vortrag)Nitrogen_Cycle.jpg: Environmental Protection Agencyderivative Arbeit: Raeky (Vortrag) – Cicle_del_nitrogen_de.svgNitrogen_Cycle.jpg (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia