Anaerobie

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Anaerobie (aus dem altgriechischen Präfix an (ἀν) „ohne, nicht“ und aer (ἀήρ)Luft“). Lebewesen, die für ihren Stoffwechsel keinen Sauerstoff verwenden oder sogar durch ihn gehemmt oder abgetötet werden, werden als Anaerobier bzw. anaerob bezeichnet.

Für die Oxidation im Stoffwechsel werden anstelle von O2 alternative Elektronenakzeptoren verwendet. Häufige verwendete alternative Elektronenakzeptoren sind: Nitrat, dreiwertige Eisen-Ionen (Fe3+), vierwertige Mangan-Ionen (Mn4+), Sulfat, Schwefel, Fumarat und Kohlenstoffdioxid (CO2).

Organismen, die nur unter anoxischen Bedingungen wachsen können, werden als obligat anaerob bezeichnet. Organismen, die sowohl unter anoxischen als auch unter oxischen Bedingungen wachsen können, werden als fakultativ anaerob bezeichnet. Anaerobe Organismen, die nur einen anaeroben Stoffwechsel besitzen, also O2 nicht nutzen können, jedoch auch in Gegenwart von Sauerstoff leben können, werden als aerotolerant bezeichnet.

Lebensräume in denen absolut kein Sauerstoff enthalten ist, werden manchmal als anoxisch bezeichnet, in früherem Sprachgebrauch auch als anaerob.

Atmungstypen

In der Tabelle sind Typen der anaeroben Atmung aufgeführt, die in der Umwelt weit verbreitet sind (zum Vergleich ist die aerobe Atmung mit dabei). Die Reihung der Atmungsprozesse erfolgte nach Möglichkeit nach dem Standard-Redoxpotential des Elektronenakzeptorpaars in Volt bei einem pH-Wert von 7. Die tatsächlichen pH-Werte können abweichen (z. B. bei Acetogenese).

Atmungstypen nach Redoxpotential
Atemtyp Organismen Elektronenakzeptor Reaktionsprodukt(e) Eo' [V][1] Beispielorganismus
aerobe Atmung obligate und fakultative Aerobier Sauerstoff O2 H2O + CO2 + 0,82 Eukaryoten
Nitratatmung (Denitrifikation) fakultative Aerobier: Denitrifizierer Nitrat NO3 Nitrit NO2 + 0,75 Paracoccus denitrificans, E. coli
Manganreduktion fakultative oder obligate Anaerobier Mangan Mn(IV) Mn(II) + 0,41 Desulfuromonadales, Desulfovibrio
Eisenatmung fakultative Aerobier, obligate Anaerobier Eisen Fe(III) Fe(II) + 0,15 Geobacter, Geothermobacter, Geopsychrobacter, Pelobacter carbinolicus, P. acetylenicus, P. venetianus, Desulfuromonadales, Desulfovibrio
Cobaltreduktion fakultative oder obligate Anaerobier Kobalt Co(III) Co(II) Geobacter sulfurreducens
Technetiumreduktion fakultative oder obligate Anaerobier Technetium Tc(VII) Geobacter sulfurreducens, Geobacter metallireducens
Uranreduktion fakultative oder obligate Anaerobier Uran U(VI) U(IV) Geobacter metallireducens, Shewanella putrefaciens, (Desulfovibrio)
Fumaratatmung fakultative Aerobier Fumarat Succinat + 0,03 Escherichia coli
Sulfatatmung (Desulfurikation) obligate Anaerobier: Sulfatreduzierer Sulfat SO42− Sulfid HS - 0,22 Desulfobacter latus, Desulfovibrio
Methanogenese (Carbonatatmung) methanogene und obligate Anaerobier: Methanbildner Kohlenstoffdioxid CO2 Methan CH4 - 0,25 Methanothrix thermophila
Schwefelatmung (Schwefelreduktion) fakultative Aerobier und obligate Anaerobier Schwefel S0 Sulfid HS - 0,27 Desulfuromonadales
Acetogenese (Carbonatatmung) homoacetogene und obligate Anaerobier Kohlenstoffdioxid CO2 Acetat - 0,30 Acetobacterium woodii
TCA-Reduktion fakultative oder obligate Anaerobier TCA Trichloressigsäure Dichloressigsäure Trichlorobacter (Geobacteraceae)

Gärung

Nicht als anaerobe Atmung, sondern als Gärung werden Vorgänge bezeichnet, bei denen kein externer Stoff als terminaler Elektronenakzeptor verwendet wird. Gärungsorganismen sind vor allem:

  • Milchsäurebakterien (Milchsäuregärung)
  • Hefen (alkoholische Gärung)
  • praktisch alle Aerobier beherrschen unter anoxischen Bedingungen die Milchsäuregärung: anaerober Stoffwechsel (beim Menschen siehe auch Anaerobe Schwelle)

Symbiosen

Manche Turbellarien, Ringelwürmer und Enteroparasiten wie Bandwürmer[2][3] beherbergen anaerobe Bakterien und können durch diese Symbiose auch unter anoxischen Bedingungen leben.

Identifikation

Aerobe und anaerobe Bakterien können in flüssiger Nährlösung identifiziert werden: (1)Obligat aerobe Bakterien sammeln sich am oberen Ende, wo sie genügend Sauerstoff bekommen. (2) Obligat anaerobe Bakterien sammeln sich am unteren Ende, wo kein Sauerstoff vorhanden ist. (3) Fakultativ anaerobe Bakterien finden sich hauptsächlich oben, weil Sauerstoffatmung am effektivsten ist; da ein O2-Mangel sie andererseits nicht hindert, wachsen sie aber auch in den tieferen Teilen des Reagenzglases. (4) Mikroaerophile sammeln sich am oberen Ende, aber nicht ganz oben, da für sie Sauerstoff nur in geringer Konzentration optimal ist. (5) Aerotolerante Bakterien werden nicht durch Sauerstoff beeinflusst und verteilen sich daher gleichmäßig im Reagenzglas.

Der Begriff Anaerobie ist unter anderem bei der Kultivierung von Mikroorganismen von Bedeutung. Sollen gegenüber O2 empfindliche Mikroorganismen kultiviert werden oder sollen fakultativ anaerobe Mikroorganismen unter anoxischen Bedingungen kultiviert werden, so ist es erforderlich, bei der Kultur O2 auszuschließen. Hierbei wird die sogenannte Anaerobentechnik verwendet. In einer Anaerobenkammer erreicht man mit einer Gasatmosphäre aus 10 Vol.-% H2 + 10 Vol.-% CO2 + 80 Vol.-% N2 anoxische Bedingungen, die es ermöglichen, anaerobe Mikroorganismen zu kultivieren.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. Johannes Ottow: Mikrobiologie von Böden. Biodiversität, Ökophysiologie und Metagenomik. Springer Verlag, Berlin 2011, ISBN 978-3-642-00823-8, S. 56.
  2. J. Zenka, Jan Prokopic: Contribution to the knowledge of aerobic processes in Taenia crassiceps larvae. In: Folia Parasitologica, , Jg 33 (1986), Heft 4, S 331–336, ISSN 0015-5683, PMID 3804084.
  3. J. Zenka, Jan Prokopic: Malic enzyme, malate dehydrogenase, fumarate reductase and succinate dehydrogenase in the larvae of Taenia crassiceps (Zeder, 1800). In: Folia Parasitologica, Jg. 34 (1987), Heft 2, S. 131–136, ISSN 0015-5683, PMID 3596392.

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