Bakterie oddychają za pomocą dwóch różnych sposobów. Jest to oddychanie beztlenowe lub tlenowe.
Oddychanie beztlenowe
Oddychanie beztlenowe (anareobowe) jest bardziej pierwotnym procesem. Wytworzyło się bowiem w okresie, kiedy nie było w atmosferze tlenu cząsteczkowego. Pierwsze prokarioty musiały więc wykorzystać dostępne środki.Oddychanie beztlenowe, nazywane również fermentacją, zachodzi bezpośrednio w cytoplazmie komórki prokariotycznej. Organizmy zdolne do przeprowadzenia tego procesu noszą miano: anaeroby, a prościej zwane są organizmami beztlenowymi.
Fermentacja polega na utlenieniu (rozkładzie) cukrów, a w jej wyniku wydzielana jest energia (Rys. 1.).
![]() |
Rys. 1. Uproszczony schemat oddychania beztlenowego. |
W zależności od organizmu, produktem końcowym reakcji mogą być różne związki:
- etanol, np. u Sarcina, mowa wówczas o fermentacji alkoholowej (częściej przeprowadzana przez drożdże niż przez bakterie),
- kwas mlekowy, np. u rodzaju Lactobacillus, jest to fermentacja mlekowa,
- inne.
Oddychanie beztlenowe jest jednak procesem mało wydajnym. Z tego względu, gdy w atmosferze pojawił się tlen cząsteczkowy, niektóre z prokariotów rozwinęły tlenowy sposób oddychania. Nazywane są one areobami, czyli organizmami tlenowymi.
Oddychanie tlenowe
Podczas oddychania areobowego dochodzi do całkowitego utleniania węglowodanów do dwutlenku węgla i wody (Rys. 2.). Uwalniana ilość energii znacznie przewyższa tę otrzymywaną podczas oddychania beztlenowego. Z tego względu większość współczesnych prokariotów to tlenowce. Początkowe etapy oddychania tlenowego są podobne do tych, które występują w oddychaniu anaerobowym i zachodzą w cytoplazmie bakterii, natomiast końcowe stadia oddychania tlenowego odbywają się na błonie komórkowej, w jej pofałdowaniach zwanych mezosomami.
![]() |
Rys. 2. Uproszczony schemat oddychania tlenowego. |
Procesy podobne
Szczególnym procesem jest fermentacja octowa, która kiedyś niesłusznie zaliczana była do rodzai oddychania beztlenowego. Uznawana jest ona za proces pośredni między oddychaniem beztlenowym a tlenowym. Wynika to z faktu, iż w fermentacji tej produktami są kwas octowy oraz woda (ta druga, jak w przypadku oddychania beztlenowego). Jednakże fermentacji octowej, mimo jej produktów, nie można zaliczyć do oddychania beztlenowego, ponieważ jednym z substratów reakcji jest tlen cząsteczkowy, a drugim alkohol etylowy. Ostatecznie, ze względu na to, proces nazwano pseudofermentacją.
![]() |
Rys. 3. Uproszczony schemat fermentacji octowej. |
Innym, charakterystycznym tylko dla niektórych prokariotów procesem jest wiązanie azotu cząsteczkowego. Przyswajanie azotu z atmosfery jest niezwykłą rzadkością, mimo że wszystkie organizmy potrzebują tego pierwiastka, np. do wbudowywania go w aminokwasy. Umiejętność ta jest złożonym, biochemicznym procesem, który wymaga dużych nakładów energii. Do organizmów, które wiążą azot cząsteczkowy należą bakterie glebowe: będące symbiontami roślinnymi Rhizobium, beztlenowe Clostridium pseudomonas, tlenowe Azotobacter oraz sinice wodne, np. Nostoc, czy Gleocapsa.
![]() |
Rys. 4. Heterocysta (oznaczona strzałką) pośród innych komórek w koloni Cyanobacterium Anabaena. Fragment zdjęcia autorstwa Shun-ichi Fukushima i Shigeki Ehira. |
Sinice, które potrafią asymilować wolny azot najczęściej żyją w koloniach i wówczas wyłącznie niektóre komórki przeznaczone są do przeprowadzania tego procesu. Komórki takie, właściwie wyspecjalizowane nazwane zostały heterocystami i różnią się nieco wyglądem od reszty organizmów w koloni.
Ze względu na wiązanie azotu atmosferycznego, organizmy prokariotyczne zdolne do przeprowadzenia tego procesu, mogą żyć w środowiskach glebowych, bądź wodnych, bardzo ubogich w ten pierwiastek. Natomiast obumierając, stają się one dla pozostałych organizmów źródłem przyswajalnego azotu, zapewniając tym samym obieg wspomnianego pierwiastka w środowisku.
Źródło:
The Ser/Thr Kinase PknH Is Essential for Maintaining Heterocyst Pattern in the Cyanobacterium Anabaena sp. Strain PCC 7120 (2018) Shun-ichi Fukushima and Shigeki Ehira Life 2018, 8(3)
Balesrstet J, Sabath K (2001) Podstawy ewolucjonizmu. Operon.
Photos Selected by freepik and by biostrefa.net
Komentarze
Prześlij komentarz
Zapraszamy do komentowania, każdą uwagą warto się podzielić