Облигатно-анаэробные микроорганизмы – что это такое

Что представляют собой облигатно-анаэробные микроорганизмы

Жизнь — очень цепкая штука. Однажды зародившись, теперь она не собирается никуда уходить. Микроорганизмы распространены буквально в каждом уголке земного шара, от сдавленных чудовищным давлением пластов горной породы до запущенных человеком орбитальных станций.

Природа приспосабливается к удивительному разнообразию внешних условий, иногда даже превосходя границы людского воображения. Известнейшим примером этого является плесень на международной космической станции «Мир», выросшая снаружи иллюминаторов. То есть в открытом космосе.

Поэтому уже совершенно не удивляет то, что микро-, а иногда и макроорганизмы способны жить и процветать там, где человеку не выжить. Но всё же иногда природа удивляет своей внезапной противоречивостью, как будто некоторые организмы прибыли к нам с других планет. Одним из таких внезапных противоречий является облигатная анаэробность. Чтобы понять, что это такое, нужно разобрать процесс дыхания.

Дыхание

Для человека дыхание — это вентилирование лёгких воздухом для поглощения кислорода и вывода углекислого газа. Кислород нужен не только человеку, но многим другим организмам. Все эти организмы входят в одну большую группу — аэробы.

Термин «аэроб» происходит от греческого «аэр» — «воздух», и «биос» — «жизнь». Нетрудно догадаться, что таким термином обозначают те организмы, которым для жизни необходим воздух. А точнее, свободный молекулярный кислород, растворённый в этом воздухе.

Кислород необходим этим организмам для участия в реакциях окислительного фосфорилирования. Энергия в теле аэробов переносится и запасается в виде АТФ — аденозинтрифосфорной кислоты.

Эта кислота несёт в себе высокоэнергетические связи, гидролиз которых — взаимодействие с водой — высвобождает большое количество энергии. Поэтому АТФ используется природой для запасания этой энергии и последующего высвобождения для своих нужд.

АТФ образуется путём окисления питательных веществ, энергия из которых используется особым белком — АТФ-синтазой. АТФ-синтаза берёт эту энергию для той самой реакции фосфорилирования, в которой она превращает аденозиндифосфат в АТФ. В роли окислителя в этом цикле как раз используется кислород.

Явление облигатности

Облигатность означает обязательность, необходимость. Для облигатных аэробов кислород строго необходим, без него они умрут, так как не смогут проводить реакции окисления для получения энергии.

Однако кислород является сильным окислителем, поэтому организмы-аэробы в процессе дыхания подвергают себя значительным стрессам. Именно процессы окисления лежат в основе старения и естественной смерти.

Поэтому неудивительно, что в природе существуют анаэробы — организмы, которым не нужен кислород для процессов фосфорилирования.

Анаэробы

Термин «анаэроб» образован добавлением латинской приставки «ан-», означающей отрицание, к слову «аэроб». То есть анаэробный организм — это организм, которому не нужен воздух для жизни.

Однако мы уже выяснили, что кислород из воздуха используется в реакции окислительного фосфорилирования, где аденозиндифосфат превращается в аденозинтрифосфорную кислоту, запасая при этом энергию в высокоэнергетических связях. Как же анаэробы запасают энергию?

Анаэробы используют вместо окислительного субстратное фосфорилирование, в котором фосфат переносится на аденозиндифосфат напрямую с определённого промежуточного продукта. Такой продукт должен обладать особыми свойствами, чтобы реакция протекала только в одном направлении. Этими свойствами, например, обладают нитраты, креатинфосфорная кислота и прочие.

Анаэробные микроорганизмы встречаются везде, даже в человеческом теле. Клетки поперечно-полосатой мускулатуры являются факультативными — необязательными — анаэробами, или факультативными аэробами, смотря с какой точки зрения смотреть.

В обычных условиях они используют кислород для процессов запасания и освобождения энергии. Но при тяжёлых нагрузках мышцы раздуваются, пережимая собственный кровоток. Начинается явление гипоксии — пониженного содержания кислорода. В этих условиях клетки мышц начинают осуществлять анаэробное окисление глюкозы.

Облигатная анаэробность

Как и облигатные аэробы, которым жизненно необходим кислород, существуют и облигатные анаэробы — микроорганизмы, которым жизненно необходимо отсутствие кислорода. Как уже упоминалось, кислород является агрессивным окислителем. Аэробные организмы имеют особую систему защиты от этого — антиоксидантную систему.

Облигатные анаэробы не имеют в себе ферментов-антиоксидантов, поэтому они вынуждены либо жить в среде без кислорода, либо окружать себя антиоксидантным барьером. Без этого барьера в кислородной среде они быстро гибнут.