Verschil tussen aërobe en anaërobe bacteriën

Belangrijkste verschil - Aerobe versus anaerobe bacteriën

Bacteriën vertegenwoordigen een groot domein van prokaryote organismen. Ze zijn enkele micrometers lang en hebben verschillende vormen, zoals bollen, staven en spiralen. Bacteriën leven in een grote verscheidenheid aan habitats zoals bodem, water, zure warmwaterbronnen, radioactief afval, diepe delen van de aardkorst en als parasieten in of op dieren en planten. Ze zijn van vitaal belang bij het recyclen van voedingsstoffen door organische materialen te ontbinden en stikstof uit de atmosfeer te fixeren in nutriëntenkringlopen. Bacteriën vertonen ook verschillende metabole types. Aërobe en anaerobe bacteriën zijn de twee groepen bacteriën die zijn geclassificeerd op basis van het type ademhaling. De grootste verschil tussen aërobe en anaerobe bacteriën is dat anaërobe bacteriën gebruiken moleculaire zuurstof als de laatste elektronenacceptor in de elektronentransportketen, terwijl anaerobe bacteriën andere moleculen of verbindingen gebruiken als de laatste elektronacceptor.

Key Areas Covered

1. Wat zijn Aerobic Bacteria
     - Definitie, feiten, mechanisme van ademhaling
2. Wat zijn Anaërobe bacteriën
     - Definitie, feiten, mechanisme van ademhaling
3. Wat zijn de overeenkomsten tussen aërobe en anaërobe bacteriën
     - Overzicht van gemeenschappelijke functies
4. Wat is het verschil tussen aërobe en anaërobe bacteriën
     - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: aërobe bacteriën, anaërobe bacteriën, elektrotransportketen, finale elektronacceptor, moleculaire zuurstof

Wat zijn Aerobic Bacteria

Aerobe bacteriën verwijzen naar de micro-organismen die groeien in de aanwezigheid van zuurstof. De vier soorten bacteriën die zuurstof kunnen gebruiken, zijn obligate aeroben, facultatieve anaëroben, microaerofielen en aerotolerante anaëroben.. Verplichte aerobes gebruik zuurstof om suikers en vetten te oxideren om energie te genereren in een proces dat cellulaire ademhaling wordt genoemd. Als zuurstof beschikbaar is, facultatieve anaëroben gebruik zuurstof voor hun ademhaling. Microaerophils zuurstof nodig hebben om te overleven, maar vereisen omgevingen met minder zuurstof dan die in de atmosfeer aanwezig zijn. Aerotolerante anaëroben geen zuurstof nodig hebben, maar ze worden niet aangetast door zuurstof als anaerobe bacteriën. Het gedrag van verschillende soorten bacteriën in een vloeibare cultuur is weergegeven in Figuur 1.

Figuur 1: Gedrag van verschillende bacterietypes in een vloeibare kweek
1 - Obligate Aerobes, 2 - Obligate Anaerobes, 3 - Facultative Bacteria, 4 - Microaerophiles, 5 - Aerotolerant Bacteria

Aërobe bacteriën oxideren monosacchariden zoals glucose in de aanwezigheid van zuurstof via cellulaire ademhaling. De drie stappen van aerobe ademhaling zijn Krebs-cyclus, glycolyse en oxidatieve fosforylatie. Tijdens glycolyse wordt glucose (C6) afgebroken tot twee pyruvaten (C3) moleculen in het cytoplasma. In aanwezigheid van zuurstof combineert pyruvaat met oxaloacetaat (C4) om citraat (C6) te vormen, waardoor acetyl-CoA tijdens de citroenzuurcyclus wordt geëlimineerd. De citroenzuurcyclus is de tweede fase van cellulaire ademhaling, die ook de Krebs-cyclus wordt genoemd. Tijdens de Krebs-cyclus wordt koolstofdioxide geëlimineerd als een afvalstof, terwijl het NAD wordt gereduceerd tot NADH. Zes NADH, twee FADH2 en twee ATP's per glucosemolecuul worden geproduceerd door de Krebs-cyclus. Oxidatieve fosforylering, de derde fase van cellulaire ademhaling waarbij de elektronentransportketen wordt gebruikt om 30 ATP's te produceren door het enzym ATP-synthase, gebruikt de bovengenoemde NADH en FADH₂ moleculen. De gebalanceerde chemische reactie van de oxidatie van glucose is hieronder weergegeven.

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 38 ADP + 38 fosfaat → 6 CO₂ + 6 H₂O + 38 ATP 

Lactobacillus, Mycobacterium tuberculose, en Nocardia zijn enkele van de voorbeelden van aerobe bacteriën.

Wat zijn Anaërobe bacteriën

Anaërobe bacteriën zijn micro-organismen die groeien in afwezigheid van zuurstof. De bacteriën die niet in staat zijn om zuurstof te verdragen worden genoemd obligate anaerobes. Facultatieve anaëroben kan groeien zonder zuurstof. Maar ze zijn in staat om zuurstof te gebruiken, als het beschikbaar is in het medium om meer energie te genereren dan bij de gebruikelijke anaërobe ademhaling. hoewel aerotolerante bacteriën gebruik geen zuurstof, ze kunnen overleven in de aanwezigheid van zuurstof. Anaerobe bacteriën spelen een belangrijke rol in nutriëntenkringlopen, zoals de stikstofcyclus. De anaerobe bacteriën in de stikstofkringloop en hun rol worden weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2: Stikstofcyclus

Sommige van de obligate anaëroben gebruiken fermentatie, terwijl de anderen anaerobe ademhaling gebruiken. Aerotolerante bacteriën zijn strikt fermentatief, terwijl facultatieve anaëroben ofwel fermentatie, anaerobe ademhaling of aerobe ademhaling gebruiken.

Fermentatie

De twee soorten fermentatie zijn melkzuurfermentatie en ethanolfermentatie. Beide methoden stats met de glycolyse. De tweede stap is de gisting. Elektronen transportketen wordt niet gebruikt in de fermentatie. De chemische reacties voor elk type fermentatie worden hieronder weergegeven.

Melkzuur fermentatie

C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 fosfaat → 2 melkzuur + 2 ATP   

Ethanol fermentatie

C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 fosfaat → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂↑ + 2 ATP

Anaerobe ademhaling

De laatste elektronenacceptor van de anaerobe ademhaling is niet de moleculaire zuurstof zoals bij aërobe ademhaling. Verschillende soorten organismen gebruiken verschillende soorten uiteindelijke elektronenacceptoren. Dit kunnen ionen zijn zoals zwavel, ijzer (III), mangaan (IV), kobalt (III) en uranium (VI) en verbindingen zoals fumaraat, sulfaat, nitraat of koolstofdioxide. Methanogene bacteriën zijn zo'n soort organismen die koolstofdioxide gebruiken als de laatste elektronacceptor in afwezigheid van zuurstof. Ze produceren methaangas als bijproduct. Bacteroides, Clostridium, en E coli zijn enkele van de voorbeelden van anaerobe bacteriën. 

Overeenkomsten tussen aërobe en anaërobe bacteriën

• Zowel aërobe als anaerobe bacteriën zijn prokaryoten.
• Zowel aërobe als anaerobe bacteriën ondergaan de drie stappen van de cellulaire ademhaling; glycolyse, Krebs-cyclus en elektronentransportketen.
• Alle stappen van de cellulaire ademhaling in zowel aërobe als anaerobe bacteriën komen voor in het cytosol.
• Facultatieve bacteriën kunnen leven als zowel aerobe of anaerobe bacteriën.

Verschil tussen aërobe en anaërobe bacteriën 

Definitie

Aërobe bacteriën: Aerobe bacteriën verwijzen naar de micro-organismen die groeien in de aanwezigheid van zuurstof.

Anaërobe bacteriën: Anaërobe bacteriën verwijzen naar de micro-organismen die groeien in afwezigheid van zuurstof.

Betekenis

Aërobe bacteriën: De laatste elektronenacceptor van de aerobe bacteriën is moleculaire zuurstof.

Anaërobe bacteriën: De laatste elektronenacceptor van de anaerobe bacteriën kan ijzer (III), zwavel, nitraat, fumaraat of kooldioxide zijn.

Mogelijkheid om zuurstof te ontgiften

Aërobe bacteriën: Aërobe bacteriën bezitten enzymen om zuurstof te ontgiften door catalase of superoxide.

Anaërobe bacteriën: Anaërobe bacteriën bezitten geen enzymen om zuurstof te ontgiften.

Aanwezigheid van zuurstof

Aërobe bacteriën: Aërobe bacteriën kunnen alleen overleven in de aanwezigheid van zuurstof.

Anaërobe bacteriën: Anaërobe bacteriën kunnen niet overleven in de aanwezigheid van zuurstof.

Final Electron Acceptor

Aërobe bacteriën: Water wordt geproduceerd uit de moleculaire zuurstof door aerobe bacteriën.

Anaërobe bacteriën: Nitraat, methaan, sulfide en acetaat-achtige stoffen worden geproduceerd door anaërobe bacteriën.

Habitat

Aërobe bacteriën: Aerobe bacteriën leven in de grond, op water en op verschillende oppervlakken.

Anaërobe bacteriën: Anaërobe bacteriën leven in zuurstofarme gebieden zoals spijsvertering (maag naar het rectum) van dieren.

Efficiëntie van de energieproductie

Aërobe bacteriën: Aerobe bacteriën produceren meer energie.

Anaërobe bacteriën: Anaërobe bacteriën produceren minder energie.

In een vloeibaar medium

Aërobe bacteriën: Aërobe bacteriën komen in een vloeibaar medium aan de oppervlakte van het medium.

Anaërobe bacteriën: Anaërobe bacteriën bezinken op de bodem van het medium.

Voorbeelden

Aërobe bacteriën: Lactobacillus, Mycobacterium tuberculose, en Nocardia zijn enkele van de voorbeelden van aerobe bacteriën.

Anaërobe bacteriën: Bacteroides, Clostridium, en E coli zijn enkele van de voorbeelden van anaerobe bacteriën. 

Conclusie

Aerobe en anaerobe bacteriën zijn twee soorten bacteriën die verschillen in de uiteindelijke elektronenacceptor van de elektronentransportketen. Aërobe bacteriën gebruiken moleculaire zuurstof als de laatste elektronenacceptor, terwijl anaerobe bacteriën andere stoffen gebruiken als de laatste elektronenacceptor. Het belangrijkste verschil tussen aërobe en anaerobe bacteriën is het type uiteindelijke elektronacceptor tijdens cellulaire ademhaling.

Referentie:

1. Schelvis, B A en C W Jones. "Bacteriële ademhaling." Bacteriologische beoordelingen, U.S. National Library of Medicine, mrt. 1977, hier beschikbaar.

Afbeelding met dank aan:

1. "Anaëroob" door Pixie - Eigen werk (Public Domain) via Commons Wikimedia
2. "Nitrogen Cycle" Door Cicle_del_nitrogen_de.svg: * Cicle_del_nitrogen_ca.svg: Johann Dréo (Gebruiker: Nojhan), traduction de Joanjoc d'après Afbeelding: Cycle azote fr.svg.derivative work: Burkhard (talk) Nitrogen_Cycle.jpg: Environmental Protection Agencyderivative work: Raeky (talk) - Cicle_del_nitrogen_de.svgNitrogen_Cycle.jpg (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia