Кислород является одним из основных дыхательных газов в атмосфере и играет важную роль в метаболизме многих организмов, в том числе и анаэробных. Однако, для анаэробной микрофлоры кислород является губительным, поскольку используется он в процессе образования ATP (аденозинтрифосфата) в организме аэробов.
Для понимания, почему кислород не переносится анаэробами, следует остановиться на метаболизме глюкозы. Глюкоза, как правило, является основной источником энергии для организмов. В аэробных условиях глюкоза окисляется до СО2 и воды с помощью кислорода. При этом происходит образование большого количества молекул АТФ, которые окисляются в цитоплазме клетки.
В отличие от аэробов, анаэробы не используют кислород в качестве последнего акцептора электронов в процессе дыхания, а используют другие молекулы, такие как нитраты, сульфаты или диоксид углерода. Это происходит потому, что аэробам требуется больше энергии для переноса электронов на кислород, который является очень электроотрицательным, чем на другие молекулы. А наличие кислорода может быть губительным для анаэробов.
Кислород губительно воздействует на анаэробную микрофлору из-за следующих механизмов.
Первый эффект - окислительный стресс - происходит, когда кислород воздействует на клетки анаэробных микробов. Кислород является очень реактивным веществом, и, когда он вступает в реакцию с биологическими молекулами, такими как белки, нуклеиновые кислоты, липиды, он удаляет от них электроны, что приводит к образованию свободных радикалов. Свободные радикалы, в свою очередь, могут повреждать клеточные мембраны, уменьшая их прочность и проницаемость, а также могут разрушать белки и нуклеиновые кислоты клетки.
Второй эффект - влияние на регуляцию редокс-потенциала - происходит у аранобиев в особенности, когда кислород вступает в конкуренцию с другими электронными ацепторами в системе дыхания клетки. В результате анаэробы могут терять энергию на нерентабельные процессы - не только на синтез АТФ, но и на утилизацию эксцесса электронов. Это приводит к снижению рендос-потенциала клетки и дисбалансу между окисляющими и восстанавливающими состояниями внутри клетки, что может вызвать дисфункцию многих биохимических процессов внутри клетки.
Кроме того, кислород может вызывать окисление ряда метаболитов, что может снижать эффективность анаэробного метаболизма и наносить вред клеткам.
В результате описанных механизмов кислород может уничтожать клетки анаэробных микроорганизмов и приводить к их гибели. Это делает кислород губительным для анаэробов и определяет ограничения их распространения в природе.
Однако, существуют и исключения из правил. Некоторые анаэробные микроорганизмы могут выживать в аэробных условиях, такие как аэротолерантные анаэробы. Они способны переносить наличие кислорода, но продолжают использовать другие молекулы в качестве последнего акцептора электронов, что позволяет им продолжать свой метаболизм в аэробных условиях.
В заключени