Чем отличаются микробы аэробы от микробов анаэробов кратко

Обновлено: 02.07.2024

Микроорганизмы имеют много форм и приспособлены к разным условиям жизни. Поэтому нет практически ни одного уголка на планете, который не был бы заселен микрофлорой. Есть микроорганизмы и внутри тела человека – на слизистых ЖКТ, дыхательных путей, мочевыводящей системы, на коже.

В зависимости от потребности в кислороде и устойчивости к его отрицательному воздействию, микроорганизмы делят на аэробные, анаэробные и промежуточные формы. Эти микроорганизмы используются и в качестве компонентов, ускоряющих распад органических отходов для септиков (локального очистного сооружения).

Аэробные организмы, значение для человека

Они могут жить и развиваться только при наличии кислорода. Он необходим для процессов окисления, в результате которых получается энергия в виде молекул АТФ. Она расходуется на процессы жизнедеятельности – передвижение, рост, переваривание пищи, размножение. При отсутствии кислорода такие микроорганизмы гибнут.

К аэробам относятся бактерии, живущие в почве, воздухе, воде, на живых организмах. Они делятся на грамположительные и грамотрицательные. По форме на кокки (в виде шарика), палочки.

Некоторые из них могут провоцировать развитие болезней у человека:

холерный вибрион;
микобактерия туберкулеза;
палочка туляремии;
стафилококк;
стрептококк;
протей.

Специально выращивают аэробные микроорганизмы в фармацевтической отрасли, нефтеперерабатывающей и добывающей промышленности.

Анаэробные микроорганизмы и их роль в природе

К анаэробным организмам относятся те, которые не нуждаются в кислороде. Они тоже неоднородны. Выделяют:

факультативные анаэробы. Особенность – одинаково эффективно могут существовать как в присутствии свободного кислорода, так и без него. Без доступа воздуха они переходят на простые реакции (например, гликолиз);
облигатные анаэробы – существуют только в отсутствие О2 или при самых низких его концентрациях.

Среди анаэробов есть бактерии, способные к образованию спор (клостридия) и не имеющие такой способности (бактероиды, актиномицеты, велионелла). Интересно то, что в споровой форме микроорганизмы становятся нечувствительными к кислороду и могут долго сохранять жизнеспособность, тогда как без этого они быстро погибли бы.

К анаэробам также относятся бактерии, использующие фотосинтез для получения энергии. Таким микроорганизмам человечество нашло применение в обычно жизни. Например, их можно использовать для очистки загрязненных вод.

Анаэробные бактерии, образующие споры, используют в текстильной промышленности при получении льняного волокна. А микроорганизмы, удерживающие азот, улучшают плодородие почв, участвуют в разложении целлюлозы, пектинов.

Промежуточные формы

капнеистические анаэробы – они лучше себя чувствуют при низкой концентрации кислорода и высокой углекислоты;
микроаэрофилы хорошо растут при концентрации кислорода около 2 %. Он им нужен для окислительных процессов, но в больших концентрациях подавляет активность важных ферментов;
аэротолерантные могут жить в присутствии O2, хотя не используют его для энергетического обмена;
умеренно-строгие анаэробы могут вести активную жизнедеятельность в кислородсодержащей среде, но теряют при этом способность к размножению.

Особенности метаболизма

Аэробные организмы используют в качестве источника энергии глюкозу. Она распадается до пировиноградной кислоты в процессе гликолиза, а затем в присутствии кислорода превращается в воду и углекислоту. При этом распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием 38 молекул АТФ.

Процесс окислительного фосфорилирования происходит у аэробов в митохондриях на мембранах. Здесь сосредоточена цепь из цитохромов, которые передают друг другу электроны вплоть до конечного акцептора – кислорода.

Аэробы способны извлекать энергию при окислении метана, сероводорода, железо- и азотсодержащих веществ, водорода.

У анаэробов происходит только гликолиз, далее пировиноградная кислота подвергается брожению:

молочнокислому – бифидо-, лактобактерии, стрептококки;
спиртовому – грибы рода Кандида;
маслянокислому – клостридии;
муравьинокислому – энтеробактерии.

Энергетический выход при этом составляет 2 молекулы АТФ. Ферменты, которые участвуют в этих реакциях, – дегидрогеназы – находятся на мембране клетки и внутри цитоплазмы.

В норме в кишечнике преобладают процессы брожения. При этом pH среды сдвигается в кислую сторону – гнилостная флора не может существовать в таких условиях. При недостаточной активности нормальной микрофлоры активизируются патогенные бактерии кишечника (бацилла перфрингенс, спорогенус), преобладает распад белков, сдвигается pH в щелочную сторону. Этот процесс сопровождают признаки интоксикации, неприятный запах, проблемы с дефекацией.

Наличие систем, защищающих клетку от агрессивных форм кислорода

На воздухе могут жить только те микроорганизмы, которые имеют защитные антиоксидантные системы. В процессе преобразования кислорода образуются разные токсичные соединения: супероксидный анион, синглетный кислород, перекись водорода.

Обезвреживают их специальные ферменты – супероксиддисмутаза, каталаза, цитохромы. Последние имеются у аэробов (их обычно 3). У факультативных анаэробов их меньше (1–2), тогда как у облигатных они совсем отсутствуют.

Многие анаэробные микроорганизмы в присутствии каталазы способны нормально переносить воздействие кислорода. Своего же такого фермента у них нет.

При повышении концентрации кислорода до 40–50 % аэробные организмы прекращают рост. Чистый О2 губительно действует на все живое. Играет роль даже не концентрация молекул свободного кислорода, а соотношение водорода и кислорода. Его называют окислительно-восстановительным показателем. Диапазон условий для оптимального существования бактерий – от 0 до 40. Для анаэробов подходит среда с ОВП менее 14.

Особенности ДНК у аэробов и анаэробов

Считается, что анаэробные формы жизни предшествовали аэробным. По мере накопления кислорода, в атмосфере богатство и разнообразие бактерий все время увеличивалось. Было замечено, что у более простых микроорганизмов без цитохромов отличается состав ДНК – в молекуле преобладают основания Аденин и Тимин. У более поздних и эволюционно развитых форм есть цитохромы, а в генетическом материале больше оснований Гуанин и Цитозин. Некоторые анаэробные организмы не имеют четко оформленного ядра, а ДНК находится в виде нуклеоида в цитоплазме.

Примеры заболеваний, которые вызывают анаэробы

Одно из самых опасных заболеваний – ботулизм. Клостридия размножается в анаэробных условиях. Часто сохраняется в виде спор в консервах, мясе и рыбе, не прошедших полноценную тепловую обработку. В процессе жизнедеятельности она выделяет ботулотоксин, поражающий нервную систему человека. Без своевременного лечения ботулизм может привести к летальному исходу.

Столбняк — еще одно смертельно опасное заболевание. Вызывает его клостридия тетанус. Она находится в земле в виде спор. При попадании в рану переходит в вегетативную форму, продуцирует столбнячный экзотоксин. Он поражает ЦНС. Патология сопровождается сокращениями всех мышц тела человека (повышенный тонус и судороги), нарушением глотания, дыхания, работы сердца. Наблюдается распад эритроцитов, сепсис, поражение сердца, пневмония.

Газовую гангрену вызывает клостридия перфрингенс. Она попадает в рану с пылью, землей. Внутри тканей выделяет ферменты и газ. По этой причине при надавливании на края раны ощущается крепитация и слышен хруст. Ферменты этого микроба вызывают гемолиз эритроцитов. Учитывая особенности бактерий, такие раны необходимо максимально широко раскрывать при первичной хирургической обработке, иссекать все омертвевшие ткани. Раневую поверхность обильно обрабатывают перекисью, применяют гипербарическую оксигенацию (воздействуют кислородом под давлением). Сверху не бинтуют, а оставляют открытыми для доступа кислорода.

Понимание особенностей процессов жизнедеятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов помогает успешно использовать их в промышленных процессах, очистке сточных вод, почвы, бороться с заболеваниями, которые они вызывают.

Аэробные и анаэробные бактерии для септика, как выращивать, как занести в септик. Обо всем этом в видео:

Ключевым различием между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами является потребность в кислороде для выживания Аэробных микроорганизмов, в то время как для Анаэробных микроорганизмов он не требуется. То есть Аэробные микроорганизмы используют кислород в процессе энергетического обмена, в то время как Анаэробные микроорганизмы в нём не нуждаются.

Классификации микроорганизмов на Аэробные и Анаэробные производится на основании реакции на кислород. Из-за разницы в этой реакции Аэробные и Анаэробные микроорганизмы обладают различными характеристиками для выполнения своих функций во время клеточного дыхания. Таким образом, Аэробные микроорганизмы осуществляют аэробное дыхание, а анаэробные осуществляют анаэробное дыхание.

Содержание

Обзор и основные отличия
Что такое Аэробные микроорганизмы
Что такое Анаэробные микроорганизмы
Сходство между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами
В чем разница между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами
Заключение

Что такое Аэробные микроорганизмы?

Аэробные микроорганизмы — это группа микроорганизмов, которые нуждаются в кислороде для своего основного выживания, роста и процесса размножения. Они окисляют моносахариды, такие как глюкоза в присутствии кислорода.

Аэробные микроорганизмы

Основными процессами, генерирующими энергию в аэробах, являются гликолиз, после которого следует цикл Кребса и цепь переноса электронов. Поскольку уровень кислорода не токсичен для этих микроорганизмов, они хорошо растут в насыщенных кислородом средах. И таким образом, они являются облигатными аэробами. Примерами аэробных микроорганизмов являются Бациллы и Нокардии.

Классификация

Облигатные аэробы и микроаэрофилы являются двумя видами аэробов. Основой данной классификации является уровень токсичности кислорода для этих микроорганизмов.

Облигатные аэробные микроорганизмы, их ещё называют аэрофилы — это микроорганизмы, которым требуется кислород для их клеточного дыхания. Кроме этого они используют кислород для окисления органических соединений, таких сахары и жиры, т.е. для получения энергии. Примером данного микроорганизма является Nocardia, Mycobacterium tuberculosis и Vibrio cholerae.
Микроаэрофильные микроорганизмы — выживают при низких концентрациях кислорода (около 10%). Примером данного микроорганизма является бактерия Хеликобактер пилори.

Аэробные микроорганизмы это те виды бактерий, которые нуждаются в кислороде для своего основного выживания, роста и процесса размножения. Очень легко выделить эти бактерии путем культивирования массы бактериальных штаммов в некоторой жидкой среде. Поскольку они нуждаются в кислороде для выживания, они, как правило, выходят на поверхность в попытке получить максимум доступного кислорода.

Идентификация Аэробных и Анаэробных бактерий по концентрации кислорода

Что такое Анаэробные микроорганизмы?

Классификация

К анаэробным микроорганизмам относятся факультативные анаэробы, аэротолерантные анаэробы и облигатные анаэробы. Основой данной классификации, также и у аэробов, является уровень токсичности кислорода для этих микроорганизмов.

Аэротолерантные анаэробы — им не требуется кислород для выживания. Присутствие кислорода не вредит этим микроорганизмам. Примером данного микроорганизма является бактерии Лактобациллы.
Облигатные анаэробы — это микроорганизмы, которые живут и растут только при отсутствии кислорода в окружающей среде, так как он губителен для них. Примером данного микроорганизма является Клостридии (Clostridium butyricum) и Метаносарцины (Methanosarcina barkeri).
Факультативныеанаэробы — эти микробы могут выживать как в присутствии, так и в отсутствии кислорода. Примером данного микроорганизма является бактероид Кишечная палочка.

Примером анаэробных бактерий является Кишечная палочка

Анаэробные микроорганизмы не выживают в богатой кислородом окружающей среде, так как кислород токсичен для облигатных анаэробов. Напротив, избыток кислорода не вредит факультативным анаэробам.

Каковы сходства между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами?

По своей природе как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы являются прокариотическими.
Оба этих микроба подвергаются гликолизу, который является первой стадией клеточного дыхания.
Аэробные и анаэробные состоят из патогенных болезнетворных микроорганизмов.
Оба типа микробов используются в различных сферах промышленности.

В чем разница между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами?

Заключение — Аэробные и Анаэробные микроорганизмы

Аэробные и Анаэробные микроорганизмы различаются в потребности кислородом для выживания. Аэробные микроорганизмы используют кислород в процессе энергетического обмена, в то время как Анаэробные бактерии его не используют. Анаэробы используют для энергетического обмена такие вещества, как нитраты, сера и метан. Поэтому ключевым различием между Аэробными и Анаэробными микроорганизмами является тип конечного акцептора электронов, который они используют при клеточном дыхании.

Бактерии живут во всем окружающем нас мире, в земле, воздухе, на вашем рабочем столе и экране телефона. Основная классификация бактерий основана на том, необходим ли им кислород для жизнедеятельности или нет.

Анаэробные бактерии

Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде и способны жить в различных средах, где нет света и кислорода, например, в почве, в желудочно-кишечном тракте животных и человека и т.д. Анаэробные бактерии отвечают за гниение, процессе их деятельности органические соединения постепенно разлагаются с выделением метана, который и является причиной неприятного гнилостного запаха.

Анаэробные бактерии царствуют в пластиковых септиках

Пластиковые септики представляют собой емкость с небольшими отверстиями, иногда разделенную перегородками. Малое количество кислорода дает плодородную среду для появления и развития этих бактерий. Отходы в таком септике не перерабатываются полностью - часть из них образуют твердый осадок, оседая на дно и медленно перегнивая. Степень очистки стоков в таком септике не превышает 30-40%, а темная, влажная среда способствует развитию вредных микроорганизмов, в связи с чем, воду и отходы с такого септика нельзя использовать для удобрения - это может привести к заражению. С небольшой периодичностью такие септики необходимо откачивать ассенизаторской машиной.

Наглядный пример принципа работы такого септика - обычный деревянный туалет, имеющий характерный запах работы анаэробных организмов.

Именно анаэробные микроорганизмы вызывают воспалительно-гнойные заболевания различных видов:

гангрены;
абсцессы;
пневманию;
менингиты;
инфекции глубоких тканей;
некрозы и другие заболевания инфекционного характера.

Однако другой подвид анаэробных бактерий также являются частью нормальной микрофлоры кишечника человека и полости рта. Таким образом, различные подвиды анаэробов могут быть как полезными, так и опасными для человека.

Аэробные бактерии

Другой группой бактерий выступают аэробные микроорганизмы. Они живут только в присутствии кислорода и вызывают не гниение, а окисление органики в процессе синтеза энергии, при этом выделяется тепло и углекислота, а не метан, поэтому неприятного запаха в процессе переработки отходов жизнедеятельности человека не возникает. Органические отходы под действием аэробов преобразуются в активный ил и чистую, прозрачную воду. Именно на этом принципе работает любая автономная канализация для загородного дома: как чешский Топас, так и его русский аналог - Юнилос Астра, и недавно появившиеся станции Евробион и Биодека.

С помощью постоянной подачи кислорода и поступления органических отходов в станцию биологической очистки, поддерживается существование колонии аэробных бактерий. После переработки сточных вод, чистая вода из автономной канализации удаляется в канаву или дренажный колодец, а активный ил оседает на дне и стенках станции. Активный ил достаточно чистить раз в 3-6 месяцев, в зависимости от активности эксплуатации. Сточные воды очищаются до 98% и чистая вода из станции может использоваться для полива не плодовых деревьев, газонов, мытья дорожек, веранды или машины.

Как попадают бактерии в автономную канализацию

Бактерии в автономной канализации появляются естественным образом после начала ее использования, дополнительное добавление бактерий в нее не требуется. При грамотной установке и эксплуатации согласно рекомендациям производителя, в дальнейшем покупка бактерий также является лишней тратой денег. Первым признаком неправильной работы станции является сильный гнилостный запах из нее, если его нет, то бактерии в вашей станции отлично справляются со своей задачей. В случае появления неприятного запаха из канализации, обратитесь в компанию, которая производила установку станции, возможно, дело вовсе не в гибели бактерий, а в поломке какой-либо системы.

Дыхание (биологическое окисление, катаболизм, диссимиляция) – совокупность биохимических процессов, сопровождающихся образованием энергии, необходимой для жизнеобеспечения клетки. При аэробном типе дыхания бактерии используют энергию в результате окисления веществ кислородом воздуха и способны развиваться только при наличии кислорода. При анаэробном типе дыхания микроорганизмы могут развиваться при отсутствии кислорода, получая энергию в результате ферментативного расщепления органических веществ. Существуют также факультативные анаэробы, растущие как при наличии, так и при отсутствии кислорода. Определяют тип дыхания микроорганизмов посевом культуры бактерий уколом в высокий столбик агара. При этом аэробы вырастают в верхней части среды, факультативные анаэробы – по всей длине укола, анаэробы – в нижней части посева.

У прокариотов возможны три пути получения энергии, которые различаются по выходу энергии (табл. 4):

1. Фотосинтез (фотосинтетическое фосфорилирование), в котором принимают участие энергия фотонов, хлорофилл или его аналоги – пигменты. Фотосинтез описан у очень небольшой группы микробов (цианобактерии или сине-зелёные водоросли), содержащих пигменты, сходные с хлорофиллом.

2. Дыхание (окислительное фосфорилирование) – окислительно-восстановительный процесс переноса взаимодействия субстрата со свободным кислородом и ферментами дыхательной цепи, цепь реакций биологического окисления. Большинство бактерий, называемых скотобактериями, получают энергию путем химических реакций.

Суть окисления заключается в присоединении кислорода или в отнятии водорода от субстрата, в результате чего происходит расщепление вещества и разрушение химических связей. Энергия этих связей выделяется в окружающую среду и почти на 70% улавливается клеткой в виде биологической энергии, в виде образования высокоэнергетических соединений, главными из которых у прокариот является АТФ (аденозинтрифосфат), УДФ (уридиндифосфат), ферментные комплексы НАДФ (никотинадениндиноклеотидфосфат) и ФАДФ (флавинаденин-динуклеотидфосфат), пирофосфат и волютин (орто- и метафосфаты).

Одним из основных путей реализации энергии, содержащейся в фосфорных связях органических соединений, является фосфорилирование - способность передавать фосфатный остаток другим веществам, что делает эти соединения нестабильными, приводя к их распаду с выделением энергии. Все процессы дыхания происходят на ЦПМ прокариот иначинаются с гликолиза, в результате которого образуется пировиноградная кислота (пируват - ПВК), которая является исходным материалом для дальнейших катаболических реакций.

По типу дыхания бактерии делятся на:

· облигатные аэробы (например, нейссерии, синегнойная палочка)растут только при наличии кислорода;

· облигатные анаэробы могут расти только без кислорода (пептострептококки, вейллонеллы, бактероиды фузобактерии, анаэробоспириллы);

· факультативные аэробы и анаэробы могут существовать как в присутствии кислорода, так и без него;

· аэротолерантные микробы (например спорообразующие анаэробные палочки -клостридии газовой гангрены, столбняка). - это анаэробные бактерии, устойчивые к кислороду, которые не размножаются в присутствии кислорода, но и не погибают;

· микроаэрофилы (стрептококки, актиномицеты и некоторые бациллы полости рта)представляют собой небольшую группу факультативно-анаэробных бактерий, устойчивых к действию кислорода в небольших концентрациях (до 5-10%);

· капнофилы(возбудители бруцеллеза, стрептококки полости рта)нуждаются в избыточном количестве углекислого газа (до 20%).

Тип дыхания бактерий зависит от набора ферментов. От окисляемого субстрата (донора) электрон водорода передается с помощью дегидрогеназы восстанавливаемому веществу (акцептору) - флавопротеину (ФАД) или желтому ферменту, который передает электрон водорода непосредственно кислороду с образованием перекиси водорода или следующему промежуточному передатчику - цитохрому, который, в конечном счете, передает его кислороду с образованием воды или перекиси водорода. Описано 3 типа цитохромов - А, В, С. Бактерии не все и не в одинаковой мере содержат все три компонента цитохрома. Так, например, строгие аэробы содержат все три компонента цитохрома. Они имеют самую длинную дыхательную цепь (дегидрогеназы, флавопротеины, цитохромы). Конечный акцептором электронов является кислород.

Факультативные анаэробы содержат один или два компонента цитохрома, в то время как строгие анаэробы, как правило, не имеют цитохрома С, поэтому у них конечным акцептором электронов водорода являются неорганические вещества (нитраты, сульфаты, карбонаты). В аэробных условиях электрон водорода от флавопротеина может непосредственно передаваться кислороду с образованием перекиси водорода, гидроксиланиона, супероксиданиона.

Аэробы и факультативные анаэробы, в отличие от облигатных анаэробов, имеют ферменты, расщепляющие каталазу и пероксидазу, а также мощный фермент - супероксиддисмутазу (СОД) для нейтрализации токсичных радикалов кислорода. У облигатных анаэробов эти ферменты не вырабатываются, поэтому накопление токсических для мембран клеток соединений вызывает их разрыв и неизбежную гибель.

3. Брожение (субстратное фосфорилирование) - разновидность анаэробного дыхания, при котором и донором и акцептором водорода является органическое вещество.

При брожении происходит расщепление сложных органических веществ до более просто устроенных с выделением небольшого количества энергии. При поступлении глюкозы в клетку, происходит гликолиз и образуется ПВК. Дальнейшие ее превращения зависят от набора ферментов анаэробных бактерий. В зависимости от того какие конечные продукты образуются, выделяют разные типы брожения:

· Молочнокислое брожение вызывается лактобактериями, бифидобактериями, стрептококками, образуя из ПВК молочную кислоту (гомоферментативное брожение) или молочную, янтарную, уксусную кислоты, ацетон (гетероферментативное брожение). Эти бактерии применяются в производстве молочно-кислых продуктов: ряженки, простокваши, кефира, йогуртов и творога.

· Маслянокислое брожение. Возбудителями этого вида брожения являются анаэробные бактерии рода клостридии, а также бактероиды, фузобактерии и другие микроорганизмы, вызывающие у человека опасные анаэробные инфекции. Основным продуктом брожения является масляная,изомасляная, уксусная, валериановая кислоты.

· Пропионовокислое брожение также вызывается анаэробами - пропионибактериями (обитатели кожи и слизистой оболочкичеловека и животных могут вызывать анаэробные инфекции), которые используются в производстве сыров. Конечный продукт брожения - пропионовая кислота.

· Спиртовое брожение. Вызывают дрожжи. В результате спиртового
брожения образуется этиловый спирт, что издавна используется в пивоварении и виноделии.

· Бутиленгликолевое брожение. В результате брожения образуются бутиловый спирт, этиленгликоль, срероводород и другие токсические продукты. Этот вид брожения вызывают кишечная палочка и другие энтеробактерии, в том числе - возбудители кишечных инфекций - сальмонеллёза, дизентерии.

При субстратном фосфорилировании из глюкозы или других источников углерода выделяется незначительное количество энергии, так как образующиеся при этом продукты брожения (молочная кислота, спирты и др.) сохраняют в себе значительные количества энергии. Поэтому в анаэробных условиях бактериальная культура для получения необходимой энергии во много раз больше разлагает пищевого материала, чем в присутствии кислорода. Теплообразование при развитии бактериальной флоры в органическом материале (навоз, торф, мусор) может привести к его самовозгоранию.

Изучение ферментов бактерий имеет большое практическое значение для разработки методов диагностики (идентификации) возбудителей инфекционных заболеваний по набору ферментов, а также для создания современных биотехнологий получения продуктов питания в том числе молочнокислых продуктов, сыра, хлеба, вина, пива и т.д.

У прокариотов возможны три пути получения энергии, которые различаются по выходу энергии (табл. 4):

По типу дыхания бактерии делятся на:

· облигатные аэробы (например, нейссерии, синегнойная палочка)растут только при наличии кислорода;

· факультативные аэробы и анаэробы могут существовать как в присутствии кислорода, так и без него;

Читайте также: