Allgemeine Mikrobiologie

7.5EigenschaftenundFunktionenvonSauerstoff 221
hohe Konzentrationen sind toxisch), aerotolerante (können Sauerstoff
zwarnichtfürdieAtmungverwenden(anaerob),sindabergegenschädigendeWirkungvonSauerstoffgewappnet),striktanaerobeMikroorganismen(könnennurinAbwesenheitvonSauerstoffwachsen,Sauerstoff
istmeistGiftfürsie).
7.5.1 RegulationdurchSauerstoff
SauerstoffisteinesderwichtigstenRegelsignalefürMikroorganismen.
BesondersinfakultativaerobenMikroorganismenundbeiphototrophen
BakteriensteuertergroßeBereichedesEnergiestoffwechsels.Dieaerobe
Lebensweisewirdbevorzugt,dadieAtmungammeistenEnergieliefert.
Wir haben bei denverzweigtenAtmungsketten (Kap. 7.4.3) schon ein
Beispiel kennen gelernt, wo Stoffwechselwege je nach Konzentration
desverfügbarenSauerstoffsgewähltwerden.Nochkomplexerwirddie
sauerstoffabhängige Regulation, wenndie Wahl zwischen aeroberund
anaeroberAtmunggetroffenwerdenmuss,soferneinElektronenakzeptor
alsErsatzfürSauerstoffvorhandenist.AufdieRegelmechanismenwird
anandererStelleeingegangen(Kap.13,16).
NacheinerHierarchiederElektronenakzeptoren(Kap.13)werden
dieStoffwechselwegebevorzugt,diejeweilsdiehöchstenEnergieausbeutenhaben,alsoaerobeAtmung
imikroaerobeLebensweisemitangepassteraeroberAtmung
ianaerobeAtmungsformen iGärung.Fakultativ
aerobeBakterienwieEscherichiacolikönnenauchEnergiedurch
Gärunggewinnen,wennkeinElektronenakzeptorzurVerfügungsteht.
Hier sind es über 150 Gene (oder5% des Genoms),derenExpression
durchSauerstoffreguliertwird.ImFallvonE.colioderKlebsiellareprimiertSauerstoffdieTranskriptionderGenefürfolgendeStoffwechselwege:
anaerobe Atmung, Gärung, Pyruvat-Formiat-Lyase, Nitrogenase.
DurchSauerstoffinduziertwerden:aerobeAtmung,Citratzyklus,Pyruvatdehydrogenase,OxygenasenundsauerstoffabhängigeSynthese-undAbbauwege.VieleMikroorganismenzeigenaucheinetaktischeBewegung
hinzuoderwegvonSauerstoff(Aerotaxis),umdengeeignetenLebensbereichzufinden.
7.5.2 ToxischeWirkungdesSauerstoffsund
Entgiftungsreaktionen
SauerstoffistderterminaleElektronenakzeptorderaerobenAtmungund
somitfüralleaerobenOrganismenessenziell.Sauerstoffwirktaberauch
auf aerobe Organismen, und noch mehr auf anaerobe Organismen,
als Zellgift. Die meistenOrganismen besitzen deshalb Enzyme,die sie
gegen die toxischen und sehr reaktiven Intermediate des Sauerstoffs
(engl.reactiveoxygenspecies,ROS)schützen.ImbiologischenBereich
gibtesdreiArtenderAktivierungdesSauerstoffs,diesichdurchdie
AnzahlderElektronen,diegleichzeitigaufdasSauerstoffmolekülübertragenwerden,unterscheiden:
(1)O 2 +4e – pO 2– +O 2–
(2)O 2 +2e – pO 2
2–
(3)O 2 +1e – pO 2
–
Reaktion(1)wirdvonderCytochromoxidase(oderderChinoloxidase)
katalysiert, demterminalenEnzym derElektronentransportkette.Auch
einige andere blaue, Kupfer enthaltende Enzyme (Tyrosinase, Laccase)
übertragen4ElektronenaufO 2 .DiezweidabeientstehendenO 2– -Ionen
Aus Fuchs, G. : Allgemeine Mikrobiologie (ISBN 978-313-444608-1) © Georg Thieme Verlag KG 2007
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