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好気性と嫌気性の呼吸の違いについて考える

好気性細菌の呼吸と嫌気性細菌の呼吸

06151.jpg
自然界には硝酸イオン(NO3-) を、亜硝酸イオン(NO2-) を介して、窒素ガス(N2) に還元する、 「脱窒菌」 という


細菌が存在し窒素循環に重要な役割を果たしています。


生物濾過の主役である硝化菌はアンモニアを酸化して硝酸を作りますが、脱窒菌は硝酸を還元して窒素ガスを作り


出します。




同じ細菌という仲間 でありながら、何故 酸化還元 という 正反対 の作用が生まれるのでしょう


か。
原核単細胞生物

それは硝化菌が呼吸の過程でアンモニアや亜硝酸イオンを 「一次電子供与体」 として利用するのに対し、脱窒菌は


硝酸イオンを 「最終電子受容体」 として利用するという違いによるものですが、このことを理解するためには 「細菌


の呼吸
」 の仕組みについて学習しなければなりません。


呼吸というのは平たく言えば、エネルギー源となる物質を酸化してエネルギーを得ることです。




では、硝化菌と脱窒菌では呼吸の過程はそれぞれどうなっているのでしょうか。




硝化菌はエネルギー源を無機物からとる 「無機酸化栄養」 で、ニトロソモナスはアンモニアを、またニトロバクターは


亜硝酸イオンをそれぞれ一次電子供与体として利用し、最終電子受容体としては一般的な遊離酸素を利用した


気的呼吸
」 を行う 「好気性細菌
です。
好気性細菌

一方、脱窒菌は遊離酸素があれば遊離酸素を最終電子受容体とした 「好気的呼吸」 を行いますが遊離酸素が欠乏


した場合には硝酸イオン中の 「結合酸素」 を利用する酵素の合成を始め引き続き呼吸を継続することが出来ます。



この様に最終電子受容体として遊離酸素ではなく、化合物中の結合酸素を利用する過程は嫌気的呼吸 と呼ば

れ遊離酸素があれば利用し、遊離酸素が無ければ結合酸素を利用する。


この様な細菌は 「通性嫌気性細菌」 と呼ばれます。
0616 1

脱窒菌はエネルギー源として専ら有機物を利用する 「有機酸化栄養」 で、多様な有機物を取り込み、異化代謝系で


主としてNAD+ を使用して酸化します。


従って呼吸鎖に於ける水素供与体としては、異化代謝系で還元された NADH が利用されます。




[ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド (nicotinamide adenine dinucleotide) とは、全ての真核生物と多くの古細菌、真正細菌で用いられる電子伝達体である。さまざまな脱水素酵素の補酵素として機能し、酸化型 (NAD+) および還元型 (NADH) の2つの状態を取り得る。二電子還元を受けるが、中間型は生じない。略号であるNAD+(あるいはNADでも同じ)のほうが論文や口頭でも良く使用されている。(wikipediaより抜粋)]



20090601182950c0b.gif

硝化菌であるアンモニア酸化菌はアンモニアをエネルギー源として取り込み、アンモニアは酸化されて亜硝酸イオンとなって捨てられます。


亜硝酸酸化菌はこの亜硝酸イオンをエネルギー源として取り込み、亜硝酸は酸化されて硝酸イオンとなって捨てられます。



両者は共生のように密接して繁殖していますから、結局アンモニアは酸化されて硝酸イオンが生成されることになり


ます。




一方脱窒菌が硝酸イオンを利用するのは、エネルギー源や栄養源としてではなく、遊離酸素が欠乏した場合


(嫌気的条件下) 酸素に代わる最終電子受容体としてこれを利用する為で、硝酸イオンは電子を受け入れますから


段階的に還元され最終は窒素ガスが生成され捨てられることになります。



要は、好気性バクテリアは酸素を必要とし、酸素の無い環境では死滅してしまう

が嫌気性バクテリアは酸素のある環境でも繁殖し、無酸素状態になれば適応し

呼吸形態を変えて繁殖をするということです。




一般的には嫌気性バクテリアは酸素の無い環境にしか存在せず、酸素の豊富にある環境では存在しないと考えられ


ていますが、実は存在しているんです。 









またねー

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omment


人生は一生勉強なのかもですねー

子供達も育てているつもりが
実は、育てられているのかも

joker URL | 2016/07/24 16:02 [ 編集 ]


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