6.1 O₂-Bedingungen
In Bezug auf Sauerstoffbedürfnisse und –verträglichkeit werden mehrere sog. O2-Typen unterschieden:
- strikt aerobe Organismen:
- Sie benötigen viel Sauerstoff und sterben bei zu wenig Sauerstoffvorkommen, z. B. die meisten Micrococcus-Vertreter.
- fakultativ anaerobe Organismen:
- faktultativ anaerobe Organismen können sowohl mit als auch ohne Sauerstoff leben, z. B. Enterobakterien, Bacillus, Saccharomyces (Backhefe), etc.
- strikt anaerobe Organismen:
- Hier können zwei weitere Typen unterschieden werden,
- O2-toxische Lebewesen, die nur bei Sauerstoffabschluß leben können (z. B. Clostridium) und
- aerotolerante Organismen, die bis zu einen Anteil von bis zu 10 Vol.-% O2 überlebensfähig sind (z. B. Milchsäurebakterien).
Ursache für diese O2-Typen ist, daß in lebenden Zellen aus div. Stoffwechselreaktionen freie Elektronen (e-) vorliegen, die teilweise mit Sauerstoff zu toxischen Nebenprodukten reagieren können, z. B.
- O2 + H2 + 2e- → 2OH-
- Hierbei entstehen Oxidionen, die ungefährlich sind und auch bei der aeroben Atmungskette auftreten.
- O2 + 2e- → 2O22-
- Es entstehen Peroxidionen. Diese reagieren mit H+, welches immer in der Zelle vorliegt (ebenfalls aus div. Stoffwechselreaktionen), zu H2O2 (Wasserstoffperoxid) (O22- + 2H+ → H2O2). Wasserstoffperoxid ist jedoch ein starkes Oxidationsmittel und kann deshalb in der Zelle erhebliche Schäden anrichten, v. a. Proteine vernetzen (durch Ausbildung von Disulfidbrücken unter Abspaltung von H2; H2O2 zerfällt dabei zu 2H2O) und dadurch unwirksam machen. H2O2 kann jedoch mit Hilfe des Enzyms Katalase in harmloses H2O und O2 gespalten werden (2H2O2 Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Die Miniaturansicht konnte nicht am vorgesehenen Ort gespeichert werden2H2O + O2).
- Es entstehen Peroxidionen. Diese reagieren mit H+, welches immer in der Zelle vorliegt (ebenfalls aus div. Stoffwechselreaktionen), zu H2O2 (Wasserstoffperoxid) (O22- + 2H+ → H2O2). Wasserstoffperoxid ist jedoch ein starkes Oxidationsmittel und kann deshalb in der Zelle erhebliche Schäden anrichten, v. a. Proteine vernetzen (durch Ausbildung von Disulfidbrücken unter Abspaltung von H2; H2O2 zerfällt dabei zu 2H2O) und dadurch unwirksam machen. H2O2 kann jedoch mit Hilfe des Enzyms Katalase in harmloses H2O und O2 gespalten werden (2H2O2
- O2 + e- → O2-
- Bei dieser Reaktion entstehen Superoxidionen, die ein einzelnes überschüssiges Elektron haben und daher Radikale darstellen, die in der Zelle Kettenreaktionen auslösen können. Sie sind noch gefährlicher als H2O2. Mit Hilfe des Enzyms Superoxid-Dismutase kann jedoch das O2--Ion in das etwas weniger toxische H2O2 umgewandelt werden (2O2- + 2H+ Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Die Miniaturansicht konnte nicht am vorgesehenen Ort gespeichert werdenH2O2 + O2). H2O2 kann dann wiederum durch die Katalase (sofern vorhanden) unschädlich gemacht werden.
- Bei dieser Reaktion entstehen Superoxidionen, die ein einzelnes überschüssiges Elektron haben und daher Radikale darstellen, die in der Zelle Kettenreaktionen auslösen können. Sie sind noch gefährlicher als H2O2. Mit Hilfe des Enzyms Superoxid-Dismutase kann jedoch das O2--Ion in das etwas weniger toxische H2O2 umgewandelt werden (2O2- + 2H+
Die O2-Typen sind nun dadurch zu erklären, daß manche der Organismen bestimmte Enzyme zur Unschädlichmachung der toxischen Verbindungen besitzen, andere nicht. Strikte Aerobier und fakultative Anaerobier haben beide Arten von Enzymen (Katalase und Superoxid-Dismutase). Mikroorganismen, die strikt anaerob sind (O2-toxisch) besitzen keines der beiden Enyme. Strikt anaerobe oder aerotolerante Lebewesen haben i. d. R. die Superoxid-Dismutase aber keine Katalase.
