Deguonis ir organiniai augimo faktoriai

http://whoinventedme.net/who-invented-oxygen/

Deguonis

Mes esame įpratę manyti, jog molekulinis deguonis (O2) yra būtinas gyvybei, bet tam tikra prasme jis yra nuodingas. Tačiau didžioji dalis dabartinių gyvybės formų prisitaikė prie atmosferoje esančio deguonies ir jų atliekamam ląsteliniam kvėpavimui deguonis reikalingas: kaip jau aptarėme anksčiau, vandenilio atomai, atskirti nuo organinių molekulių, jungiasi su deguonimi ir sudaro vandenį. Šis procesas ne tik suteikia nemažai energijos, bet ir neutralizuoja potencialiai nuodingas dujas.

E. coli žmogaus žarnyne 
http://today.uconn.edu/2012/07/how-e-coli-cells-work-in-the-human-gut/

Mikrobai, kurie naudoja molekulinį deguonį (aerobai), iš maistinių medžiagų išgauna daugiau energijos nei tie, kurie jo nenaudoja (anaerobai). Organizmai, kurių išgyvenimui būtinas deguonis, vadinami obligatiniais aerobais. Obligatiniai aerobai susiduria su tam tikra problema, nes deguonis prastai tirpsta vandenyje (jų aplinkoje). Todėl dauguma aerobinių bakterijų įgavo arba išsaugojo gebėjimą augti aplinkoje, kurioje nėra deguonies. Tokie organizmai yra vadinami fakultatyviniais anaerobais. Kitais žodžiais, fakultatyviniai anaerobai naudoja deguonį tada, kai jo yra aplinkoje, bet geba toliau augti vietoj aerobinio ląstelinio kvėpavimo atlikdami fermentaciją ar anaerobinį kvėpavimą, kai deguonies nėra. Tačiau, kai deguonies nėra, jie gauna mažiau energijos. Fakultatyvinių anaerobų pavyzdys – Escherichia coli, esanti mūsų žarnynuose, taip pat dauguma mielių.

Clostridium botulinum 
http://www.epmagazine.org/storage/183/en-botulinum.aspx 

Obligatiniai anaerobai – bakterijos, kurios nenaudoja molekulinio deguonies, atliekant energijos suteikiančias reakcijas. Tiesą pasakius, daugumai jų molekulinis deguonis yra žalingas. Clostridium genties bakterijos, kurių tam tikros rūšys sukelia stabligę ir botulizmą, yra obligatinių anaerobų pavyzdys. Šios bakterijos organinių medžiagų sintezei naudoja ląstelės medžiagose esančius deguonies atomus (dažniausiai vandens).

Kad būtų galima suprasti, kaip deguonis gali padaryti žalą organizmams, reikia aptarti toksines deguonies formas:

• Vienetinis deguonis (1O2) – tai yra normalus molekulinis deguonis (O2), kuris buvo pakeltas į aukštesnę energijos būseną ir yra ypatingai reaktyvus; 
• Superoksido radikalai (O2.-) arba superoksido anijonai. Nedideli jų kiekiai susiformuoja ląstelinio kvėpavimo metu, kai deguonis yra naudojamas kaip paskutinis elektronų akceptorius. Kai aplinkoje yra deguonies, obligatiniai anaerobai taip pat suformuoja šiek tiek superoksido radikalų. Superoksidas yra toks toksinis ląstelės komponentams, kad visi organizmai, bandantys augti aplinkoje, kurioje yra atmosferinio deguonies, turi gaminti fermentą superoksido dismutazę (SOD), kuris juos neutralizuoja. Superoksido toksiškumas atsiranda dėl to, kad jis yra labai nestabilus, dėl ko jis „pavagia“ elektronus iš kitų molekulių, kurios savo ruožtu tampa reaktyvios ir „vagia“ elektronus iš kitų molekulių ir t.t. Aerobinės bakterijos, fakultatyviniai anaerobai, augantys aerobinėmis sąlygomis, ir aerotolerantiški anaerobai, gamina SOD, kuris superoksido radikalus paverčia į molekulinį deguonį ir vandenilio peroksidą (H2O2):

O2.-+O2.- + 2H+ -> H2O2 + O2

• Šioje reakcijoje susidariusiame vandenilio perokside yra peroksido anijonų O22-, kurie taip pat yra toksiniai. Kadangi ląstelinio kvėpavimo metu susidaro vandenilio peroksidas, mikrobai įgavo fermentų, kurie jį neutralizuotų. Dažniausiai sutinkamas toks fermentas yra katalazė, kuris vandenilio peroksidą paverčia į vandenį ir deguonies molekulę:

2H2O2 -> 2H2O + O2

Dėl atliekamos reakcijas, katalazės buvimas yra lengvai identifikuojamas (ir taip panaudojama kaip vienas iš biocheminių testų rūšims atpažinti). Kai vandenilio peroksidas yra užlašinamas ant mikroorganizmų kolonijos, gaminančios katalazę, susidaro deguonies dujų burbuliukai. Bet kuris nors kartą žaizdą valęs vendenilio peroksidu turėjo pastebėti, kad žmonių ląstelės taip pat gamina katalazę.

Kitas fermentas, gebantis skaidyti vandenilio peroksidą, yra peroksidazė, kuri skiriasi nuo katalės tuo, kad reakcijos metu nesusidaro deguonis:

H2O2 +2H+ -> 2H2O 

• Hidroksilo radikalas (OH·) – turbūt labiausiai aktyvi tarpinė deguonies forma. Jis susiformuoja ląstelės citoplazmoje jonizuojančiosios radiacijos metu. Aerobinio ląstelinio kvėpavimo metu taip pat susidaro šiek tiek hidroksilo radikalų, bet jie yra laikini.

Obligatiniai anaerobai dažniausiai negamina nei superoksido dismutazės, nei katalazės. Kadangi esant aerobinėms sąlygoms ląstelėse susidaro superoksido radikalai, obligatiniai anaerobai yra labai jautrūs deguoniui.

Aerotolerantiški anaerobai negali naudoti deguonies savo augimui, bet jie gana gerai jį toleruoja. Ant kietų terpių jie auga be jokių papildomų technikų, reikalingų obligatiniams anaerobams. Dauguma aerotolerantinių bakterijų angliavandenius fermentuoja iki pieno rūgšties. Besikaupianti pieno rūgštis stabdo aerobinių konkurentų augimą ir sukuria ekologinę nišą pieno rūgšties gamintojams. Aerotolerantinio anaerobo, gaminančio pieno rūgštį, pavyzdys yra Lactobacilli, naudojamos maisto fermentacijoje. Laboratorinėmis sąlygomis jie yra laikomi ir auginami panašiai kaip kitos bakterijos, tik aerotolerantiški anaerobai nenaudoja ore esančio deguonies. Šios bakterijos geba toleruoti deguonį, nes jos turi SOD ar ekvivalenčią sistemą, neutralizuojančią aptartas toksines deguonies formas.

Nedidelė dalis bakterijų yra mikroaerofilai. Jos yra aerobinės, tačiau jų augimui reikia mažesnių deguonies koncentracijų, nei yra ore. Mėgintuvėlyje su kieta mitybine terpe jos šiek tiek giliau, kur yra mažesnis deguonies kiekis. Mikroaerofilai neauga deguonimi turtingame paviršiuje ar zonoje, kurioje yra kitoms bakterijoms pakankamas deguonies kiekis. Ši apribota tolerancija tikriausiai atsiradusi dėl jautrumo superoksido radikalams ir peroksidams, kuriuos gamina letaliomis (mirtinomis) koncentracijomis deguonimi turtingomis sąlygomis.

https://courses.lumenlearning.com/microbiology/chapter/oxygen-requirements-for-microbial-growth/

Organiniai augimo faktoriai

Būtinos organinės dalelės, kurių organizmai negali sintetinti patys, yra vadinamos organiniais augimo faktoriais. Jie yra gaunami iš aplinkos. Viena grupė organinių augimo faktorių žmonėms yra vitaminai. Dauguma vitaminų atlieka kofermentų funkciją (organiniai kofaktoriai reikalingi fermentų veiklai). Dauguma bakterijų gali pačios sintetinti joms reikalingus vitaminus, tačiau kai kurios neturi fermentų, leidžiančių sintetinti tam tikrus vitaminus. Kiti organiniai augimo faktoriai, reikalingi daugumai bakterijų, yra aminorūgštys, purinai ir pirimidinai.

http://www.lifehack.org/articles/lifestyle/5-secrets-getting-the-most-from-your-vitamins-and-supplements.html

Sekit ir dalinkitės. Nauji įrašai kiekvieną pirmadienį, trečiadienį ir penktadienį. Iki kito susitikimo :)

chekas

Informacijos šaltiniai:

• Gerard J. Tortora, Berdell R.Funke, Christine L. Case. "Microbiology. An Indtroduction". 11th edition. p 158-160