厌氧生物(英语:Anaerobic organism,或是anaerobe),是指一种不需要氧气生长的生物。牠们大致上可以分为三种,即专性厌氧生物[1][2]兼性厌氧生物[3]耐氧厌氧生物[3] 。人体内的厌氧生物多存在于消化系统中,有些种类的厌氧细菌会产生毒素。[4]

图为5支培养有不同种类微生物的试管。试管内的培养基为巯基乙酸肉汤
1中培养的是专性需氧微生物。因为它们不能进行发酵及无氧呼吸,所以它们浮在了氧含量最高的上层。
2中培养的是专性厌氧微生物。因为它们体内因无过氧化氢酶等物质无法在有氧条件下存活,故浮在氧含量最低的下层。
3中培养的是兼性厌氧菌。它们既可以在有氧条件下也能够在无氧条件下生存,所以它们分布在试管培养基上的各处。但因为有氧呼吸较无氧呼吸能产生更多的ATP(三磷酸腺苷),故更多的菌体分布在上层。
4中培养的是微需氧微生物。它们不能进行发酵及无氧呼吸,也不能在高氧浓度环境中存活,故它们浮在试管中上层。
5中培养的是耐氧厌氧生物。这种细菌不能进行有氧呼吸,但却可以在高氧浓度环境下存活,所以它们均匀地分布在试管培养基上各处。

厌氧生物可以是单细胞的(例如原生生物[5]细菌[6]),但也可以是多细胞的(例如一些多毛纲生物)[7][8]

专性厌氧生物

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当暴露于有氧气的环境之下,有些厌氧生物会死亡。这种生物称为“专性厌氧生物”,牠们是以发酵无氧呼吸生存。在有氧的环境下,专性厌氧生物会出现缺乏超氧化物歧化酶过氧化氢酶的情况,这些可以帮助移走专性厌氧生物细胞内致命的超氧化物

兼性厌氧生物

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兼性厌氧生物是可以在有氧的环境中,利用当中的氧气进行有氧呼吸。但当在没有氧气的环境下,牠们部分 会进行发酵,而部分则进行无氧呼吸。影响作用转换的条件是氧气及可发酵物质的浓度。例如当有可发酵的糖给予啤酒酵母时,牠的可观察氧气消耗会立即停止,这称为“巴斯德变异”。这是由于对比所产生的能量,用作呼吸作用而消耗的能量很多而不值得进行;直至当可发酵的物质出现,纵然从发酵所产生的能量远低于呼吸所产生的能量,啤酒酵母仍会选择进行发酵。这种由呼吸转变为发酵的过程相比逆向的过程为快,因为牠已习惯透过发酵生长,线粒体需要时间来起动所致。

兼性厌氧细菌的例子有葡萄球菌属棒状杆菌属英语Corynebacterium李斯特菌属英语Listeria等,而真菌中的酵母亦是兼性厌氧的。

耐氧厌氧生物

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耐氧厌氧生物可以在有氧气环境生存,但牠们不会使用氧气作为最终电子受体英语terminal electron acceptor。所有的耐氧厌氧生物都是进行发酵的。

发酵

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厌氧生物有多种的发酵作用路径,其中最常见的是乳酸发酵路径:

C6H12O6 + 2二磷酸腺苷(ADP) + 2磷酸盐→ 2乳酸 + 2三磷酸腺苷(ATP)

此反应每摩尔所释放的能量约为150kJ,并保存在ATP中。在无氧呼吸中每一个单糖分子所释出的能量只有有氧呼吸的5%。

当氧气有所限制时,植物真菌一般都是使用乙醇发酵:

C6H12O6 + 2二磷酸腺苷 + 2磷酸盐→ 2 C2H5OH + 2CO2 + 2三磷酸腺苷

所释放而保存在ATP中的能量约为每摩尔180kJ。

厌氧细菌及古细菌会使用其他的发酵路径,如丙酸发酵、丁酸发酵、溶剂发酵、混合酸发酵、丁四醇发酵英语Butanediol fermentation氨基酸发酵英语Stickland fermentation乙酸生成英语Acetogenesis甲烷生成。有些厌氧细菌会生成危害较高等次生物(包括人类)的毒素,如破伤风毒素英语tetanus toxin肉毒杆菌素

参见

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参考文献

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  1. ^ Prescott LM, Harley JP, Klein DA. Microbiology 3rd. Wm. C. Brown Publishers. 1996: 130–131. ISBN 0-697-29390-4. 
  2. ^ Brooks GF, Carroll KC, Butel JS, Morse SA. Jawetz, Melnick & Adelberg's Medical Microbiology 24th. McGraw Hill. 2007: 307–312. ISBN 0-07-128735-3. 
  3. ^ 3.0 3.1 Hogg, S. Essential Microbiology 1st. Wiley. 2005: 99-100. ISBN 0-471-49754-1. 
  4. ^ Anaerobic bacteria – Overview. [2014-03-30]. (原始内容存档于2013-05-17). 
  5. ^ Upcroft P, Upcroft JA. Drug Targets and Mechanisms of Resistance in the Anaerobic Protozoa. Clinical Microbiology Reviews. 2001, 14 (1): 150–164. PMC 88967 . doi:10.1128/CMR.14.1.150-164.2001. 
  6. ^ Levinson, W. Review of Medical Microbiology and Immunology 11th. McGraw-Hill. 2010: 91–93. ISBN 978-0-07-174268-9. 
  7. ^ Schöttler, U. On the Anaerobic Metabolism of Three Species of Nereis (Annelida) (PDF). Marine Ecology Progress Series. November 30, 1979, 1: 249–54 [February 14, 2010]. ISSN 1616-1599. doi:10.3354/meps001249. (原始内容存档 (PDF)于2020-12-12). 
  8. ^ Roberts, Larry S., John Janovay. Foundations of Parasitology 7th. New York: McGraw-Hill. 2005: 405–407.