Ich habe das nachgeschlagen und frage mich, ob ich bisher mit Folgendem richtig liege:
Wenn das der Fall ist, habe ich mich gefragt, ob es Prokaryoten gibt, die nur fermentieren, und wenn ja, haben sie ATP-Synthasen und ein ETC? Mit anderen Worten, gibt es Organismen ohne ATP-Synthasen und ein ETC (was sie dazu zwingen würde, allein durch Fermentation zu überleben, es sei denn, es gibt eine andere Methode der Energieerzeugung in Prokaryoten, die keine ATP-Synthasen und ein ETC verwendet, die ich bin fehlen)?
Vielen Dank
Dies ist eine interessante Frage (ich meine das wirklich ernst – siehe unten), für die eine klare Antwort im Internet bemerkenswert schwierig zu finden ist. Als ich danach googelte, bekam ich Seiten mit Aussagen, dass obligat anaerobe Bakterien immer noch die Elektronentransportkette (ETC) und die ATP-Synthase hatten, da es andere Elektronenakzeptoren als Sauerstoff gab. Ja, wir wissen, dass die Dinge in Thermalquellen und heißen Quellen anders sind, aber was ist mit Gasbrand? Ich bin kein Mikrobiologe, aber ich habe vor einigen Jahren für ein biochemisches Bioinformatiklabor mit dem Stoffwechsel einiger Bakterien gespielt, daher kann ich zwei Fälle nennen, in denen anaeroben Bakterien entweder das ETC oder sowohl das ETC als auch die ATP-Synthase zu fehlen scheinen.
Clostridium perfringens
Dies ist das anaerob fermentierende Bakterium, das in infizierten Wunden zu Gasbrand führt und im Ersten Weltkrieg eine der Hauptursachen für den Verlust und die Sterblichkeit von Gliedmaßen war. Die DNA-Sequenz von Clostridium perfringens wurde bestimmt. Ich zitiere ausführlich aus dem Papier, da es die Fermentation beschreibt, aber kursiviere die Schlüsselaussage für diejenigen, die dies überspringen möchten:
Im Gegensatz zu C. acetobutylicum, das Enzyme des unvollständigen TCA-Zyklus aufweist, konnten wir keine Gene finden, die für Tricarbonsäure (TCA)-Zyklus- oder Atmungsketten-verwandte Proteine kodieren. Ähnlich wie bei C. acetobutylicum konnten wir eine Wegkarte für die anaerobe Fermentation erstellen, die zur Produktion von Laktat, Alkohol, Acetat und Butyrat führt, die alle häufig in C. perfringens-Kulturen nachgewiesen wurden. Im Fermentationsweg wird Pyruvat durch Pyruvat-Ferredoxin-Oxidoreduktase (CPE2061) in Acetyl-CoA umgewandelt, wodurch CO 2 -Gas und reduziertes Ferredoxin erzeugt werden. Elektronen aus dem reduzierten Ferredoxin werden durch Hydrogenase (CPE2346) auf Protonen übertragen, was zur Bildung von Wasserstoffmolekülen (H 2 ) führt, die zusammen mit CO 2 aus der Zelle freigesetzt werden.
Das im Extrakt erwähnte verwandte Bakterium Clostridium acetobutylicum ist ebenfalls ein obligater Anaerobier. (Es fermentiert eine Vielzahl pflanzlicher Mono- und Polysaccharide zu Aceton, Butanol und Ethanol – die im Ersten Weltkrieg zur Herstellung von Sprengstoff verwendet wurden.) Obwohl es einige Enzyme des TCA-Zyklus enthält, ist es nicht in der Lage, den Zyklus oxidativ zu nutzen , und wie Clostridium perifringens fehlen die Enzyme der Elektronentransportkette und eine ATP-Synthase.
Ureaplasma urealyticum (Ureaplasma parvum)
Dieser Mikroorganismus ist eher ein Mikroplasma (Mollicute) als ein Bakterium – dh ihm fehlt eine Zellwand. Es infiziert den menschlichen Urogenitaltrakt. Ihm fehlen die Komponenten einer Elektronentransportkette, aber er besitzt eine funktionelle ATP-Synthase. Es erzeugt einen Wasserstoffionengradienten, nicht durch Erhöhen der Wasserstoffionenkonzentration innerhalb des Intermembranraums durch die Oxidation von NADH im ETC, sondern durch Reduzieren der intrazellulären Wasserstoffionenkonzentration durch Erzeugen von Ammoniak aus Harnstoff (reichlich in seinem Lebensraum) in a Reaktion, die durch die Urease katalysiert wird, für die es kodiert. Die Sequenz des Organismus und Verweise auf frühere Arbeiten zu seiner Urease-Aktivität finden Sie hier .
Evolutionäre Überlegungen
Der Grund, warum ich diese Frage interessant finde, ist, dass anaerobe Organismen aeroben vorausgingen. Daher stellt sich die Frage, ob es zeitgenössische anaerobe Bakterien gibt, die sich aus diesen urzeitlichen Anaerobiern entwickelt haben und nie ein Elektronentransportsystem besessen haben – oder ob allen zeitgenössischen anaeroben Organismen eines fehlt ETC stammen von Organismen mit einem ETC (aerob oder mit einem anderen Elektronenakzeptor) und haben diese Funktionen gerade durch Nichtgebrauch verloren (wie in den obigen Beispielen höchstwahrscheinlich)? Diese Frage muss sicherlich von Fachleuten in Betracht gezogen worden sein.
Ja, die gibt es, obwohl ich viel graben musste, um sie zu finden. Sie werden streng fermentative Bakterien genannt .
Milchsäurebakterien (Lactobacillales (Firmicutes)) fermentieren Glucose durch Pyruvat zu Laktat unter Verwendung des glykolytischen Wegs und schließen die Gattungen Streptococcus , Lactococcus , Lactobacillus und Leuconostoc ein .
Von Madigan et al. 2014 Brock Biologie der Mikroorganismen, 14. Auflage ( PDF ):
p. 66.
"Mikrobielle Eukaryoten, die Hydrogenosomen enthalten, führen einen streng fermentativen Stoffwechsel durch. Beispiele hierfür sind der menschliche Parasit Trichomonas (Abschnitte 17.3 und 32.4) und verschiedene Protisten, die den Pansen von Wiederkäuern bewohnen (Abschnitte 1.5 und 22.7) oder anoxische Schlämme und Seesedimente."
S.93.
„Die Reversibilität der ATPase erklärt, warum streng fermentative Bakterien, denen Elektronentransportketten fehlen und die keine oxidative Phosphorylierung durchführen können, dennoch ATPasen enthalten pmf und nicht direkt aus ATP. Daher funktioniert die ATPase von Organismen, die nicht atmen können, wie z. B. die streng fermentativen Milchsäurebakterien, unidirektional, um dieses erforderliche pmf aus ATP zu erzeugen, das während der Phosphorylierung auf Substratebene in der Fermentation gebildet wird.
Trichomonas (Excavata) ist ein Eukaryot.
Dies ist eine sehr späte Antwort, aber vielen Mycoplasmen fehlen die meisten wichtigen Stoffwechselwege jenseits der Glykolyse; also keine Elektronentransportkette und kein Tricarbonsäurezyklus ( siehe Pollack et al. 2002 ).
Roland
David