При аэробном дыхании электроны от окисляемого субстрата проходят через цепь переносчиков, а кислород служит конечным акцептором и восстанавливается до воды. Освобождаемая энергия используется клеткой, в том числе для синтеза АТФ. Протокол ASM[1] по оксидазному тесту описывает один из ферментных вариантов завершающей стадии, но не все аэробы обладают одинаковой дыхательной цепью.[1]
Аэробность не равна обязательному потреблению органики. Одни организмы окисляют органические соединения, другие получают энергию от неорганических субстратов. Она также не означает полезность или безвредность: отношение к кислороду ничего само по себе не говорит о патогенности или способности разрушать конкретный загрязнитель.
Разные отношения к кислороду
Облигатные аэробы нуждаются в кислороде для роста; факультативные организмы способны использовать его при наличии и переходить к другим энергетическим путям при отсутствии. Микроаэрофилы предпочитают пониженное содержание кислорода. Аэротолерантность означает переносимость кислорода и не обязательно его использование в дыхании. Эти различия важны при описании природных сообществ.
Клетка должна не только получать кислород, но и справляться с реакционноспособными продуктами его превращений. Состав защитных и дыхательных систем различается. Исследование Listeria monocytogenes показало роль разных терминальных оксидаз при разных кислородных условиях. Это конкретный физиологический пример, а не основание считать все аэробные микроорганизмы одинаковыми по потребности в кислороде.[2]
В биоплёнке или почвенном агрегате кислород может расходоваться быстрее, чем поступает внутрь. Поэтому наружный аэробный слой способен соседствовать с бескислородной микрозоной на очень малом расстоянии. Измерение кислорода в окружающей воде не всегда описывает условия каждой клетки внутри сообщества.
Экологические функции и пределы применения
Аэробные организмы участвуют в разложении органического вещества и круговоротах элементов. Нитрификация даёт пример использования неорганического источника энергии. Работа ван Кессел и соавторов выявила представителей Nitrospira, выполняющих полное окисление аммония до нитрата; ранее эти две стадии традиционно разделяли между функциональными группами.[3]
В очистных сооружениях аэробное сообщество уменьшает нагрузку на водоём, но его активность сама требует кислорода. В природной воде поступление большого количества разлагаемой органики способно усилить дыхание и вызвать дефицит кислорода для других организмов. Поэтому высокая активность аэробных разлагателей может сопровождаться ухудшением кислородного режима, если поступление кислорода отстаёт от расхода.
В биотехнологии подбирают субстрат, температуру, pH и условия удержания аэробной биомассы. Устойчивость к токсичным компонентам и способность разрушать целевое вещество проверяют для конкретного сообщества.