Anaerobe Atmung

• nicht O2 als Elektronenakzeptor genutzt

• Organisches Material als Hauptelektronendonator

• Prozesse:

  • Nitratreduktion

  • Manganreduktion

  • Eisenreduktion

  • Sulfatreduktion

  • Methanogenese

  • Fermentation

• lange KH

• Aromate

• nicht gut löslich und schnell verbraucht

Fermentation: ATP nur durch Phosphorylierung

• NADH aus Glykolyse für Reduktion von Pyruvat genutzt

• Kein Elektronenakzeptor

Resporation: ATP durch Protonengradient und ATPase

• effizienter

• Elektronentransportkette

• Wenn Elektronenakzeptor am Ende der Elektronentransportkette nicht Sauerstoff ist: anaerobe Atmung

• in geringen Mengen vorhanden

• Aber: bester Akzeptor nach Sauerstoff

Denitrifikation

• setzt Stickstoff wieder zu N2 frei

• Kann Eutrophierung entgegenwirken

• Nitrat (NO3-) zu N2

• über viele Zwischenschritte

  • Nitrat (NO3-) zu Nitrit (NO2-)

  • Nitrit zu Stickstoffmonoxid (NO)

  • Nitritoxid zu Distickstoffmonoxid (Lachgas, N2O)

  • Lachgas zu N2

• Bei Störung können Nitrit und Lachgas frei werden

  • Lachgas ist Treibhausgas

Dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammonium

• Begriff Ammonifikation schon verwendet

• Weniger Energie als Denitrifikation

• NO3- zu Ammonium

• Stickstoff bleibt biologisch verfügbar

• In anaeroben Meeresbereichen

  • in manchen Auftriebsgebieten von fakultativen anaeroben Bakterien

• frisches, aerobes, salziges Wasser strömt ein

  • belüftet

  • Erhält durch Salzgehalt (Dichte) aber auch Stratifikation

• permanent stratifizierte Becken:

  • Nitrat unterhalb oxischer Zone ganz aufgebraucht

  • Gotlandbecken, schwarzes Meer

• Sedimente:

  • Nitrat nach Sauerstoff verbraucht

  • Abhängig von Menge des Donators

• Fe verhält sich chemisch ähnlich wie Mangan, aber es wird weniger Energie frei

• Eisenpartikel als Akzeptor ungünstig für Bakterien

  • Anheften

  • Pili

  • Elektronenshuttle

  • Liganden

• strikt anaerob, vertragen keinen Sauerstoff

• guter Akzeptor nach Sauerstoff und Nitrat

• Spielt im freien Wasser praktisch keine Rolle

• In stratifizierten Becken und Sedimenten, falls genug Mangan da ist

• Verhält sich ähnlich wie Eisen

• wenn Sauerstoff, Nitrat, Mangan und Eisen aufgebraucht sind bzw. nicht mehr zur Verfügung stehen, wird Sulfat reduziert

• Sulfat ist viel vorhanden, ergibt aber ein giftiges Produkt (Sulfit) und gibt wenig Energie

• Sulfit reagiert mit reduziertem Fe2+ zu FeS (Eisenmonosulfid, schwarz)

Pyrit (FeS2, Katzengold)

• Schwefelsenke im Meer

• CO2 als Elektronenakzeptor, Wasserstoff als Elektronendonator

• Wasserstoff wird auch von Sulfatreduzierern genutzt

  • Methanogene können sich nicht durchsetzen

  • Erst wenn Sulfat aufgebraucht ist und immer noch Organik vorhanden ist (organikreiche Sedimente)

• Polymere werden mit Exoenzymen in Monomere gespalten

  • Zucker, Peptide, FS

• Monomere duch Gärung reduziert

• Reduzierte Verbindungen sind Substrat für anaerobe Atmung

  • Mit Nitrat, Mangan, Eisen, Sulfat, CO2

• Bei anaerober Atmung entstehen reduzierte Verbindungen, die durch Diffusion im Sediment oder Advektion in stratifizierten Becken wieder in oxidierte Bereiche gelangen

  • N2, Mn2+, NH4 +, Fe 2+, H2S, CH4

• Sauerstoff

• Nitrat (NO3 -)

• Mangan (MN 4+)

• Eisen (FE 3+)

• Sulfat (SO4 2-)

• CO2

• Pili zur Elektronenübertragung

• Elektronenshuttle zum Elektronenaustausch

• Liganden zur Aufnahme

Methan ist der schlechteste Akzeptor, Sulfat besser

Sulfatatmer dominant gegenüber methanogenen, nutzen beide Wasserstoff als Donator

Methanogene können sich nicht durchsetzen