אורגניזם אל-אווירני (אנאירובי) הוא יצור שיכול, או חייב, לחיות בלי חמצן חופשי. רובם מיקרואורגניזמים, בעיקר חיידקים, ומעט פטריות ופרוטיסטים. המונח "אנאוקסי" משמש בדרך כלל לתאר סביבה חסרת חמצן, אך לא תמיד שומרים על ההבחנה.
האורגניזמים הראשונים על פני כדור הארץ, לפני כ-4 מיליארד שנים, היו חיידקים אל-אווירניים. הם הפיקו אנרגיה על ידי תגובות חמצון-חיזור של חומרים אנאורגניים. מאוחר יותר הופיעו חיידקים פוטוסינתטיים שהשתמשו בגופרית או במימן גופרתי כתורמי אלקטרונים והחלו לקבע פחמן דו-חמצני לסוכרים. בהמשך התפתחו הכחוליות (ציאנובקטריה) שהשתמשו במים כתורם אלקטרונים לפוטוסינתזה, ובכך שחררו חמצן לאטמוספירה. העלייה בריכוז החמצן איפשרה את הופעתם של חיידקים אווירניים וכמו כן של יצורים מורכבים שמנצלים חמצן ביעילות רבה יותר. כיום רוב היצורים המפותחים, כמו צמחים ובעלי חיים, הם אווירניים בלבד.
כאשר תאים מנצלים חמצן בנשימה תאית, נוצרים תוצרי לוואי רעילים הנקראים רדיקלים חמצוניים או מולקולות מחמצנות. שתי דוגמאות חשובות הן יון הסופראוקסיד (מולקולה טעונה מאוד, O2-) ומימן על-חמצני (מי חמצן, H2O2). חומרים אלה מגיבים בקלות עם מרכיבים תאיים ויכולים להזיק לתא. אף ששיעור תוצרי הלוואי קטן יחסית מהחמצן המעובד, הוא מספיק להיות מסוכן.
אורגניזמים אווירניים התפתחו מנגנונים להגנה מפני חומרים אלה. שלושה אנזימים עיקריים מנטרלים את התוצרים הרעילים: סופראוקסיד דיסמוטאז, פרוקסידאז וקטלאז.
סופראוקסיד דיסמוטאז (SOD) הופך את יון הסופראוקסיד לפחות מזיק על ידי יצירת מימן על-חמצני וחמצן. התהליך נקרא דיסמוטציה, שם המתייחס לעובדה שמולקולה אחת מחמצנת בעוד אחרת מחזרת. האנזים מכיל אטום מתכת במרכזו; המתכת עשויה להיות מנגן, נחושת, ברזל או אחרים. בעשייה מעשית אפשר לתאר את התוצאה כך: שתי מולקולות סופראוקסיד הופכות לחמצן ולמימן על-חמצני.
פרוקסידאז (Peroxidase) ממיר מימן על-חמצני למים. האנזים זקוק לחומר מחזר כדי למסור אלקטרונים. בחיידקים החומר הזה הוא NADH, מולקולת נשא אלקטרונים חשובה בתא. ברקמות של יונקים קיים סוג דומה הנקרא גלוטתיון פרוקסידאז, שמשתמש בחלבון גלוטתיון כחומר מחזר. גלוטתיון מכיל חומצת אמינו מיוחדת שנקראת סלנוציסטאין; אטום הסלניום בה חשוב לתפקוד האנזים. רוב הפרוקסידאזים כוללים גם קבוצת הם (heme) עם אטום ברזל במרכז.
קטלאז הוא האנזים הפעיל ביותר לנטרול מי חמצן. הוא מפרק מי חמצן למים ולחמצן חופשי. הקטלאז מכיל גם הוא קבוצת הם ומבצע תגובה דו־שלבית שמסתכמת בכך ששתי מולקולות של מי חמצן הופכות לשתי מולקולות מים ולמולקולת חמצן אחת.
יש הבדלים בהתאמה לחמצן בין קבוצות מיקרואורגניזמים. יצורים אווירניים אובליגטוריים מייצרים בדרך כלל את שלושת האנזימים המוזכרים ומסתמכים על חמצן להפקת אנרגיה. מיקרואירופילים (יצורים המעדיפים ריכוזי חמצן נמוכים) מייצרים את האנזימים האלה בכמויות פחותות ונזקקים לריכוז חמצן נמוך.
במעבדה בודקים את התייחסות המיקרואורגניזמים לחמצן על ידי גידולם בתנאים אווירניים, דלי-חמצן או אל-אווירניים. שיטה נפוצה היא לזרוע על מצע גידול ולראות היכן מתפתחים מושבות. אפשר גם להשתמש במצע נוזלי במבחנות ולראות היכן החיידקים מתרכזים. נוכחות קטלאז נבדקת בקלות במבחן קטלאז פשוט.
אורגניזמים אל-אווירניים מפיקים אנרגיה בדרכים רבות ושונות במקום להשתמש בחמצן. ממלכת החיידקים, במיוחד, מגוונת מאוד מבחינה מטבולית. במינים אווירניים, הפקת האנרגיה מבוססת על העברת אלקטרונים ויצירת מפל פרוטונים, שמשמש להפקת אנרגיה, כאשר חמצן הוא קולט האלקטרונים הנפוץ. כתלות באורגניזם ובסביבה קיימות שלוש חלופות עיקריות לשימוש בחמצן.
הקשר של יצורים לחמצן שימש בעבר קריטריון חשוב למיון מיקרואורגניזמים. בדרך כלל חיידקים מאותה משפחה מתנהגים בצורה דומה כלפי חמצן.
אורגניזם אל-אווירני חי בלי חמצן. רובם חיידקים. חלק קטן פטריות ופרוטיסטים. המילה "אנאוקסי" מתארת מקום בלי חמצן.
לפני מיליארדי שנים חיו רק יצורים כאלה. הם קיבלו אנרגיה מחומרים שאינם אורגניים. אחרי כן הופיעו חיידקים שעשו פוטוסינתזה. חלק מהם השתמשו במים. זה שחרר חמצן לאטמוספירה. החמצן הזה איפשר להופיע יצורים שמנצלים חמצן, כמו צמחים ובעלי חיים.
כשאורגניזמים משתמשים בחמצן נוצרים תוצרים מסוכנים. דוגמאות הן מי חמצן וסופראוקסיד. הם עלולים לפגוע בתא. לכן יש שלושה אנזימים שמנטרלים אותם.
סופראוקסיד דיסמוטאז (SOD) מקטין את הפגיעה של הסופראוקסיד. הוא הופך אותו לחומרים פחות רעילים.
פרוקסידאז עושה שמי החמצן יהפכו למים. בחיידקים עושים זאת בעזרת NADH. אצל יונקים יש גלוטתיון, חלבון שעוזר. גלוטתיון מכיל סלניום, חומר חשוב ליונקים.
קטלאז מפרק מי חמצן למים ולחמצן. זה עוזר לתא שלא להיפגע.
יש יצורים שמצריכים חמצן ויש כאלה שמסתדרים בלי חמצן. יש גם יצורים שמעדיפים מעט חמצן.
במעבדה מגדלים חיידקים בתנאים עם או בלי חמצן. ככה בודקים מי צריך חמצן. יש גם מבחן פשוט לקטלאז.
יצורים אל-אווירניים משתמשים בדרכים שונות להפיק אנרגיה. החיידקים מגוונים מאוד.
במיון חיידקים בעבר ראו אם הם אוהבים חמצן. בדרך כלל חיידקים מאותה משפחה מתנהגים דומה.
תגובות גולשים