主な違い – 好気性細菌と嫌気性細菌
細菌は、原核生物の中でも大きな領域を占めています。
体長は数マイクロメートルで、球状、棒状、渦巻き状などさまざまな形をしています。
土壌、水、酸性温泉、放射性廃棄物、地殻深部、動植物への寄生など、さまざまな環境に生息している。
有機物を分解して栄養を再利用したり、大気中の窒素を固定して栄養循環を行うなど、重要な役割を担っている。
また、細菌には様々な代謝のタイプがあります。
呼吸の種類によって分類すると、好気性細菌と嫌気性細菌の2つのグループに分けられる。
好気性細菌と嫌気性細菌の主な違いは、嫌気性細菌が電子伝達連鎖の最終電子受容体として酸素分子を用いるのに対し、嫌気性細菌は最終電子受容体として他の分子や化合物を用いる点です。
好気性細菌とは？
好気性細菌とは、酸素の存在下で生育する微生物を指す。
酸素を利用できる細菌は、偏性好気性菌、通性嫌気性菌、微好気性菌、耐好気性嫌気性菌の4種類です。
偏性好気性菌は、細胞呼吸と呼ばれるプロセスで、酸素を使って糖や脂肪を酸化し、エネルギーを生成する。
酸素があれば、通性嫌気性菌は酸素を利用して呼吸を行う。
微好気性菌は酸素を必要とするが、大気中よりも低いレベルの酸素を含む環境が必要である。
好気性嫌気性菌は酸素を必要としないが、嫌気性菌のように酸素によって害を受けることはない。
図1に、液体培養における各種細菌の挙動を示す。
図1：液体培養における細菌の種類別挙動
1-偏性好気性菌、2-偏性嫌気性菌、3-通性好気性菌、4-微好気性菌、5-耐好気性菌
好気性細菌は、酸素の存在下でグルコースなどの単糖類を細胞呼吸により酸化する。
好気性呼吸は、クレブスサイクル、解糖、酸化的リン酸化の3つのステップで行われる。
解糖では、グルコース（C6）が細胞質で2つのピルビン酸（C3）分子に分解される。
酸素の存在下でピルビン酸はオキサロ酢酸（C4）と結合してクエン酸（C6）を生成し、クエン酸サイクルでアセチルCoAが除去される。
クエン酸サイクルは、細胞呼吸の第2段階であり、クレブスサイクルとも呼ばれる。
クレブスサイクルでは、NADをNADHに還元しながら、二酸化炭素を老廃物として排出する。
グルコース1分子あたり6個のNADH、2個のFADH2、2個のATPがクレブスサイクルにより生成される。
酸化的リン酸化は、細胞呼吸の第3段階として電子輸送鎖を採用し、ATP合成酵素によって30個のATPを生産するもので、上記のNADHとFADH2分子を使用する。
ブドウ糖の酸化の平衡化学反応は以下の通りです。
C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 リン酸 → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
好気性菌の例として、乳酸菌、結核菌、ノカルジア菌などがあります。
嫌気性菌とは？
嫌気性菌とは、酸素がない状態で増殖する微生物のことです。
酸素を許容できない細菌を偏性嫌気性菌という。
通性嫌気性菌は、酸素がなくても増殖することができます。
しかし、培地中に酸素があればそれを使って、通常の嫌気性呼吸よりも多くのエネルギーを生み出すことができる。
好気性細菌は酸素を利用しないが、酸素の存在下でも生存できる。
嫌気性細菌は、窒素循環などの栄養循環に大きな役割を果たしている。
図2に、窒素循環における嫌気性細菌とその役割を示します。
図2: 窒素サイクル
偏性嫌気性菌の中には発酵を利用するものと、嫌気性呼吸を利用するものがあります。
耐好性細菌は発酵を、通性嫌気性細菌は発酵、嫌気性呼吸、好気性呼吸のいずれかを利用する。
発酵
発酵には、乳酸発酵とエタノール発酵の2種類があります。
どちらの方法も、まず解糖から始まります。
第二段階は発酵です。
発酵では、電子輸送連鎖は用いられない。
それぞれの発酵の化学反応を以下に示す。
乳酸発酵
C6H12O6＋2ADP＋2リン酸 → 2乳酸＋2ATP
エタノール発酵
C6H12O6＋2ADP＋2リン酸→2C2H5OH＋2CO2↑＋2ATP
嫌気性呼吸
嫌気性呼吸の最終電子受容体は、好気性呼吸のような酸素分子ではない。
生物の種類によって、最終電子受容体の種類は異なる。
硫黄、鉄、マンガン（IV）、コバルト（III）、ウラン（VI）などのイオンや、フマル酸、硫酸、硝酸、炭酸ガスなどの化合物です。
メタン生成細菌は、そのような生物の一種であり、酸素がない状態で二酸化炭素を最終的な電子受容体として利用する。
副産物としてメタンガスを発生させる。
バクテロイデス、クロストリジウム、大腸菌などが嫌気性菌の一例です。
好気性細菌と嫌気性細菌の類似点
- 好気性細菌も嫌気性細菌も原核生物です。
- 好気性細菌も嫌気性細菌も、解糖、クレブスサイクル、電子輸送連鎖の3つの細胞呼吸のステップを経ている。
- 好気性細菌も嫌気性細菌も、細胞呼吸のすべての段階は細胞質で行われる。
- 好気性細菌も嫌気性細菌も、細胞質で細胞呼吸を行う。
好気性菌と嫌気性菌の違い
定義
好気性細菌。
好気性細菌は、酸素の存在下で増殖する微生物を指す。
嫌気性細菌。
嫌気性菌：酸素がない状態で増殖する微生物。
意義
好気性細菌。
好気性細菌の最終的な電子受容体は分子状酸素です。
嫌気性細菌。
嫌気性細菌の最終電子受容体は、第二鉄、硫黄、硝酸塩、フマル酸塩、二酸化炭素のいずれかです。
酸素を無毒化する能力
好気性細菌。
好気性細菌は、カタラーゼやスーパーオキシドなどの酸素を無害化する酵素を持つ。
嫌気性菌。
嫌気性菌：酸素を無毒化する酵素を持たない。
酸素の有無
好気性細菌。
好気性細菌は、酸素の存在下でのみ生存できる。
嫌気性細菌。
嫌気性細菌は、酸素のあるところでは生きていけません。
ファイナルエレクトロンアクセプター
好気性細菌。
好気性細菌が酸素分子より水を生成する。
嫌気性菌。
嫌気性菌：硝酸塩、メタン、硫化物、酢酸類似物質が生成される。
ハビタット
好気性細菌。
土の中や水中、さまざまな表面に生息している。
嫌気性菌。
動物の消化器官（胃から直腸）など、酸素の少ない場所に生息している。
エネルギー生産の効率化
好気性細菌。
好気性菌の方が、より多くのエネルギーを生産する。
嫌気性菌。
嫌気性菌はエネルギー生産量が少ない。
液体媒体中
好気性細菌。
液体培地では好気性菌は培地の表面に出てくる。
嫌気性菌。
嫌気性菌は、培地の底に沈殿する。
例
好気性細菌。
好気性菌：乳酸菌、結核菌、ノカルジア菌などが挙げられる。
嫌気性菌。
嫌気性菌：Bacteroides、Clostridium、E. coliなど。
結論
好気性細菌と嫌気性細菌は、電子伝達連鎖の最終電子受容体が異なる2種類の細菌です。
好気性細菌は酸素分子を最終電子受容体とし、嫌気性細菌はそれ以外の物質を最終電子受容体としている。
好気性細菌と嫌気性細菌の主な違いは、細胞呼吸の際の最終電子受容体の種類です。
