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Lexikon der Biologie: anaerobe Nahrungskette

anaerobe Nahrungskette, die komplexen Stoffwechselvorgänge beim Abbau polymerer Naturstoffe (z. B. Cellulose, Stärke, Lipide, Proteine; Biopolymere) unter Ausschluß von Sauerstoff. Dabei sind immer mehrere physiologisch unterschiedliche Bakteriengruppen (Bakterien) beteiligt. Es laufen schrittweise verschiedene Gärungen (Gärung) und anaerobe Atmungen (anaerobe Atmung) ab, wobei das Endprodukt der Gärung einer Bakteriengruppe der anderen als Substrat dienen kann ( vgl. Abb. ). Am Ende der Abbaukette der Polymeren entwickelt sich meist Methan, das durch Methanbildner (methanbildende Bakterien) in einer anaeroben Atmung durch Reduktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff (Carbonatatmung) oder aus Acetat (Acetate) gebildet wird. In geringer Konzentration kann auch H2S (Schwefelwasserstoff) durch Reduktion von Sulfat (Sulfate) in einer Sulfatatmung und N2 (Stickstoff) durch eine Denitrifikation auftreten. Bei der Zersetzung der organischen Stoffe entwickelt sich in hohen Mengen CO2 (Kohlendioxid) aus verschiedenen Gärungen und zusätzlich bei der Methanbildung aus Acetat. Der Zuwachs von Biomasse verläuft langsam, da wegen des geringen Energiegewinns in den Gärungen nur ca. 10% der umgesetzten Kohlenstoff-Substrate in Zellsubstanz umgewandelt werden. – Die Zersetzung der polymeren organischen Verbindungen kann in 4 Schritte unterteilt werden ( vgl. Abb. ): I) In der Hydrolyse-Phase findet eine Umwandlung der makromolekularen organischen Stoffe in lösliche Verbindungen durch extrazelluläre Enzyme (Polysaccharidasen [z. B. Cellulase], Proteasen, Lipasen) statt, die durch obligat und fakultativ anaerobe Bakterien (z. B. Clostridium-, Bacteroides-, Eubacterium-Arten) ausgeschieden werden. II) In der Versäuerungsphase (acinogene Phase) werden die löslichen Verbindungen (z. B. einfache Zucker) zu Buttersäure, Propionsäure, Alkoholen, H2 und CO2 durch obligate und fakultative Gärer umgewandelt (z. B. durch Clostridium-, Streptococcus-, Bifidobacterium-, Lactobacillus-, Eubacterium-Arten sowie Vertreter der Enterobacteriaceae). IIIa) In der Wasserstoff-und-Essigsäure-bildenden Phase (hydrogene und acetogene Phase) findet ein Abbau der Fettsäuren und Alkohole zu Essigsäure, CO2 und H2 durch spezifische, nur symbiontisch wachsende Bakterien (z. B. Syntrobacter wolinii, Syntrophomonas wolfei) statt. IIIb) Die Essigsäure-bildende Phase ([homo-]acetogene Phase) ist meist eine Nebenreaktion, in der Essigsäure aus Wasserstoff und CO2 gebildet wird (z. B.durch Clostridium woodii). IV) In der abschließenden Methan-bildenden Phase (methanogene Phase) findet eine Methanbildung durch Methanbakterien aus H2 + CO2 (z. B. Methanobacterium formicicum, Methanobrevibacter arboriphilus) und aus Essigsäure (z. B. Methanosarcina barkeri) statt (methanbildende Bakterien). – Beim Abbau der polymeren organischen Substrate bis zum Methan dienen Gärungsendprodukte einer physiologischen Bakteriengruppe einer anderen als Substrat. In dieser "anaeroben Nahrungskette" bedeutet es daher nicht etwa, daß – entsprechend einer "normalen" Nahrungskette – eine Bakteriengruppe die nächste "auffrißt". Vielmehr handelt es sich hier um eine optimale "Verwertungskette", in der der Abfall der Gärer von den anaeroben Atmern genutzt wird. Anaerobiose.

G.S.




anaerobe Nahrungskette

Methanbildung aus polymeren organischen Substraten durch eine anaerobe Nahrungskette, in der Gär-Endprodukte einer physiologischen Bakteriengruppe einer anderen als Substrat dienen.

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