Zuurstofremming

Zuurstofremming is het fenomeen waarbij de aanwezigheid van moleculair zuurstof de werking van bepaalde biochemische systemen remt of de groei van zuurstofgevoelige organismen verhindert. Het komt vooral voor in anaerobe (zuurstofarme) systemen en bij enzymen die kwetsbaar zijn voor oxidatie. In de biologie is het begrip daarom relevant voor zowel micro-organismen als for the enzymatische processen waarbij zuurstof de activiteit kan verstoren.

De onderliggende mechanismen zijn divers. Zuurstof kan in ademende cellen leiden tot de vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS) zoals superoxide en waterstofperoxide, die eiwitten, lipiden en DNA beschadigen. Daarnaast kunnen zuurstofmoleculen chemisch inwerken op cofactoren en metalen zoals ijzer-sulfur clusters in zuurstofgevoelige enzymen. Bij sommige processen, zoals stikstofbinding door nitrogenase in diaardige bacteriën, kan O2 de enzymatische activiteit direct blokkeren of het hele proces uitschakelen. Ook kunnen cellulaire reductanten en metaalbindingen worden uitgedrukt of geoxideerd, waardoor metabole routes stil komen te liggen.

In praktijksituaties heeft zuurstofremming grote betekenis. In veel industriële fermentaties is strikt anaerobe groei vereist; blootstelling aan O2 kan groei remmen, productopbrengst verminderen en zelfs doden veroorzaken. Voorbeelden zijn anaerobe sporenproducerende bacteriën, methanogene archaea en stikstofbindende micro-organismen. Voormitigatie omvat onder meer het verwijderen van zuurstof uit het systeem, het gebruik van inert gas (zoals N2), zuurstofscavengers en het handhaven van redox-omstandigheden.

Zuurstofremming is thus een belangrijk concept in microbiologie, biochemie en biotechnologie, met consequenties voor zowel fundamenteel begrip als procesontwerp.