ANAEROBINIS KVĖPAVIMAS: SAVYBĖS, TIPAI IR ORGANIZMAI - BIOLOGIJA - 2025

Anaerobinis kvėpavimo arba anaerobinis medžiagų apykaitos režimas, kuris yra cheminis energija, grindžiama organinių molekulių yra išleistas. Galutinis elektronų akceptorius visame šiame procese yra molekulė, išskyrus deguonį, pavyzdžiui, nitrato jonas arba sulfatai.

Organizmai, pristatantys tokio tipo metabolizmą, yra prokariotai ir vadinami anaerobiniais organizmais. Griežtai anaerobiniai prokariotai gali gyventi tik tokiose aplinkose, kur nėra deguonies, nes jie yra labai toksiški ir netgi mirtini.

Prokariotuose yra anaerobinis kvėpavimas.
Šaltinis: pixabay.com

Tam tikri mikroorganizmai - bakterijos ir mielės - gauna savo energiją fermentacijos proceso metu. Tokiu atveju procesas nereikalauja deguonies ar elektronų pernešimo grandinės. Po glikolizės pridedama dar kelios papildomos reakcijos, o galutinis produktas gali būti etilo alkoholis.

Praėjus metams, pramonė pasinaudojo šiuo procesu, kad gamintų žmonėms svarbius produktus, tokius kaip duona, vynas, alus.

Mūsų raumenys taip pat sugeba atlikti anaerobinį kvėpavimą. Kai šios ląstelės yra veikiamos didelių pastangų, prasideda pieno rūgimo procesas, dėl kurio šis produktas kaupiasi raumenyse, sukurdamas nuovargį.

charakteristikos

Kvėpavimas yra reiškinys, kurio metu energija gaunama ATP pavidalu, pradedant nuo įvairių organinių molekulių - daugiausia angliavandenių. Šis procesas vyksta dėl įvairių cheminių reakcijų, vykstančių ląstelių viduje.

Nors daugumos organizmų pagrindinis energijos šaltinis yra gliukozė, energijai ekstrahuoti gali būti naudojamos kitos molekulės, tokios kaip kiti cukrūs, riebiosios rūgštys arba, esant ypatingam poreikiui, aminorūgštys - statybiniai baltymų blokai.

Energija, kurią gali išlaisvinti kiekviena molekulė, yra išreiškiama džauliais. Minėtų molekulių skilimo biocheminiai organizmų keliai ar keliai daugiausia priklauso nuo deguonies buvimo ar nebuvimo. Tokiu būdu kvėpavimą galime suskirstyti į dvi dideles grupes: anaerobinį ir aerobinį.

Anaerobiniame kvėpavime yra elektronų pernešimo grandinė, sukurianti ATP, o galutinis elektronų akceptorius yra organinė medžiaga, tokia kaip nitrato jonas, sulfatai, be kita ko.

Svarbu nepainioti šio anaerobinio kvėpavimo tipo su fermentacija. Abu procesai nepriklauso nuo deguonies, tačiau pastarajame nėra elektronų pernešimo grandinės.

Tipai

Yra keli būdai, kuriais organizmas gali kvėpuoti be deguonies. Jei nėra elektronų pernešimo grandinės, organinių medžiagų oksidacija bus susijusi su kitų atomų redukcija iš energijos šaltinio fermentacijos procese (žr. Žemiau).

Transporto grandinės atveju galutinio elektronų akceptoriaus vaidmenį gali atlikti įvairūs jonai, įskaitant nitratą, geležį, manganą, sulfatus ir anglies dioksidą.

Elektronų pernešimo grandinė yra oksido redukcijos reakcijų sistema, kuri sukuria energiją ATP pavidalu, naudojant modalumą, vadinamą oksidaciniu fosforilinimu.

Procese dalyvaujantys fermentai randami bakterijų viduje, pritvirtinti prie membranos. Prokariotai turi šias invaginacijas ar pūsleles, primenančias eukariotinių organizmų mitochondrijas. Ši sistema labai skiriasi bakterijomis. Dažniausiai pasitaikantys yra šie:

Nitratų kaip elektronų akceptoriaus panaudojimas

Didelė grupė bakterijų, turinčių anaerobinį kvėpavimą, yra klasifikuojamos kaip nitratus mažinančios bakterijos. Šios grupės, galutinis akceptorius iš elektronų transporto grandinės yra NO ₃ ^- jonų .

Šioje grupėje yra skirtingi fiziologiniai būdai. Nitratų reduktoriai gali būti kvėpavimo takų tipo, kai jonai NO ₃ ^- tampa NO ₂ ^- ; Jie gali būti denitrifikacijai, kur minėtas jonų pereina į N ₂ , arba iš asimiliuojančių tipo, jeigu atitinkamas jonų transformuojama į NH ₃ .

Elektronų donorais gali būti piruvatas, sukcinatas, laktatas, glicerolis, NADH. Tipiškas šio metabolizmo organizmas yra gerai žinomos Escherichia coli bakterijos.

Sulfatų kaip elektronų akceptoriaus panaudojimas

Tik keletas rūšių griežtos anaerobinių bakterijų yra pajėgi imtis sulfato jonų ir konvertuoti jį į S ^2- ir vandens. Reakcijai naudojami keli substratai, iš kurių labiausiai paplitę yra pieno rūgštis ir keturių anglies dikarboksirūgštys.

Anglies dioksido kaip elektronų akceptoriaus panaudojimas

Archaja yra prokariotiniai organizmai, paprastai gyvenantys ekstremaliuose regionuose ir pasižymintys ypatingais metabolizmo keliais.

Vienas iš jų yra archaja, galinti gaminti metaną, ir kaip galutinį akceptorių jie naudoja anglies dioksidą. Galutinis produktas reakcijos yra metano dujų (CH ₄ ).

Šie organizmai gyvena tik labai specifinėse ekosistemų vietose, kuriose vandenilio koncentracija yra didelė, nes tai yra vienas iš reakcijai būtinų elementų - pavyzdžiui, ežerų dugnas ar tam tikrų žinduolių virškinamasis traktas.

Fermentacija

Vyno fermentacija

Kaip minėjome, fermentacija yra metabolinis procesas, kuriam atlikti nereikia deguonies. Atkreipkite dėmesį, kad nuo ankstesniame skyriuje minimo anaerobinio kvėpavimo jis skiriasi tuo, kad nėra elektronų pernešimo grandinės.

Fermentacijai būdingas procesas, kuris išskiria energiją iš cukrų ar kitų organinių molekulių, nereikalauja deguonies, nereikia Krebso ciklo ar elektronų pernešimo grandinės, jo galutinis akceptorius yra organinė molekulė ir sukuria nedidelius ATP kiekius. - vienas ar du.

Kai ląstelė užbaigia glikolizės procesą, kiekvienai gliukozės molekulei ji gauna dvi piruvo rūgšties molekules.

Jei nėra deguonies, ląstelė gali susikurti kai kurias organines molekules, kad būtų sukurta NAD ⁺ arba NADP ^+, kuri vėl galėtų patekti į kitą glikolizės ciklą.

Atsižvelgiant į organizmą, kuris vykdo fermentaciją, galutinis produktas gali būti pieno rūgštis, etanolis, propiono rūgštis, acto rūgštis, sviesto rūgštis, butanolis, acetonas, izopropilo alkoholis, gintaro rūgštis, skruzdžių rūgštis, butaandiolis ir kt.

Šios reakcijos taip pat dažnai būna susijusios su anglies dioksido arba dihidrogeno molekulių išsiskyrimu.

Organizmai, turintys anaerobinį kvėpavimą

Prokariotams būdingas anaerobinis kvėpavimo procesas. Ši organizmų grupė pasižymi tuo, kad neturi tikrojo branduolio (kurį riboja biologinė membrana) ir tarpląstelinių skyrių, tokių kaip mitochondrijos ar chloroplastai. Šioje grupėje yra bakterijos ir archaja.

Griežti anaerobai

Mikroorganizmai, kuriuos mirtinai veikia deguonis, yra vadinami griežtai anaerobiniais, pavyzdžiui, Clostridium gentis.

Turėdami anaerobinį metabolizmą, šie mikroorganizmai gali kolonizuoti ekstremalią aplinką, kurioje nėra deguonies, kurioje aerobiniai organizmai negalėjo gyventi, pavyzdžiui, labai giliuose vandenyse, dirvožemyje ar kai kurių gyvūnų virškinamajame trakte.

Faultatyvūs anaerobai

Be to, yra keletas mikroorganizmų, galinčių pakeisti aerobinį ir anaerobinį metabolizmą, atsižvelgiant į jų poreikius ir aplinkos sąlygas.

Tačiau yra bakterijų, kurios kvėpuoja griežtai aerobiniu būdu ir kurios gali augti ir vystytis tik aplinkoje, kurioje gausu deguonies.

Mikrobiologijos moksle žinios apie metabolizmo tipą yra požymis, padedantis nustatyti mikroorganizmus.

Organizmai, turintys galimybę fermentuoti

Be to, yra ir kitų organizmų, galinčių sukurti kvėpavimo takus nereikia deguonies ar transportavimo grandinės, tai yra, jie fermentuojasi.

Tarp jų randame keletą mielių rūšių (Saccharomyces), bakterijų (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) ir net savo raumenų ląsteles. Proceso metu kiekviena rūšis pasižymi tuo, kad išskiria skirtingą produktą.

Ekologinė svarba

Ekologiniu požiūriu anaerobinis kvėpavimas ekosistemose atlieka transcendentines funkcijas. Šis procesas vyksta įvairiose buveinėse, tokiose kaip jūros nuosėdos ar gėlo vandens telkiniai, gilios dirvos aplinka, be kita ko.

Kai kurios bakterijos imasi sulfatų, kad susidarytų vandenilio sulfidas, o karbonatas naudoja metaną. Kitos rūšys gali naudoti nitrato joną ir redukuoti jį į nitrito joną, azoto oksidą ar azoto dujas.

Šie procesai yra gyvybiškai svarbūs gamtos cikluose, tiek azoto, tiek sieros. Pavyzdžiui, anaerobinis kelias yra pagrindinis maršrutas, kuriuo azotas pritvirtinamas ir gali grįžti į atmosferą kaip dujos.

Skirtumai nuo aerobinio kvėpavimo

Akivaizdžiausias skirtumas tarp šių dviejų medžiagų apykaitos procesų yra deguonies panaudojimas. Aerobikoje ši molekulė veikia kaip galutinis elektronų akceptorius.

Energetiškai daug naudingesnis yra aerobinis kvėpavimas, išskiriantis daug energijos - apie 38 ATP molekules. Priešingai, kvėpavimui trūkstant deguonies būdingas daug mažesnis ATP skaičius, kuris labai skiriasi priklausomai nuo organizmo.

Išskyrimo produktai taip pat skiriasi. Aerobinis kvėpavimas baigiasi anglies dioksido ir vandens susidarymu, o aerobinio kvėpavimo metu tarpiniai produktai yra įvairūs - pavyzdžiui, pieno rūgštis, alkoholis ar kitos organinės rūgštys.

Kalbant apie greitį, aerobinis kvėpavimas užtrunka daug ilgiau. Taigi anaerobinis procesas yra greitas energijos šaltinis organizmams.

Nuorodos

1. Baronas, S. (1996). Medicininė mikrobiologija. 4-asis leidimas. Teksaso universiteto medicinos skyrius Galvestone.
2. Beckett, BS (1986). Biologija: šiuolaikiška įžanga. „Oxford University Press“, JAV.
3. Fauque, GD (1995). Sulfatą redukuojančių bakterijų ekologija. In Sulfato redukuojančios bakterijos (p. 217–241). „Springer“, Bostonas, MA.
4. Sonis, SK (2007). Mikrobai: XXI amžiaus energijos šaltinis. Naujosios Indijos leidyba.
5. Wright, DB (2000). Žmogaus fiziologija ir sveikata. Heinemannas.