Značilnosti anaerobne respiracije, vrste in organizmi



The anaerobno dihanje ali anaerobna je metabolična modalnost, kjer se kemična energija sprosti iz organskih molekul. Končni akceptor elektrona tega celotnega procesa je molekula, ki ni kisik, kot je nitratni ion ali sulfat.

Organizmi, ki predstavljajo to vrsto metabolizma, so prokariotski in se imenujejo anaerobni organizmi. Prokarionti, ki so strogo anaerobni, lahko živijo le v okoljih, kjer kisik ni prisoten, saj je zelo strupen in celo smrtonosen.

Nekateri mikroorganizmi - bakterije in kvas - pridobivajo energijo skozi proces fermentacije. V tem primeru postopek ne zahteva kisika ali transportne verige elektronov. Po glikolizi dodamo nekaj dodatnih reakcij in končni produkt je lahko etilni alkohol.

Industrija je že več let izkoristila ta proces za proizvodnjo proizvodov, ki so zanimivi za prehrano ljudi, kot so kruh, vino, pivo..

Naše mišice so sposobne izvajati tudi anaerobno dihanje. Ko se te celice intenzivno potrudijo, se začne proces mlečne fermentacije, ki povzroči kopičenje tega izdelka v mišicah, kar povzroči utrujenost..

Indeks

  • 1 Značilnosti
  • 2 Vrste
    • 2.1 Uporaba nitratov kot sprejemnika elektronov
    • 2.2 Uporaba sulfatov kot sprejemnika elektronov
    • 2.3 Uporaba ogljikovega dioksida kot sprejemnika elektronov
  • 3 Fermentacija
  • 4 Organizmi z anaerobno dihanjem
    • 4.1 Strogi anaerobi
    • 4.2 Neobvezni anaerobi
    • 4.3 Organizmi, ki lahko fermentirajo
  • 5 Ekološki pomen
  • 6 Razlike v aerobnem dihanju
  • 7 Reference

Funkcije

Dih je fenomen, s katerim se pridobiva energija v obliki ATP, začenši iz različnih organskih molekul - predvsem ogljikovih hidratov. Ta proces poteka zaradi različnih kemijskih reakcij, ki se odvijajo v celicah.

Čeprav je glavni vir energije v večini organizmov glukoza, se lahko druge molekule uporabljajo za pridobivanje energije, kot so drugi sladkorji, maščobne kisline ali v primerih skrajne potrebe, aminokisline - strukturni gradniki beljakovin.

Energija, ki jo lahko sprosti vsaka molekula, je izražena v joulih. Poti ali biokemične poti organizmov za razgradnjo teh molekul so odvisne predvsem od prisotnosti ali odsotnosti kisika. Na ta način lahko dihanje razvrstimo v dve veliki skupini: anaerobno in aerobno.

Pri anaerobni respiraciji obstaja transportna veriga elektronov, ki proizvaja ATP, končni akceptor elektrona pa je organska snov, kot je nitratni ion, sulfat, med drugim.

Pomembno je, da te vrste anaerobne respiracije ne zamenjate s fermentacijo. Oba procesa sta neodvisna od kisika, v slednjem pa ni nobene verige za prenos elektrona.

Vrste

Obstaja več poti, po katerih lahko organizem diha brez kisika. Če ni transportne verige elektronov, bo oksidacija organske snovi povezana z redukcijo drugih atomov v viru energije v procesu fermentacije (glej spodaj).

V primeru transportne verige lahko končni akceptor papirja prevzamejo različni ioni, med njimi nitrat, železo, mangan, sulfati, ogljikov dioksid..

Prenosna veriga elektronov je sistem reakcij oksidacijske redukcije, ki vodi do proizvodnje energije v obliki ATP, z modalnostjo, imenovano oksidativna fosforilacija.

Encimi, ki so vključeni v proces, najdemo znotraj bakterij, ki so zasidrane na membrani. Prokarioti imajo takšne invaginacije ali mehurčke, ki so podobni mitohondrijem evkariontskih organizmov. Ta sistem se med bakterijami zelo razlikuje. Najpogostejši so:

Uporaba nitratov kot akceptorja elektronov

Velika skupina bakterij z anaerobno respiracijo je katalogizirana kot bakterije, ki reducirajo nitrate. V tej skupini je končni akceptor verige prenosa elektronov NO ion3-.

V tej skupini obstajajo različni fiziološki modaliteti. Nitratni reduktorji so lahko dihalnega tipa, kjer je NO-ion3- se zgodi, da je NE2-; lahko denitrificira, kjer omenjeni ion gre na N2, ali o asimilacijskem tipu, kjer zadevni ion postane NH3.

Elektronski darovalci so lahko med drugim piruvat, sukcinat, laktat, glicerol, NADH. Reprezentativni organizem te presnove je dobro znana bakterija Escherichia coli.

Uporaba sulfatov kot sprejemnika elektronov

Le nekaj vrst strogo anaerobnih bakterij je sposobno vzeti sulfatni ion in ga pretvoriti v S2- in vodo. Za reakcijo se uporablja nekaj substratov, med najpogostejšimi so mlečna kislina in štiri-ogljikove dikarboksilne kisline..

Uporaba ogljikovega dioksida kot sprejemnika elektronov

Archaea so prokariontski organizmi, ki običajno naseljujejo ekstremne regije in so označeni z zelo specifičnimi presnovnimi potmi.

Eden od teh je arhej, ki je sposoben proizvajati metan in za dosego tega cilja kot končni sprejemnik uporablja ogljikov dioksid. Končni produkt reakcije je plin metan (CH4).

Ti organizmi le naseljujejo zelo specifična območja ekosistemov, kjer je koncentracija vodika visoka, ker je eden od elementov, potrebnih za reakcijo - kot dno jezer ali prebavnega trakta nekaterih sesalcev..

Fermentacija

Kot smo že omenili, je fermentacija presnovni proces, ki ne zahteva izvedbe kisika. Upoštevajte, da se razlikuje od anaerobne respiracije, omenjene v prejšnjem oddelku, zaradi odsotnosti verige za prenos elektrona.

Za fermentacijo je značilen proces, ki sprosti energijo iz sladkorjev ali drugih organskih molekul, ne potrebuje kisika, ne potrebuje Krebsovega cikla ali transportne verige elektronov, njen končni akceptor je organska molekula in proizvaja majhne količine ATP - eno ali dve.

Ko celica zaključi postopek glikolize, dobi dve molekuli piruvične kisline za vsako molekulo glukoze..

V primeru, da ni razpoložljivosti kisika, lahko celica uporabi generacijo neke organske molekule, da generira NAD+ ali NADP+ ki lahko vstopijo v drug cikel glikolize.

Glede na organizem, ki izvaja fermentacijo, so lahko končni produkt mlečna kislina, etanol, propionska kislina, ocetna kislina, maslena kislina, butanol, aceton, izopropilni alkohol, jantarna kislina, mravljinčna kislina, butandiol, med drugim.

Te reakcije so običajno povezane tudi z izločanjem ogljikovega dioksida ali dihidrogenskih molekul.

Organizmi z anaerobno dihanjem

Postopek anaerobne respiracije je značilen za prokariote. Za to skupino organizmov je značilno pomanjkanje pravega jedra (omejeno z biološko membrano) in subceličnih predelkov, kot so mitohondriji ali kloroplasti. V tej skupini so bakterije in arheje.

Strogi anaerobi

Mikroorganizmi, ki jih smrtno prizadene prisotnost kisika, se imenujejo strogi anaerobi, kot je spol Clostridium.

Imeti anaerobni tip metabolizma omogoča tem mikroorganizmom, da kolonizirajo ekstremna okolja brez kisika, kjer aerobni organizmi ne morejo živeti, kot so zelo globoke vode, tla ali prebavni trakt nekaterih živali..

Fakultativni anaerobi

Poleg tega obstajajo nekateri mikroorganizmi, ki se lahko izmenjujejo med aerobnim in anaerobnim metabolizmom, odvisno od vaših potreb in okoljskih pogojev..

Vendar pa obstajajo bakterije s strogo aerobno dihanje, ki lahko rastejo in se razvijajo le v okoljih, bogatih s kisikom.

V mikrobioloških znanjih je poznavanje vrste metabolizma znak, ki pomaga pri identifikaciji mikroorganizmov.

Organizmi, ki lahko fermentirajo

Poleg tega obstajajo še drugi organizmi, ki lahko izvajajo dihalne poti brez potrebe po kisiku ali transportni verigi, tj..

Med njimi najdemo nekatere vrste kvasovk (Saccharomyces), bakterije (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) in celo lastne mišične celice. Med postopkom je za vsako vrsto značilno izločanje drugega izdelka.

Ekološki pomen

Z vidika ekologije anaerobna respiracija izpolnjuje transcendentalne funkcije znotraj ekosistemov. Ta proces poteka na različnih habitatih, kot so morski sedimenti ali telesa sveže vode, globoka tla, med drugim..

Nekatere bakterije uporabljajo sulfate, da tvorijo vodikov sulfid in uporabljajo karbonat za tvorbo metana. Druge vrste lahko uporabljajo nitratni ion in ga zmanjšajo na nitritni ion, dušikov oksid ali dušikov plin.

Ti procesi so bistveni za naravne cikle, tako za dušik kot za žveplo. Na primer, anaerobna pot je glavna pot, po kateri je dušik fiksiran in se lahko vrne v ozračje v obliki plina..

Razlike v aerobnem dihanju

Najbolj očitna razlika med tema dvema presnovnima procesoma je uporaba kisika. Pri aerobiki ta molekula deluje kot končni akceptor elektrona.

Energetsko je aerobna respiracija veliko bolj donosna, saj sprosti znatne količine energije - približno 38 molekul ATP. V nasprotju s tem je za dihanje v odsotnosti kisika značilno veliko manjše število ATP, ki se močno razlikuje glede na organizem.

Izdelki se prav tako razlikujejo. Aerobna respiracija se konča s proizvodnjo ogljikovega dioksida in vode, medtem ko so v aerobnih polizdelkih različni - na primer mlečna kislina, alkohol ali druge organske kisline, na primer.

V smislu hitrosti, aerobno dihanje traja veliko dlje. Anaerobni proces je tako hiter vir energije za organizme.

Reference

  1. Baron, S. (1996). Medicinska mikrobiologija 4. izdaja. Medicinska veja Univerze v Teksasu v Galvestonu.
  2. Beckett, B.S. (1986). Biologija: sodoben uvod. Oxford University Press, ZDA.
  3. Fauque, G. D. (1995). Ekologija bakterij, ki reducirajo sulfate. V Bakterije, ki zmanjšujejo vsebnost sulfata (str. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikrobi: vir energije za 21. stoletje. New India Publishing.
  5. Wright, D. B. (2000). Človeška fiziologija in zdravje. Heinemann.