АНАЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ И ОРГАНИЗМЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Анаэробное дыхание или анаэробная метаболическая режим , который является химической энергией на основе органических молекул высвобождаются. Конечным акцептором электронов во всем этом процессе является молекула, отличная от кислорода, такая как нитрат-ион или сульфаты.

Организмы, которые представляют этот тип метаболизма, являются прокариотами и называются анаэробными организмами. Прокариоты, которые являются строго анаэробными, могут жить только в среде, где нет кислорода, поскольку он очень токсичен и даже смертен.

У прокариот присутствует анаэробное дыхание.
Источник: pixabay.com

Некоторые микроорганизмы - бактерии и дрожжи - получают энергию в процессе ферментации. В этом случае процесс не требует кислорода или цепи переноса электронов. После гликолиза добавляется пара дополнительных реакций, и конечным продуктом может быть этиловый спирт.

В течение многих лет промышленность использовала преимущества этого процесса для производства продуктов, представляющих интерес для человеческого потребления, таких как хлеб, вино, пиво и другие.

Наши мышцы также способны к анаэробному дыханию. Когда эти клетки подвергаются интенсивным усилиям, начинается процесс молочной ферментации, в результате чего этот продукт накапливается в мышцах, вызывая утомление.

характеристики

Дыхание - это явление, при котором энергия получается в форме АТФ, начиная с различных органических молекул, в основном углеводов. Этот процесс происходит благодаря различным химическим реакциям, происходящим внутри клеток.

Хотя основным источником энергии для большинства организмов является глюкоза, для извлечения энергии можно использовать и другие молекулы, например, другие сахара, жирные кислоты или, в случае крайней необходимости, аминокислоты - строительные блоки белков.

Энергия, которую способна выделять каждая молекула, измеряется в джоулях. Биохимические пути или пути организмов для разложения указанных молекул зависят, главным образом, от наличия или отсутствия кислорода. Таким образом, мы можем разделить дыхание на две большие группы: анаэробные и аэробные.

При анаэробном дыхании существует цепь переноса электронов, которая генерирует АТФ, а конечным акцептором электронов является органическое вещество, такое как нитрат-ион, сульфаты и другие.

Важно не путать этот вид анаэробного дыхания с брожением. Оба процесса не зависят от кислорода, но в последнем нет цепи переноса электронов.

Типы

Есть несколько способов, которыми организм может дышать без кислорода. Если цепь переноса электронов отсутствует, окисление органического вещества будет сопровождаться восстановлением других атомов из источника энергии в процессе ферментации (см. Ниже).

В случае транспортной цепи роль конечного акцептора электронов могут выполнять различные ионы, включая, среди прочего, нитрат, железо, марганец, сульфаты и диоксид углерода.

Цепь переноса электронов представляет собой реакционную систему восстановления оксида, которая приводит к производству энергии в форме АТФ с помощью метода, называемого окислительным фосфорилированием.

Ферменты, участвующие в этом процессе, находятся внутри бактерий, прикрепленных к мембране. Прокариоты имеют эти инвагинации или пузырьки, которые напоминают митохондрии эукариотических организмов. Эта система широко варьируется среди бактерий. Наиболее распространены:

Использование нитратов в качестве акцептора электронов

Большая группа бактерий с анаэробным дыханием классифицируется как нитратредуцирующие бактерии. В этой группе конечным акцептором цепи переноса электронов является ион NO ₃ ^- .

Внутри этой группы есть разные физиологические модальности. Восстановители нитратов могут быть респираторного типа, в котором ион NO ₃ ^- становится NO ₂ ^- ; Они могут быть денитрифицирующими, когда указанный ион переходит в N ₂ , или ассимилирующими, когда рассматриваемый ион превращается в NH ₃ .

Донорами электронов могут быть пируват, сукцинат, лактат, глицерин, НАДН и другие. Типичным организмом этого метаболизма являются хорошо известные бактерии Escherichia coli.

Использование сульфатов в качестве акцептора электронов

Лишь несколько видов строгих анаэробных бактерий способны улавливать сульфат-ион и превращать его в S ^2- и воду. Для реакции используется несколько субстратов, среди наиболее распространенных - молочная кислота и четырехуглеродистые дикарбоновые кислоты.

Использование диоксида углерода в качестве акцептора электронов

Археи - это прокариотические организмы, которые обычно населяют крайние районы и характеризуются очень специфическими метаболическими путями.

Одними из них являются археи, способные производить метан, и для этого они используют диоксид углерода в качестве конечного акцептора. Конечным продуктом реакции является газообразный метан (CH ₄ ).

Эти организмы населяют только очень специфические области экосистем, где концентрация водорода высока, поскольку он является одним из элементов, необходимых для реакции, например, дно озер или пищеварительный тракт некоторых млекопитающих.

Ферментация

Брожение вина

Как мы уже упоминали, ферментация - это метаболический процесс, для которого не требуется присутствие кислорода. Обратите внимание, что оно отличается от анаэробного дыхания, упомянутого в предыдущем разделе, отсутствием цепи переноса электронов.

Ферментация характеризуется тем, что это процесс, который высвобождает энергию, начиная с сахаров или других органических молекул, не требует кислорода, не требует цикла Кребса или цепи переноса электронов, его конечным акцептором является органическая молекула и производит небольшое количество АТФ. - один или два.

Как только клетка завершит процесс гликолиза, она получает две молекулы пировиноградной кислоты на каждую молекулу глюкозы.

При отсутствии кислорода клетка может прибегнуть к генерации какой-либо органической молекулы для достижения генерации НАД ⁺ или НАДФ ^+, которые могут снова войти в другой цикл гликолиза.

В зависимости от организма, который осуществляет ферментацию, конечным продуктом может быть, среди прочего, молочная кислота, этанол, пропионовая кислота, уксусная кислота, масляная кислота, бутанол, ацетон, изопропиловый спирт, янтарная кислота, муравьиная кислота, бутандиол.

Эти реакции также часто связаны с выделением молекул углекислого газа или дигидрогена.

Организмы с анаэробным дыханием

Процесс анаэробного дыхания типичен для прокариот. Эта группа организмов характеризуется отсутствием истинного ядра (ограниченного биологической мембраной) и субклеточных компартментов, таких как митохондрии или хлоропласты. В эту группу входят бактерии и археи.

Строгие анаэробы

Микроорганизмы, на которые летально влияет присутствие кислорода, называются строго анаэробными, например, род Clostridium.

Обладая анаэробным метаболизмом, эти микроорганизмы могут колонизировать экстремальные условия, лишенные кислорода, где не могут обитать аэробные организмы, такие как очень глубокие воды, почва или пищеварительный тракт некоторых животных.

Факультативные анаэробы

Кроме того, есть некоторые микроорганизмы, способные чередоваться между аэробным и анаэробным метаболизмом в зависимости от их потребностей и условий окружающей среды.

Однако есть бактерии со строгим аэробным дыханием, которые могут расти и развиваться только в богатой кислородом среде.

В микробиологических науках знание типа метаболизма является признаком, помогающим идентифицировать микроорганизмы.

Организмы, способные к брожению

Кроме того, существуют другие организмы, способные создавать дыхательные пути без потребности в кислороде или транспортной цепи, то есть они ферментируют.

Среди них мы находим некоторые типы дрожжей (Saccharomyces), бактерии (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) и даже наши собственные мышечные клетки. Во время этого процесса каждый вид выделяет свой продукт.

Экологическая значимость

С точки зрения экологии анаэробное дыхание выполняет трансцендентные функции внутри экосистем. Этот процесс происходит в разных средах обитания, таких как морские отложения или пресноводные водоемы, глубокие почвы и другие.

Некоторые бактерии используют сульфаты для образования сероводорода и используют карбонат для образования метана. Другие виды способны использовать нитрат-ион и восстанавливать его до нитрит-иона, закиси азота или газообразного азота.

Эти процессы жизненно важны в естественных круговоротах как азота, так и серы. Например, анаэробный путь - это основной путь, по которому азот фиксируется и может возвращаться в атмосферу в виде газа.

Отличия от аэробного дыхания

Наиболее очевидное различие между этими двумя метаболическими процессами - это использование кислорода. В аэробике эта молекула действует как конечный акцептор электронов.

С энергетической точки зрения аэробное дыхание намного полезнее, выделяя значительное количество энергии - около 38 молекул АТФ. Напротив, дыхание в отсутствие кислорода характеризуется гораздо меньшим количеством АТФ, которое широко варьируется в зависимости от организма.

Продукты выведения также различаются. Аэробное дыхание заканчивается производством углекислого газа и воды, тогда как при аэробном дыхании промежуточные соединения разнообразны, например, молочная кислота, спирт или другие органические кислоты.

Что касается скорости, аэробное дыхание занимает намного больше времени. Таким образом, анаэробный процесс представляет собой быстрый источник энергии для организмов.

Ссылки

1. Барон, С. (1996). Медицинская микробиология. 4-е издание. Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне.
2. Беккет, Б.С. (1986). Биология: современное введение. Oxford University Press, США.
3. Fauque, GD (1995). Экология сульфатредуцирующих бактерий. В сульфатредуцирующих бактериях (стр. 217-241). Спрингер, Бостон, Массачусетс.
4. Сони, СК (2007). Микробы: источник энергии 21 века. Издательство Новой Индии.
5. Райт, ДБ (2000). Физиология человека и здоровье. Heinemann.