Anaerobno dihanje

Anaerobno dihanje je prisotno v prokariotih. Pixabay

Kaj je anaerobno dihanje?

The Anaerobno dihanje o anaerobna je presnovna modalnost, kjer se sprošča kemična energija na podlagi organskih molekul. Končni sprejemnik elektronov tega procesa je molekula, ki ni kisik, na primer nitratni ion ali sulfati.

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

Nekateri mikroorganizmi - bakterije in kvasovke - pridobijo svojo energijo s pomočjo fermentacije. V tem primeru postopek ne zahteva kisika ali elektronske transportne verige. Po glikolizi dodamo dodaten par dodatnih reakcij in končni izdelek je lahko etilni alkohol.

Industrija je leta izkoristila ta postopek za proizvodnjo izdelkov, ki jih zanimajo ljudje, kot so kruh, vino, pivo, med drugim.

Naše mišice lahko izvajajo tudi anaerobno dihanje. Ko so te celice podvrženi intenzivnemu naporu, se začne proces laktične fermentacije, kar pomeni kopičenje tega izdelka v mišicah, kar ustvarja utrujenost.

Značilnosti anaerobnega dihanja

Energija v obliki ATP dobiva

Dihanje je pojav, s katerim se pridobiva energija v obliki ATP, ki temelji na različnih organskih molekulah - predvsem ogljikovih hidratih. Ta postopek poteka zahvaljujoč različnim kemičnim reakcijam, ki se pojavljajo znotraj celic.

Različni viri energije

Čeprav je glavni vir energije v večini organizmov glukoza, lahko druge molekule uporabimo za ekstrakcijo energije, kot so drugi sladkorji, maščobne kisline ali v primerih skrajne potrebe, aminokislin - strukturnih blokov beljakovin.

Energija, ki jo lahko sprosti vsaka molekula, je količinsko opredeljena v joulesu. Biokemijske poti ali poti organizmov za razgradnjo teh molekul so odvisne predvsem od prisotnosti ali ne kisika. Na ta način lahko dihanje razvrstimo v dve veliki skupini: anaerobni in aerobni.

Končni sprejemnik

V dihanju v anaerobiji obstaja veriga elektronskih transportnih verig, ki ustvarja ATP, končni sprejemnik elektronov pa je organska snov, kot so nitratni ion, sulfati, med drugim.

Vam lahko služi: protonefridi

Drugačen od fermentacije

Pomembno je, da te vrste anaerobnega dihanja ne zamenjujete s fermentacijo. Oba procesa sta neodvisna od kisika, v slednjem pa ni verige elektronskih transportnih verig.

Anaerobne dihalne vrste

Uporaba nitratov kot sprejemnika elektronov

Široka skupina anaerobnih bakterij za dihanje je katalogizirana z bakterijami, ki zmanjšujejo nitrate. V tej skupini je končni sprejemnik verige elektronskih transportnih verig NO ION₃^-.

V tej skupini obstajajo različni fiziološki načini. Reduktorji nitratov so lahko dihalne vrste, kjer ion ne₃^- Postane ne₂^-; Lahko denitrificirajo, kjer ta ion preide na n₂, ali vrste asimilatorja, kjer se zadevni ion spremeni v NH₃.

Darovalci elektronov so lahko med drugim piruvatni, sukcinat, laktat, glicerol, Nadh. Reprezentativni organizem tega presnove so dobro znane bakterije Escherichia coli.

Uporaba sulfatov kot sprejemnika elektronov

Le nekaj vrst strogih anaerobnih bakterij lahko vzame sulfatni ion in ga spremeni v S^2- in voda. Nekaj ​​substratov se uporablja za reakcijo, med najpogostejšimi je mlečna kislina in štiri ogljikove dikarboksilne kisline.

Uporaba ogljikovega dioksida kot sprejemnika elektronov

Arhaje so prokariotski organizmi, ki običajno naseljujejo skrajne regije, za njih pa je značilno, da kažejo zelo posebne presnovne poti.

Eden od teh so loki, ki lahko proizvajajo metan in ga dosežemo kot končni akceptor. Končni produkt reakcije je plin metana (ch₄).

Ti organizmi živijo samo na zelo specifičnih področjih ekosistemov, kjer je koncentracija vodika visoka, saj je eden od potrebnih elementov za reakcijo - kot ozadje jezer ali prebavni trakt nekaterih sesalcev.

Razlike med anaerobnim dihanjem in fermentacijo

Kot smo že omenili, je fermentacija presnovni proces, ki ne zahteva izvedbe kisika. Upoštevajte, da se od anaerobnega dihanja, omenjenega v prejšnjem razdelku, razlikuje po odsotnosti verige elektronskih transportnih verig.

Za fermentacijo je značilen, da je postopek, ki sprošča energijo, ki temelji na sladkorjih ali drugih organskih molekulah, ne potrebuje kisika, ne potrebuje KREBS ali verige elektronov.

Vam lahko služi: laktogeneza: značilnosti in stopnje

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

V primeru, da ni razpoložljivosti kisika, se lahko celica zateče k ustvarjanju organske molekule, da ustvari NAD⁺ ali NADP⁺ ki lahko spet vstopi v drug cikel glikolize.

Končni produkt je, odvisno od organizma, ki izvaja fermentacijo, lahko laktična kislina, etanol, propionska kislina, ocetna kislina, matrična kislina, butanol, aceton, izopropilna alkohol, sukcinska kislina, mravljična kislina, butaniol, butana.

Te reakcije so običajno povezane tudi z izločanjem ogljikovega dioksida ali molekulami dihidrogena.

Primeri organizmov z anaerobnim dihanjem

Strogi anaerobi

Mikroorganizmi, na katere vpliva prisotnost kisika, se imenujejo strogi anaerobni, kot je spol Clostridium.

Z anaerobnim metabolizmom omogoča tem mikroorganizmom, da kolonizirajo ekstremna okolja, ki nimajo kisika, kjer aerobni organizmi ne bi mogli naseliti, kot so zelo globoke vode, tla ali prebavni trakt nekaterih živali.

Izbirni anaerobi

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

Vendar pa obstajajo bakterije s strogim aerobnim dihanjem, ki lahko rastejo in se razvijajo le v okolju, ki so v kisiku.

V mikrobioloških znanostih je poznavanje vrste presnove značaj, ki pomaga identifikaciji mikroorganizmov.

Organizmi s sposobnostjo fermentacije

Poleg tega obstajajo tudi drugi organizmi, ki lahko izvajajo dihalne trakte brez potrebe po kisiku ali tekočini, to je ferment.

Med njimi najdemo nekaj vrst kvasovk (Saccharomyces), bakterije (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) in celo lastne mišične celice. Med postopkom je za vsako vrsto značilno, da izločajo drugačen izdelek.

Geobacter žanr

Nekateri organizmi Geobacter žanra, kot naprimer G. MetalliredUzens in G. SulphurredUzens Uporabljajo lahko humične snovi, kot so elektroni, in uporabljajo nitrate in/ali fumarate kot sprejemniki elektronov.

Na splošno organizmi, ki izvajajo ta postopek, zmanjšujejo nitrate (ne₃^-) Nitritos (št₂^-) s pomočjo encimskega nitrata reduktaze. Drugi organizmi lahko kot sprejemniki elektronov uporabijo nitrite kot sprejemniki elektronov.

Lahko vam služi: biološki determinizem pri človeku in živalih

Desulfovibrio Desulfuricans

Desulfovibrio Desulfuricans Gre za zmanjšanje bakterije sulfata. Tovrstne bakterije uporabljajo sulfat kot končni sprejemnik elektronov.

Anaeromyxobacter dehalogenans

Živi organizmi imajo veliko sposobnost prilagajanja, kar je mnogim omogočilo uporabo več sprejemnikov elektronov.

To je primer Anaeromyxobacter dehalogenans, Sev, ki se lahko uporablja kot sprejemniki elektronov, spojine, ki so drugačne kot nitriji, nitrati, železo, kisik, fumarat in celo uran.

Ekološka pomembnost

Z vidika ekologije anaerobno dihanje izpolnjuje transcendentalne funkcije znotraj ekosistemov. Ta postopek poteka v različnih habitatih, kot so morske sedimente ali sveže vodne telesa, globoka talna okolja.

Nekatere bakterije jemljejo sulfate, da tvorijo vodikov sulfid in uporabljajo karbonat za tvorbo metana. Druge vrste lahko uporabljajo nitratni ion in ga zmanjšajo na nitritski ion, dušikovo oksid ali plinasti dušik.

Ti procesi so ključnega pomena pri naravnih ciklih, tako za dušik kot za žveplo. Na primer, anaerobna pot je glavna pot, po kateri je dušik fiksiran in se lahko vrne v atmosfero v obliki plina.

Razlike z aerobnim dihanjem

Najbolj očitna razlika med tema dvema presnovnima procesoma je uporaba kisika. V aerobiki ta molekula deluje kot končni sprejemnik elektronov.

Energija, aerobno dihanje je veliko bolj donosno, saj sprošča pomembne količine energije - približno 38 molekul ATP. V nasprotju s tem je za dihanje v odsotnosti kisika značilno veliko manjše število ATP, ki se zelo razlikuje glede na telo.

Tudi izdelki za izločanje se razlikujejo. Aerobno dihanje se konča s proizvodnjo ogljikovega dioksida in vode, medtem ko so v aerobnih posredniških produktih raznoliki - na primer mlečna kislina, alkohol ali druge organske kisline.

Glede na hitrost aerobno dihanje traja veliko dlje. Tako anaerobni proces predstavlja za organizme hiter vir energije.

Reference

1. Baron, s. (devetnajst devetdeset šest). Mikrobiologija Medical. 4. izdaja. Medicinska podružnica Univerze v Teksasu v Galvestonu.
2. Beckett, b. S. (1986). Biologija: sodoben uvod. Oxford University Press, ZDA.