Anaerobní respirační charakteristiky, typy a organismy



anaerobní dýchání nebo anaerobní je metabolická modalita, kde se chemická energie uvolňuje z organických molekul. Konečným akceptorem elektronů tohoto celého procesu je molekula jiná než kyslík, jako je dusičnanový ion nebo sulfáty.

Organismy, které představují tento typ metabolismu, jsou prokaryoty a nazývají se anaerobní organismy. Prokaryoty, které jsou přísně anaerobní, mohou žít pouze v prostředích, kde není přítomen kyslík, protože je vysoce toxický a dokonce smrtelný.

Některé mikroorganismy - bakterie a kvasinky - získávají svou energii prostřednictvím fermentačního procesu. V tomto případě tento postup nevyžaduje kyslík nebo elektronový transportní řetězec. Po glykolýze se přidá několik dalších reakcí a finálním produktem může být ethylalkohol.

Po celá léta tento průmysl využil tohoto procesu k produkci produktů, které jsou zajímavé pro lidskou spotřebu, jako je např. Chléb, víno, pivo..

Naše svaly jsou také schopny provádět anaerobní dýchání. Když jsou tyto buňky vystaveny intenzivnímu úsilí, začíná proces mléčné fermentace, což má za následek akumulaci tohoto produktu ve svalech, což způsobuje únavu..

Index

  • 1 Charakteristika
  • 2 Typy
    • 2.1 Použití dusičnanů jako akceptoru elektronů
    • 2.2 Použití síranů jako akceptoru elektronů
    • 2.3 Použití oxidu uhličitého jako akceptoru elektronů
  • 3 Fermentace
  • 4 Organismy s anaerobním dýcháním
    • 4.1 Přísné anaeroby
    • 4.2 Volitelné anaeroby
    • 4.3 Organismy se schopností kvasit
  • 5 Ekologický význam
  • 6 Rozdíly s aerobním dýcháním
  • 7 Odkazy

Vlastnosti

Dýchání je fenomén, kterým se získává energie ve formě ATP, počínaje různými organickými molekulami - především sacharidy. Tento proces probíhá díky různým chemickým reakcím, které probíhají uvnitř buněk.

I když je hlavním zdrojem energie ve většině organismů je glukóza, jiné molekuly mohou být použity pro extrakci energie, a jiné cukry, mastné kyseliny, nebo v extrémních případech, aminokyseliny - stavební bloky proteinů.

Energie, kterou je každá molekula schopna uvolnit, je kvantifikována v joulech. Cesty nebo biochemické cesty organismů pro degradaci těchto molekul závisí hlavně na přítomnosti nebo nepřítomnosti kyslíku. Tímto způsobem můžeme klasifikovat dýchání do dvou velkých skupin: anaerobní a aerobní.

V anaerobním dýchání, tam je elektronový transportní řetězec, který generuje ATP, a konečný elektronový akceptor je organická substance takový jako dusičnanový ion, sulfates, mezi ostatními.

Je důležité nezaměňovat tento typ anaerobního dýchání s kvašením. Oba procesy jsou nezávislé na kyslíku, ale v posledně uvedeném není žádný elektronový transportní řetězec.

Typy

Existuje několik cest, kterými může organismus dýchat bez kyslíku. Pokud neexistuje elektronový transportní řetězec, oxidace organické hmoty bude spojena s redukcí dalších atomů zdroje energie ve fermentačním procesu (viz níže)..

V případě, že je dopravní řetěz, role konečného příjemce elektronů může mít různé ionty, včetně dusičnanu, železo, mangan, sírany, oxid uhličitý, atd.

Elektronový transportní řetězec je systém oxidačně redukčních reakcí, které vedou k produkci energie ve formě ATP, modalitou nazývanou oxidační fosforylace..

Enzymy podílející se na procesu se nacházejí uvnitř bakterií ukotvených na membráně. Prokaryotes mají takové invaginace nebo vesikuly, které se podobají mitochondriím eukaryotických organismů. Tento systém se mezi bakteriemi velmi liší. Nejběžnější jsou:

Použití dusičnanů jako akceptoru elektronů

Velká skupina bakterií s anaerobním dýcháním je katalogizována jako bakterie redukující dusičnany. V této skupině je konečným akceptorem elektronového transportního řetězce NO ion3-.

V této skupině existují různé fyziologické modality. Dusičnany mohou být respiračního typu, kde NO iont3- stane se NE2-; může být denitrifikován, kde uvedený iont jde do N2, nebo asimilačního typu, kde se dotyčný iont stává NH3.

Donory elektronů mohou být mimo jiné pyruvát, sukcinát, laktát, glycerol, NADH. Reprezentativní organismus tohoto metabolismu je dobře známá bakterie Escherichia coli.

Použití sulfátů jako akceptoru elektronů

Pouze několik druhů přísných anaerobních bakterií je schopno přijímat sulfátové ionty a převádět je na S2- a voda. Pro reakci se používá několik substrátů, mezi nejběžnější patří kyselina mléčná a dikarboxylové kyseliny se čtyřmi uhlíky.

Použití oxidu uhličitého jako akceptoru elektronů

Archaea jsou prokaryotické organismy, které obyčejně obývají krajní oblasti, a jsou charakterizovány vystavením velmi specifických metabolických drah.

Jedním z nich je archaea schopná produkovat metan a pro dosažení tohoto cíle používají jako konečný akceptor oxid uhličitý. Konečným produktem reakce je metanový plyn (CH4).

Tyto organismy žijí pouze ve velmi specifických oblastech ekosystémů, kde koncentrace vodíku je vysoká, protože to je jeden z prvků potřebných pro reakci - jako dno jezera nebo trávicího traktu některých savců.

Fermentace

Jak jsme se zmínili, fermentace je metabolický proces, který nevyžaduje přítomnost kyslíku. Všimněte si, že se liší od anaerobní respirace uvedené v předchozí části kvůli absenci elektronového transportního řetězce.

Fermentace je charakterizován jako proces, který se uvolňuje energie založený na cukry nebo jiné organické molekuly, nevyžaduje kyslík, nepotřebuje Krebsova cyklu nebo elektronový dopravní řetěz, konečný akceptor je organická molekula a produkuje malé množství ATP - jeden nebo dva.

Jakmile buňka dokončí proces glykolýzy, získá dvě molekuly kyseliny pyrohroznové pro každou molekulu glukózy.

V případě, že není k dispozici kyslík, může se buňka uchýlit k tvorbě některých organických molekul, které generují NAD+ nebo NADP+ které mohou vstoupit do jiného cyklu glykolýzy.

V závislosti na těle drží kvašení, finální produkt může být kyselina mléčná, ethanol, kyselina propionová, kyselina octová, kyselina máselná, butanol, aceton, isopropylalkohol, kyselina jantarová, kyselina mravenčí, butandiol, atd..

Tyto reakce jsou také obvykle spojeny s vylučováním molekul oxidu uhličitého nebo dihydrogenů.

Organismy s anaerobním dýcháním

Anakerobní proces dýchání je typický pro prokaryoty. Tato skupina organismů je charakterizována nedostatkem skutečného jádra (ohraničeného biologickou membránou) a subcelulárních kompartmentů, jako jsou mitochondrie nebo chloroplasty. V této skupině jsou bakterie a archaea.

Přísné anaeroby

Mikroorganismy, které jsou zasaženy smrtelným způsobem přítomností kyslíku, se nazývají přísné anaeroby, jako je pohlaví Clostridium.

Anaerobní metabolismus mají určitý typ umožňuje tyto mikroorganismy kolonizují extrémních prostředích chybí kyslík, kde by aerobní ne žít jako velmi hluboké vody, půdy nebo zažívací trakt některých zvířat.

Fakultativní anaerobi

Navíc, tam jsou některé mikroorganismy schopné střídavě mezi aerobním a anaerobním metabolismem, v závislosti na vašich potřebách a podmínkách prostředí.

Existují však bakterie s přísným aerobním dýcháním, které mohou růst a růst pouze v prostředí bohatém na kyslík.

V mikrobiologických vědách je znalost typu metabolismu charakter, který pomáhá identifikovat mikroorganismy.

Organismy se schopností kvasit

Kromě toho existují i ​​jiné organismy, které jsou schopny provádět dýchací cesty bez potřeby kyslíkového nebo dopravního řetězce, tj. Fermentují.

Mezi nimi najdeme některé druhy kvasinek (Saccharomyces), bakterií (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) a dokonce i naše vlastní svalové buňky. Během procesu je každý druh charakterizován vylučováním jiného produktu.

Ekologický význam

Z hlediska ekologie plní anaerobní dýchání transcendentální funkce v ekosystémech. Tento proces probíhá mimo jiné v různých biotopech, jako jsou mořské sedimenty nebo útvary sladké vody, hluboké půdní prostředí..

Některé bakterie berou sulfáty za vzniku sirovodíku a používají uhličitan k tvorbě metanu. Jiné druhy jsou schopny použít dusičnanový ion a snížit ho na dusitanový ion, oxid dusný nebo plynný dusík.

Tyto procesy jsou životně důležité v přirozených cyklech, jak pro dusík, tak pro síru. Například anaerobní cesta je hlavní cestou, kterou je dusík fixován a je schopen se vrátit do atmosféry ve formě plynu..

Rozdíly s aerobním dýcháním

Nejzřetelnějším rozdílem mezi těmito dvěma metabolickými procesy je použití kyslíku. V aerobiku tato molekula působí jako konečný akceptor elektronů.

Energeticky je aerobní dýchání mnohem výhodnější, protože uvolňuje značné množství energie - přibližně 38 molekul ATP. Na rozdíl od toho, dýchání v nepřítomnosti kyslíku je charakterizováno mnohem nižším počtem ATP, který se značně liší v závislosti na organismu.

Produkty vylučování se také liší. Aerobní dýchání končí produkcí oxidu uhličitého a vody, zatímco v aerobních výrobcích jsou meziprodukty různé - například kyselina mléčná, alkohol nebo jiné organické kyseliny, například.

Pokud jde o rychlost, aerobní dýchání trvá mnohem déle. Anaerobní proces tedy představuje rychlý zdroj energie pro organismy.

Odkazy

  1. Baron, S. (1996). Lékařská mikrobiologie 4. vydání. Univerzita Texasu lékařská větev u Galveston.
  2. Beckett, B. S. (1986). Biologie: moderní úvod. Oxford University Press, USA.
  3. Fauque, G. D. (1995). Ekologie bakterií redukujících sulfáty. In Bakterie redukující sírany (str. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikroby: zdroj energie pro 21. století. New India Publishing.
  5. Wright, D. B. (2000). Fyziologie člověka a zdraví. Heinemann.