Anaerobinės kvėpavimo charakteristikos, tipai ir organizmai



The anaerobinis kvėpavimas arba anaerobinis yra medžiagų apykaitos būdas, kai cheminė energija išsiskiria nuo organinių molekulių. Šio viso proceso galutinis elektronų priėmėjas yra kita nei deguonies molekulė, pvz., Nitrato jonas arba sulfatai.

Tokie medžiagų apykaitos organizmai yra prokariotai ir vadinami anaerobiniais organizmais. Griežtai anaerobiniai prokariotai gali gyventi tik aplinkoje, kur nėra deguonies, nes jis yra labai toksiškas ir net mirtinas.

Kai kurie mikroorganizmai - bakterijos ir mielės - gauna energijos per fermentacijos procesą. Šiuo atveju procesui nereikia deguonies ar elektronų transportavimo grandinės. Po glikolizės pridedama keletas papildomų reakcijų ir galutinis produktas gali būti etilo alkoholis.

Jau daugelį metų pramonė pasinaudojo šiuo procesu, kad gamintų žmonėms vartoti svarbius produktus, pavyzdžiui, duoną, vyną, alų..

Mūsų raumenys taip pat gali atlikti anaerobinį kvėpavimą. Kai šios ląstelės yra intensyvios, prasideda pieno fermentacijos procesas, kuris sukelia šio produkto kaupimąsi raumenyse, sukeldamas nuovargį..

Indeksas

  • 1 Charakteristikos
  • 2 tipai
    • 2.1 Nitratų naudojimas kaip elektronų priėmėjas
    • 2.2 Sulfatų naudojimas kaip elektronų priėmėjas
    • 2.3 Anglies dioksido naudojimas kaip elektronų priėmėjas
  • 3 Fermentacija
  • 4 Organai su anaerobiniu kvėpavimu
    • 4.1 Griežti anaerobai
    • 4.2 Papildomi anaerobai
    • 4.3. Organai, galintys fermentuotis
  • 5 Ekologinė reikšmė
  • 6 Aerobinio kvėpavimo skirtumai
  • 7 Nuorodos

Savybės

Kvėpavimas yra reiškinys, kuriuo energija gaunama ATP forma, pradedant įvairiomis organinėmis molekulėmis - daugiausia angliavandeniais. Šis procesas vyksta dėl įvairių cheminių reakcijų, kurios vyksta ląstelių viduje.

Nors pagrindinis energijos šaltinis daugumoje organizmų yra gliukozė, energijos gavybai gali būti naudojamos kitos molekulės, pvz., Kiti cukrūs, riebalų rūgštys arba ekstremalių poreikių atvejais - amino rūgštys - baltymų struktūriniai blokai..

Energija, kurią kiekviena molekulė gali išleisti, yra kiekybiškai įvertinta džauliais. Šių molekulių skilimo organizmų keliai arba biocheminiai keliai daugiausia priklauso nuo deguonies buvimo ar nebuvimo. Tokiu būdu kvėpavimą galima suskirstyti į dvi dideles grupes: anaerobinį ir aerobinį.

Anaerobinio kvėpavimo metu yra elektronų transportavimo grandinė, kuri generuoja ATP, o galutinis elektronų priėmėjas yra organinė medžiaga, pvz., Nitrato jonas, sulfatai, be kita ko.

Svarbu ne painioti šio tipo anaerobinį kvėpavimą ir fermentaciją. Abu procesai nepriklauso nuo deguonies, tačiau pastaruoju metu nėra elektronų transportavimo grandinės.

Tipai

Yra keli keliai, kuriais organizmas gali kvėpuoti be deguonies. Jei nėra elektronų transportavimo grandinės, organinių medžiagų oksidacija bus susieta su kitų energijos šaltinio atomų fermentacijos procese sumažėjimu (žr. Žemiau)..

Jei yra konvejerio grandinė, galutinis elektronų priėmėjas gali būti paimtas iš įvairių jonų, tarp jų ir nitratų, geležies, mangano, sulfatų, anglies dioksido..

Elektronų transportavimo grandinė yra oksidacijos redukcijos reakcijų sistema, kuri veda į energijos gamybą ATP forma, modalumu, vadinamu oksidaciniu fosforilinimu..

Proceso dalyvaujantys fermentai randami bakterijų viduje, pritvirtintoje prie membranos. Prokariotai turi tokių invaginacijų arba pūslelių, panašių į eukariotinių organizmų mitochondrijas. Ši sistema labai skiriasi tarp bakterijų. Dažniausiai yra:

Nitratų naudojimas kaip elektronų priėmėjas

Didelė bakterijų grupė su anaerobiniu kvėpavimu yra katalizuojama kaip nitratą mažinančios bakterijos. Šioje grupėje galutinis elektronų transportavimo grandinės priėmėjas yra NO jonas3-.

Šioje grupėje yra skirtingų fiziologinių būdų. Nitratų reduktoriai gali būti kvėpavimo tipo, kai NO jonas3- atsitinka, kad yra NE2-; gali būti denitrifikavimas, kai minėtas jonas eina į N2, arba asimiliuojančio tipo, kai aptariama jonas tampa NH3.

Elektronų donorai, be kita ko, gali būti piruvatas, sukcinatas, laktatas, glicerolis, NADH. Šio metabolizmo reprezentacinis organizmas yra gerai žinoma bakterija Escherichia coli.

Sulfatų naudojimas kaip elektronų priėmėjas

Tik kelios griežtų anaerobinių bakterijų rūšys sugeba paimti sulfato joną ir paversti jį S2- ir vanduo. Reakcijai naudojami keli substratai, tarp jų dažniausiai yra pieno rūgštis ir keturių anglies dikarboksirūgštys.

Anglies dioksido naudojimas kaip elektronų priėmėjas

Archaea yra prokariotiniai organizmai, kurie paprastai gyvena kraštutiniuose regionuose ir pasižymi ypatingais metaboliniais keliais.

Vienas iš jų yra archasai, galintys gaminti metaną, ir tai pasiekti, jie kaip galutinį akceptorių naudoja anglies dioksidą. Galutinis reakcijos produktas yra metano dujos (CH4).

Šie organizmai gyvena tik labai specifinėse ekosistemų srityse, kur vandenilio koncentracija yra didelė, nes tai yra vienas iš elementų, reikalingų reakcijai - kaip tam tikrų žinduolių ežerų ar virškinamojo trakto dugnas..

Fermentacija

Kaip minėjome, fermentacija yra medžiagų apykaitos procesas, kuriam nereikia atlikti deguonies. Atkreipkite dėmesį, kad jis skiriasi nuo anaerobinio kvėpavimo, paminėto ankstesniame skyriuje, nes nėra elektronų transportavimo grandinės.

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

Baigęs glikolizės procesą, kiekviena gliukozės molekulė gauna dvi pirovinės rūgšties molekules.

Jei nėra deguonies, ląstelė gali pasinaudoti kai kurių organinių molekulių generavimu, kad generuotų NAD+ arba NADP+ kuri gali patekti į kitą glikolizės ciklą.

Priklausomai nuo organizmo, kuris atlieka fermentaciją, galutinis produktas gali būti pieno rūgštis, etanolis, propiono rūgštis, acto rūgštis, sviesto rūgštis, butanolis, acetonas, izopropilo alkoholis, gintaro rūgštis, skruzdžių rūgštis, butanediolis..

Šios reakcijos taip pat paprastai yra susijusios su anglies dioksido arba dihidrogeno molekulių išskyrimu.

Organai su anaerobiniu kvėpavimu

Anaerobinis kvėpavimo procesas būdingas prokariotams. Ši organizmų grupė pasižymi tuo, kad trūksta tikrojo branduolio (riboja biologinė membrana) ir subcelluliniai skyriai, pvz., Mitochondrijos ar chloroplastai. Šioje grupėje yra bakterijos ir archaea.

Griežtai anaerobai

Mikroorganizmai, kurie dėl deguonies yra mirtinai paveikti, vadinami griežtais anaerobais, pvz., Lytimi Clostridium.

Turėdamas anaerobinio tipo medžiagų apykaitą, šie mikroorganizmai gali kolonizuoti ekstremalią aplinką, kurioje trūksta deguonies, kur aerobiniai organizmai negali gyventi, pvz., Labai gilūs vandenys, dirvožemis ar kai kurių gyvūnų virškinimo traktas..

Fakultatyviniai anaerobai

Be to, priklausomai nuo jūsų poreikių ir aplinkos sąlygų, yra keletas mikroorganizmų, galinčių pakisti tarp aerobinių ir anaerobinių medžiagų apykaitos..

Tačiau yra bakterijų, turinčių griežtą aerobinį kvėpavimą, kuris gali augti ir vystytis tik deguonimi turinčioje aplinkoje.

Mikrobiologijos moksluose medžiagų apykaitos žinios yra simbolis, padedantis identifikuoti mikroorganizmus.

Organizmai, gebantys fermentuoti

Be to, yra ir kitų organizmų, galinčių atlikti kvėpavimo takus be deguonies ar konvejerio grandinės, ty jie fermentuojasi.

Tarp jų randame tam tikrų rūšių mieles (Saccharomyces), bakterijos (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) ir net savo raumenų ląsteles. Proceso metu kiekvienai rūšiai būdingas išsiskiriantis kitas produktas.

Ekologinė svarba

Ekologijos požiūriu, anaerobinis kvėpavimas atlieka transcendentines funkcijas ekosistemose. Šis procesas vyksta įvairiose buveinėse, pvz., Jūros nuosėdose ar gėlame vandenyje, giliai dirvožemio aplinkoje..

Kai kurios bakterijos užpildo sulfatus, kad susidarytų vandenilio sulfidas ir metano susidarymui naudoja karbonatą. Kitos rūšys gali naudoti nitrato joną ir jį sumažinti iki nitrito jonų, azoto oksido arba azoto dujų.

Šie procesai yra gyvybiškai svarbūs tiek azoto, tiek sieros gamtiniuose cikluose. Pavyzdžiui, anaerobinis kelias yra pagrindinis būdas, kuriuo azotas yra fiksuotas ir sugeba grįžti į atmosferą dujų pavidalu..

Skirtumai su aerobiniu kvėpavimu

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

Energetiškai, aerobinis kvėpavimas yra daug pelningesnis, nes jis išskiria daug energijos - apie 38 ATP molekules. Priešingai, kvėpavimas, kai nėra deguonies, pasižymi daug mažesniu ATP skaičiumi, kuris labai skiriasi priklausomai nuo organizmo.

Ekskrecijos produktai taip pat skiriasi. Aerobinis kvėpavimas baigsis anglies dioksido ir vandens gamyba, o aerobiniu būdu tarpiniai produktai yra įvairūs - pavyzdžiui, pieno rūgštis, alkoholis ar kitos organinės rūgštys..

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

Nuorodos

  1. Baronas, S. (1996). Medicinos mikrobiologija 4-asis leidimas. Teksaso universiteto medicinos skyrius Galvestone.
  2. Beckett, B. S. (1986). Biologija: modernus įvadas. „Oxford University Press“, JAV.
  3. Fauque, G. D. (1995). Sulfatą mažinančių bakterijų ekologija. Į Sulfatą mažinančios bakterijos (p. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikrobai: energijos šaltinis XXI amžiuje. Nauja Indija leidyba.
  5. Wright, D. B. (2000). Žmogaus fiziologija ir sveikata. Heinemann.