Anaerobās elpošanas īpašības, veidi un organismi



The anaerobā elpošana vai anaerobs ir vielmaiņas veids, kur ķīmiskā enerģija tiek atbrīvota, sākot no organiskām molekulām. Visa šī procesa galīgais elektronu akceptors ir molekula, kas nav skābeklis, piemēram, nitrātu jonu vai sulfātu.

Organismi, kas rada šāda veida metabolismu, ir prokarioti un tos sauc par anaerobiem organismiem. Prokariotes, kas ir stingri anaerobas, var dzīvot tikai vidē, kur nav skābekļa, jo tas ir ļoti toksisks un pat letāls.

Daži mikroorganismi - baktērijas un raugs - iegūst enerģiju fermentācijas procesā. Šajā gadījumā procesam nav nepieciešama skābekļa vai elektronu transportēšanas ķēde. Pēc glikolīzes pievieno dažas papildu reakcijas un gala produkts var būt etilspirts.

Jau gadiem ilgi šī nozare ir izmantojusi šo procesu, lai ražotu produktus, kas interesē cilvēku uzturā, piemēram, maizi, vīnu, alu..

Mūsu muskuļi spēj veikt arī anaerobu elpošanu. Kad šīs šūnas tiek intensīvi pakļautas, sākas pienskābes fermentācijas process, kas izraisa šī produkta uzkrāšanos muskuļos, radot nogurumu..

Indekss

  • 1 Raksturojums
  • 2 veidi
    • 2.1 Nitrātu izmantošana kā elektronu akceptors
    • 2.2 Sulfātu izmantošana kā elektronu akceptors
    • 2.3 Oglekļa dioksīda izmantošana kā elektronu akceptors
  • 3 Fermentācija
  • 4 Organismi ar anaerobu elpošanu
    • 4.1. Stingras anaerobas
    • 4.2. Neobligātie anaerobi
    • 4.3 Organismi ar spēju fermentēties
  • 5 Ekoloģiskā nozīme
  • 6 Atšķirības ar aerobo elpošanu
  • 7 Atsauces

Funkcijas

Elpošana ir parādība, ar kuru enerģija tiek iegūta ATP formā, sākot no dažādām organiskām molekulām - galvenokārt ogļhidrātiem. Šis process notiek, pateicoties dažādām ķīmiskām reakcijām, kas notiek šūnu iekšienē.

Lai gan galvenais enerģijas avots lielākajā daļā organismu ir glikoze, enerģijas iegūšanai var izmantot arī citas molekulas, piemēram, citus cukurus, taukskābes vai ārkārtas nepieciešamības gadījumā - aminoskābes - proteīnu strukturālos blokus..

Enerģija, ko katra molekula spēj atbrīvot, ir izteikta džoulos. Šo molekulu noārdīšanās organismu ceļi vai bioķīmiskie ceļi galvenokārt ir atkarīgi no skābekļa klātbūtnes vai trūkuma. Tādā veidā mēs varam klasificēt elpošanu divās lielās grupās: anaerobā un aerobā.

Anaerobās elpošanas gadījumā ir elektronu transportēšanas ķēde, kas ģenerē ATP, un galīgais elektronu akcents ir organiska viela, piemēram, nitrātu jonu, sulfātu, cita starpā..

Ir svarīgi nejaukt šāda veida anaerobo elpošanu ar fermentāciju. Abi procesi ir neatkarīgi no skābekļa, bet pēdējā nav elektronu transportēšanas ķēdes.

Veidi

Ir vairāki ceļi, kā organisms var elpot bez skābekļa. Ja nav elektronu transportēšanas ķēdes, organisko vielu oksidēšanās tiks saistīta ar citu enerģijas avota atomu samazināšanos fermentācijas procesā (skatīt zemāk)..

Gadījumā, ja ir konveijera ķēde, galīgo elektronu akceptora papīru var iegūt ar dažādiem joniem, tostarp nitrātu, dzelzi, mangānu, sulfātiem, oglekļa dioksīdu..

Elektronu transportēšanas ķēde ir oksidācijas samazināšanas reakciju sistēma, kas noved pie enerģijas ražošanas ATP veidā, izmantojot modalitāti, ko sauc par oksidatīvo fosforilēšanu..

Procesā iesaistītie fermenti ir atrodami baktēriju iekšpusē, kas ir piestiprināta pie membrānas. Prokariotēm ir tādas invaginācijas vai vezikulas, kas atgādina eukariotu organismu mitohondrijas. Šī sistēma dažādās baktērijās ir ļoti atšķirīga. Visbiežāk ir:

Nitrātu kā elektronu akceptora izmantošana

Liela baktēriju grupa ar anaerobu elpošanu tiek uzskaitīta kā nitrātu reducējoša baktērija. Šajā grupā elektronu transportēšanas ķēdes galīgais akcents ir NO jonu3-.

Šajā grupā ir atšķirīgas fizioloģiskās modalitātes. Nitrātu reduktori var būt elpošanas tipa, ja NO jonu3- notiek NO2-; var būt denitrifikācija, kur minētais jonu dodas uz N2, vai asimilējoša tipa, ja attiecīgais jons kļūst par NH3.

Elektronu donori var būt, piemēram, piruvāts, sukcināts, laktāts, glicerīns, NADH. Šī metabolisma reprezentatīvais organisms ir labi zināma baktērija Escherichia coli.

Sulfātu izmantošana kā elektronu akceptors

Tikai dažas stingru anaerobo baktēriju sugas spēj ņemt sulfāta jonu un pārvērst to par S2- un ūdeni. Reakcijai tiek izmantoti daži substrāti, no kuriem visbiežāk sastopamas pienskābes un četru oglekļa dikarboksilskābes.

Oglekļa dioksīda izmantošana kā elektronu akceptors

Arheja ir prokariotiski organismi, kas parasti apdzīvo galējus reģionus, un tiem raksturīgs ļoti specifisks vielmaiņas ceļš.

Viens no tiem ir arhīvs, kas spēj ražot metānu un lai to sasniegtu, kā galīgo akceptoru izmanto oglekļa dioksīdu. Reakcijas gala produkts ir metāna gāze (CH4).

Šie organismi dzīvo tikai ļoti specifiskās ekosistēmu teritorijās, kur ūdeņraža koncentrācija ir augsta, jo tas ir viens no elementiem, kas nepieciešami reakcijai - kā zīdītāju ezeru vai gremošanas trakta grunts..

Fermentācija

Kā jau minēts, fermentācija ir vielmaiņas process, kas neprasa veikt skābekļa klātbūtni. Ņemiet vērā, ka tas atšķiras no iepriekšējā sadaļā minētās anaerobās elpošanas, jo nav elektronu transportēšanas ķēdes.

Fermentāciju raksturo process, kas atbrīvo enerģiju no cukuriem vai citām organiskām molekulām, neprasa skābekli, nav nepieciešams Krebsa cikla vai elektronu transportēšanas ķēde, tā galīgais akceptors ir organiska molekula un rada nelielus ATP daudzumus. - viens vai divi.

Kad šūna ir pabeigusi glikolīzes procesu, tā iegūst divas piruvīnskābes molekulas katrai glikozes molekulai.

Gadījumā, ja nav pieejams skābeklis, šūna var izmantot dažas organiskas molekulas, lai radītu NAD+ vai NADP+ kas var iekļūt citā glikolīzes ciklā.

Atkarībā no organisma, kas veic fermentāciju, galaprodukts var būt pienskābe, etanols, propionskābe, etiķskābe, sviestskābe, butanols, acetons, izopropilspirts, glikozskābe, skudrskābe, butāndiols, butāndiols,.

Šīs reakcijas parasti ir saistītas arī ar oglekļa dioksīda vai dihidrogēna molekulu izdalīšanos.

Organismi ar anaerobu elpošanu

Anaerobais elpošanas process ir tipisks prokariotiem. Šo organismu grupu raksturo patiesa kodola trūkums (ko nosaka bioloģiskā membrāna) un subcellulārie nodalījumi, piemēram, mitohondriji vai hloroplasti. Šajā grupā ir baktērijas un arhīvs.

Stingri anaerobi

Mikroorganismus, kurus nāvējošā veidā ietekmē skābekļa klātbūtne, sauc par stingriem anaerobiem, piemēram, dzimumu Clostridium.

Anaerobā tipa vielmaiņa ļauj šiem mikroorganismiem kolonizēt ekstremālas vides, kurās trūkst skābekļa, kur aerobiskie organismi nevarēja dzīvot, piemēram, ļoti dziļi ūdeņi, augsnes vai dažu dzīvnieku gremošanas trakts..

Fakultatīvie anaerobi

Turklāt, atkarībā no Jūsu vajadzībām un vides apstākļiem, ir daži mikroorganismi, kas spēj mainīties starp aerobo un anaerobā tipa metabolismu..

Tomēr ir baktērijas ar stingru aerobo elpošanu, kas var augt un attīstīties tikai vidē ar skābekli.

Mikrobioloģijas zinātnē zināšanas par vielmaiņas veidu ir raksturs, kas palīdz identificēt mikroorganismus.

Organismi ar spēju fermentēties

Turklāt ir arī citi organismi, kas spēj veikt elpceļus bez skābekļa vai konveijera ķēdes, tas ir, tie fermentē.

To vidū mēs atrodam dažus rauga veidus (Saccharomyces), baktērijas (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) un pat mūsu pašu muskuļu šūnas. Procesa gaitā katrai sugai raksturīga atšķirīga produkta izdalīšana.

Ekoloģiskā nozīme

No ekoloģijas viedokļa anaerobā elpošana veic pārpasaulīgās funkcijas ekosistēmās. Šis process notiek dažādos biotopos, piemēram, jūras nogulumos vai saldūdens ūdenstilpēs, cita starpā dziļās augsnes vidēs..

Dažas baktērijas ņem sulfātus, lai veidotu ūdeņraža sulfīdu un izmantotu karbonātu metāna veidošanai. Citas sugas spēj izmantot nitrātu jonu un samazināt to ar nitrītu jonu, slāpekļa oksīdu vai slāpekļa gāzi.

Šie procesi ir būtiski dabiskos ciklos, gan slāpekli, gan sēru. Piemēram, anaerobais ceļš ir galvenais ceļš, kurā slāpeklis ir fiksēts un spēj atgriezties atmosfērā gāzes veidā..

Atšķirības ar aerobo elpošanu

Visredzamākā atšķirība starp šiem diviem vielmaiņas procesiem ir skābekļa izmantošana. Aerobikā šī molekula darbojas kā galīgais elektronu akceptors.

Enerģiski aerobā elpošana ir daudz izdevīgāka, jo tā izdala ievērojamus enerģijas daudzumus - apmēram 38 ATP molekulas. Turpretim elpošana, ja nav skābekļa, raksturo daudz mazāku ATP skaitu, kas ļoti atšķiras atkarībā no organisma.

Izdalīšanās produkti arī atšķiras. Aerobā elpošana beidzas ar oglekļa dioksīda un ūdens ražošanu, savukārt starpprodukti aerobos apstākļos ir dažādi - piemēram, pienskābe, alkohols vai citas organiskās skābes..

Ātruma ziņā aerobā elpošana aizņem daudz ilgāku laiku. Tādējādi anaerobais process ir ātrs enerģijas avots organismiem.

Atsauces

  1. Barons, S. (1996). Medicīniskā mikrobioloģija 4. izdevums. Teksasas Universitātes Medicīnas nodaļa Galvestonā.
  2. Bekets, B.S. (1986). Bioloģija: mūsdienīga ieviešana. Oxford University Press, ASV.
  3. Fauque, G. D. (1995). Sulfātu reducējošo baktēriju ekoloģija. In Sulfātu samazinošas baktērijas (p. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikrobi: enerģijas avots 21. gadsimtā. New India Publishing.
  5. Wright, D. B. (2000). Cilvēka fizioloģija un veselība. Heinemann.