Anaeróbne charakteristiky, typy a organizmy dýchania



anaeróbne dýchanie alebo anaeróbna je metabolická modalita, pri ktorej sa chemická energia uvoľňuje z organických molekúl. Konečným akceptorom elektrónov tohto celého procesu je molekula iná ako kyslík, ako je dusičnanový ión alebo sulfáty.

Organizmy, ktoré predstavujú tento typ metabolizmu, sú prokaryoty a nazývajú sa anaeróbne organizmy. Prokaryoty, ktoré sú prísne anaeróbne, môžu žiť iba v prostredí, kde nie je prítomný kyslík, pretože je vysoko toxický a dokonca smrteľný..

Niektoré mikroorganizmy - baktérie a kvasinky - získavajú svoju energiu prostredníctvom fermentačného procesu. V tomto prípade proces nevyžaduje kyslíkový alebo elektrónový transportný reťazec. Po glykolýze sa pridá niekoľko ďalších reakcií a konečným produktom môže byť etylalkohol.

Po celé roky tento priemysel využil tento proces na výrobu produktov, ktoré sú zaujímavé pre ľudskú spotrebu, ako je napríklad chlieb, víno, pivo, okrem iného..

Naše svaly sú tiež schopné vykonávať anaeróbne dýchanie. Keď sú tieto bunky vystavené intenzívnemu úsiliu, začína proces mliečnej fermentácie, čo má za následok hromadenie tohto produktu vo svaloch, čo spôsobuje únavu..

index

  • 1 Charakteristiky
  • 2 Typy
    • 2.1 Použitie dusičnanov ako akceptora elektrónov
    • 2.2 Použitie síranov ako akceptora elektrónov
    • 2.3 Použitie oxidu uhličitého ako akceptora elektrónov
  • 3 Fermentácia
  • 4 Organizmy s anaeróbnym dýchaním
    • 4.1 Prísne anaeróby
    • 4.2 Voliteľné anaeróby
    • 4.3 Organizmy so schopnosťou kvasiť
  • 5 Ekologický význam
  • 6 Rozdiely v aeróbnom dýchaní
  • 7 Referencie

rysy

Dýchanie je jav, ktorým sa získava energia vo forme ATP, vychádzajúc z rôznych organických molekúl - hlavne sacharidov. Tento proces prebieha vďaka rôznym chemickým reakciám, ktoré prebiehajú v bunkách.

Hoci hlavným zdrojom energie vo väčšine organizmov je glukóza, iné molekuly môžu byť použité na získavanie energie, ako sú iné cukry, mastné kyseliny alebo v prípadoch extrémnej potreby, aminokyseliny - štrukturálne stavebné bloky proteínov.

Energia, ktorú je každá molekula schopná uvoľniť, sa kvantifikuje v jouloch. Spôsoby alebo biochemické dráhy organizmov na degradáciu týchto molekúl závisia najmä od prítomnosti alebo neprítomnosti kyslíka. Týmto spôsobom môžeme klasifikovať dýchanie do dvoch veľkých skupín: anaeróbnych a aeróbnych.

V anaeróbnej respirácii existuje reťazec prenosu elektrónov, ktorý generuje ATP, a konečným akceptorom elektrónov je organická látka, ako je napríklad dusičnanový ión, sulfáty, okrem iných..

Je dôležité nezamieňať tento typ anaeróbneho dýchania s fermentáciou. Obidva spôsoby sú nezávislé od kyslíka, ale v druhom nie je reťazec prenosu elektrónov.

typ

Existuje viacero ciest, ktorými môže organizmus dýchať bez kyslíka. Ak neexistuje reťazec prenosu elektrónov, oxidácia organickej hmoty bude spojená s redukciou iných atómov zdroja energie vo fermentačnom procese (pozri nižšie)..

V prípade, že sa jedná o dopravnú reťaz, finálny papier na akceptor elektrónov sa môže odoberať rôznymi iónmi, medzi inými napríklad dusičnanmi, železom, mangánom, sulfátmi, oxidom uhličitým..

Elektronový transportný reťazec je systém oxidačno-redukčných reakcií, ktoré vedú k produkcii energie vo forme ATP, modalitou nazývanou oxidačná fosforylácia..

Enzýmy zapojené do procesu sa nachádzajú vo vnútri baktérií ukotvených na membráne. Prokaryonti majú takéto invaginácie alebo vezikuly, ktoré sa podobajú mitochondriám eukaryotických organizmov. Tento systém sa medzi baktériami veľmi líši. Najbežnejšie sú:

Použitie dusičnanov ako akceptora elektrónov

Veľká skupina baktérií s anaeróbnou respiráciou je katalogizovaná ako baktérie redukujúce dusičnany. V tejto skupine je konečným akceptorom elektrónového transportného reťazca NO ión3-.

V tejto skupine existujú rôzne fyziologické modality. Dusičnany môžu byť respiračného typu, kde NO ión3- sa stane, že je NIE2-; môže byť denitrifikovaný, kde uvedený ión ide do N2, alebo asimilačného typu, kde sa daný ión stáva NH3.

Donory elektrónov môžu byť medzi inými pyruvát, sukcinát, laktát, glycerol, NADH. Reprezentatívnym organizmom tohto metabolizmu je dobre známa baktéria Escherichia coli.

Použitie sulfátov ako akceptora elektrónov

Len niekoľko druhov prísnych anaeróbnych baktérií je schopných prijať sulfátový ión a previesť ho na S2- a vodu. Niekoľko substrátov sa používa na reakciu, medzi najbežnejšie patria kyselina mliečna a štvor-uhlíkové dikarboxylové kyseliny.

Použitie oxidu uhličitého ako akceptora elektrónov

Archaea sú prokaryotické organizmy, ktoré obyčajne obývajú extrémne oblasti a sú charakterizované tým, že vykazujú veľmi špecifické metabolické dráhy.

Jedným z nich je archaea schopná produkovať metán a na dosiahnutie tohto cieľa používajú ako konečný akceptor oxid uhličitý. Konečným produktom reakcie je metánový plyn (CH4).

Tieto organizmy obývajú len veľmi špecifické oblasti ekosystémov, kde je koncentrácia vodíka vysoká, pretože je to jeden z prvkov potrebných pre reakciu - ako dno jazier alebo tráviaci trakt určitých cicavcov.

kvasenie

Ako sme uviedli, fermentácia je metabolický proces, ktorý nevyžaduje prítomnosť kyslíka. Všimnite si, že sa líši od anaeróbnej respirácie uvedenej v predchádzajúcej časti v dôsledku neprítomnosti reťazca transportu elektrónov.

Fermentácia je charakterizovaná procesom, ktorý uvoľňuje energiu z cukrov alebo iných organických molekúl, nevyžaduje kyslík, nepotrebuje Krebsov cyklus alebo reťazec prenosu elektrónov, jeho konečným akceptorom je organická molekula a produkuje malé množstvá ATP. - jeden alebo dva.

Akonáhle bunka ukončí proces glykolýzy, získa dve molekuly kyseliny pyrohroznovej pre každú molekulu glukózy.

V prípade, že nie je k dispozícii kyslík, bunka sa môže uchyľovať k tvorbe niektorých organických molekúl, ktoré generujú NAD+ alebo NADP+ ktoré môžu vstúpiť do iného cyklu glykolýzy.

V závislosti od organizmu, ktorý uskutočňuje fermentáciu, môže byť finálnym produktom kyselina mliečna, etanol, kyselina propiónová, kyselina octová, kyselina maslová, butanol, acetón, izopropylalkohol, kyselina jantárová, kyselina mravčia, butándiol, medzi inými..

Tieto reakcie sú tiež zvyčajne spojené s vylučovaním oxidov uhlíka alebo dihydrogénnych molekúl.

Organizmy s anaeróbnym dýchaním

Proces anaeróbneho dýchania je typický pre prokaryoty. Táto skupina organizmov je charakterizovaná nedostatkom skutočného jadra (ohraničeného biologickou membránou) a subcelulárnych kompartmentov, ako sú mitochondrie alebo chloroplasty. V tejto skupine sú baktérie a archaea.

Prísne anaeróby

Mikroorganizmy, ktoré sú letálne postihnuté prítomnosťou kyslíka, sa nazývajú prísne anaeróby, ako je pohlavie Clostridium.

Vlastnenie metabolizmu anaeróbneho typu umožňuje týmto mikroorganizmom kolonizovať extrémne prostredia bez kyslíka, kde nemohli obývať aeróbne organizmy, ako sú veľmi hlboké vody, pôdy alebo tráviaci trakt niektorých zvierat..

Fakultatívne anaeróby

Okrem toho existujú niektoré mikroorganizmy, ktoré sú schopné striedať sa medzi aeróbnym a anaeróbnym metabolizmom v závislosti od vašich potrieb a podmienok prostredia..

Existujú však baktérie s prísnym aeróbnym respiráciou, ktoré môžu rásť a vyvíjať sa len v prostrediach bohatých na kyslík.

V mikrobiologických vedách je znalosť typu metabolizmu charakter, ktorý pomáha identifikovať mikroorganizmy.

Organizmy so schopnosťou kvasiť

Okrem toho existujú aj iné organizmy schopné vykonávať dýchacie cesty bez potreby kyslíkovej alebo dopravnej reťaze, to znamená, že kvasia.

Medzi nimi nájdeme niektoré druhy kvasiniek (Saccharomyces), baktérie (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) a dokonca aj naše vlastné svalové bunky. Počas procesu sa každý druh vyznačuje vylučovaním iného produktu.

Ekologický význam

Z hľadiska ekológie anaeróbne dýchanie plní transcendentálne funkcie v rámci ekosystémov. Tento proces sa odohráva v rôznych biotopoch, ako sú napríklad morské sedimenty alebo útvary sladkej vody, hlboké pôdne prostredie..

Niektoré baktérie získavajú sulfáty za vzniku sírovodíka a na tvorbu metánu používajú uhličitan. Iné druhy sú schopné používať dusičnanový ión a znížiť ho na dusitanový ión, oxid dusný alebo plynný dusík.

Tieto procesy sú životne dôležité v prirodzených cykloch, ako pre dusík, tak aj pre síru. Napríklad anaeróbna cesta je hlavnou cestou, ktorou je dusík fixovaný a je schopný vrátiť sa do atmosféry vo forme plynu..

Rozdiely v aeróbnom dýchaní

Najviditeľnejším rozdielom medzi týmito dvoma metabolickými procesmi je použitie kyslíka. V aerobiku táto molekula pôsobí ako konečný akceptor elektrónov.

Energeticky je aeróbne dýchanie oveľa výhodnejšie, pretože uvoľňuje značné množstvo energie - približne 38 molekúl ATP. Naopak, dýchanie v neprítomnosti kyslíka je charakterizované oveľa nižším počtom ATP, ktorý sa značne líši v závislosti od organizmu.

Produkty vylučovania sa tiež líšia. Aeróbne dýchanie končí produkciou oxidu uhličitého a vody, zatiaľ čo v aeróbnych výrobkoch sú medziprodukty rôzne - napríklad kyselina mliečna, alkohol alebo iné organické kyseliny, napr..

Z hľadiska rýchlosti trvá aeróbne dýchanie oveľa dlhšie. Anaeróbny proces teda predstavuje rýchly zdroj energie pre organizmy.

referencie

  1. Baron, S. (1996). Lekárska mikrobiológia 4. vydanie. Univerzita Texas Medical Medical v Galvestone.
  2. Beckett, B. S. (1986). Biológia: moderný úvod. Oxford University Press, USA.
  3. Fauque, G. D. (1995). Ekológia baktérií redukujúcich síran. v Baktérie redukujúce sírany (pp. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikróby: zdroj energie pre 21. storočie. New India Publishing.
  5. Wright, D. B. (2000). Ľudská fyziológia a zdravie. Heinemann.