Karakteristike anaerobnog disanja, vrste i organizmi



anaerobno disanje ili anaerobna je metabolička modalnost u kojoj se kemijska energija oslobađa polazeći od organskih molekula. Konačni akceptor elektrona u ovom procesu je molekula koja nije kisik, kao što je nitratni ion ili sulfat.

Organizmi koji predstavljaju ovaj tip metabolizma su prokarioti i nazivaju se anaerobni organizmi. Prokarioti koji su strogo anaerobni mogu živjeti samo u okolinama gdje nema kisika, jer je vrlo toksičan i čak smrtonosan.

Određeni mikroorganizmi - bakterije i kvasci - dobivaju energiju kroz proces fermentacije. U ovom slučaju, proces ne zahtijeva kisik ili prijenosni lanac elektrona. Nakon glikolize doda se nekoliko dodatnih reakcija i konačni produkt može biti etil alkohol.

Industrija je godinama koristila ovaj proces za proizvodnju proizvoda od interesa za ljudsku potrošnju, kao što su, među ostalim, kruh, vino, pivo..

Naši mišići su također sposobni provesti anaerobno disanje. Kada se te stanice podvrgnu intenzivnom naporu, započinje proces mliječne fermentacije, što rezultira nakupljanjem ovog proizvoda u mišićima, stvarajući umor..

indeks

  • 1 Značajke
  • 2 Vrste
    • 2.1 Uporaba nitrata kao akceptora elektrona
    • 2.2 Upotreba sulfata kao akceptora elektrona
    • 2.3. Upotreba ugljikovog dioksida kao akceptora elektrona
  • 3 Fermentacija
  • 4 Organizmi s anaerobnim disanjem
    • 4.1 Strogi anaerobi
    • 4.2 Izborni anaerobi
    • 4.3. Organizmi koji mogu fermentirati
  • 5 Ekološka relevantnost
  • 6 Razlike s aerobnim disanjem
  • 7 Reference

značajke

Disanje je fenomen kojim se dobiva energija u obliku ATP-a, počevši od raznih organskih molekula - uglavnom ugljikohidrata. Taj se proces odvija zahvaljujući različitim kemijskim reakcijama koje se odvijaju unutar stanica.

Iako je glavni izvor energije u većini organizama glukoza, druge se molekule mogu koristiti za ekstrakciju energije, kao što su drugi šećeri, masne kiseline ili u slučajevima ekstremnih potreba, aminokiseline - strukturni blokovi proteina.

Energija koju svaka molekula može osloboditi kvantificirana je u džulima. Putevi ili biokemijski putevi organizama za razgradnju tih molekula ovise uglavnom o prisutnosti ili odsutnosti kisika. Na taj način disanje možemo klasificirati u dvije velike skupine: anaerobne i aerobne.

U anaerobnom disanju postoji prijenosni lanac elektrona koji generira ATP, a konačni akceptor elektrona je organska tvar kao što je nitratni ion, sulfati, između ostalih.

Važno je ne brkati ovu vrstu anaerobnog disanja s fermentacijom. Oba procesa su neovisna o kisiku, ali u potonjem nema prijenosnog lanca elektrona.

vrsta

Postoji više putova kojima organizam može disati bez kisika. Ako nema prijenosnog lanca elektrona, oksidacija organske tvari bit će povezana s redukcijom drugih atoma izvora energije u procesu fermentacije (vidi dolje).

U slučaju da postoji transportni lanac, konačni papir za akceptor elektrona može se uzeti od različitih iona, među njima nitrata, željeza, mangana, sulfata, ugljičnog dioksida, između ostalih..

Lanac prijenosa elektrona je sustav reakcija oksidacijske redukcije koji dovodi do proizvodnje energije u obliku ATP-a, modalitetom zvanim oksidacijska fosforilacija.

Enzimi uključeni u proces nalaze se unutar bakterija, usidrenih na membranu. Prokarioti imaju takve invaginacije ili vezikule koje podsjećaju na mitohondrije eukariotskih organizama. Ovaj se sustav uvelike razlikuje od bakterija. Najčešći su:

Upotreba nitrata kao akceptora elektrona

Velika skupina bakterija s anaerobnim disanjem katalogizirana je kao bakterije koje reduciraju nitrate. U ovoj skupini konačni akceptor lanca za prijenos elektrona je NO ion3-.

Unutar ove skupine postoje različiti fiziološki modaliteti. Reduktori nitrata mogu biti respiratornog tipa gdje je NO ion3- se događa NE2-; može biti denitrifying, gdje spomenuti ion ide na N2, ili tipa asimilacije gdje ion o kojem je riječ postaje NH3.

Donori elektrona mogu biti piruvat, sukcinat, laktat, glicerol, NADH, između ostalih. Reprezentativni organizam ovog metabolizma je dobro poznata bakterija Escherichia coli.

Upotreba sulfata kao akceptora elektrona

Samo nekoliko vrsta strogo anaerobnih bakterija može uzeti sulfatni ion i pretvoriti ga u S2- i vode. Za reakciju se koristi nekoliko supstrata, među najčešćim su mliječna kiselina i četiri ugljične dikarboksilne kiseline..

Upotreba ugljičnog dioksida kao akceptora elektrona

Archaea su prokariotski organizmi koji obično nastanjuju ekstremne regije i karakterizirani su vrlo specifičnim metaboličkim putevima.

Jedna od njih je arhea koja je sposobna proizvesti metan, a za postizanje toga koriste ugljični dioksid kao konačni akceptor. Krajnji proizvod reakcije je plin metan (CH4).

Ovi organizmi nastanjuju vrlo specifična područja ekosustava, gdje je koncentracija vodika visoka, jer je jedan od elemenata potrebnih za reakciju - kao što je dno jezera ili probavni trakt određenih sisavaca..

fermentacija

Kao što smo spomenuli, fermentacija je metabolički proces koji ne zahtijeva provođenje kisika. Imajte na umu da se razlikuje od anaerobnog disanja spomenutog u prethodnom odjeljku zbog nedostatka prijenosnog lanca elektrona.

Fermentaciju karakterizira proces koji oslobađa energiju iz šećera ili drugih organskih molekula, ne zahtijeva kisik, ne treba Krebsov ciklus ili prijenosni lanac elektrona, njegov konačni akceptor je organska molekula i proizvodi male količine ATP-a. - jedan ili dva.

Kada stanica završi proces glikolize, dobiva dvije molekule piruvične kiseline za svaku molekulu glukoze.

U slučaju da nema dostupnosti kisika, stanica može pribjeći generiranju neke organske molekule da generira NAD+ ili NADP+ koji mogu ući u drugi ciklus glikolize.

Ovisno o organizmu koji provodi fermentaciju, konačni proizvod može biti mliječna kiselina, etanol, propionska kiselina, octena kiselina, maslačna kiselina, butanol, aceton, izopropilni alkohol, jantarna kiselina, mravlja kiselina, butandiol, između ostalih.

Ove reakcije su također obično povezane s izlučivanjem molekula ugljičnog dioksida ili dihidrogena.

Organizmi s anaerobnim disanjem

Proces anaerobnog disanja tipičan je za prokariote. Ovu skupinu organizama karakterizira nedostatak prave jezgre (omeđena biološkom membranom) i subcelularnih odjeljaka, kao što su mitohondrije ili kloroplasti. U ovoj skupini su bakterije i arheje.

Strogi anaerobi

Mikroorganizmi koji su na smrtonosni način pogođeni prisutnošću kisika nazivaju se striktni anaerobi, kao što je spol Clostridium.

Posjedovanje anaerobnog tipa metabolizma omogućuje tim mikroorganizmima da koloniziraju ekstremna okruženja u kojima nema kisika, gdje aerobni organizmi ne mogu živjeti, kao što su vrlo duboke vode, tla ili probavni trakt nekih životinja.

Fakultativni anaerobi

Osim toga, postoje neki mikroorganizmi koji se mogu izmjenjivati ​​između aerobnog i anaerobnog metabolizma, ovisno o vašim potrebama i uvjetima okoline..

Međutim, postoje bakterije sa strogim aerobnim disanjem koje mogu rasti i razvijati se u okruženjima bogatim kisikom.

U mikrobiološkim znanostima znanje o tipu metabolizma je lik koji pomaže u identifikaciji mikroorganizama.

Organizmi koji mogu fermentirati

Osim toga, postoje i drugi organizmi sposobni provesti dišne ​​putove bez potrebe za kisikom ili lancem transportera, to jest, oni fermentiraju.

Među njima nalazimo i neke vrste kvasaca (Saccharomyces), bakterija (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) pa čak i naše vlastite mišićne stanice. Tijekom procesa, svaka vrsta je karakterizirana izlučivanjem drugog proizvoda.

Ekološka relevantnost

Sa stajališta ekologije, anaerobno disanje ispunjava transcendentalne funkcije unutar ekosustava. Taj se proces odvija u različitim staništima, kao što su morski sedimenti ili tijela slatke vode, duboko tlo, među ostalima..

Neke bakterije uzimaju sulfate u obliku sumporovodika i koriste karbonat za stvaranje metana. Druge vrste mogu upotrijebiti nitratni ion i reducirati ga na nitritni ion, dušikov oksid ili plin dušik.

Ovi procesi su vitalni u prirodnim ciklusima, i za dušik i za sumpor. Na primjer, anaerobni put je glavni put kojim je dušik fiksiran i koji se može vratiti u atmosferu u obliku plina.

Razlike u aerobnom disanju

Najočitija razlika između ova dva metabolička procesa je korištenje kisika. U aerobiku ova molekula djeluje kao konačni akceptor elektrona.

Energetski, aerobna respiracija je mnogo profitabilnija, jer oslobađa značajne količine energije - oko 38 molekula ATP-a. Nasuprot tome, disanje u odsutnosti kisika karakterizira mnogo manji broj ATP-a koji varira ovisno o organizmu.

Luči proizvodi također se razlikuju. Aerobna disanje završava s proizvodnjom ugljični dioksid i vodu, a aerobni međuprodukti varirati - kao što je mliječna kiselina, alkohol ili druge organske kiseline, na primjer.

Što se tiče brzine, aerobna respiracija traje mnogo dulje. Dakle, anaerobni organizmi proces predstavlja za brzi izvor energije.

reference

  1. Baron, S. (1996). Medicinska mikrobiologija 4. izdanje. Medicinski ogranak Sveučilišta Texas u Galvestonu.
  2. Beckett, B.S. (1986). Biologija: moderan uvod. Oxford University Press, SAD.
  3. Fauque, G.D. (1995). Ekologija bakterija koje reduciraju sulfate. u Sulfate reducirajuće bakterije (str. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S.K. (2007). Mikrobi: izvor energije za 21. stoljeće. Izdavaštvo u Novoj Indiji.
  5. Wright, D. B. (2000). Ljudska fiziologija i zdravlje. Heinemann.