Anaerobiset hengitysominaisuudet, tyypit ja organismit



anaerobinen hengitys tai anaerobinen on aineenvaihduntatapa, jossa kemiallinen energia vapautuu alkaen orgaanisista molekyyleistä. Tämän koko prosessin lopullinen elektronin hyväksyjä on muu molekyyli kuin happi, kuten nitraatti-ioni tai sulfaatit.

Tällaiset aineenvaihduntaa edustavat organismit ovat prokaryootteja ja niitä kutsutaan anaerobisiksi organismeiksi. Tiukasti anaerobiset prokaryootit voivat elää vain sellaisissa ympäristöissä, joissa happea ei ole läsnä, koska se on erittäin myrkyllistä ja jopa tappavaa.

Tietyt mikro-organismit - bakteerit ja hiiva - saavat energiansa käymisprosessin kautta. Tässä tapauksessa prosessi ei vaadi happea tai elektronin kuljetusketjua. Glykolyysin jälkeen lisätään pari ylimääräistä reaktiota ja lopputuote voi olla etyylialkoholi.

Alalla on vuosien ajan hyödynnetty tätä prosessia tuottamaan muun muassa ihmisravinnoksi kiinnostavia tuotteita, kuten leipää, viiniä, olutta..

Meidän lihaksemme pystyvät myös suorittamaan anaerobista hengitystä. Kun nämä solut joutuvat voimakkaaseen ponnistukseen, maitohapon käyminen alkaa, mikä johtaa tämän tuotteen kertymiseen lihakseen ja aiheuttaa väsymystä..

indeksi

  • 1 Ominaisuudet
  • 2 tyyppiä
    • 2.1 Nitraattien käyttö elektronin vastaanottimena
    • 2.2 Sulfaattien käyttö elektronin vastaanottimena
    • 2.3 Hiilidioksidin käyttö elektronin vastaanottimena
  • 3 Fermentaatio
  • 4 Anaerobista hengitystä aiheuttavat organismit
    • 4.1 Tiukat anaerobit
    • 4.2 Valinnaiset anaerobit
    • 4.3 Organismit, joilla on kyky fermentoida
  • 5 Ekologinen merkitys
  • 6 Aerobisen hengityksen erot
  • 7 Viitteet

piirteet

Hengitys on ilmiö, jonka avulla energia saadaan ATP: n muodossa eri orgaanisista molekyyleistä - lähinnä hiilihydraateista. Tämä prosessi tapahtuu erilaisten kemiallisten reaktioiden ansiosta, jotka tapahtuvat solujen sisällä.

Vaikka suurin energian lähde useimmissa organismeissa on glukoosi, muita molekyylejä voidaan käyttää energiantuotantoon, kuten muita sokereita, rasvahappoja tai äärimmäisen tarpeessa, aminohappoja - proteiinien rakenteellisia rakennuspalikoita.

Energia, jota jokainen molekyyli pystyy vapauttamaan, kvantifioidaan jouleina. Organismien reitit tai biokemialliset reitit näiden molekyylien hajoamiseksi riippuvat pääasiassa hapen läsnäolosta tai puuttumisesta. Näin voimme luokitella hengityksen kahteen suureen ryhmään: anaerobiseen ja aerobiseen.

Anaerobisessa hengityksessä on elektroninsiirtoketju, joka tuottaa ATP: tä, ja lopullinen elektronin hyväksyjä on orgaaninen aine, kuten nitraatti-ioni, sulfaatit, muun muassa.

On tärkeää, että tällaista anaerobista hengitystä ei sekoiteta käymiseen. Molemmat prosessit ovat riippumattomia hapesta, mutta jälkimmäisessä ei ole elektronin kuljetusketjua.

tyyppi

On olemassa useita reittejä, joilla organismi voi hengittää ilman happea. Jos elektroniikkaketjua ei ole, orgaanisen aineen hapettuminen yhdistetään energialähteen muiden atomien vähentymiseen käymisprosessissa (ks. Alla).

Jos on olemassa kuljetinketju, lopullinen elektronin vastaanottava paperi voidaan ottaa erilaisten ionien, muun muassa nitraatin, raudan, mangaanin, sulfaattien, hiilidioksidin, avulla..

Elektroninsiirtoketju on hapettumisen vähentämisreaktioiden järjestelmä, joka johtaa energian tuottamiseen ATP: n muodossa, oksidatiivisen fosforylaation muodossa..

Prosessiin osallistuvat entsyymit löytyvät bakteereista, jotka on ankkuroitu kalvoon. Prokaryooteilla on sellaisia ​​invaginaatioita tai vesikkeleitä, jotka muistuttavat eukaryoottisten organismien mitokondrioita. Tämä järjestelmä vaihtelee suuresti bakteerien välillä. Yleisimmät ovat:

Nitraattien käyttö elektronin vastaanottimena

Suuri joukko anaerobista hengitystä sisältäviä bakteereja luetteloidaan nitraattia vähentäviksi bakteereiksi. Tässä ryhmässä elektroninsiirtoketjun lopullinen akseptori on NO-ioni3-.

Tässä ryhmässä on erilaisia ​​fysiologisia yksityiskohtia. Nitraattia vähentävät aineet voivat olla hengitystyyppejä, joissa NO-ioni on3- sattuu olemaan EI2-; voi olla denitrifiointi, jossa mainittu ioni menee N: hen2, tai vastaavasta tyypistä, jossa kyseinen ioni muuttuu NH: ksi3.

Elektronin luovuttajat voivat olla muun muassa pyruvaatti, sukkinaatti, laktaatti, glyseroli, NADH. Tämän aineenvaihdunnan edustava organismi on tunnettu bakteeri Escherichia coli.

Sulfaattien käyttö elektronin vastaanottajana

Vain muutama tiukka anaerobinen bakteeri pystyy ottamaan sulfaatti-ionin ja muuttamaan sen S: ksi2- ja vettä. Reaktiossa käytetään muutamia substraatteja, joista yleisimpiä ovat maitohappo ja neljän hiilen dikarboksyylihapot.

Hiilidioksidin käyttö elektronin vastaanottimena

Arkisto on prokaryoottisia eliöitä, jotka yleensä elävät äärimmäisillä alueilla ja joilla on tunnusomaista hyvin erityisiä metabolisia reittejä.

Yksi niistä on metaani, joka kykenee tuottamaan metaania ja jonka saavuttamiseksi he käyttävät hiilidioksidia lopullisena vastaanottajana. Reaktion lopputuote on metaanikaasu (CH4).

Nämä organismit elävät vain hyvin tiettyjä alueita ekosysteemeistä, joissa vetypitoisuus on korkea, koska se on yksi reaktion kannalta välttämättömistä elementeistä - eräiden nisäkkäiden järvien pohjasta tai ruoansulatuskanavasta.

käyminen

Kuten mainitsimme, käyminen on aineenvaihduntaprosessi, joka ei vaadi hapen läsnäoloa. Huomaa, että se eroaa edellisessä kappaleessa mainitusta anaerobisesta hengityksestä, koska elektronin kuljetusketjua ei ole.

Fermentaatiolle on tunnusomaista, että se on prosessi, joka vapauttaa energiaa sokereista tai muista orgaanisista molekyyleistä, ei vaadi happea, ei tarvitse Krebsin sykli- tai elektroninsiirtoketjua, sen lopullinen hyväksyjä on orgaaninen molekyyli ja tuottaa pieniä määriä ATP: tä - yksi tai kaksi.

Kun solu on suorittanut glykolyysimenetelmän, se hankkii kaksi molekyyliä pyruvihappoa kullekin glukoosimolekyylille.

Jos happea ei ole saatavilla, solu voi käyttää jonkin orgaanisen molekyylin muodostamista NAD: n tuottamiseksi+ tai NADP+ joka voi siirtyä toiseen glykolyysikiertoon.

Fermentaatiota suorittavasta organismista riippuen lopputuote voi olla maitohappo, etanoli, propionihappo, etikkahappo, voihappo, butanoli, asetoni, isopropyylialkoholi, meripihkahappo, muurahaishappo, butaanidioli, butaanidioli..

Nämä reaktiot liittyvät yleensä myös hiilidioksidin tai dihydrogeenimolekyylien erittymiseen.

Anaerobista hengitystä aiheuttavat organismit

Anaerobinen hengitysprosessi on tyypillinen prokaryooteille. Tätä organismiryhmää leimaa todellisen ytimen puuttuminen (biologisen kalvon rajaama) ja subcellulaariset osastot, kuten mitokondriot tai kloroplastit. Tässä ryhmässä ovat bakteerit ja arkisto.

Tiukat anaerobit

Mikro-organismeja, joita happi vaikuttaa letaalisesti, kutsutaan tiukoiksi anaerobeiksi, kuten sukupuoleksi Clostridium.

Anaerobisen aineenvaihdunnan ansiosta näillä mikro-organismeilla voidaan kolonisoida ääriympäristöjä, joissa ei ole happea, jossa aerobiset organismit eivät voineet elää, kuten hyvin syvän veden, maaperän tai joidenkin eläinten ruoansulatuskanavan..

Facultative anaerobit

Lisäksi on olemassa joitakin mikro-organismeja, jotka kykenevät vuorottelemaan aerobisen ja anaerobisen aineenvaihdunnan välillä tarpeidesi ja ympäristöolosuhteiden mukaan.

On kuitenkin olemassa tiukkoja aerobista hengitystä aiheuttavia bakteereja, jotka voivat kasvaa ja kehittyä vain happipitoisissa ympäristöissä.

Mikrobiologisissa tieteissä aineenvaihdunnan tyyppi on luonne, joka auttaa tunnistamaan mikro-organismeja.

Organismit, joilla on kyky fermentoida

Lisäksi on muitakin organismeja, jotka kykenevät kuljettamaan hengitysteitä ilman hapen tai kuljetinketjun tarvetta, eli ne käyvät.

Näistä löytyy jonkinlaisia ​​hiivoja (Saccharomyces), bakteerit (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) ja jopa omat lihassolut. Prosessin aikana jokaiselle lajille on tunnusomaista erottaa toinen tuote.

Ekologinen merkitys

Ekologisten näkökohtien mukaan anaerobinen hengitys täyttää transsendenttiset toiminnot ekosysteemeissä. Tämä prosessi tapahtuu eri elinympäristöissä, kuten meren sedimenteissä tai makeassa vedessä, syvässä maaperässä..

Jotkut bakteerit ottavat sulfaatteja muodostamaan vety- sulfidia ja käyttävät karbonaattia metaanin muodostamiseksi. Muut lajit voivat käyttää nitraatti-ionia ja vähentää sitä nitriitti-ioniksi, typpioksidi- tai typpikaasuksi.

Nämä prosessit ovat elintärkeitä sekä typen että rikkiä varten. Esimerkiksi anaerobinen reitti on tärkein reitti, jolla typpi on kiinteä ja joka voi palata ilmakehään kaasun muodossa.

Aerobisen hengityksen erot

Näiden kahden aineenvaihduntaprosessin välinen ilmeisin ero on hapen käyttö. Aerobicissa tämä molekyyli toimii lopullisena elektronin vastaanottimena.

Energisesti aerobinen hengitys on paljon kannattavampaa, koska se vapauttaa merkittäviä määriä energiaa - noin 38 ATP: n molekyyliä. Sitä vastoin hengittäminen hapen puuttuessa on ominaista paljon pienemmälle määrälle ATP: tä, joka vaihtelee suuresti riippuen organismista.

Myös erittymisen tuotteet vaihtelevat. Aerobinen hengitys päättyy hiilidioksidin ja veden tuottamiseen, kun taas aerobisissa tuotteissa välituotteet ovat erilaisia ​​- esimerkiksi maitohappo, alkoholi tai muut orgaaniset hapot..

Nopeuden kannalta aerobinen hengitys kestää paljon kauemmin. Niinpä anaerobinen prosessi edustaa nopeaa energialähdettä organismeille.

viittaukset

  1. Baron, S. (1996). Lääketieteellinen mikrobiologia 4. painos. Texasin yliopiston lääketieteellinen sivuliike Galvestonissa.
  2. Beckett, B. S. (1986). Biologia: moderni esittely. Oxford University Press, Yhdysvallat.
  3. Fauque, G. D. (1995). Sulfaattia vähentävien bakteerien ekologia. sisään Sulfaattia vähentävät bakteerit (s. 217 - 241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikrobit: energialähde 21. vuosisadalle. Uusi Intian julkaisu.
  5. Wright, D. B. (2000). Ihmisen fysiologia ja terveys. Heinemann.