ANAEROBNÍ DÝCHÁNÍ: VLASTNOSTI, TYPY A ORGANISMY - BIOLOGIE - 2025

Anaerobní respirace nebo anaerobní metabolické režim, který je chemická energie na bázi organických molekul se uvolní. Konečným akceptorem elektronů v tomto celém procesu je molekula jiná než kyslík, jako je dusičnanový iont nebo sírany.

Organismy, které představují tento typ metabolismu, jsou prokaryoty a nazývají se anaerobní organismy. Prokaryoty, které jsou přísně anaerobní, mohou žít pouze v prostředích, kde není přítomen kyslík, protože je vysoce toxický a dokonce smrtelný.

Anaerobní dýchání je přítomno v prokaryotech.

Zdroj: pixabay.com

Některé mikroorganismy - bakterie a kvasinky - získávají svou energii fermentačním procesem. V tomto případě proces nevyžaduje kyslík nebo řetězec přenosu elektronů. Po glykolýze se přidá několik dalších reakcí a konečný produkt může být ethylalkohol.

Po léta toto odvětví využilo tento proces k výrobě produktů, které jsou zajímavé pro lidskou spotřebu, jako je například chléb, víno, pivo.

Naše svaly jsou také schopné anaerobního dýchání. Když jsou tyto buňky vystaveny intenzivnímu úsilí, začíná proces mléčného kvašení, což má za následek hromadění tohoto produktu ve svalech, což vede k únavě.

vlastnosti

Dýchání je jev, kterým se získává energie ve formě ATP, počínaje různými organickými molekulami - hlavně uhlohydráty. Tento proces probíhá díky různým chemickým reakcím, které probíhají uvnitř buněk.

Přestože hlavním zdrojem energie ve většině organismů je glukóza, lze k extrakci energie použít i jiné molekuly, jako jsou jiné cukry, mastné kyseliny nebo v případě extrémní potřeby aminokyseliny - stavební kameny bílkovin.

Energie, kterou je každá molekula schopna uvolnit, je kvantifikována v joulech. Biochemické dráhy nebo dráhy organismů pro degradaci uvedených molekul závisí hlavně na přítomnosti nebo nepřítomnosti kyslíku. Tímto způsobem můžeme klasifikovat dýchání do dvou velkých skupin: anaerobní a aerobní.

Při anaerobním dýchání existuje transportní řetězec elektronů, který vytváří ATP, a konečným akceptorem elektronů je organická látka, jako je dusičnanový iont, sírany.

Je důležité nezaměňovat tento typ anaerobního dýchání s fermentací. Oba procesy jsou nezávislé na kyslíku, ale ve druhém neexistuje žádný elektronový transportní řetězec.

Typy

Existuje několik cest, kterými může organismus dýchat bez kyslíku. Pokud neexistuje žádný elektronový transportní řetězec, bude oxidace organické hmoty spojená s redukcí dalších atomů ze zdroje energie ve fermentačním procesu (viz níže).

V případě transportního řetězce mohou roli konečného akceptoru elektronů převzít různé ionty, mezi jinými dusičnan, železo, mangan, sírany a oxid uhličitý.

Řetězec přenosu elektronů je reakčním systémem redukce oxidů, který vede k produkci energie ve formě ATP modalitou zvanou oxidativní fosforylace.

Enzymy podílející se na tomto procesu se nacházejí uvnitř bakterií, ukotvených k membráně. Prokaryoty mají tyto invaze nebo vezikuly, které se podobají mitochondriím eukaryotických organismů. Tento systém se u bakterií velmi liší. Nejběžnější jsou:

Použití dusičnanů jako akceptoru elektronů

Velká skupina bakterií s anaerobním dýcháním je klasifikována jako bakterie snižující dusičnany. V této skupině je konečným akceptorem transportního řetězce elektronů NO ₃ ^- iont.

V této skupině existují různé fyziologické modality. Dusičnanové reduktory mohou být respiračního typu, kde iont NO ₃ ^{- se} stává NO ₂ ^-; Mohou být denitrifikaci, kde se uvedený ionový přechází na N ₂, nebo o asimilovat typu, kde je ion v pochybnost je transformován do NH ₃.

Elektronovými dárci mohou být mimo jiné pyruvát, sukcinát, laktát, glycerol, NADH. Reprezentativním organismem tohoto metabolismu jsou známé bakterie Escherichia coli.

Použití síranů jako akceptoru elektronů

Pouze několik druhů přísných anaerobních bakterií je schopno přijmout sulfátový ion a převést jej na S ^2- a vodu. Pro reakci se používá několik substrátů, mezi nejčastější patří kyselina mléčná a dikarboxylové kyseliny se čtyřmi uhlíky.

Použití oxidu uhličitého jako akceptoru elektronů

Archaea jsou prokaryotické organismy, které obvykle obývají extrémní oblasti, a vyznačují se velmi zvláštními metabolickými cestami.

Jednou z nich je archaea schopná produkovat metan a k dosažení tohoto cíle používá jako konečného akceptoru oxid uhličitý. Konečný produkt reakce je metan (CH ₄).

Tyto organismy žijí pouze ve velmi specifických oblastech ekosystémů, kde je koncentrace vodíku vysoká, protože je jedním z prvků nezbytných pro reakci - jako jsou dna jezer nebo zažívací trakt některých savců.

Kvašení

Kvašení vína

Jak jsme již zmínili, fermentace je metabolický proces, který nevyžaduje přítomnost kyslíku. Povšimněte si, že se liší od anaerobního dýchání uvedeného v předchozí části nepřítomností řetězce přenosu elektronů.

Fermentace je charakterizována procesem, který uvolňuje energii vycházející z cukrů nebo jiných organických molekul, nevyžaduje kyslík, nepotřebuje Krebsův cyklus nebo transportní řetězec elektronů, jeho konečným akceptorem je organická molekula a produkuje malé množství ATP. - jeden nebo dva.

Jakmile buňka dokončí glykolýzu, získá pro každou molekulu glukózy dvě molekuly kyseliny pyruvové.

V nepřítomnosti dostupnosti kyslíku se může buňka uchýlit k tvorbě nějaké organické molekuly, aby dosáhla generace NAD ⁺ nebo NADP ^+, která může znovu vstoupit do dalšího cyklu glykolýzy.

V závislosti na organismu, který fermentaci provádí, může být finálním produktem mimo jiné kyselina mléčná, ethanol, propionová, octová, butylová, butanol, aceton, isopropylalkohol, jantarová, mravenčí, butandiol.

Tyto reakce jsou také často spojovány s vylučováním molekul oxidu uhličitého nebo dihydrogenů.

Organismy s anaerobním dýcháním

Anaerobní respirační proces je typický pro prokaryoty. Tato skupina organismů je charakterizována chybějícím skutečným jádrem (vymezeným biologickou membránou) a subcelulárními kompartmenty, jako jsou mitochondrie nebo chloroplasty. V této skupině jsou bakterie a archaea.

Přísné anaeroby

Mikroorganismy, které jsou smrtelně ovlivněny přítomností kyslíku, se nazývají přísně anaerobní, například rod Clostridium.

Mít anaerobní metabolismus umožňuje těmto mikroorganismům kolonizovat extrémní prostředí bez kyslíku, kde by aerobní organismy nemohly obývat, jako jsou velmi hluboké vody, půdy nebo zažívací trakt některých zvířat.

Fakultativní anaeroby

Kromě toho existují některé mikroorganismy schopné střídat mezi aerobním a anaerobním metabolismem v závislosti na jejich potřebách a podmínkách prostředí.

Existují však bakterie s přísným aerobním dýcháním, které mohou růst a vyvíjet se pouze v prostředích bohatých na kyslík.

V mikrobiologických vědách je znalost typu metabolismu znakem, který pomáhá identifikovat mikroorganismy.

Organismy se schopností fermentovat

Kromě toho existují další organismy schopné vytvářet dýchací cesty bez potřeby kyslíku nebo transportního řetězce, to znamená, že fermentují.

Mezi nimi najdeme některé druhy kvasinek (Saccharomyces), bakterie (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) a dokonce i naše vlastní svalové buňky. Během procesu je každý druh charakterizován vylučováním jiného produktu.

Ekologický význam

Z hlediska ekologie plní anaerobní dýchání transcendentální funkce v ekosystémech. Tento proces probíhá mimo jiné v různých stanovištích, jako jsou mořské sedimenty nebo sladkovodní útvary, hluboká půdní prostředí.

Některé bakterie berou sírany za vzniku sirovodíku a používají uhličitan k tvorbě metanu. Jiné druhy jsou schopné používat dusičnanový ion a redukovat jej na dusitanový ion, oxid dusný nebo plynný dusík.

Tyto procesy jsou životně důležité v přírodních cyklech, jak pro dusík, tak pro síru. Například, anaerobní cesta je hlavní cestou, kterou je dusík fixován a je schopen se vrátit do atmosféry jako plyn.

Rozdíly od aerobního dýchání

Nejviditelnějším rozdílem mezi těmito dvěma metabolickými procesy je využití kyslíku. V aerobiku tato molekula působí jako konečný elektronový akceptor.

Energeticky je aerobní dýchání mnohem výhodnější a uvolňuje značné množství energie - asi 38 molekul ATP. Naproti tomu dýchání v nepřítomnosti kyslíku je charakterizováno mnohem nižším počtem ATP, které se velmi liší v závislosti na organismu.

Produkty vylučování se také liší. Aerobní dýchání končí produkcí oxidu uhličitého a vody, zatímco v aerobním dýchání jsou meziprodukty různé - například kyselina mléčná, alkohol nebo jiné organické kyseliny.

Z hlediska rychlosti trvá aerobní dýchání mnohem déle. Proto anaerobní proces představuje pro organismy rychlý zdroj energie.

Reference

1. Baron, S. (1996). Lékařská mikrobiologie. 4. vydání. University of Texas Medical Branch ve společnosti Galveston.
2. Beckett, BS (1986). Biologie: moderní úvod. Oxford University Press, USA.
3. Fauque, GD (1995). Ekologie bakterií redukujících sírany. U bakterií snižujících sírany (str. 217–241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikroby: zdroj energie pro 21. století. New India Publishing.
5. Wright, DB (2000). Fyziologie a zdraví člověka. Heinemann.