ANAEROBNO DISANJE: KARAKTERISTIKE, VRSTE I ORGANIZMI - BIOLOGIJA - 2025

Anaerobne disanje ili anaerobna metabolički način koji je kemijski energije na temelju organskih molekula otpušta. Konačni akceptor elektrona u cijelom ovom procesu je molekula koja nije kisik, poput nitratnog iona ili sulfata.

Organizmi koji predstavljaju ovu vrstu metabolizma su prokarioti i nazivaju se anaerobni organizmi. Prokarioti koji su strogo anaerobni mogu živjeti samo u sredinama u kojima nema kisika, jer je vrlo toksičan i čak smrtonosan.

Anaerobno disanje je prisutno u prokariotima.

Izvor: pixabay.com

Određeni mikroorganizmi - bakterije i kvasci - dobivaju svoju energiju procesom fermentacije. U ovom slučaju, proces ne zahtijeva kisik ili transportni lanac elektrona. Nakon glikolize dodaje se nekoliko dodatnih reakcija, a krajnji produkt može biti etilni alkohol.

Industrija je godinama koristila ovaj proces za proizvodnju proizvoda od interesa za prehranu ljudi, poput kruha, vina, piva, među ostalim.

Naši mišići također su sposobni za anaerobno disanje. Kada su ove stanice podvrgnute intenzivnim naporima, započinje proces mliječne fermentacije, što dovodi do nakupljanja ovog proizvoda u mišićima, stvarajući umor.

karakteristike

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

Iako je glavni izvor energije u većini organizama glukoza, druge molekule mogu se koristiti za ekstrakciju energije, poput ostalih šećera, masnih kiselina ili u slučajevima ekstremne potrebe, aminokiseline - građevne bjelančevine.

Energija koju je svaka molekula sposobna osloboditi kvantificira se u džulima. Biokemijski putevi ili putovi organizama za razgradnju ovih molekula uglavnom ovise o prisutnosti ili odsutnosti kisika. Na ovaj način disanje možemo razvrstati u dvije velike skupine: anaerobno i aerobno.

U anaerobnom disanju postoji elektronski transportni lanac koji stvara ATP, a krajnji akceptor elektrona je organska tvar poput nitratnog iona, sulfata, između ostalih.

Važno je ovu vrstu anaerobnog disanja ne brkati s fermentacijom. Oba su procesa neovisna o kisiku, ali u potonjem ne postoji transportni lanac elektrona.

vrste

Postoji više ruta po kojima organizam može disati bez kisika. Ako ne postoji transportni lanac elektrona, oksidacija organske tvari povezivaće se sa redukcijom drugih atoma iz izvora energije u procesu fermentacije (vidjeti dolje).

U slučaju transportnog lanca, ulogu krajnjeg akceleratora elektrona mogu preuzeti razni ioni, među kojima su nitrati, željezo, mangan, sulfati i ugljični dioksid.

Lanac transporta elektrona je sustav reakcije redukcije oksida koji dovodi do stvaranja energije u obliku ATP-a, modalitetom koji se naziva oksidativna fosforilacija.

Enzimi koji su uključeni u proces nalaze se unutar bakterija, usidrenih na membrani. Prokarioti imaju ove invazije ili vezikule koji nalikuju mitohondrijima eukariotskih organizama. Taj se sustav uvelike razlikuje među bakterijama. Najčešći su komentari:

Upotreba nitrata kao akceptor elektrona

Velika skupina bakterija s anaerobnim disanjem klasificirana je kao bakterija koja smanjuje nitrate. U ovoj skupini, konačni akceptor u elektron transportnom lancu je NO ₃ ^- ion.

Unutar ove skupine postoje različiti fiziološki modaliteti. Nitrata reducers mogu biti dišnih tipa gdje ion NO ₃ ^- postaje NO ₂ ^-; Mogu se denitrificirajućih, gdje navedeni ion prolazi N ₂, ili o vrsti asimilirati gdje ion u pitanju je pretvoren u NH ₃.

Donatori elektrona mogu biti piruvat, sukcinat, laktat, glicerol, NADH, između ostalih. Reprezentativni organizam ovog metabolizma su poznate bakterije Escherichia coli.

Upotreba sulfata kao akceptor elektrona

Samo nekoliko vrsta strogih anaerobnih bakterija sposobno je uzeti sulfatni ion i pretvoriti ga u S ^2- i vodu. Nekoliko supstrata koristi se za reakciju, među najčešćim su mliječna kiselina i četirikarboksilna kiselina s četiri ugljika.

Upotreba ugljičnog dioksida kao akceptor elektrona

Arheje su prokariotski organizmi koji obično naseljavaju ekstremna područja, a karakteriziraju ih izlaganjem vrlo specifičnih metaboličkih putova.

Jedna od njih su arheje sposobne proizvoditi metan, a za postizanje toga koriste se ugljični dioksid kao krajnji akceptor. Krajnji produkt reakcije je metan (CH ₄).

Ti organizmi naseljavaju samo vrlo specifična područja ekosustava, gdje je koncentracija vodika visoka jer je to jedan od elemenata potrebnih za reakciju - poput dna jezera ili probavnog trakta nekih sisavaca.

Vrenje

Fermentacija vina

Kao što smo spomenuli, fermentacija je metabolički proces za koji nije potrebno prisustvo kisika. Imajte na umu da se razlikuje od anaerobnog disanja spomenutog u prethodnom odjeljku nepostojanjem lanca transporta elektrona.

Fermentacija je karakterizirana postupkom koji oslobađa energiju polazeći od šećera ili drugih organskih molekula, ne treba kisik, ne treba Krebsov ciklus ili lanac transporta elektrona, njegov krajnji akceptor je organska molekula i proizvodi male količine ATP-a - jedan ili dva.

Nakon što ćelija završi proces glikolize, dobije dvije molekule piruične kiseline za svaku molekulu glukoze.

U nedostatku dostupnosti kisika, stanica može pribjeći stvaranju neke organske molekule kako bi se postigla generacija NAD ⁺ ili NADP ⁺ koja opet može ući u drugi ciklus glikolize.

Ovisno o organizmu koji vrši fermentaciju, konačni proizvod može biti mliječna kiselina, etanol, propionska kiselina, octena kiselina, maslačna kiselina, butanol, aceton, izopropil alkohol, jantarna kiselina, mravljična kiselina, butanediol.

Te su reakcije često povezane i sa izlučivanjem molekula ugljičnog dioksida ili dihidrogena.

Organizmi s anaerobnim disanjem

Proces anaerobnog disanja tipičan je za prokariote. Za ovu skupinu organizama nedostaje istinsko jezgro (određeno biološkom membranom) i subcelijski odjeljci, poput mitohondrija ili kloroplasta. Unutar ove skupine su bakterije i arheje.

Strogi anaerobi

Mikroorganizmi koji smrtonosno utječu na prisutnost kisika nazivaju se strogo anaerobnim, poput roda Clostridium.

Posjedovanje anaerobnog metabolizma omogućava tim mikroorganizmima koloniziranje ekstremnih okruženja lišenih kisika u kojima aerobni organizmi ne bi mogli naseljavati, poput vrlo dubokih voda, tla ili probavnog trakta nekih životinja.

Fakultativni anaerobi

Uz to, postoje neki mikroorganizmi koji mogu izmjenjivati ​​aerobni i anaerobni metabolizam, ovisno o njihovim potrebama i uvjetima okoliša.

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

U mikrobiološkim znanostima poznavanje vrste metabolizma je znak koji pomaže identificirati mikroorganizme.

Organizmi sa sposobnošću fermentacije

Pored toga, postoje i drugi organizmi koji mogu stvoriti dišne ​​putove bez potrebe za kisikom ili transportnim lancem, odnosno fermentiraju.

Među njima nalazimo neke vrste kvasca (Saccharomyces), bakterije (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter), pa čak i naše vlastite mišićne stanice. Tijekom postupka, za svaku je vrstu karakteristično da izlučuje različiti proizvod.

Ekološka relevantnost

Sa gledišta ekologije, anaerobno disanje ispunjava transcendentalne funkcije unutar ekosustava. Ovaj se proces odvija u različitim staništima, poput morskih sedimenata ili slatkovodnih tijela, između ostalog u dubokim okruženjima tla.

Neke bakterije uzimaju sulfate da bi tvorile sumporovodik i pomoću karbonata koriste metan. Ostale su vrste sposobne koristiti nitratni ion i smanjiti ga u nitritni ion, dušikov oksid ili dušični plin.

Ti su procesi vitalni u prirodnim ciklusima, i za dušik i za sumpor. Na primjer, anaerobni put je glavna ruta kojom se dušik učvršćuje i može se vratiti u atmosferu kao plin.

Razlike od aerobnog disanja

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

Energetski, aerobno disanje je mnogo korisnije, oslobađajući značajne količine energije - oko 38 ATP molekula. Suprotno tome, disanje u nedostatku kisika karakterizira mnogo manji broj ATP-a koji uvelike varira ovisno o organizmu.

Proizvodi izlučivanja također variraju. Aerobno disanje završava proizvodnjom ugljičnog dioksida i vode, dok su pri aerobnom disanju intermedijari različiti - poput mliječne kiseline, alkohola ili drugih organskih kiselina, na primjer.

U pogledu brzine, aerobno disanje traje mnogo duže. Dakle, anaerobni proces predstavlja brzi izvor energije za organizme.

Reference

1. Baron, S. (1996). Medicinska mikrobiologija. 4. izdanje. Medicinska podružnica Sveučilišta u Teksasu u Galvestonu.
2. Beckett, BS (1986). Biologija: moderan uvod. Oxford University Press, SAD.
3. Fauque, GD (1995). Ekologija bakterija koje smanjuju sulfat. U bakterijama koje smanjuju sulfat (str. 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikrobi: izvor energije za 21. stoljeće. New India Publishing.
5. Wright, DB (2000). Ljudska fiziologija i zdravlje. Heinemann.