ANAERÓBNE DÝCHANIE: VLASTNOSTI, TYPY A ORGANIZMY - BIOLÓGIE - 2026

Anaeróbne respirácia alebo anaeróbne metabolické režim, ktorý je chemická energia na báze organických molekúl sa uvoľní. Konečným elektrónovým akceptorom v tomto celom procese je molekula iná ako kyslík, ako napríklad dusičnanový ión alebo sírany.

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

Anaeróbna respirácia je prítomná v prokaryotoch.
Zdroj: pixabay.com

Niektoré mikroorganizmy - baktérie a kvasinky - získavajú svoju energiu fermentačným procesom. V tomto prípade postup nevyžaduje kyslík alebo transportný reťazec elektrónov. Po glykolýze sa pridá niekoľko ďalších reakcií a konečným produktom môže byť etylalkohol.

Tento priemysel už roky využíva tento proces na výrobu produktov, ktoré sú zaujímavé pre ľudskú spotrebu, ako je napríklad chlieb, víno, pivo.

Naše svaly sú tiež schopné anaeróbneho dýchania. Keď sú tieto bunky vystavené intenzívnemu úsiliu, začína sa proces mliečneho kvasenia, čo vedie k hromadeniu tohto produktu vo svaloch, čo vedie k únave.

vlastnosti

Dýchanie je jav, ktorým sa získava energia vo forme ATP, počínajúc rôznymi organickými molekulami, najmä sacharidmi. Tento proces prebieha vďaka rôznym chemickým reakciám, ktoré prebiehajú vo vnútri buniek.

Hoci hlavným zdrojom energie vo väčšine organizmov je glukóza, na extrakciu energie sa môžu použiť aj iné molekuly, napríklad iné cukry, mastné kyseliny alebo v prípade extrémnej potreby aminokyseliny - stavebné kamene proteínov.

Energia, ktorú je každá molekula schopná uvoľňovať, je kvantifikovaná v jouloch. Biochemické dráhy alebo dráhy organizmov na degradáciu uvedených molekúl závisia hlavne od prítomnosti alebo neprítomnosti kyslíka. Týmto spôsobom môžeme klasifikovať dýchanie do dvoch veľkých skupín: anaeróbne a aeróbne.

Pri anaeróbnom dýchaní existuje transportný reťazec elektrónov, ktorý vytvára ATP, a konečným prijímateľom elektrónov je okrem iného organická látka, ako je dusičnanový ión, sírany.

Je dôležité nezamieňať tento typ anaeróbneho dýchania s fermentáciou. Oba procesy sú nezávislé od kyslíka, ale v druhom neexistuje žiadny elektrónový transportný reťazec.

druhy

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

V prípade dopravného reťazca môžu úlohu konečného akceptora elektrónov prevziať rôzne ióny, medzi inými dusičnany, železo, mangán, sírany a oxid uhličitý.

Elektrónový transportný reťazec je reakčný systém redukcie oxidov, ktorý vedie k produkcii energie vo forme ATP, modalitou nazývanou oxidačná fosforylácia.

Enzýmy zapojené do procesu sa nachádzajú vo vnútri baktérií a sú ukotvené v membráne. Prokaryoty majú tieto invázie 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 anaeróbnym dýchaním je klasifikovaná ako baktéria znižujúca dusičnany. V tejto skupine je konečným akceptorom transportného reťazca elektrónov NO ₃ ^- ión .

V rámci tejto skupiny existujú rôzne fyziologické modality. Reduktory dusičnanov môžu byť respiračného typu, kde ión NO ₃ ^{- sa} stáva NO ₂ ^- ; Môžu byť denitrifikáciu, kde sa uvedený iónový prechádza na N ₂ , alebo o asimilovať typu, kde je ion v pochybnosť je transformovaný do NH ₃ .

Elektrónové donory môžu byť medzi inými pyruvát, sukcinát, laktát, glycerol, NADH. Reprezentatívnym organizmom tohto metabolizmu sú dobre známe baktérie Escherichia coli.

Použitie síranov ako akceptora elektrónov

Len niekoľko druhov prísnych anaeróbnych baktérií sú schopné prijať ióny síranu a prevedením na S ² a vodu. Na reakciu sa používa niekoľko substrátov, medzi najbežnejšie patria kyselina mliečna a dikarboxylové kyseliny so štyrmi uhlíkmi.

Použitie oxidu uhličitého ako akceptora elektrónov

Archaea sú prokaryotické organizmy, ktoré obyčajne obývajú extrémne regióny a vyznačujú sa veľmi osobitnými metabolickými cestami.

Jednou z nich je archaea schopná produkovať metán a na dosiahnutie tohto cieľa používa ako konečný akceptor oxid uhličitý. Konečný produkt reakcie je metán (CH ₄ ).

Tieto organizmy žijú iba vo veľmi špecifických oblastiach ekosystémov, kde je koncentrácia vodíka vysoká, pretože je jedným z prvkov potrebných na reakciu - napríklad dno jazier alebo tráviaci trakt určitých cicavcov.

kvasenie

Kvasenie vína

Ako sme spomenuli, fermentácia je metabolický proces, ktorý nevyžaduje prítomnosť kyslíka. Upozorňujeme, že sa líši od anaeróbneho dýchania uvedeného v predchádzajúcej časti tým, že neexistuje reťazec prenosu elektrónov.

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

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

V neprítomnosti dostupnosti kyslíka sa bunka môže uchýliť k vytvoreniu nejakej organickej molekuly, aby sa dosiahla tvorba NAD ⁺ alebo NADP ^+, ktorá môže znova vstúpiť do ďalšieho cyklu glykolýzy.

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

Tieto reakcie sú tiež často spojené s vylučovaním molekúl oxidu uhličitého alebo dihydrogénu.

Organizmy s anaeróbnym dýchaním

Proces anaeróbneho dýchania je typický pre prokaryoty. Táto skupina organizmov sa vyznačuje tým, že chýba skutočné jadro (oddelené biologickou membránou) a subcelulárne kompartmenty, ako sú mitochondrie alebo chloroplasty. Do tejto skupiny patria baktérie a archaea.

Prísne anaeróby

Mikroorganizmy, ktoré sú letálne postihnuté prítomnosťou kyslíka, sa nazývajú prísne anaeróbne, napríklad rod Clostridium.

Vďaka anaeróbnemu metabolizmu umožňuje týmto mikroorganizmom kolonizovať extrémne prostredie bez kyslíka, kde by aeróbne organizmy nemohli obývať, ako sú veľmi hlboké vody, pôdy alebo tráviaci trakt niektorých zvierat.

Fakultatívne anaeróby

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

Existujú však baktérie s prísnym aeróbnym dýchaním, ktoré môžu rásť a rozvíjať sa iba v prostrediach bohatých na kyslík.

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

Organizmy so schopnosťou fermentácie

Okrem toho existujú ďalšie organizmy schopné vytvárať dýchacie cesty bez potreby kyslíka alebo transportného reťazca, 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. V priebehu procesu je každý druh charakterizovaný vylučovaním iného produktu.

Ekologický význam

Z hľadiska ekológie plní anaeróbne dýchanie transcendentálne funkcie v ekosystémoch. Tento proces prebieha okrem iného v rôznych biotopoch, ako sú morské sedimenty alebo sladkovodné útvary, hlboké pôdy.

Niektoré baktérie berú sírany za vzniku sírovodíka a používajú uhličitan k tvorbe metánu. Iné druhy sú schopné používať dusičnanový ión a redukovať ho na dusitanový ión, oxid dusný alebo plynný dusík.

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

Rozdiely od aeróbneho dýchania

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

Energeticky je aeróbna respirácia oveľa výhodnejšia a uvoľňuje značné množstvo energie - približne 38 molekúl ATP. Naproti tomu dýchanie v neprítomnosti kyslíka je charakterizované oveľa nižším počtom ATP, ktorý sa veľmi líši v závislosti od organizmu.

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

Z hľadiska rýchlosti trvá aeróbne dýchanie omnoho dlhšie. Preto anaeróbny proces predstavuje pre organizmy rýchly zdroj energie.

Referencie

1. Baron, S. (1996). Lekárska mikrobiológia. 4. vydanie. Zdravotnícka pobočka University of Texas v Galvestone.
2. Beckett, BS (1986). Biológia: moderný úvod. Oxford University Press, USA.
3. Fauque, GD (1995). Ekológia baktérií redukujúcich sírany. V baktériách redukujúcich sírany (str. 217 - 241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikróby: zdroj energie pre 21. storočie. New India Publishing.
5. Wright, DB (2000). Fyziológia a zdravie ľudí. Heinemann.