ANAEROBNO DIHANJE: ZNAČILNOSTI, VRSTE IN ORGANIZMI - BIOLOGIJA - 2026

Anaerobno dihanje ali anaerobni način metabolična ki je kemijska energija na osnovi organskih molekul sprosti. Končni sprejemnik elektronov v tem celotnem postopku je molekula, ki ni kisik, kot nitratni ion ali sulfati.

Organizmi, ki predstavljajo to vrsto presnove, so prokarioti in jih imenujemo anaerobni organizmi. Prokarioti, ki so strogo anaerobni, lahko živijo le v okolju, kjer kisika ni, saj je zelo strupen in celo smrtonosen.

V prokariotih je prisotno anaerobno dihanje.
Vir: pixabay.com

Določeni mikroorganizmi - bakterije in kvasovke - pridobivajo svojo energijo s postopkom fermentacije. V tem primeru postopek ne potrebuje kisika ali elektronske transportne verige. Po glikolizi dodamo še nekaj dodatnih reakcij in končni produkt je lahko etilni alkohol.

Industrija že leta izkorišča ta postopek, da med drugim proizvaja izdelke, ki so zanimivi za prehrano ljudi, kot so kruh, vino, pivo.

Naše mišice so sposobne tudi anaerobnega dihanja. Ko so te celice podvržene intenzivnim naporom, se začne postopek mlečne fermentacije, ki ima za posledico kopičenje tega izdelka v mišicah, kar ustvarja utrujenost.

značilnosti

Dihanje je pojav, s katerim pridobivamo energijo v obliki ATP, začenši iz različnih organskih molekul - predvsem ogljikovih hidratov. Ta proces poteka zahvaljujoč različnim kemičnim reakcijam, ki potekajo znotraj celic.

Čeprav je glavni vir energije v večini organizmov glukoza, lahko za pridobivanje energije uporabimo druge molekule, na primer druge sladkorje, maščobne kisline ali primere izrednih potreb, aminokisline - gradnike beljakovin.

Energijo, ki jo je sposobna sprostiti vsaka molekula, določimo v džulih. Biokemične poti ali poti organizmov za razgradnjo omenjenih molekul so odvisne predvsem od prisotnosti ali odsotnosti kisika. Na ta način lahko razvrstimo dihanje v dve veliki skupini: anaerobno in aerobno.

Pri anaerobnem dihanju obstaja elektronska transportna veriga, ki ustvarja ATP, končni sprejemnik elektronov pa je organska snov, kot so nitratni ioni, sulfati.

Pomembno je, da te vrste anaerobnega dihanja ne zamenjate s fermentacijo. Oba procesa sta neodvisna od kisika, v slednjem pa ni verige prevoza elektronov.

Vrste

Obstaja več poti, po katerih lahko organizem diha brez kisika. Če ni elektronske transportne verige, bo oksidacija organske snovi povezana z zmanjšanjem drugih atomov iz vira energije v procesu fermentacije (glej spodaj).

V primeru transportne verige lahko vlogo končnega sprejemnika elektronov prevzamejo različni ioni, vključno z nitrati, železom, manganom, sulfati in ogljikovim dioksidom.

Transportna veriga elektronov je sistem za zmanjševanje oksida, ki vodi do proizvodnje energije v obliki ATP, in sicer z modaliteto, imenovano oksidativno fosforilacijo.

Encimi, ki sodelujejo v procesu, najdemo znotraj bakterij, zasidranih na membrani. Prokarioti imajo te invazije ali vezikle, ki spominjajo na mitohondrije evkariontskih organizmov. Ta sistem se med bakterijami zelo razlikuje. Najpogostejše objave so:

Uporaba nitratov kot sprejemnik elektronov

Velika skupina bakterij z anaerobnim dihanjem je razvrščena kot bakterije, ki zmanjšujejo nitrate. V tej skupini je končni akceptor elektronov transportni verigi je NO ₃ ^- ionska .

Znotraj te skupine obstajajo različni fiziološki načini. Nitratni reduktorji so lahko dihalnega tipa, kjer ion NO ₃ ^- postane NO ₂ ^- ; Lahko jih denitrifikacijo, kjer omenjeni ionski preide N ₂ ali tipa vsrkavanju kjer je ionski zadevna pretvorimo v NH ₃ .

Darovalci elektronov so med drugim lahko piruvat, sukcinat, laktat, glicerol, NADH. Reprezentativni organizem tega metabolizma je dobro znana bakterija Escherichia coli.

Uporaba sulfatov kot sprejemnik elektronov

Le nekaj vrst strogih anaerobnih bakterij je sposobno prevzeti sulfatni ion in ga pretvoriti v S ^2- in vodo. Za reakcijo je uporabljenih nekaj substratov, med najpogostejšima sta mlečna kislina in štirikarbonska kislina.

Uporaba ogljikovega dioksida kot sprejemnik elektronov

Arhee so prokariotski organizmi, ki običajno naseljujejo ekstremna območja in za katere je značilno, da imajo zelo posebne presnovne poti.

Ena od teh so arheje, ki lahko proizvajajo metan in za dosego tega uporabljajo ogljikov dioksid kot končni sprejemnik. Končni produkt reakcije je metan (CH ₄ ).

Ti organizmi živijo le na zelo specifičnih območjih ekosistemov, kjer je koncentracija vodika velika, saj je eden izmed elementov, potrebnih za reakcijo - na primer dno jezer ali prebavni trakt nekaterih sesalcev.

Fermentacija

Fermentacija vina

Kot smo omenili, je fermentacija metabolični proces, ki ne zahteva prisotnosti kisika. Upoštevajte, da se od anaerobnega dihanja, omenjenega v prejšnjem razdelku, razlikuje po odsotnosti elektronske transportne verige.

Za fermentacijo je značilen postopek, ki sprošča energijo, ki izvira iz sladkorjev ali drugih organskih molekul, ne potrebuje kisika, ne potrebuje Krebsovega cikla ali elektronske transportne verige, njegov končni sprejemnik je organska molekula in proizvaja majhne količine ATP - eno ali dve.

Ko celica zaključi postopek glikolize, dobi dve molekuli piruvične kisline za vsako molekulo glukoze.

Če ni razpoložljivega kisika, se celica lahko zateče k nastanku organske molekule, da doseže nastajanje NAD ⁺ ali NADP ^+, ki lahko spet vstopi v drug cikel glikolize.

Končni produkt je lahko odvisen od organizma, ki izvaja fermentacijo: mlečna kislina, etanol, propionska kislina, ocetna kislina, maslačna kislina, butanol, aceton, izopropil alkohol, jantarna kislina, mravljična kislina, butanediol.

Te reakcije so pogosto povezane tudi z izločanjem molekul ogljikovega dioksida ali dihidrogena.

Organizmi z anaerobnim dihanjem

Postopek anaerobnega dihanja je značilen za prokariote. Za to skupino organizmov je značilno, da nimajo pravega jedra (omejenega z biološko membrano) in podceličnih oddelkov, kot so mitohondriji ali kloroplasti. V tej skupini so bakterije in arheje.

Strogi anaerobi

Mikroorganizme, ki smrtno vplivajo na prisotnost kisika, imenujemo strogo anaerobni, na primer rod Clostridium.

Če imajo anaerobni metabolizem, lahko ti mikroorganizmi kolonizirajo ekstremna okolja brez kisika, kjer aerobni organizmi ne bi mogli prebivati, kot so zelo globoke vode, tla ali prebavni trakt nekaterih živali.

Fakultativni anaerobi

Poleg tega obstaja nekaj mikroorganizmov, ki se lahko spreminjajo med aerobnim in anaerobnim metabolizmom, odvisno od njihovih potreb in okoljskih razmer.

Vendar obstajajo bakterije s strogim aerobnim dihanjem, ki lahko rastejo in se razvijajo le v okolju, bogatem s kisikom.

V mikrobioloških vedah je znanje o vrsti presnove znak, ki pomaga prepoznati mikroorganizme.

Organizmi s sposobnostjo fermentacije

Poleg tega obstajajo tudi drugi organizmi, ki lahko ustvarijo dihalne poti brez potrebe po kisiku ali transportni verigi, torej fermentirajo.

Med njimi najdemo nekatere vrste kvasovk (Saccharomyces), bakterije (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) in celo lastne mišične celice. Med postopkom je za vsako vrsto značilno, da izloča drugačen proizvod.

Ekološki pomen

Z vidika ekologije anaerobno dihanje izpolnjuje transcendentalne funkcije znotraj ekosistemov. Ta postopek poteka v različnih habitatih, kot so morski sedimenti ali sladkovodna telesa, globoko talno okolje.

Nekatere bakterije prevzamejo sulfate, da tvorijo vodikov sulfid, za tvorbo metana pa uporabljajo karbonat. Druge vrste so sposobne uporabiti nitratni ion in ga reducirati do nitritnega iona, dušikovega oksida ali dušikovega plina.

Ti procesi so vitalni v naravnih ciklih, tako za dušik kot žveplo. Anaerobna pot je na primer glavna pot, po kateri se dušik fiksira in se lahko vrne v ozračje kot plin.

Razlike od aerobnega dihanja

Najbolj očitna razlika med tema dvema presnovnima procesoma je izraba kisika. V aerobiki ta molekula deluje kot končni sprejemnik elektronov.

Energijsko je aerobno dihanje veliko bolj koristno, saj sprošča znatne količine energije - približno 38 molekul ATP. Nasprotno pa je za dihanje v odsotnosti kisika značilno veliko manjše število ATP, ki se močno razlikuje glede na organizem.

Tudi produkti izločanja so različni. Aerobno dihanje se konča s proizvodnjo ogljikovega dioksida in vode, pri aerobnem dihanju pa so vmesni materiali raznoliki - na primer mlečna kislina, alkohol ali druge organske kisline.

Glede hitrosti aerobno dihanje traja veliko dlje. Tako anaerobni postopek predstavlja hiter vir energije za organizme.

Reference

1. Baron, S. (1996). Medicinska mikrobiologija. 4. izdaja. Medicinska izpostava University of Texas v Galvestonu.
2. Beckett, BS (1986). Biologija: sodoben uvod. Oxford University Press, ZDA.
3. Fauque, GD (1995). Ekologija bakterij, ki zmanjšujejo sulfat. V bakterijah, ki zmanjšujejo sulfat (str. 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikrobi: vir energije za 21. stoletje. New India Publishing.
5. Wright, DB (2000). Človekova fiziologija in zdravje. Heinemann