Анаеробни характеристики на дишането, видове и организми



на анаеробно дишане или анаеробно е метаболитна модалност, при която се отделя химическа енергия, започвайки от органични молекули. Крайният акцептор на електрона на целия този процес е молекула, различна от кислорода, като нитратен йон или сулфати.

Организмите, които представят този вид метаболизъм са прокариоти и се наричат ​​анаеробни организми. Прокариотите, които са строго анаеробни, могат да живеят само в среда, в която няма кислород, тъй като е силно токсичен и дори летален.

Някои микроорганизми - бактерии и дрожди - получават енергията си чрез ферментационния процес. В този случай, процесът не изисква кислородна или електронна транспортна верига. След гликолиза се прибавят няколко допълнителни реакции и крайният продукт може да бъде етилов алкохол.

От години индустрията се възползва от този процес, за да произвежда продукти от интерес за човешка консумация, като хляб, вино, бира и др..

Нашите мускули също са способни да извършват анаеробно дишане. Когато тези клетки са подложени на интензивни усилия, започва процесът на млечна ферментация, което води до натрупване на този продукт в мускулите, създавайки умора..

индекс

  • 1 Характеристики
  • 2 вида
    • 2.1 Използване на нитрати като акцептор на електрони
    • 2.2 Използване на сулфати като акцептор на електрони
    • 2.3 Използване на въглероден диоксид като акцептор на електрони
  • 3 Ферментация
  • 4 Организми с анаеробно дишане
    • 4.1 Строги анаероби
    • 4.2 Незадължителни анаероби
    • 4.3 Организми, способни да ферментират
  • 5 Екологично значение
  • 6 Различия с аеробното дишане
  • 7 Препратки

функции

Дишането е феноменът, чрез който се получава енергия под формата на АТФ, като се започне от различни органични молекули - главно въглехидрати. Този процес се осъществява благодарение на различни химични реакции, които протичат вътре в клетките.

Въпреки че основният източник на енергия в повечето организми е глюкозата, други молекули могат да се използват за извличане на енергия, като например други захари, мастни киселини или в случаи на крайни нужди, аминокиселини - структурни блокове на протеини..

Енергията, която всяка молекула може да освободи, се определя количествено в джаули. Пътищата или биохимичните пътища на организмите за разграждането на тези молекули зависят главно от присъствието или отсъствието на кислород. По този начин можем да класифицираме дишането в две големи групи: анаеробни и аеробни.

При анаеробното дишане има електронна транспортна верига, която генерира АТР, а крайният акцептор на електрони е органично вещество като нитратен йон, сулфати, между другото.

Важно е да не се бърка този вид анаеробно дишане с ферментацията. И двата процеса са независими от кислорода, но в последния няма верига за транспортиране на електрони.

тип

Има много пътища, по които един организъм може да диша без кислород. Ако няма електронна транспортна верига, окисляването на органичната материя ще бъде съчетано с редукция на други атоми на енергийния източник в процеса на ферментация (виж по-долу).

В случай, че има конвейерна верига, последната хартия за приемане на електрони може да бъде взета от различни йони, между които нитрат, желязо, манган, сулфати, въглероден диоксид и др..

Електронната транспортна верига е система от окислително-редукционни реакции, която води до производството на енергия под формата на АТР, чрез модалност, наречена окислително фосфорилиране..

Включените в процеса ензими се намират вътре в бактериите, закрепени към мембраната. Прокариотите имат такива инвагинации или везикули, които приличат на митохондриите на еукариотните организми. Тази система варира значително сред бактериите. Най-често срещаните са:

Използване на нитрати като акцептор на електрони

Голяма група бактерии с анаеробно дишане са каталогизирани като бактерии, редуциращи нитратите. В тази група крайният акцептор на електронната транспортна верига е NO-йонът3-.

В тази група има различни физиологични модалности. Нитратните редуктори могат да бъдат от дихателен тип, където NO-йонът3- се случва да бъде НЕ2-; може да бъде денитрифициране, където споменатият йон отива до N2, или от асимилиращ тип, където въпросният йон става NH3.

Донорите на електрони могат да бъдат пируват, сукцинат, лактат, глицерол, NADH и др. Представителният организъм на този метаболизъм е добре познатата бактерия Escherichia coli.

Използване на сулфати като акцептор на електрони

Само няколко вида строги анаеробни бактерии могат да вземат сулфатния йон и да го преобразуват в S2- и вода. За реакцията се използват няколко субстрата, сред най-често срещаните са млечна киселина и четири-въглеродни дикарбоксилни киселини..

Използване на въглероден диоксид като акцептор на електрони

Archaea са прокариотни организми, които обичайно обитават крайни райони и се характеризират с много специфични метаболитни пътища.

Една от тях е археята, способна да произвежда метан и за да постигне това, те използват въглероден диоксид като краен приемник. Крайният продукт от реакцията е газ метан (СН4).

Тези организми обитават само много специфични области на екосистемите, където концентрацията на водород е висока, тъй като тя е един от елементите, необходими за реакцията - като дъното на езерата или на храносмилателния тракт на някои бозайници..

ферментация

Както споменахме, ферментацията е метаболитен процес, който не изисква наличието на кислород. Имайте предвид, че той се различава от анаеробното дишане, споменато в предишния раздел, поради липсата на електронна транспортна верига.

Ферментацията се характеризира с това, че е процес, който отделя енергия от захари или други органични молекули, не изисква кислород, не се нуждае от цикъл на Кребс или от електронна транспортна верига, крайният му акцептор е органична молекула и произвежда малки количества АТР. - един или два.

След като клетката приключи процеса на гликолиза, тя получава две молекули пирувинова киселина за всяка молекула глюкоза.

В случай, че няма наличност на кислород, клетката може да прибегне до генерирането на някаква органична молекула, за да генерира NAD+ или NADP+ които могат да влязат в друг цикъл на гликолиза.

В зависимост от организма, който извършва ферментацията, крайният продукт може да бъде млечна киселина, етанол, пропионова киселина, оцетна киселина, маслена киселина, бутанол, ацетон, изопропилов алкохол, янтарна киселина, мравчена киселина, бутандиол и др..

Тези реакции обикновено са свързани и с екскрецията на въглероден диоксид или дихидрогенни молекули.

Организми с анаеробно дишане

Процесът на анаеробно дишане е типичен за прокариотите. Тази група организми се характеризира с липса на истинско ядро ​​(ограничено от биологична мембрана) и подклетъчни отделения, като митохондрии или хлоропласти. В тази група са бактериите и археите.

Строги анаероби

Микроорганизмите, които са засегнати в летален начин от присъствието на кислород, се наричат ​​строги анаероби, като пол Clostridium.

Притежаването на анаеробен метаболизъм позволява на тези микроорганизми да колонизират екстремни среди, в които липсва кислород, където аеробните организми не могат да обитават, като например много дълбоки води, почви или храносмилателния тракт на някои животни..

Факултативни анаероби

Освен това има някои микроорганизми, способни да се редуват между аеробния и анаеробния метаболизъм, в зависимост от вашите нужди и условия на околната среда..

Но има бактерии със строго аеробно дишане, които могат да растат и да се развиват само в богати на кислород среди.

В микробиологичните науки познанието за типа метаболизъм е характер, който помага за идентифицирането на микроорганизми.

Организми, способни да ферментират

Освен това има и други организми, способни да извършват дихателните пътища без нужда от кислород или конвейерна верига, т.е. те ферментират..

Сред тях се срещат някои видове дрожди (Saccharomyces), бактерии (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) и дори нашите собствени мускулни клетки. По време на процеса всеки вид се характеризира с екскретиране на различен продукт.

Екологична значимост

От гледна точка на екологията, анаеробното дишане изпълнява трансцеденталните функции в рамките на екосистемите. Този процес се осъществява в различни местообитания, като морски седименти или тела с прясна вода, дълбоки почвени среди, между другото..

Някои бактерии приемат сулфати, за да образуват сероводород и използват карбонат за образуването на метан. Други видове могат да използват нитратния йон и да го намаляват до нитритен йон, азотен оксид или азотен газ.

Тези процеси са жизненоважни в естествените цикли, както за азот, така и за сяра. Например, анаеробният път е основният път, по който азотът е фиксиран и може да се върне в атмосферата под формата на газ.

Различия с аеробното дишане

Най-очевидната разлика между тези два метаболитни процеса е използването на кислород. В аеробиката тази молекула действа като краен акцептор на електрони.

Енергично, аеробното дишане е много по-изгодно, тъй като отделя значителни количества енергия - около 38 молекули АТФ. За разлика от това дишането в отсъствието на кислород се характеризира с много по-малък брой АТФ, който варира в широки граници в зависимост от организма.

Продуктите на екскрецията също се различават. Аеробното дишане завършва с производството на въглероден диоксид и вода, докато в аеробните продукти междинните продукти са разнообразни - като млечна киселина, алкохол или други органични киселини, например.

По отношение на скоростта, аеробното дишане отнема много повече време. По този начин анаеробният процес представлява бърз източник на енергия за организмите.

препратки

  1. Baron, S. (1996). Медицинска микробиология 4-то издание. Медицинският филиал на Университета на Тексас в Галвестън.
  2. Бекет, Б. С. (1986). Биология: модерно въведение. Oxford University Press, САЩ.
  3. Fauque, G.D. (1995). Екология на сулфат-редуциращи бактерии. в Бактерии за намаляване на сулфатите (стр. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Микроби: източник на енергия за 21 век. Издателство в Нова Индия.
  5. Райт, Д. Б. (2000). Човешката физиология и здраве. Хайнеман.