ANAEROBĀ ELPOŠANA: RAKSTUROJUMS, VEIDI UN ORGANISMI - BIOLOĢIJA - 2025

Anaerobā elpošana vai anaerobā metabolisks režīmā, kas ir ķīmisks enerģijas, balstoties uz organiskās molekulas ir atbrīvota. Galīgais elektronu akceptors visā šajā procesā ir molekula, kas nav skābeklis, piemēram, nitrāta jons vai sulfāti.

Organismi, kas uzrāda šāda veida metabolismu, ir prokarioti un tiek saukti par anaerobiem organismiem. Prokarioti, kas ir stingri anaerobi, var dzīvot tikai vidē, kur skābekļa nav, jo tas ir ļoti toksisks un pat nāvējošs.

Prokariotos ir anaerobā elpošana.
Avots: pixabay.com

Daži mikroorganismi - baktērijas un raugi - iegūst enerģiju fermentācijas procesā. Šajā gadījumā process neprasa skābekli vai elektronu transportēšanas ķēdi. Pēc glikolīzes pievieno pāris papildu reakcijas, un galaprodukts var būt etilspirts.

Gadu gaitā nozare ir izmantojusi šo procesu, lai ražotu produktus, kas interesē cilvēku patēriņu, piemēram, maizi, vīnu, alu.

Arī mūsu muskuļi spēj veikt anaerobo elpošanu. Kad šīs šūnas tiek pakļautas intensīvai piepūlei, sākas pienskābo fermentācijas process, kā rezultātā šis produkts uzkrājas muskuļos, radot nogurumu.

raksturojums

Respirācija ir parādība, ar kuras palīdzību enerģija tiek iegūta ATP formā, sākot no dažādām organiskām molekulām - galvenokārt ogļhidrātiem. Šis process notiek, pateicoties dažādām ķīmiskām reakcijām, kas notiek šūnās.

Lai arī galvenais enerģijas avots lielākajā daļā organismu ir glikoze, enerģijas ieguvei var izmantot citas molekulas, piemēram, citus cukurus, taukskābes vai ārkārtējas vajadzības gadījumā aminoskābes - olbaltumvielu celtniecības blokus.

Enerģija, ko katra molekula spēj atbrīvot, tiek noteikta džoulos. Minēto molekulu sadalīšanās bioķīmiskie vai organismu ceļi galvenokārt ir atkarīgi no skābekļa klātbūtnes vai neesamības. Tādā veidā mēs varam iedalīt elpošanu divās lielās grupās: anaerobā un aerobā.

Anaerobā elpošanā pastāv elektronu transporta ķēde, kas ģenerē ATP, un elektronu galīgais akceptors ir organiska viela, piemēram, nitrātu jons, sulfāti.

Ir svarīgi nejaukt šāda veida anaerobo elpošanu ar fermentāciju. Abi procesi ir neatkarīgi no skābekļa, bet pēdējā nav elektronu transporta ķēdes.

Veidi

Ir vairāki veidi, pa kuriem organisms var elpot bez skābekļa. Ja nav elektronu transporta ķēdes, organisko vielu oksidēšana tiks saistīta ar citu atomu samazināšanu no enerģijas avota fermentācijas procesā (skatīt zemāk).

Transporta ķēdes gadījumā galīgā elektronu akceptora lomu var uzņemties dažādi joni, ieskaitot nitrātus, dzelzi, mangānu, sulfātus un oglekļa dioksīdu.

Elektronu transportēšanas ķēde ir oksīdu reducēšanas reakcijas sistēma, kas noved pie enerģijas veidošanās ATP formā ar modalitātes palīdzību, ko sauc par oksidatīvo fosforilēšanu.

Procesā iesaistītie fermenti ir atrodami baktēriju iekšpusē, noenkuroti pie membrānas. Prokariotiem ir šīs invaginācijas vai pūslīši, kas atgādina eikariotu organismu mitohondrijus. Šī sistēma baktērijām ir ļoti atšķirīga. Visizplatītākās ir:

Nitrātu izmantošana par elektronu akceptoru

Liela baktēriju grupa ar anaerobo elpošanu tiek klasificēta kā nitrātus reducējošās baktērijas. Šajā grupā elektronu transportēšanas ķēdes gala pieņēmējs ir NO ₃ ^- jons .

Šīs grupas ietvaros pastāv dažādas fizioloģiskās formas. Nitrātu reducētāji var būt elpošanas tipa, ja jons NO ₃ ^- kļūst par NO ₂ ^- ; Tos var denitrifying, kur minētā ion iet uz N ₂ , vai no uzņēmīgi tipam, kam jons runa ir pārveidots NH ₃ .

Elektronu donori cita starpā var būt piruvāts, sukcināts, laktāts, glicerīns, NADH. Šīs metabolisma raksturīgais organisms ir plaši pazīstamās Escherichia coli baktērijas.

Sulfātu kā elektronu akceptora izmantošana

Tikai dažas stingru anaerobo baktēriju sugas spēj uzņemt sulfāta jonu un pārvērst to S ^2- un ūdenī. Reakcijai tiek izmantoti daži substrāti, no kuriem visizplatītākie ir pienskābe un četru oglekļa dikarboksilskābes.

Oglekļa dioksīda kā elektronu akceptora izmantošana

Archaea ir prokariotu organismi, kas parasti apdzīvo galējos reģionus, un tiem raksturīgi ļoti specifiski metabolisma ceļi.

Viens no tiem ir archaea, kas spēj ražot metānu, un, lai to panāktu, par galveno akceptētāju izmanto oglekļa dioksīdu. Reakcijas galaprodukts ir metāna gāze (CH ₄ ).

Šie organismi dzīvo tikai ļoti īpašās ekosistēmu vietās, kur ūdeņraža koncentrācija ir augsta, jo tas ir viens no reakcijai nepieciešamajiem elementiem, piemēram, ezeru dibens vai noteiktu zīdītāju gremošanas trakts.

Fermentācija

Vīna raudzēšana

Kā mēs minējām, fermentācija ir vielmaiņas process, kam nav nepieciešama skābekļa klātbūtne. Ņemiet vērā, ka tā atšķiras no anaerobās elpošanas, kas minēta iepriekšējā sadaļā, ar to, ka nav elektronu transporta ķēdes.

Fermentāciju raksturo process, kurā tiek atbrīvota enerģija, sākot no cukuriem vai citām organiskām molekulām, nav nepieciešams skābeklis, nav nepieciešams Krebsa cikls vai elektronu transporta ķēde, tā galīgais akceptors ir organiska molekula un rada nelielu daudzumu ATP - viens vai divi.

Kad šūna ir pabeigusi glikolīzes procesu, tā iegūst divas piruvīdskābes molekulas no katras glikozes molekulas.

Ja skābekļa nav, šūna var ķerties pie kādas organiskas molekulas ģenerēšanas, lai sasniegtu NAD ⁺ vai NADP ^+, kas atkal var ienākt citā glikolīzes ciklā.

Atkarībā no organisma, kas veic fermentāciju, galaprodukts cita starpā var būt pienskābe, etanols, propionskābe, etiķskābe, sviestskābe, butanols, acetons, izopropilspirts, dzintarskābe, skudrskābe, butāndiols.

Šīs reakcijas bieži vien ir saistītas arī ar oglekļa dioksīda vai dihidrogēna molekulu izdalīšanos.

Organismi ar anaerobo elpošanu

Prokariotiem ir raksturīgs anaerobās elpošanas process. Šai organismu grupai raksturīgs īsta kodola (ko ierobežo bioloģiskā membrāna) un subcelulāru nodalījumu, piemēram, mitohondriju vai hloroplasti, trūkums. Šajā grupā ir baktērijas un arhaea.

Stingri anaerobi

Mikroorganismus, kurus nāvējoši ietekmē skābekļa klātbūtne, sauc par stingri anaerobos, piemēram, Clostridium ģints.

Anaerobā metabolisma klātbūtne ļauj šiem mikroorganismiem kolonizēt galējās vides, kurās nav skābekļa, kur aerobie organismi nevarētu dzīvot, piemēram, ļoti dziļos ūdeņos, augsnēs vai dažu dzīvnieku gremošanas traktā.

Fakultatīvie anaerobi

Turklāt ir daži mikroorganismi, kas spēj pārmaiņus mainīties starp aerobo un anaerobo metabolismu atkarībā no to vajadzībām un apkārtējās vides apstākļiem.

Tomēr ir baktērijas ar stingru aerobo elpošanu, kuras var augt un attīstīties tikai vidē, kas bagāta ar skābekli.

Mikrobioloģijas zinātnēs zināšanas par metabolisma veidu ir raksturs, kas palīdz identificēt mikroorganismus.

Organismi ar spēju raudzēties

Turklāt ir arī citi organismi, kas spēj radīt elpceļus, neizmantojot skābekli vai transporta ķēdi, tas ir, tie fermentējas.

Starp tiem mēs atrodam dažus rauga veidus (Saccharomyces), baktērijas (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) un pat mūsu pašu muskuļu šūnas. Procesa laikā katrai sugai raksturīga atšķirīga produkta izdalīšana.

Ekoloģiskā nozīme

No ekoloģijas viedokļa anaerobā elpošana veic transcendentālās funkcijas ekosistēmās. Šis process notiek dažādos biotopos, piemēram, jūras nogulumos vai saldūdens tilpnēs, dziļas augsnes vidē, cita starpā.

Dažas baktērijas ņem sulfātus, veidojot sērūdeņradi, un metāna veidošanai izmanto karbonātu. Citas sugas ir spējīgas izmantot nitrātu jonu un reducēt to uz nitrītu jonu, slāpekļa oksīdu vai slāpekļa gāzi.

Šie procesi ir svarīgi dabiskos ciklos - gan slāpekļa, gan sēra gadījumā. Piemēram, anaerobais ceļš ir galvenais ceļš, pa kuru fiksējas slāpeklis un kā gāze spēj atgriezties atmosfērā.

Atšķirības no aerobās elpošanas

Acīmredzamākā atšķirība starp šiem diviem metabolisma procesiem ir skābekļa izmantošana. Aerobikā šī molekula darbojas kā galīgais elektronu akceptors.

Enerģētiski aerobā elpošana ir daudz izdevīgāka, atbrīvojot ievērojamu enerģijas daudzumu - apmēram 38 ATP molekulas. Turpretī elpošanu skābekļa trūkuma gadījumā raksturo daudz mazāks ATP skaits, kas ļoti atšķiras atkarībā no organisma.

Izdalīšanās produkti arī atšķiras. Aerobā elpošana beidzas ar oglekļa dioksīda un ūdens veidošanos, savukārt aerobās elpināšanas starpprodukti ir dažādi, piemēram, pienskābe, alkohols vai citas organiskās skābes.

Ātruma ziņā aeroba elpošana prasa daudz ilgāku laiku. Tādējādi anaerobais process ir ātrs enerģijas avots organismiem.

Atsauces

1. Barons, S. (1996). Medicīniskā mikrobioloģija. 4. izdevums. Teksasas Universitātes Medicīnas filiāle Galvestonā.
2. Bekets, BS (1986). Bioloģija: mūsdienīgs ievads. Oxford University Press, ASV.
3. Fauque, GD (1995). Sulfātu reducējošo baktēriju ekoloģija. In sulfātus reducējošās baktērijas (217.-241. Lpp.). Springers, Bostona, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikrobi: enerģijas avots 21. gadsimtā. Jaunā Indijas izdevniecība.
5. Wright, DB (2000). Cilvēka fizioloģija un veselība. Heinemann.