Анаэробные характеристики дыхания, типы и организмы



анаэробное дыхание или анаэробная - это метаболическая модальность, при которой выделяется химическая энергия, начиная с органических молекул. Конечный акцептор электронов всего этого процесса представляет собой молекулу, отличную от кислорода, такую ​​как нитрат-ион или сульфаты.

Организмы, которые представляют этот тип метаболизма, являются прокариотами и называются анаэробными организмами. Прокариоты, которые строго анаэробны, могут жить только в средах, где нет кислорода, так как он высокотоксичен и даже смертелен.

Некоторые микроорганизмы - бактерии и дрожжи - получают энергию в процессе ферментации. В этом случае процесс не требует кислорода или цепи переноса электронов. После гликолиза добавляют пару дополнительных реакций, и конечным продуктом может быть этиловый спирт..

В течение многих лет промышленность использовала этот процесс для производства продуктов, представляющих интерес для потребления человеком, таких как хлеб, вино, пиво и другие..

Наши мышцы также способны выполнять анаэробное дыхание. Когда эти клетки подвергаются интенсивным усилиям, начинается процесс молочнокислого брожения, в результате которого этот продукт накапливается в мышцах, вызывая усталость..

индекс

  • 1 Характеристики
  • 2 типа
    • 2.1 Использование нитратов в качестве акцептора электронов
    • 2.2 Использование сульфатов в качестве акцептора электронов
    • 2.3 Использование диоксида углерода в качестве акцептора электронов
  • 3 Брожение
  • 4 Организмы с анаэробным дыханием
    • 4.1 Строгие анаэробы
    • 4.2 Дополнительные анаэробы
    • 4.3 Организмы со способностью к ферментации
  • 5 Экологическое значение
  • 6 Различий с аэробным дыханием
  • 7 ссылок

черты

Дыхание - это явление, посредством которого энергия получается в форме АТФ, начиная с различных органических молекул - главным образом углеводов. Этот процесс происходит благодаря различным химическим реакциям, происходящим внутри клеток..

Хотя основным источником энергии в большинстве организмов является глюкоза, для извлечения энергии могут использоваться другие молекулы, такие как другие сахара, жирные кислоты или, в случае крайней необходимости, аминокислоты - структурные строительные блоки белков..

Энергия, которую может высвободить каждая молекула, определяется в джоулях. Пути или биохимические пути организмов для разложения этих молекул зависят главным образом от наличия или отсутствия кислорода. Таким образом, мы можем классифицировать дыхание на две большие группы: анаэробные и аэробные.

При анаэробном дыхании существует цепь переноса электронов, которая генерирует АТФ, и конечный акцептор электронов представляет собой органическое вещество, такое как нитрат-ион, сульфаты и др..

Важно не путать этот тип анаэробного дыхания с брожением. Оба процесса не зависят от кислорода, но в последнем нет цепи переноса электронов.

тип

Есть несколько путей, которыми организм может дышать без кислорода. Если нет цепи переноса электронов, окисление органического вещества будет сочетаться с восстановлением других атомов источника энергии в процессе ферментации (см. Ниже)..

При наличии конвейерной цепи в конечную акцепторную бумагу могут быть взяты разные ионы, среди которых нитрат, железо, марганец, сульфаты, углекислый газ и другие..

Цепь переноса электронов представляет собой систему окислительно-восстановительных реакций, которая приводит к выработке энергии в форме АТФ с помощью метода, называемого окислительным фосфорилированием..

Ферменты, участвующие в процессе, находятся внутри бактерий, прикрепленных к мембране. Прокариоты имеют такие инвагинации или пузырьки, которые напоминают митохондрии эукариотических организмов. Эта система широко варьируется среди бактерий. Наиболее распространенными являются:

Использование нитратов в качестве акцептора электронов

Большая группа бактерий с анаэробным дыханием занесена в каталог как нитратредуцирующие бактерии. В этой группе конечным акцептором цепи переноса электронов является ион NO3-.

Внутри этой группы существуют различные физиологические условия. Восстановители нитрата могут быть респираторного типа, где ион NO3- бывает НЕТ2-; может быть денитрифицирующим, когда указанный ион идет к N2, или ассимилирующего типа, где рассматриваемый ион становится NH3.

Донорами электронов могут быть пируват, сукцинат, лактат, глицерин, NADH и другие. Типичным организмом этого метаболизма является известная бактерия Кишечная палочка.

Использование сульфатов в качестве акцептора электронов

Только несколько видов строгих анаэробных бактерий способны принимать сульфат-ион и превращать его в S2- и вода. Для реакции используются несколько субстратов, среди которых наиболее распространенными являются молочная кислота и четырехуглеродистые дикарбоновые кислоты..

Использование диоксида углерода в качестве акцептора электронов

Археи - это прокариотические организмы, которые обычно обитают в экстремальных регионах и характеризуются очень специфическими метаболическими путями..

Одним из них являются археи, способные производить метан, и для достижения этого они используют углекислый газ в качестве конечного акцептора. Конечным продуктом реакции является газообразный метан (СН4).

Эти организмы обитают только в очень специфических областях экосистем, где концентрация водорода высока, поскольку он является одним из элементов, необходимых для реакции - в качестве дна озер или пищеварительного тракта некоторых млекопитающих..

брожение

Как мы уже упоминали, ферментация - это метаболический процесс, который не требует присутствия кислорода. Обратите внимание, что он отличается от анаэробного дыхания, упомянутого в предыдущем разделе, из-за отсутствия цепи переноса электронов..

Ферментация характеризуется тем, что представляет собой процесс, который выделяет энергию из сахаров или других органических молекул, не требует кислорода, не нуждается в цикле Кребса или цепи переноса электронов, его конечный акцептор представляет собой органическую молекулу и производит небольшое количество АТФ. - один или два.

Как только клетка завершила процесс гликолиза, она получает две молекулы пировиноградной кислоты для каждой молекулы глюкозы.

В случае отсутствия кислорода, клетка может прибегнуть к образованию какой-то органической молекулы для генерации NAD+ или НАДФ+ которые могут войти в другой цикл гликолиза.

В зависимости от организма, который осуществляет ферментацию, конечным продуктом может быть молочная кислота, этанол, пропионовая кислота, уксусная кислота, масляная кислота, бутанол, ацетон, изопропиловый спирт, янтарная кислота, муравьиная кислота, бутандиол и другие..

Эти реакции также обычно связаны с выделением молекул диоксида углерода или дигидрогена.

Организмы с анаэробным дыханием

Процесс анаэробного дыхания типичен для прокариот. Эта группа организмов характеризуется отсутствием истинного ядра (ограниченного биологической мембраной) и субклеточных компартментов, таких как митохондрии или хлоропласты. В эту группу входят бактерии и археи.

Строгие анаэробы

Микроорганизмы, которые смертельно подвержены воздействию кислорода, называются строгими анаэробами, такими как пол Clostridium.

Обладая метаболизмом анаэробного типа, эти микроорганизмы могут колонизировать экстремальные среды, в которых не хватает кислорода, где аэробные организмы не могут обитать, такие как очень глубокие воды, почвы или пищеварительный тракт некоторых животных..

Факультативные анаэробы

Кроме того, есть некоторые микроорганизмы, способные чередовать метаболизм аэробного и анаэробного типа, в зависимости от ваших потребностей и условий окружающей среды..

Тем не менее, есть бактерии со строгим аэробным дыханием, которые могут расти и развиваться только в богатой кислородом среде.

В микробиологических науках знание типа метаболизма является символом, который помогает идентифицировать микроорганизмы.

Организмы со способностью к брожению

Кроме того, существуют другие организмы, способные проводить дыхательные пути без необходимости в кислороде или конвейерной цепи, то есть они сбраживают.

Среди них мы находим несколько видов дрожжей (сахаромицеты), бактерии (Стрептококки, лактобациллы, бациллы, пропионибактерии, эшерихии, сальмонеллы, энтеробактеры) и даже наши собственные мышечные клетки. Во время процесса каждый вид характеризуется выделением различного продукта..

Экологическая значимость

С точки зрения экологии, анаэробное дыхание выполняет трансцендентные функции в экосистемах. Этот процесс происходит в различных средах обитания, таких как морские отложения или водоемы с пресной водой, глубокие почвенные среды и другие..

Некоторые бактерии принимают сульфаты с образованием сероводорода и используют карбонат для образования метана. Другие виды могут использовать нитрат-ион и превращать его в нитрит-ион, закись азота или газообразный азот.

Эти процессы жизненно важны в естественных циклах, как для азота, так и для серы. Например, анаэробный путь является основным путем, по которому азот фиксируется и способен возвращаться в атмосферу в виде газа..

Различия с аэробным дыханием

Наиболее очевидной разницей между этими двумя метаболическими процессами является использование кислорода. В аэробике эта молекула действует как конечный акцептор электронов.

Энергетически аэробное дыхание гораздо выгоднее, поскольку оно выделяет значительное количество энергии - около 38 молекул АТФ. Напротив, дыхание в отсутствие кислорода характеризуется гораздо меньшим количеством АТФ, которое широко варьируется в зависимости от организма..

Продукты экскреции также различаются. Аэробное дыхание заканчивается образованием углекислого газа и воды, в то время как в аэробных продуктах различаются промежуточные продукты, такие как, например, молочная кислота, спирт или другие органические кислоты..

С точки зрения скорости, аэробное дыхание занимает гораздо больше времени. Таким образом, анаэробный процесс представляет собой быстрый источник энергии для организмов.

ссылки

  1. Барон С. (1996). Медицинская микробиология 4-е издание. Медицинский филиал Техасского университета в Галвестоне.
  2. Беккет, Б. С. (1986). Биология: современное введение. Издательство Оксфордского университета, США.
  3. Fauque, G.D. (1995). Экология сульфатредуцирующих бактерий. в Сульфатредуцирующие бактерии (с. 217-241). Спрингер, Бостон, Массачусетс.
  4. Сони, С. К. (2007). Микробы: источник энергии для 21-го века. Издательство "Новая Индия".
  5. Райт, Д. Б. (2000). Физиология и здоровье человека. Heinemann.