АНАЕРОБНО ДИШАНЕ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ И ОРГАНИЗМИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Освобождава се анаеробното дишане или анаеробният метаболитен режим, който е химическа енергия, базирана на органични молекули. Крайният акцептор на електрон в целия този процес е молекула, различна от кислорода, като нитратния йон или сулфатите.

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

В прокариотите присъства анаеробно дишане.

Източник: pixabay.com

Определени микроорганизми - бактерии и дрожди - получават своята енергия чрез процеса на ферментация. В този случай процесът не изисква кислород или електронна транспортна верига. След гликолиза се добавят няколко допълнителни реакции и крайният продукт може да бъде етилов алкохол.

От години индустрията се възползва от този процес, за да произвежда продукти, представляващи интерес за консумация от човека, като хляб, вино, бира, между другото.

Нашите мускули също са способни на 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.

характеристики

Дишането е явлението, чрез което 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 в клетките.

Въпреки че основният източник на енергия в повечето организми е глюкозата, други молекули могат да се използват за извличане на енергия, като други захари, мастни киселини или в случаи на крайна нужда, аминокиселини - градивните елементи на протеините.

Енергията, която всяка молекула е в състояние да освободи, се определя количествено в джоули. Биохимичните пътища или пътища на организмите за разграждането на споменатите молекули зависят главно от наличието или липсата на кислород. По този начин можем да класифицираме дишането в две големи групи: анаеробно и аеробно.

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

Важно е да не се бърка този тип анаеробно дишане с ферментация. И двата процеса са независими от кислорода, но в последния няма електронна транспортна верига.

Видове

Има множество пътища, по които организмът може да диша без кислород. Ако няма електронна транспортна верига, окисляването на органичната материя ще бъде съчетано с редукцията на други атоми от източника на енергия в процеса на ферментация (виж по-долу).

В случая на транспортна верига ролята на крайния приемник на електрон може да бъде поета от различни йони, включително нитрати, желязо, манган, сулфати, въглероден диоксид и други.

Електронната транспортна верига е система за реакция на редукция на оксидите, която води до производството на енергия под формата на АТФ, чрез модалност, наречена окислително фосфорилиране.

Ензимите, участващи в процеса, се намират вътре в бактериите, закотвени към мембраната. Прокариотите имат тези инвагинации или везикули, които наподобяват митохондриите на еукариотни организми. Тази система варира значително сред бактериите. Най-общи съобщения са:

Използване на нитрати като акцептор на електрон

Голяма група бактерии с анаеробно дишане са класифицирани като бактерии, редуциращи нитрати. В тази група, крайната акцептор на веригата на електронен транспорт е NO ₃ ^- йон.

В рамките на тази група има различни физиологични модалности. Нитратните редуктори могат да бъдат от респираторен тип, където йонът NO ₃ ^- става NO ₂ ^-; Те могат да бъдат денитрифициращите, където споменатата йонна преминава към N ₂, или на усвояване вида където йон в въпрос се превръща в NH ₃.

Донорите на електрони могат да бъдат пируват, сукцинат, лактат, глицерол, NADH и други. Представителен организъм на този метаболизъм са добре познатите бактерии Escherichia coli.

Използване на сулфати като акцептор на електрон

Само няколко вида строги анаеробни бактерии са способни да поемат сулфатния йон и да го превърнат в S ^2- и вода. За реакцията се използват няколко субстрата, сред най-разпространените са млечна киселина и четири-въглеродните дикарбоксилни киселини.

Използване на въглероден диоксид като приемник на електрон

Археите са прокариотни организми, които обикновено обитават екстремни региони и се характеризират с проявяване на много специфични метаболитни пътища.

Една от тях са археите, способни да произвеждат метан и за да постигнат това, използват въглероден диоксид като краен акцептор. Крайният продукт на реакцията е газ метан (CH ₄).

Тези организми живеят само в много специфични райони на екосистеми, където концентрацията на водород е висока, тъй като това е един от елементите, необходими за реакцията - като дъното на езерата или храносмилателния тракт на определени бозайници.

ферментация

Ферментация на виното

Както споменахме, ферментацията е метаболитен процес, който не изисква наличието на кислород, за да се осъществи. Обърнете внимание, че се различава от анаеробното дишане, споменато в предишния раздел, по липсата на електронна транспортна верига.

Ферментацията се характеризира с това, че е процес, който освобождава енергия, започвайки от захари или други органични молекули, не се нуждае от кислород, не се нуждае от цикъл на Кребс или електронна транспортна верига, неговият краен акцептор е органична молекула и произвежда малки количества АТФ - едно или две.

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

При липса на наличие на кислород, клетката може да прибягва до образуването на някаква органична молекула, за да постигне генерирането на NAD ⁺ или NADP ^+, които могат отново да влязат в друг цикъл на гликолиза.

В зависимост от организма, който провежда 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 други.

Тези реакции също често са свързани с отделянето 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 субклетъчни отделения, като митохондрии или хлоропласти. В рамките на тази група са бактериите и археите.

Строги анаероби

Микроорганизмите, които са смъртоносно засегнати от наличието на кислород, се наричат ​​строго анаеробни, като рода Clostridium.

Притежаването на анаеробен метаболизъм позволява на тези микроорганизми да колонизират екстремни среди, лишени от кислород, където аеробните организми не биха могли да обитават, като много дълбоки води, почви или храносмилателния тракт на някои животни.

Факултативни анаероби

Освен това има някои микроорганизми, способни да редуват аеробен и анаеробен метаболизъм, в зависимост от техните нужди и условия на околната среда.

Въпреки това има бактерии със строго аеробно дишане, които могат да растат и да се развиват само в богата на кислород среда.

В микробиологичните науки познаването на типа метаболизъм е характер, който помага да се идентифицират микроорганизмите.

Организми със способността да ферментират

Освен това има и други организми, способни да създават дихателни пътища без нужда от кислород или транспортна верига, тоест те ферментират.

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

Екологична значимост

От гледна точка на екологията, анаеробното дишане изпълнява трансцендентални функции в рамките на екосистемите. Този процес протича в различни местообитания, като морски седименти или сладководни тела, дълбоки почвени среди.

Някои бактерии приемат сулфати, за да образуват сероводород и използват карбонат за образуване на метан. Други видове са способни да използват нитратния йон и да го редуцират до нитритен йон, азотен оксид или азотен газ.

Тези процеси са жизненоважни в естествените цикли, както за азота, така и за сярата. Например анаеробният път е основният път, по който се фиксира азотът и е в състояние да се върне в атмосферата като газ.

Разлики от аеробното дишане

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

Енергично аеробното дишане е много по-благоприятно, освобождавайки значителни количества енергия - около 38 ATP молекули. За разлика от тях дишането при липса на кислород се характеризира с много по-малък брой АТФ, който варира в широки граници в зависимост от организма.

Продуктите на отделяне също варират. Аеробното дишане завършва с производството на въглероден диоксид и вода, докато при аеробно дишане междинните съединения са разнообразни - например млечна киселина, алкохол или други органични киселини, например.

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

Препратки

1. Baron, S. (1996). Медицинска микробиология. 4-то издание. Медицински филиал на Тексаския университет в Галвестън.
2. Бекет, BS (1986). Биология: модерно въведение. Oxford University Press, САЩ.
3. Fauque, GD (1995). Екология на сулфат-редуциращите бактерии. В сулфат-редуциращите бактерии (стр. 217-241). Спрингер, Бостън, МА.
4. Soni, SK (2007). Микроби: източник на енергия за 21-ви век. New India Publishing.
5. Райт, DB (2000). Човешката физиология и здраве. Хайнеман.