RESPIRAȚIA ANAEROBĂ: CARACTERISTICI, TIPURI ȘI ORGANISME - BIOLOGIE - 2025

Se eliberează respirația anaerobă sau modul metabolic anaerob, care este o energie chimică bazată pe molecule organice. Acceptorul final al electronilor în acest întreg proces este o altă moleculă decât oxigenul, cum ar fi ionul de nitrat sau sulfații.

Organismele care prezintă acest tip de metabolism sunt procariote și se numesc organisme anaerobe. Procariotele care sunt strict anaerobe pot trăi doar în medii în care oxigenul nu este prezent, deoarece este foarte toxic și chiar letal.

Respirația anaerobă este prezentă în procariote.
Sursa: pixabay.com

Anumite microorganisme - bacterii și drojdii - își obțin energia prin procesul de fermentare. În acest caz, procesul nu necesită oxigen sau un lanț de transport de electroni. După glicoliză, se adaugă câteva reacții suplimentare, iar produsul final poate fi alcoolul etilic.

Ani de zile, industria a profitat de acest proces pentru a produce produse de interes pentru consumul uman, precum pâine, vin, bere, printre altele.

Mușchii noștri sunt, de asemenea, capabili de respirație anaerobă. Când aceste celule sunt supuse unui efort intens, începe procesul de fermentare lactică, ceea ce duce la acumularea acestui produs în mușchi, creând oboseală.

caracteristici

Respirația este fenomenul prin care se obține energie sub formă de ATP, pornind de la diverse molecule organice - în principal carbohidrați. Acest proces are loc datorită diferitelor reacții chimice care au loc în interiorul celulelor.

Deși principala sursă de energie în majoritatea organismelor este glucoza, alte molecule pot fi utilizate pentru extragerea energiei, cum ar fi alte zaharuri, acizi grași sau în cazuri de nevoie extremă, aminoacizi - blocurile de construcție ale proteinelor.

Energia pe care fiecare moleculă este capabilă să o elibereze este cuantificată în joule. Căile biochimice sau căile organismelor pentru degradarea moleculelor menționate depind în principal de prezența sau absența oxigenului. În acest fel, putem clasifica respirația în două grupe mari: anaerobe și aerobe.

În respirația anaerobă, există un lanț de transport de electroni care generează ATP, iar acceptorul final al electronilor este o substanță organică precum ionul de nitrat, sulfații, printre altele.

Este important să nu confundați acest tip de respirație anaerobă cu fermentația. Ambele procese sunt independente de oxigen, dar în acesta din urmă nu există un lanț de transport de electroni.

Tipuri

Există mai multe rute prin care un organism poate respira fără oxigen. Dacă nu există un lanț de transport de electroni, oxidarea materiei organice va fi cuplată cu reducerea altor atomi din sursa de energie în procesul de fermentare (vezi mai jos).

În cazul unui lanț de transport, rolul de acceptor de electroni final poate fi luat de diferiți ioni, inclusiv nitrați, fier, mangan, sulfați și dioxid de carbon, printre altele.

Lanțul de transport de electroni este un sistem de reacție de reducere a oxidului care duce la producerea de energie sub formă de ATP, printr-o modalitate numită fosforilare oxidativă.

Enzimele implicate în proces se găsesc în interiorul bacteriilor, ancorate la nivelul membranei. Procariotele au aceste invaginații sau vezicule care seamănă cu mitocondriile organismelor eucariote. Acest sistem variază foarte mult între bacterii. Cele mai comune sunt:

Utilizarea nitraților ca acceptor de electroni

Un grup mare de bacterii cu respirație anaerobă sunt clasificate ca bacterii care reduc nitrații. In acest grup, acceptorul final al lanțului de transport de electroni este NO ₃ ^- ion .

În cadrul acestui grup există diferite modalități fiziologice. Reductorii de nitrați pot fi de tip respirator în care ionul NO ₃ ^- devine NO ₂ ^- ; Ele pot fi denitrificante, unde spune ion trece la N ₂ , sau de tip asimilare în care ionul respectiv este transformată în NH ₃ .

Donatorii de electroni pot fi piruvat, succinat, lactat, glicerol, NADH, printre altele. Organismul reprezentativ al acestui metabolism este binecunoscuta bacterie Escherichia coli.

Utilizarea sulfaților ca acceptor de electroni

Doar câteva specii de bacterii anaerobe stricte sunt capabile să ia ionul de sulfat și să-l transforme în S ^2- și apă. Câteva substraturi sunt utilizate pentru reacție, printre care cele mai frecvente sunt acidul lactic și acizii dicarboxilici cu patru carbon.

Utilizarea dioxidului de carbon ca acceptor de electroni

Archaea sunt organisme procariote care de obicei locuiesc în regiuni extreme și se caracterizează prin prezentarea căilor metabolice foarte particulare.

Unul dintre acestea este arhaea capabilă să producă metan și pentru a realiza acest lucru, utilizează dioxidul de carbon ca acceptor final. Produsul final al reacției este gazul metan (CH ₄ ).

Aceste organisme locuiesc doar în zone foarte specifice ale ecosistemelor, unde concentrația de hidrogen este mare, deoarece este unul dintre elementele necesare reacției - cum ar fi fundul lacurilor sau tractul digestiv al anumitor mamifere.

Fermentaţie

Fermentarea vinului

După cum am menționat, fermentația este un proces metabolic care nu necesită prezența oxigenului. Rețineți că diferă de respirația anaerobă menționată în secțiunea anterioară prin absența unui lanț de transport de electroni.

Fermentarea se caracterizează prin a fi un proces care eliberează energie pornind de la zaharuri sau alte molecule organice, nu necesită oxigen, nu are nevoie de un ciclu Krebs sau de un lanț de transport de electroni, acceptorul său final este o moleculă organică și produce cantități mici de ATP. - unul sau doua.

Odată ce celula a finalizat procesul de glicoliză, el obține două molecule de acid piruvic pentru fiecare moleculă de glucoză.

În absența disponibilității de oxigen, celula poate recurge la generarea unei molecule organice pentru a realiza generarea de NAD ⁺ sau NADP ⁺ care poate intra din nou într-un alt ciclu de glicoliză.

În funcție de organismul care efectuează fermentația, produsul final poate fi acidul lactic, etanolul, acidul propionic, acidul acetic, acidul butiric, butanolul, acetona, alcoolul izopropilic, acidul succinic, acidul formic, butanediolul, printre altele.

De asemenea, aceste reacții sunt adesea asociate cu excreția moleculelor de dioxid de carbon sau dihidrogen.

Organisme cu respirație anaerobă

Procesul de respirație anaerobă este tipic procariotelor. Acest grup de organisme se caracterizează prin lipsa unui nucleu adevărat (delimitat de o membrană biologică) și compartimente subcelulare, cum ar fi mitocondrii sau cloroplaste. În cadrul acestui grup se numără bacteriile și arhaea.

Anaerobe stricte

Microorganismele care sunt afectate letal de prezența oxigenului sunt numite strict anaerobe, precum genul Clostridium.

Deținerea unui metabolism anaerob permite acestor microorganisme să colonizeze medii extreme lipsite de oxigen, unde nu au putut locui organisme aerobe, cum ar fi ape foarte adânci, soluri sau tractul digestiv al unor animale.

Anaerobe facultative

În plus, există unele microorganisme capabile să alterneze între metabolismul aerob și anaerob, în ​​funcție de nevoile lor și de condițiile de mediu.

Cu toate acestea, există bacterii cu o respirație aerobă strictă, care pot crește și dezvolta doar în medii bogate în oxigen.

În științele microbiologice, cunoașterea tipului de metabolism este un caracter care ajută la identificarea microorganismelor.

Organisme cu capacitatea de a fermenta

În plus, există și alte organisme capabile să creeze căi aeriene fără a fi nevoie de oxigen sau de un lanț de transport, adică fermentează.

Printre ele găsim câteva tipuri de drojdie (Saccharomyces), bacterii (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) și chiar propriile celule musculare. În timpul procesului, fiecare specie este caracterizată prin excretarea unui produs diferit.

Relevanță ecologică

Din punct de vedere al ecologiei, respirația anaerobă îndeplinește funcții transcendentale în cadrul ecosistemelor. Acest proces are loc în diferite habitate, cum ar fi sedimentele marine sau corpurile de apă dulce, mediile de sol adânc, printre altele.

Unele bacterii iau sulfați pentru a forma hidrogen sulfurat și folosesc carbonatul pentru a forma metan. Alte specii sunt capabile să utilizeze ionul de azot și să-l reducă la ion nitrit, oxid nitru sau gaz azotat.

Aceste procese sunt vitale în ciclurile naturale, atât pentru azot, cât și pentru sulf. De exemplu, calea anaerobă este calea principală prin care azotul este fixat și este capabil să revină în atmosferă sub formă de gaz.

Diferențe față de respirația aerobă

Cea mai evidentă diferență între aceste două procese metabolice este utilizarea oxigenului. În aerobic, această moleculă acționează ca un acceptor final al electronilor.

Energetic, respirația aerobă este mult mai benefică, eliberând cantități semnificative de energie - aproximativ 38 de molecule de ATP. În schimb, respirația în absența oxigenului este caracterizată de un număr mult mai mic de ATP, care variază mult în funcție de organism.

De asemenea, produsele de excreție variază. Respirația aerobă se încheie cu producerea de dioxid de carbon și apă, în timp ce în respirația aerobă intermediarii sunt variați - cum ar fi acidul lactic, alcoolul sau alți acizi organici, de exemplu.

În ceea ce privește viteza, respirația aerobă durează mult mai mult. Astfel, procesul anaerob reprezintă o sursă rapidă de energie pentru organisme.

Referințe

1. Baron, S. (1996). Microbiologie medicală. Ediția a 4-a. Filiala Medicală a Universității din Texas la Galveston.
2. Beckett, BS (1986). Biologie: o introducere modernă. Oxford University Press, SUA.
3. Fauque, GD (1995). Ecologia bacteriilor reducătoare de sulfat. În Bacteriile care reduc sulfatul (pp. 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Microbi: o sursă de energie pentru secolul XXI. New India Publishing.
5. Wright, DB (2000). Fiziologia și sănătatea umană. Heinemann.