ANAEROBINEN HENGITYS: OMINAISUUDET, TYYPIT JA ORGANISMIT - BIOLOGIA - 2026

Anaerobinen hengitys tai anaerobista metabolinen tila, joka on kemiallista energiaa, joka perustuu orgaanisia molekyylejä vapautuu. Lopullinen elektroniakseptori tässä koko prosessissa on muu molekyyli kuin happi, kuten nitraatti-ioni tai sulfaatit.

Organismit, jotka esittävät tämän tyyppistä aineenvaihduntaa, ovat prokaryootteja ja niitä kutsutaan anaerobisiksi organismeiksi. Prokariootit, jotka ovat tiukasti anaerobisia, voivat elää vain ympäristöissä, joissa happea ei ole, koska se on erittäin myrkyllinen ja jopa tappava.

Anaerobista hengitystä esiintyy prokaryooteissa.

Lähde: pixabay.com

Tietyt mikro-organismit - bakteerit ja hiivat - saavat energiansa käymisprosessin avulla. Tässä tapauksessa menetelmä ei vaadi happea tai elektronin kuljetusketjua. Glykolyysin jälkeen lisätään pari ylimääräistä reaktiota ja lopputuote voi olla etyylialkoholi.

Teollisuus on vuosien ajan hyödyntänyt tätä prosessia tuottaakseen ihmisille tarkoitettuja mielenkiintoisia tuotteita, kuten leipää, viiniä, olutta.

Lihaksemme kykenevät myös anaerobiseen hengitykseen. Kun näihin soluihin kohdistetaan voimakasta vaivaa, maitohappokäynnistysprosessi alkaa, mikä johtaa tämän tuotteen kertymiseen lihaksiin ja aiheuttaa väsymystä.

ominaisuudet

Hengitys on ilmiö, jolla energia saadaan ATP: n muodossa, lähtökohtana erilaisista orgaanisista molekyyleistä - pääasiassa hiilihydraateista. Tämä prosessi tapahtuu solujen sisällä tapahtuvien erilaisten kemiallisten reaktioiden ansiosta.

Vaikka suurimman osan energianlähde useimmissa organismeissa on glukoosi, energian uuttamiseen voidaan käyttää muita molekyylejä, kuten muita sokereita, rasvahappoja tai äärimmäisen tarpeellisissa tapauksissa aminohappoja - proteiinien rakennuspalikoita.

Energia, jonka kukin molekyyli pystyy vapauttamaan, määritetään jouleina. Organismien biokemialliset reitit tai polut mainittujen molekyylien hajottamiseksi riippuvat pääasiassa hapen läsnäolosta tai puuttumisesta. Tällä tavalla voimme luokitella hengityksen kahteen suureen ryhmään: anaerobiseen ja aerobiseen.

Anaerobisessa hengityksessä on elektroninsiirtoketju, joka tuottaa ATP: n, ja elektronien lopullinen vastaanottaja on muun muassa orgaaninen aine, kuten nitraatti-ioni, sulfaatit.

On tärkeätä sekoittaa tämäntyyppistä anaerobista hengitystä käymiseen. Molemmat prosessit ovat riippumattomia hapesta, mutta jälkimmäisessä ei ole elektronin kuljetusketjua.

Tyypit

On olemassa useita reittejä, joilla organismi voi hengittää ilman happea. Jos elektronin kuljetusketjua ei ole, orgaanisen aineen hapettuminen yhdistyy energian lähteen muiden atomien pelkistämiseen käymisprosessissa (katso alla).

Kuljetusketjun tapauksessa lopullisen elektroniakseptorin roolin voivat ottaa eri ionit, mukaan lukien nitraatti, rauta, mangaani, sulfaatit ja hiilidioksidi.

Elektronien kuljetusketju on oksidireduktioreaktiojärjestelmä, joka johtaa energian tuotantoon ATP: n muodossa modaalisuudella, jota kutsutaan oksidatiiviseksi fosforylaatioksi.

Prosessiin osallistuvat entsyymit löytyvät bakteereista, kiinnittyneinä kalvoon. Prokaryooteilla on näitä invaginaatioita tai rakkuloita, jotka muistuttavat eukaryoottisten organismien mitokondrioita. Tämä järjestelmä vaihtelee suuresti bakteereissa. Yleisimmät ovat:

Nitraattien käyttö elektronien vastaanottajana

Suuri ryhmä bakteereja, joilla on anaerobinen hengitys, luokitellaan nitraatteja vähentäviksi bakteereiksi. Tässä ryhmässä elektronien kuljetusketjun lopullinen vastaanottaja on NO ₃ ^- ioni.

Tässä ryhmässä on erilaisia ​​fysiologisia tapoja. Nitraatin pelkistimet voivat olla hengitystyyppisiä, joissa ioni NO ₃ ^- muuttuu NO ₂ ^-; Ne voidaan denitrifioivien, jossa mainittu ioni siirtyy N ₂, tai rinnastaminen tyyppi, johon ioneja kyseessä muuttuu NH ₃.

Elektroninluovuttajat voivat olla mm. Pyruvaatti, sukkinaatti, laktaatti, glyseroli, NADH. Tämän metabolian edustava organismi on hyvin tunnetut Escherichia coli -bakteerit.

Sulfaattien käyttö elektroniakseptorina

Vain muutama tiukkojen anaerobisten bakteerien laji kykenee ottamaan sulfaatti-ionin ja muuttamaan sen S ^{2: ksi} ja vedeksi. Reaktioon käytetään muutamia substraatteja, joista yleisimpiä ovat maitohappo ja neljän hiilen dikarboksyylihapot.

Hiilidioksidin käyttö elektroniakseptorina

Archaea ovat prokaryoottisia organismeja, jotka asuvat yleensä äärialueilla ja joille on ominaista erittäin erityiset metaboliset reitit.

Yksi näistä on kaarta, joka pystyy tuottamaan metaania, ja tämän saavuttamiseksi he käyttävät hiilidioksidia lopulliseksi vastaanottajaksi. Loppuun reaktion tuote on metaanin (CH ₄).

Nämä organismit elävät vain hyvin erityisillä ekosysteemialueilla, joilla vedyn pitoisuus on korkea, koska se on yksi reaktion kannalta välttämättömistä elementeistä - kuten järvien pohja tai tiettyjen nisäkkäiden ruuansulatuselimet.

Käyminen

Viinin käyminen

Kuten mainitsimme, käyminen on aineenvaihduntaprosessi, joka ei vaadi hapen läsnäoloa. Huomaa, että se eroaa edellisessä osassa mainitusta anaerobisesta hengityksestä elektroninsiirtoketjun puuttuessa.

Fermentaatiolle on ominaista prosessi, joka vapauttaa energiaa sokereista tai muista orgaanisista molekyyleistä lähtien, ei vaadi happea, ei tarvitse Krebs-sykliä tai elektronin kuljetusketjua, sen lopullinen vastaanottaja on orgaaninen molekyyli ja tuottaa pieniä määriä ATP: tä - yksi tai kaksi.

Kun solu on suorittanut glykolyysi- prosessin, se saa kaksi pyruvichappomolekyyliä kutakin glukoosimolekyyliä kohti.

Hapen saatavuuden puuttuessa solu voi turvautua jonkin orgaanisen molekyylin syntymiseen NAD ^{+: n} tai NADP ^{+: n muodostumisen aikaansaamiseksi,} jotka voivat siirtyä uuteen glykolyysijaksoon.

Fermentoinnista vastaavan organismin mukaan lopputuote voi olla maitohappo, etanoli, propionihappo, etikkahappo, voihappo, butanoli, asetoni, isopropyylialkoholi, meripihkahappo, muurahaishappo, butaanidioli.

Nämä reaktiot liittyvät myös usein hiilidioksidin tai dihydrogeenimolekyylien erittymiseen.

Organismit, joilla on anaerobinen hengitys

Anaerobinen hengitysprosessi on tyypillinen prokaryooteille. Tälle organismiryhmälle on ominaista todellinen ydin (rajoitettu biologisella kalvolla) ja solunsisäiset osastot, kuten mitokondriat tai kloroplastit. Tähän ryhmään kuuluvat bakteerit ja arhaea.

Tiukka anaerobit

Mikro-organismeja, joihin hapen läsnäolo vaikuttaa tappavasti, kutsutaan tiukasti anaerobisiksi, kuten suku Clostridium.

Anaerobisen aineenvaihdunnan hallussapito antaa näille mikro-organismeille kolonisaatiota äärimmäisissä ympäristöissä, joissa ei ole happea, joissa aerobiset organismit eivät voisi asua, kuten erittäin syvissä vesissä, maaperässä tai joidenkin eläinten ruuansulatuksessa.

Valinnaiset anaerobit

Lisäksi on joitain mikro-organismeja, jotka kykenevät vuorottelemaan aerobisen ja anaerobisen aineenvaihdunnan välillä, riippuen niiden tarpeista ja ympäristöolosuhteista.

On kuitenkin bakteereja, joilla on tiukka aerobinen hengitys ja jotka voivat kasvaa ja kehittyä vain happea sisältävissä ympäristöissä.

Mikrobiologisissa tieteissä aineenvaihdunnan tyypin tuntemus on merkki, joka auttaa tunnistamaan mikro-organismit.

Organismit, joilla on kyky käydä

Lisäksi on olemassa muita organismeja, jotka kykenevät luomaan hengitysteitä ilman happea tai kuljetusketjua, ts. Ne käyvät.

Niistä löydämme eräitä hiivatyyppejä (Saccharomyces), bakteereja (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) ja jopa omia lihassolujamme. Prosessin aikana jokaiselle lajille on ominaista erittyä eri tuote.

Ekologinen merkitys

Ekologian kannalta anaerobinen hengitys täyttää ekosysteemien transsendenttiset toiminnot. Tämä prosessi tapahtuu erilaisissa luontotyypeissä, kuten meren sedimenteissä tai makean veden vesistöissä, syvissä maaympäristöissä.

Jotkut bakteerit ottavat sulfaatteja muodostaen rikkivetyä ja käyttävät karbonaattia metaanin muodostamiseen. Muut lajit kykenevät käyttämään nitraatti-ionia ja pelkistämään sen nitriidi-ioniksi, typpioksidiksi tai typpikaasuksi.

Nämä prosessit ovat elintärkeitä luonnollisissa sykleissä, sekä typen että rikin suhteen. Esimerkiksi anaerobinen reitti on pääreitti, jolla typpi kiinnittyy ja pystyy palaamaan ilmakehään kaasuna.

Eroja aerobisesta hengityksestä

Selvin ero näiden kahden metabolisen prosessin välillä on hapen hyödyntäminen. Aerobicissa tämä molekyyli toimii lopullisena elektronin vastaanottajana.

Energialle aerobinen hengitys on paljon hyödyllisempää, sillä se vapauttaa huomattavia määriä energiaa - noin 38 ATP-molekyyliä. Sitä vastoin hengitykselle ilman happea on tunnusomaista paljon pienempi määrä ATP: tä, joka vaihtelee suuresti organismista riippuen.

Myös erittymistuotteet vaihtelevat. Aerobinen hengitys päättyy hiilidioksidin ja veden tuottamiseen, kun taas aerobisessa hengityksessä välituotteita - kuten maitohappoa, alkoholia tai muita orgaanisia happoja - vaihtelevat.

Aerobinen hengitys kestää nopeuden suhteen paljon kauemmin. Siten anaerobinen prosessi edustaa organismien nopeaa energialähdettä.

Viitteet

1. Baron, S. (1996). Lääketieteellinen mikrobiologia. 4. painos. Teksasin yliopiston lääketieteellinen sivukonttori Galvestonissa.
2. Beckett, BS (1986). Biologia: moderni johdanto. Oxford University Press, Yhdysvallat.
3. Fauque, GD (1995). Sulfaattia pelkistävien bakteerien ekologia. Julkaisussa Sulfaattia pelkistävät bakteerit (sivut 217 - 241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikrobit: energialähde 2000-luvulle. New India Publishing.
5. Wright, DB (2000). Ihmisen fysiologia ja terveys. Heinemann.