АНАЕРОБНЕ ДИХАННЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ ТА ОРГАНІЗМИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Анаеробне дихання або анаеробна метаболічна режим , який є хімічною енергією на основі органічних молекул вивільняються. Кінцевим акцептором електронів у всьому цьому процесі є молекула, відмінна від кисню, наприклад, іон нітрату або сульфати.

Організми, що представляють цей тип метаболізму, є прокаріоти і називаються анаеробними організмами. Прокаріоти, які є строго анаеробними, можуть жити лише в умовах, де кисню немає, оскільки він є високотоксичним і навіть летальним.

У прокаріотів присутнє анаеробне дихання.
Джерело: pixabay.com

Деякі мікроорганізми - бактерії та дріжджі - отримують свою енергію в процесі бродіння. У цьому випадку процес не потребує кисню або ланцюга транспорту електронів. Після гліколізу додають пару додаткових реакцій і кінцевим продуктом може бути етиловий спирт.

Протягом багатьох років галузь використовувала цей процес для виробництва продуктів, що представляють інтерес для споживання людиною, таких як хліб, вино, пиво, серед інших.

Наші м’язи також здатні до анаеробного дихання. Коли ці клітини піддаються інтенсивним зусиллям, починається процес молочнокислого бродіння, внаслідок чого цей продукт накопичується в м’язах, створюючи втому.

характеристики

Дихання - це явище, за допомогою якого енергія отримується у формі АТФ, починаючи з різних органічних молекул - переважно вуглеводів. Цей процес відбувається завдяки різним хімічним реакціям, що відбуваються всередині клітин.

Хоча основним джерелом енергії у більшості організмів є глюкоза, для вилучення енергії можуть використовуватися інші молекули, такі як інші цукру, жирні кислоти або у випадках крайньої потреби, амінокислоти - будівельні блоки білків.

Енергія, яку кожна молекула здатна вивільнити, кількісно визначається в джоулях. Біохімічні шляхи або шляхи організмів для деградації зазначених молекул в основному залежать від присутності кисню чи ні. Таким чином ми можемо класифікувати дихання на дві великі групи: анаеробні та аеробні.

В анаеробному диханні існує електронно-транспортний ланцюг, який генерує АТФ, а кінцевим акцептором електронів є така органічна речовина, як іон селітри, сульфати, серед інших.

Важливо не плутати цей тип анаеробного дихання з бродінням. Обидва процеси не залежать від кисню, але в останньому немає ланцюга транспорту електронів.

Типи

Існує кілька шляхів, за якими організм може дихати без кисню. Якщо немає ланцюга транспорту електронів, окислення органічної речовини буде поєднане зі зменшенням інших атомів з джерела енергії в процесі бродіння (див. Нижче).

У випадку транспортного ланцюга роль кінцевого акцептора електронів можуть брати різні іони, включаючи нітрати, залізо, марганець, сульфати та вуглекислий газ.

Електронно-транспортний ланцюг - це система реакції відновлення оксиду, яка призводить до виробництва енергії у вигляді АТФ, модальністю, що називається окислювальним фосфорилюванням.

Ферменти, що беруть участь у процесі, знаходяться всередині бактерій, прикріплених до мембрани. У прокаріотів є ці інвагінації або везикули, що нагадують мітохондрії еукаріотичних організмів. Ця система сильно відрізняється серед бактерій. Найчастіше це:

Використання нітратів як акцептора електронів

Велика група бактерій з анаеробним диханням класифікується як бактерії, що відновлюють нітрати. У цій групі, кінцевий акцептор ланцюга перенесення електронів є NO ₃ ^- іон .

У межах цієї групи існують різні фізіологічні модальності. Нітратні редуктори можуть бути респіраторного типу, де іон NO ₃ ^- стає NO ₂ ^- ; Вони можуть бути денітрифікуючими, коли згаданий іон переходить до N ₂ , або асимілюючого типу, коли іон, про який йде мова, трансформується в NH ₃ .

Донорами електронів можуть бути піруват, сукцинат, лактат, гліцерин, НАДН, серед інших. Представницьким організмом цього метаболізму є добре відомі бактерії Escherichia coli.

Використання сульфатів як акцептора електронів

Лише кілька видів суворих анаеробних бактерій здатні приймати іон сульфату та перетворювати його на S ^2- та воду. Для реакції використовуються кілька субстратів, серед найпоширеніших - молочна кислота і чотиривуглецеві дикарбонові кислоти.

Використання вуглекислого газу як акцептора електронів

Археї є прокаріотичними організмами, які зазвичай мешкають в крайніх регіонах і характеризуються тим, що демонструють дуже конкретні метаболічні шляхи.

Однією з них є археї, здатні виробляти метан, і для цього вони використовують вуглекислий газ як кінцевий акцептор. Кінцевим продуктом реакції є метан (СН ₄ ).

Ці організми мешкають лише у дуже специфічних районах екосистем, де концентрація водню є високою, оскільки це один із необхідних для реакції елементів - наприклад, дно озер або травний тракт певних ссавців.

Бродіння

Бродіння вина

Як ми вже згадували, бродіння - це метаболічний процес, який не потребує наявності кисню. Зауважимо, що воно відрізняється від анаеробного дихання, згаданого в попередньому розділі відсутністю електронного ланцюга транспорту.

Ферментація характеризується тим, що це процес, який вивільняє енергію, починаючи з цукрів або інших органічних молекул, не потребує кисню, не потребує циклу Кребса або електронного ланцюга транспорту, його кінцевим акцептором є органічна молекула і виробляє невелику кількість АТФ - один-два.

Після того, як клітина закінчила процес гліколізу, вона отримує дві молекули піровиноградної кислоти для кожної молекули глюкози.

За відсутності наявності кисню клітина може вдатися до генерації якоїсь органічної молекули для досягнення генерації NAD ⁺ або NADP ^+, яка може знову вступити в інший цикл гліколізу.

Залежно від організму, який здійснює бродіння, кінцевим продуктом можуть бути молочна кислота, етанол, пропіонова кислота, оцтова кислота, масляна кислота, бутанол, ацетон, ізопропіловий спирт, янтарна кислота, мурашина кислота, бутандіол та ін.

Ці реакції також часто пов'язані з виділенням вуглекислого газу або молекул дигідрогену.

Організми з анаеробним диханням

Процес анаеробного дихання характерний для прокаріотів. Ця група організмів характеризується відсутністю справжнього ядра (обмеженого біологічною мембраною) і субклітинних відділів, таких як мітохондрії або хлоропласти. У межах цієї групи знаходяться бактерії та археї.

Суворі анаероби

Мікроорганізми, що смертельно впливають на присутність кисню, називаються строго анаеробними, такими як рід Clostridium.

Володіння анаеробним метаболізмом дозволяє цим мікроорганізмам колонізувати екстремальні середовища, позбавлені кисню, де аеробні організми не могли б мешкати, такі як дуже глибокі води, ґрунти або травний тракт деяких тварин.

Факультативні анаероби

Крім того, є деякі мікроорганізми, здатні чергувати аеробний та анаеробний метаболізм, залежно від їх потреб та умов навколишнього середовища.

Однак є бактерії зі строгим аеробним диханням, які можуть рости і розвиватися тільки в багатих киснем середовищах.

У мікробіологічних науках знання про тип метаболізму - це характер, який допомагає виявити мікроорганізми.

Організми, здатні ферментувати

Крім того, існують і інші організми, здатні створювати дихальні шляхи без необхідності кисню або транспортного ланцюга, тобто ферментують.

Серед них ми знаходимо деякі види дріжджів (Saccharomyces), бактерії (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) і навіть власні м’язові клітини. Під час процесу кожен вид характеризується виділенням іншого продукту.

Екологічна актуальність

З точки зору екології, анаеробне дихання виконує трансцендентні функції в межах екосистем. Цей процес відбувається в різних середовищах існування, таких як морські відкладення або прісноводні тіла, глибокі ґрунтові середовища, серед інших.

Деякі бактерії беруть сульфати для утворення сірководню і використовують карбонат для утворення метану. Інші види здатні використовувати іон селітри і зводити її до іону нітриту, оксиду азоту або газу азоту.

Ці процеси життєво важливі в природних циклах, як для азоту, так і для сірки. Наприклад, анаеробний шлях - це основний шлях, за яким фіксується азот і здатний повертатися в атмосферу як газ.

Відмінності від аеробного дихання

Найбільш очевидною відмінністю цих двох метаболічних процесів є утилізація кисню. В аеробіці ця молекула діє як кінцевий акцептор електронів.

Енергетично дихання аеробне набагато вигідніше, вивільняючи значну кількість енергії - близько 38 молекул АТФ. Навпаки, для дихання за відсутності кисню характерна значно менша кількість АТФ, яка сильно змінюється в залежності від організму.

Продукти виділення також різняться. Аеробне дихання закінчується виробленням вуглекислого газу та води, тоді як при аеробному диханні проміжні речовини різноманітні - наприклад, молочна кислота, алкоголь чи інші органічні кислоти.

З точки зору швидкості аеробне дихання займає набагато більше часу. Таким чином, анаеробний процес являє собою швидке джерело енергії для організмів.

Список літератури

1. Барон, С. (1996). Медична мікробіологія. 4-е видання. Медичний відділення Техаського університету в Галвестоні.
2. Беккет, BS (1986). Біологія: сучасне вступ. Oxford University Press, США.
3. Faque, GD (1995). Екологія бактерій, що відновлюють сульфати. У сульфатовідновлювальних бактеріях (с. 217-241). Спрингер, Бостон, Массачусетс.
4. Соні, СК (2007). Мікроби: джерело енергії для 21 століття. Видання New India.
5. Райт, DB (2000). Фізіологія та здоров'я людини. Хайнеман.