Χαρακτηριστικά αναερόβιας αναπνοής, είδη και οργανισμοί



Το αναερόβια αναπνοή ή αναερόβια είναι μια μεταβολική μέθοδος όπου η χημική ενέργεια απελευθερώνεται ξεκινώντας από οργανικά μόρια. Ο τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων αυτής της όλης διαδικασίας είναι ένα μόριο διαφορετικό από το οξυγόνο, όπως το νιτρικό νάτριο ή τα θειικά άλατα.

Οι οργανισμοί που παρουσιάζουν αυτόν τον τύπο μεταβολισμού είναι προκαρυωτικοί και ονομάζονται αναερόβιοι οργανισμοί. Τα προκαρυωτικά που είναι αυστηρά αναερόβια μπορούν να ζουν μόνο σε περιβάλλοντα όπου δεν υπάρχει οξυγόνο, καθώς είναι πολύ τοξικά και ακόμη και θανατηφόρα.

Ορισμένοι μικροοργανισμοί - βακτήρια και μαγιά - παίρνουν την ενέργεια τους μέσω της διαδικασίας ζύμωσης. Στην περίπτωση αυτή, η διαδικασία δεν απαιτεί οξυγόνο ή αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Μετά τη γλυκόλυση, προστίθενται δύο επιπλέον αντιδράσεις και το τελικό προϊόν μπορεί να είναι αιθυλική αλκοόλη.

Για χρόνια, ο κλάδος εκμεταλλεύεται αυτή τη διαδικασία για να παράγει προϊόντα ενδιαφέροντος για κατανάλωση από τον άνθρωπο, όπως το ψωμί, το κρασί, η μπύρα, μεταξύ άλλων..

Οι μύες μας είναι επίσης ικανοί να πραγματοποιούν αναερόβια αναπνοή. Όταν αυτά τα κύτταρα υποβάλλονται σε έντονη προσπάθεια, ξεκινά η διαδικασία γαλακτικής ζύμωσης, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση αυτού του προϊόντος στους μυς, δημιουργώντας κόπωση.

Ευρετήριο

  • 1 Χαρακτηριστικά
  • 2 Τύποι
    • 2.1 Χρήση νιτρικών αλάτων ως δέκτη ηλεκτρονίων
    • 2.2 Χρήση θειικών αλάτων ως δέκτη ηλεκτρονίων
    • 2.3 Χρήση διοξειδίου του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων
  • 3 Ζύμωση
  • 4 Οργανισμοί με αναερόβια αναπνοή
    • 4.1 Αυστηροί αναερόβιοι
    • 4.2 Προαιρετικά αναερόβια
    • 4.3 Οργανισμοί με ικανότητα ζύμωσης
  • 5 Οικολογική συνάφεια
  • 6 Διαφορές με αερόβια αναπνοή
  • 7 Αναφορές

Χαρακτηριστικά

Αναπνοή είναι το φαινόμενο με το οποίο λαμβάνεται ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ, ξεκινώντας από διάφορα οργανικά μόρια - κυρίως υδατάνθρακες. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα χάρη στις διάφορες χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μέσα στα κύτταρα.

Αν και η κύρια πηγή ενέργειας στις περισσότερες οργανισμούς είναι η γλυκόζη, άλλα μόρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εξαγωγή ενέργειας, και άλλα σάκχαρα, λιπαρά οξέα ή σε ακραίες περιπτώσεις, τα αμινοξέα - τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.

Η ενέργεια που κάθε μόριο είναι σε θέση να απελευθερώσει ποσοτικοποιείται σε ζεύγη. Οι οδοί ή τα βιοχημικά μονοπάτια των οργανισμών για την αποικοδόμηση αυτών των μορίων εξαρτώνται κυρίως από την παρουσία ή την απουσία οξυγόνου. Με αυτό τον τρόπο, μπορούμε να κατατάξουμε την αναπνοή σε δύο μεγάλες ομάδες: αναερόβιες και αερόβιες.

Στην αναερόβια αναπνοή, υπάρχει μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων που παράγει ΑΤΡ, και η τελική αποδέκτης ηλεκτρονίων είναι μία οργανική ουσία όπως νιτρικό ιόν, θειικά, κλπ.

Είναι σημαντικό να μην συγχέεται αυτός ο τύπος αναερόβιας αναπνοής με τη ζύμωση. Και οι δύο διαδικασίες είναι ανεξάρτητες από το οξυγόνο, αλλά στην τελευταία δεν υπάρχει αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Τύποι

Υπάρχουν πολλές οδοί με τις οποίες ένας οργανισμός μπορεί να αναπνεύσει χωρίς οξυγόνο. Εάν δεν υπάρχει αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, η οξείδωση της οργανικής ύλης θα συζευχθεί με τη μείωση άλλων ατόμων της πηγής ενέργειας κατά τη διαδικασία ζύμωσης (βλ. Παρακάτω).

Στην περίπτωση που υπάρχει μια αλυσίδα του μεταφορέα, ο ρόλος του τελικού αποδέκτη ηλεκτρονίων μπορεί να λάβει διάφορες ιόντα, συμπεριλαμβανομένων νιτρικών, του σιδήρου, του μαγγανίου, θειικά, διοξείδιο του άνθρακα, κ.λπ..

Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι ένα σύστημα αντιδράσεων μείωσης οξείδωσης που οδηγεί στην παραγωγή ενέργειας με τη μορφή ΑΤΡ, με μια μέθοδο που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση.

Τα ένζυμα που εμπλέκονται στη διαδικασία βρίσκονται μέσα στα βακτήρια, αγκυροβολημένα στη μεμβράνη. Οι προκαρυώτες έχουν τέτοιες προσβολές ή κυστίδια που μοιάζουν με τα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών οργανισμών. Αυτό το σύστημα ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των βακτηριδίων. Τα πιο συνηθισμένα είναι:

Χρήση νιτρικών ως δέκτη ηλεκτρονίων

Μια μεγάλη ομάδα βακτηρίων με αναερόβια αναπνοή κατατάσσεται ως βακτήρια που μειώνουν τα νιτρικά άλατα. Στην ομάδα αυτή, ο τελικός αποδέκτης της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι το ιόν ΝΟ3-.

Σε αυτή την ομάδα υπάρχουν διαφορετικές φυσιολογικές μορφές. Οι αναγωγείς νιτρικών μπορούν να είναι αναπνευστικού τύπου όπου το ιόν ΝΟ3- συμβαίνει να είναι ΟΧΙ2-? μπορεί να είναι απονίτρωση, όπου το εν λόγω ιόν πηγαίνει στο Ν2, ή του τύπου αφομοιωτή όπου το εν λόγω ιόν γίνεται ΝΗ3.

Οι δότες ηλεκτρονίων μπορούν να είναι πυροσταφυλικό, ηλεκτρικό, γαλακτικό, γλυκερόλη, NADH, μεταξύ άλλων. Ο αντιπροσωπευτικός οργανισμός αυτού του μεταβολισμού είναι το γνωστό βακτήριο Escherichia coli.

Χρήση θειικών αλάτων ως δέκτη ηλεκτρονίων

Μόνο μερικά είδη αυστηρών αναερόβιων βακτηρίων είναι σε θέση να πάρουν το θειικό ιόν και να το μετατρέψουν σε S2- και νερό. Χρησιμοποιούνται μερικά υποστρώματα για την αντίδραση, μεταξύ των πιο συνηθισμένων είναι τα γαλακτικά οξέα και τα 4-άνθρακα δικαρβοξυλικά οξέα.

Χρήση διοξειδίου του άνθρακα ως δέκτη ηλεκτρονίων

Τα Archaea είναι προκαρυωτικοί οργανισμοί που συνήθως κατοικούν σε ακραίες περιοχές και χαρακτηρίζονται από την εμφάνιση πολύ ιδιαίτερων μεταβολικών οδών.

Ένα από αυτά είναι η αρχαία ικανή να παράγει μεθάνιο και για να το πετύχει αυτό χρησιμοποιούν διοξείδιο του άνθρακα ως τελικό αποδέκτη. Το τελικό προϊόν της αντίδρασης είναι αέριο μεθάνιο (CH4).

Αυτοί οι οργανισμοί ζουν σε μόνο πολύ συγκεκριμένες περιοχές των οικοσυστημάτων, όπου η συγκέντρωση του υδρογόνου είναι υψηλή, δεδομένου ότι είναι ένα από τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για την αντίδραση - όπως πυθμένα της λίμνης ή πεπτικής οδού ορισμένων θηλαστικών.

Ζύμωση

Όπως αναφέρθηκε, η ζύμωση είναι μια μεταβολική διαδικασία που δεν απαιτεί την παρουσία οξυγόνου. Σημειώνεται ότι διαφέρει από την αναερόβια αναπνοή που αναφέρεται στο προηγούμενο τμήμα λόγω της απουσίας αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Ζύμωση χαρακτηρίζεται ως μια διαδικασία που απελευθερώνει ενέργεια με βάση σάκχαρα ή άλλα οργανικά μόρια, δεν απαιτεί οξυγόνο, δεν χρειάζεται κύκλο του Krebs ή αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, η τελική δέκτης είναι ένα οργανικό μόριο και παράγει μικρές ποσότητες ΑΤΡ - ένα ή δύο.

Μόλις το κύτταρο ολοκληρώσει τη διαδικασία γλυκόλυσης, αποκτά δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος για κάθε μόριο γλυκόζης.

Σε περίπτωση που δεν υπάρχει διαθεσιμότητα οξυγόνου, το κύτταρο μπορεί να καταφύγει στη δημιουργία μερικών οργανικών μορίων για τη δημιουργία του NAD+ ή NADP+ που μπορεί να εισέλθει σε άλλο κύκλο γλυκόλυσης.

Ανάλογα με το σώμα κρατώντας το ζύμωσης, το τελικό προϊόν μπορεί να είναι το γαλακτικό οξύ, αιθανόλη, προπιονικό οξύ, οξικό οξύ, βουτυρικό οξύ, βουτανόλη, ακετόνη, ισοπροπυλική αλκοόλη, ηλεκτρικό οξύ, μυρμηκικό οξύ, βουτανοδιόλη, κτλ.

Αυτές οι αντιδράσεις συνδέονται επίσης συνήθως με την έκκριση διοξειδίου του άνθρακα ή διυδρογόνων μορίων.

Οργανισμοί με αναερόβια αναπνοή

Η διαδικασία αναερόβιας αναπνοής είναι χαρακτηριστική των προκαρυωτικών. Αυτή η ομάδα οργανισμών χαρακτηρίζεται από έλλειψη ενός πραγματικού πυρήνα (οριοθετείται από μια βιολογική μεμβράνη) και υποκυτταρικών διαμερισμάτων, όπως μιτοχόνδρια ή χλωροπλάστες. Μέσα σε αυτή την ομάδα είναι τα βακτήρια και τα αρχαία.

Αυστηρή αναερόβια

Οι μικροοργανισμοί που επηρεάζονται με θανατηφόρο τρόπο από την παρουσία οξυγόνου ονομάζονται αυστηροί αναερόβιοι, όπως το φύλο Clostridium.

Η κατοχή αναερόβιου τύπου μεταβολισμού επιτρέπει στους μικροοργανισμούς να αποικίζουν ακραία περιβάλλοντα χωρίς οξυγόνο, όπου δεν μπορούν να κατοικήσουν αερόβιοι οργανισμοί, όπως πολύ βαθιά νερά, εδάφη ή πεπτικό σύστημα ορισμένων ζώων.

Προαιρετικά αναερόβια

Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένοι μικροοργανισμοί που είναι σε θέση να εναλλάσσουν μεταξύ του αερόβιου και του αναερόβιου μεταβολισμού, ανάλογα με τις ανάγκες σας και τις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Ωστόσο, υπάρχουν βακτήρια με αυστηρή αερόβια αναπνοή που μπορούν να αναπτυχθούν και να αναπτυχθούν μόνο σε περιβάλλον πλούσιο σε οξυγόνο.

Στις μικροβιολογικές επιστήμες, η γνώση του τύπου του μεταβολισμού είναι ένας χαρακτήρας που βοηθά στην αναγνώριση των μικροοργανισμών.

Οργανισμοί με ικανότητα ζύμωσης

Επιπλέον, υπάρχουν και άλλοι οργανισμοί που είναι ικανοί να πραγματοποιούν αεραγωγούς χωρίς την ανάγκη για αλυσίδα οξυγόνου ή μεταφορέα, δηλαδή ζυμώνουν.

Μεταξύ αυτών βρίσκουμε μερικούς τύπους ζυμών (Saccharomyces), βακτήρια (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) και ακόμη και τα δικά μας μυϊκά κύτταρα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, κάθε είδος χαρακτηρίζεται από την έκκριση ενός διαφορετικού προϊόντος.

Οικολογική συνάφεια

Από την άποψη της οικολογίας, η αναερόβια αναπνοή πληροί τις υπερβατικές λειτουργίες εντός των οικοσυστημάτων. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε διάφορους οικοτόπους, όπως θαλάσσια ιζήματα ή συστήματα γλυκού νερού, βαθιά εδάφη εδάφους, μεταξύ άλλων..

Μερικά βακτήρια παίρνουν θειικά άλατα για να σχηματίσουν υδρόθειο και χρησιμοποιούν ανθρακικό για τον σχηματισμό του μεθανίου. Άλλα είδη είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν το νιτρικό ιόν και να τα μειώσουν σε ιόντα νιτρωδών, νιτρώδη οξείδια ή αέριο άζωτο.

Αυτές οι διαδικασίες είναι ζωτικής σημασίας σε φυσικούς κύκλους, τόσο για το άζωτο όσο και για το θείο. Για παράδειγμα, η αναερόβια πορεία είναι ο κύριος δρόμος με τον οποίο το άζωτο είναι σταθερό και είναι ικανό να επιστρέψει στην ατμόσφαιρα με τη μορφή αερίου.

Διαφορές με αερόβια αναπνοή

Η πιο προφανής διαφορά μεταξύ αυτών των δύο μεταβολικών διεργασιών είναι η χρήση οξυγόνου. Στην αεροβική, αυτό το μόριο δρα ως τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων.

Ενεργειακά, η αερόβια αναπνοή είναι πολύ πιο κερδοφόρα, δεδομένου ότι απελευθερώνει σημαντικές ποσότητες ενέργειας - περίπου 38 μόρια ΑΤΡ. Αντιθέτως, η αναπνοή απουσία οξυγόνου χαρακτηρίζεται από πολύ μικρότερο αριθμό ΑΤΡ, το οποίο ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό ανάλογα με τον οργανισμό.

Τα προϊόντα της απέκκρισης ποικίλλουν επίσης. Η αερόβια αναπνοή τελειώνει με την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού, ενώ σε αερόβια μεταβάλλονται τα ενδιάμεσα προϊόντα - όπως το γαλακτικό οξύ, το αλκοόλ ή άλλα οργανικά οξέα, για παράδειγμα.

Όσον αφορά την ταχύτητα, η αερόβια αναπνοή διαρκεί πολύ περισσότερο. Έτσι, η αναερόβια διαδικασία αντιπροσωπεύει μια γρήγορη πηγή ενέργειας για τους οργανισμούς.

Αναφορές

  1. Baron, S. (1996). Ιατρική Μικροβιολογία 4η έκδοση. Πανεπιστήμιο του Τέξας Ιατρικό Κατάστημα στο Galveston.
  2. Beckett, Β. S. (1986). Βιολογία: μια σύγχρονη εισαγωγή. Oxford University Press, ΗΠΑ.
  3. Fauque, G.D. (1995). Οικολογία των βακτηρίων που μειώνουν τη θειική τους δράση. Στο Βακτήρια που μειώνουν τα θειικά άλατα (σελ. 217-241). Springer, Βοστώνη, ΜΑ.
  4. Soni, S. Κ. (2007). Μικροβιακά: μια πηγή ενέργειας για τον 21ο αιώνα. New India Publishing.
  5. Wright, D. Β. (2000). Ανθρώπινη φυσιολογία και υγεία. Heinemann.