Ciri-ciri, jenis dan organisma respirasi anaerobik



The respirasi anaerobik atau anaerobik adalah modaliti metabolik di mana tenaga kimia dikeluarkan dari molekul organik. Penerima elektron akhir keseluruhan proses ini adalah molekul selain oksigen, seperti ion nitrat atau sulfat.

Organisme yang menunjukkan jenis metabolisme ini adalah prokariot dan dipanggil organisma anaerob. Prokariot yang ketara anaerobik hanya boleh hidup dalam persekitaran di mana oksigen tidak ada, kerana ia sangat toksik dan bahkan mematikan.

Mikroorganisma tertentu - bakteria dan ragi - mendapatkan tenaga melalui proses penapaian. Dalam kes ini, proses ini tidak memerlukan oksigen atau rantai pengangkutan elektron. Selepas glikolisis, beberapa reaksi tambahan ditambah dan produk akhir boleh menjadi etil alkohol.

Selama bertahun-tahun, industri telah memanfaatkan proses ini untuk menghasilkan produk yang menarik bagi penggunaan manusia, seperti roti, wain, bir, dan lain-lain..

Otot kita juga mampu melakukan pernafasan anaerobik. Apabila sel-sel ini tertakluk kepada usaha sengit, proses penapaian laktik bermula, yang mengakibatkan pengumpulan produk ini ke dalam otot, menyebabkan keletihan.

Indeks

  • 1 Ciri-ciri
  • 2 Jenis
    • 2.1 Penggunaan nitrat sebagai penerima elektron
    • 2.2 Penggunaan sulfat sebagai penerima elektron
    • 2.3 Penggunaan karbon dioksida sebagai penerima elektron
  • 3 Penapaian
  • 4 Organisma dengan respirasi anaerobik
    • 4.1 Ketara anaerob
    • 4.2 anaerobes pilihan
    • 4.3 Organisme dengan keupayaan untuk menapai
  • 5 Perkaitan ekologi
  • 6 Perbezaan dengan pernafasan aerobik
  • 7 Rujukan

Ciri-ciri

Pernafasan adalah fenomena yang mana tenaga diperolehi dalam bentuk ATP, bermula dari pelbagai molekul organik - terutama karbohidrat. Proses ini berlaku kerana pelbagai reaksi kimia yang berlaku di dalam sel.

Walaupun sumber tenaga utama dalam kebanyakan organisma glukosa, molekul lain boleh digunakan untuk pengeluaran tenaga, dan gula lain, asid lemak atau dalam kes yang teruk, asid amino - blok binaan protein.

Tenaga yang setiap molekul dapat dibebaskan dikuantifikasi dalam joules. Laluan atau laluan organisme biokimia untuk kemusnahan molekul-molekul ini bergantung terutamanya pada kehadiran atau ketiadaan oksigen. Dengan cara ini, kita boleh mengklasifikasikan pernafasan kepada dua kumpulan besar: anaerobik dan aerobik.

Dalam pernafasan anaerob, terdapat rantai pengangkutan elektron yang menghasilkan ATP, dan penerima elektron akhir adalah bahan organik seperti ion nitrat, sulfat, antara lain.

Adalah penting untuk tidak mengelirukan jenis respirasi anaerobik ini dengan penapaian. Kedua-dua proses adalah bebas daripada oksigen, tetapi di dalamnya tiada rantai pengangkutan elektron.

Jenis

Terdapat pelbagai laluan di mana organisme boleh bernafas tanpa oksigen. Jika tiada rantaian pengangkutan elektron, pengoksidaan bahan organik akan ditambah pula dengan pengurangan atom-atom lain dari sumber tenaga dalam proses penapaian (lihat di bawah).

Sekiranya terdapat rantai penghantar, kertas akseptor elektron akhir boleh diambil oleh ion yang berlainan, di antaranya nitrat, besi, mangan, sulfat, karbon dioksida, dan lain-lain..

Rantai pengangkutan elektron adalah sistem pengurangan pengoksidaan pengoksidaan yang membawa kepada pengeluaran tenaga dalam bentuk ATP, dengan modality yang disebut fosforilasi oksidatif.

Enzim-enzim yang terlibat dalam proses ini terdapat di dalam bakteria, berlabuh ke membran. Prokariote mempunyai invaginasi atau vesikel seperti yang menyerupai mitokondria organisme eukariotik. Sistem ini berbeza-beza di antara bakteria. Yang paling umum adalah:

Penggunaan nitrat sebagai penerima elektron

Sekumpulan besar bakteria dengan pernafasan anaerobik di katalog sebagai nitrat mengurangkan bakteria. Dalam kumpulan ini, penerima terakhir rantaian pengangkutan elektron adalah NO ion3-.

Di dalam kumpulan ini terdapat modaliti fisiologi yang berbeza. Pengurangan nitrat boleh menjadi jenis pernafasan di mana NO ion3- TIDAK ADA2-; boleh denitrifying, di mana kata ion pergi ke N2, atau jenis asimilasi di mana ion yang berkenaan menjadi NH3.

Penyumbang elektron boleh pyruvate, succinate, lactate, gliserol, NADH, antara lain. Organisma perwakilan metabolisme ini adalah bakteria yang terkenal Escherichia coli.

Penggunaan sulfat sebagai penerima elektron

Hanya beberapa spesies bakteria anaerob yang ketat dapat mengambil ion sulfat dan menukarnya kepada S2- dan air. Beberapa substrat digunakan untuk tindak balas, antara yang paling biasa ialah asid laktik dan empat-karbon dicarboxylic acid.

Penggunaan karbon dioksida sebagai penerima elektron

Archaea adalah organisma prokariotik yang biasanya mendiami kawasan yang melampau, dan dicirikan dengan memperlihatkan laluan metabolik yang sangat khusus.

Salah satu daripadanya ialah archaea yang mampu menghasilkan metana dan untuk mencapai ini, mereka menggunakan karbon dioksida sebagai penerima terakhir. Produk akhir tindak balas adalah gas metana (CH4).

Organisme ini hanya mendiami kawasan ekosistem yang sangat spesifik, di mana kepekatan hidrogen adalah tinggi, kerana ia adalah salah satu unsur yang diperlukan untuk reaksi - seperti bahagian bawah tasik atau saluran penghadaman mamalia tertentu.

Penapaian

Seperti yang telah kami sebutkan, penapaian adalah proses metabolik yang tidak memerlukan kehadiran oksigen yang akan dijalankan. Perhatikan bahawa ia berbeza daripada pernafasan anaerobik yang disebutkan di bahagian sebelumnya disebabkan oleh ketiadaan rantaian pengangkutan elektron.

Fermentasi dicirikan sebagai proses yang melepaskan tenaga daripada gula atau molekul organik lain, tidak memerlukan oksigen, tidak memerlukan kitaran Krebs atau rantai pengangkutan elektron, penerimaan terakhirnya adalah molekul organik dan menghasilkan sejumlah kecil ATP - satu atau dua.

Setelah sel telah menyelesaikan proses glikolisis, ia memperoleh dua molekul asid piruvat untuk setiap molekul glukosa.

Sekiranya tiada ketersediaan oksigen, sel boleh menggunakan penjanaan beberapa molekul organik untuk menjana NAD+ atau NADP+ yang boleh memasuki satu lagi kitaran glikolisis.

Bergantung kepada badan induk penapaian, produk akhir boleh menjadi asid laktik, etanol, asid propionik, asid asetik, asid butyric, butanol, aseton, isopropyl alkohol, asid succinic, asid formik, butanediol, dan lain-lain.

Reaksi ini juga biasanya dikaitkan dengan perkumuhan molekul karbon dioksida atau dihydrogen.

Organisma dengan respirasi anaerobik

Proses respirasi anaerobik adalah tipikal prokariotik. Kumpulan organisma ini dicirikan oleh kekurangan nukleus sejati (dibatasi oleh membran biologi) dan petak subselular, seperti mitokondria atau kloroplas. Dalam kumpulan ini bakteria dan archaea.

Anaerobes ketat

Mikroorganisma yang terjejas dengan cara yang mematikan oleh kehadiran oksigen dipanggil anaerob yang ketat, seperti jantina Clostridium.

Memiliki metabolisme jenis anaerobik membolehkan mikroorganisma ini menjajah persekitaran ekstrim yang kekurangan oksigen, di mana organisma aerobik tidak dapat didiami, seperti perairan yang sangat dalam, tanah atau saluran pencernaan sesetengah haiwan.

Anaerobik fakultatif

Di samping itu, terdapat beberapa mikroorganisma yang boleh bertukar antara metabolisme jenis aerobik dan anaerobik, bergantung pada keperluan anda dan keadaan persekitaran.

Walau bagaimanapun, terdapat bakteria yang mempunyai pernafasan aerobik yang ketat yang hanya boleh tumbuh dan berkembang dalam persekitaran yang kaya oksigen.

Dalam sains mikrobiologi, pengetahuan mengenai jenis metabolisme adalah watak yang membantu mengenal pasti mikroorganisma.

Organisma dengan keupayaan untuk menapai

Di samping itu, terdapat organisma lain yang mampu menjalankan saluran udara tanpa memerlukan oksigen atau rantai penghantar, iaitu, mereka menanam.

Di antara mereka terdapat beberapa jenis ragi (Saccharomyces), bakteria (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) dan juga sel-sel otot kita sendiri. Semasa proses itu, setiap spesies dicirikan dengan mengeluarkan produk yang berbeza.

Kaitan ekologi

Dari sudut pandangan ekologi, pernafasan anaerobik memenuhi fungsi transendental dalam ekosistem. Proses ini berlaku di habitat yang berlainan, seperti sedimen marin atau badan air tawar, persekitaran tanah yang dalam, antara lain..

Sesetengah bakteria mengambil sulfat untuk membentuk hidrogen sulfida dan menggunakan karbonat untuk pembentukan metana. Spesis lain dapat menggunakan ion nitrat dan mengurangkannya kepada ion nitrit, nitro oksida atau gas nitrogen.

Proses-proses ini penting dalam kitaran semula jadi, baik untuk nitrogen maupun sulfur. Sebagai contoh, laluan anaerobik adalah laluan utama yang mana nitrogen diperbaiki dan dapat kembali ke atmosfera dalam bentuk gas.

Perbezaan dengan pernafasan aerobik

Perbezaan antara kedua-dua proses metabolik ini adalah penggunaan oksigen. Dalam bidang aerobik, molekul ini bertindak sebagai penerima elektron akhir.

Secara semula jadi, pernafasan aerobik lebih menguntungkan, kerana ia mengeluarkan sejumlah besar tenaga - kira-kira 38 molekul ATP. Sebaliknya, pernafasan dalam ketiadaan oksigen dicirikan oleh ATP yang jauh lebih rendah, yang berbeza-beza bergantung kepada organisma.

Produk perkumuhan juga berbeza-beza. Pernafasan aerobik berakhir dengan pengeluaran karbon dioksida dan air, manakala dalam aerobik produk perantaraan bervariasi - seperti asid laktik, alkohol atau asid organik lain, sebagai contoh.

Dari segi kelajuan, pernafasan aerobik mengambil masa yang lebih lama. Oleh itu, proses anaerobik merupakan sumber tenaga yang cepat untuk organisma.

Rujukan

  1. Baron, S. (1996). Mikrobiologi Perubatan Edisi ke-4. Cawangan Perubatan Universiti Texas di Galveston.
  2. Beckett, B. S. (1986). Biologi: pengenalan moden. Oxford University Press, Amerika Syarikat.
  3. Fauque, G. D. (1995). Ekologi bakteria pengurangan sulfat. In Bakteria Mengurangkan Sulfat (ms 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikroba: sumber tenaga untuk abad ke-21. Penerbitan India Baru.
  5. Wright, D. B. (2000). Fisiologi dan kesihatan manusia. Heinemann.