Anaeroobsed hingamisteede omadused, liigid ja organismid



The anaeroobne hingamine või anaeroobne on metaboolne moodus, kus keemiline energia vabaneb, lähtudes orgaanilistest molekulidest. Selle kogu protsessi lõplik elektronide aktseptor on muu kui hapniku molekul, näiteks nitraatioon või sulfaadid.

Seda tüüpi ainevahetust tekitavad organismid on prokarüootid ja neid nimetatakse anaeroobseteks organismideks. Rangelt anaeroobsed prokarüootid võivad elada ainult sellistes keskkondades, kus ei ole hapnikku, kuna see on väga mürgine ja isegi surmav.

Teatavad mikroorganismid - bakterid ja pärm - saavad oma energia fermentatsiooniprotsessi kaudu. Sellisel juhul ei nõua protsess hapnikku või elektronide transpordiahelat. Pärast glükolüüsi lisatakse mõni täiendav reaktsioon ja lõpp-produkt võib olla etüülalkohol.

Aastaid on tööstus seda protsessi ära kasutanud, et toota inimtoiduks huvipakkuvaid tooteid, näiteks leiba, veini, õlut..

Meie lihased on samuti võimelised teostama anaeroobset hingamist. Kui nendele rakkudele tehakse intensiivseid jõupingutusi, algab piimhappe fermentatsiooni protsess, mille tulemuseks on selle toote kuhjumine lihastesse, tekitades väsimust.

Indeks

  • 1 Omadused
  • 2 tüüpi
    • 2.1 Nitraatide kasutamine elektronide vastuvõtjana
    • 2.2 Sulfaatide kasutamine elektronide vastuvõtjana
    • 2.3 Süsinikdioksiidi kasutamine elektronide vastuvõtjana
  • 3 Fermentatsioon
  • 4 Anaeroobse hingamisega organismid
    • 4.1 Ranged anaeroobid
    • 4.2 Valikulised anaeroobid
    • 4.3 Fermenteerumisvõimelised organismid
  • 5 Ökoloogiline tähtsus
  • 6 Erinevused aeroobse hingamisega
  • 7 Viited

Omadused

Hingamine on nähtus, mille abil saadakse energia ATP kujul, alustades erinevatest orgaanilistest molekulidest - peamiselt süsivesikutest. See protsess toimub tänu erinevatele keemilistele reaktsioonidele, mis toimuvad rakkude sees.

Kuigi peamine energiaallikas on enamikus organismides glükoos, võib energia ekstraheerimiseks kasutada teisi molekule, näiteks teisi suhkruid, rasvhappeid või äärmise vajaduse korral aminohappeid - valkude struktuurset ehitusplokki..

Energia, mida iga molekul on võimeline vabastama, määratakse džaulides. Organismide viisid või biokeemilised teed nende molekulide lagundamiseks sõltuvad peamiselt hapniku olemasolust või puudumisest. Sel viisil saame klassifitseerida hingamist kaheks suureks rühmaks: anaeroobne ja aeroobne.

Anaeroobse hingamise korral on olemas ATP-d genereeriv elektronide transportimise ahel ja lõplik elektron-aktseptor on muu hulgas orgaaniline aine nagu nitraatioon, sulfaadid..

Oluline on mitte segi ajada seda tüüpi anaeroobset hingamist käärimisega. Mõlemad protsessid on hapnikust sõltumatud, kuid viimases ei ole elektronide transpordiahelat.

Tüübid

Organismil on võimalik hapnikuta hingata mitmel viisil. Kui puudub elektronide transpordiahel, siis orgaanilise aine oksüdeerumine on seotud energiaallika teiste aatomite vähenemisega käärimisprotsessis (vt allpool)..

Juhul, kui on olemas konveieri ahel, võib lõpliku elektron-aktseptori paberi võtta muu hulgas erinevate ioonide, sealhulgas nitraatide, raua, mangaani, sulfaatide, süsinikdioksiidi..

Elektroonilise transpordi ahel on oksüdatsiooni redutseerimisreaktsioonide süsteem, mis viib energia tootmiseni ATP kujul, oksüdatiivse fosforüülimise teel..

Protsessis osalevad ensüümid on leitud bakterites, mis on ankurdatud membraaniga. Prokarüootidel on sellised invaginatsioonid või vesiikulid, mis meenutavad eukarüootsete organismide mitokondrid. See süsteem on bakterites väga erinev. Kõige levinumad on:

Nitraatide kasutamine elektronide vastuvõtjana

Suure hulga anaeroobse hingamisega baktereid loetletakse nitraatide redutseerivate bakteritena. Selles rühmas on elektron-transpordiahela lõplik aktseptor NO-ioon3-.

Selles rühmas on erinevad füsioloogilised meetodid. Nitraatide reduktorid võivad olla hingamisteede tüüpi, kui NO ioon3- juhtub olema EI2-; võib olla denitrifikatsioon, kus nimetatud ioon läheb N-ni2, või assimilatsioonitüübist, kui kõnealune ioon muutub NH-ks3.

Elektronidoonorid võivad olla muu hulgas püruvaat, suktsinaat, laktaat, glütserool, NADH. Selle ainevahetuse tüüpiline organism on tuntud bakter Escherichia coli.

Sulfaatide kasutamine elektronide aktseptorina

Vaid mõned ranged anaeroobsed bakterid on võimelised sulfaat-iooni võtma ja muundama selle S-ks2- ja vesi. Reaktsioonis kasutatakse mõningaid substraate, kõige levinumad on piimhape ja nelja süsiniku dikarboksüülhapped.

Süsinikdioksiidi kasutamine elektronide aktseptorina

Archaea on prokarüootsed organismid, mis elavad tavaliselt äärmuslikes piirkondades ja mida iseloomustavad väga spetsiifilised ainevahetusradad.

Üks nendest on araad, mis on võimelised metaani tootma ja selle saavutamiseks kasutama lõplikku aktsepteerijat süsinikdioksiidi. Reaktsiooni lõppsaadus on metaangaas (CH4).

Need organismid elavad ainult väga spetsiifilistes ökosüsteemide piirkondades, kus vesiniku kontsentratsioon on kõrge, kuna see on üks reaktsiooni jaoks vajalik element - teatud imetajate järvede või seedetrakti põhi..

Fermentatsioon

Nagu me mainisime, on kääritamine ainevahetusprotsess, mis ei nõua hapniku olemasolu. Pange tähele, et see erineb eelmises lõigus mainitud anaeroobse hingamise eest, kuna puudub elektronide transportimise ahel.

Fermentatsiooni iseloomustab protsess, mis vabastab energiat suhkrutest või muudest orgaanilistest molekulidest, ei vaja hapnikku, ei vaja Krebsi tsüklit ega elektronide transpordiahelat, selle lõplik aktseptor on orgaaniline molekul ja toodab väikeses koguses ATP-d. - üks või kaks.

Kui rakk on lõpetanud glükolüüsi protsessi, saab ta iga glükoosimolekuli jaoks kaks püroviinhappe molekuli.

Kui hapniku kättesaadavus puudub, võib rakk luua mõne orgaanilise molekuli genereerimise, et genereerida NAD+ või NADP+ see võib siseneda teise glükolüüsi tsüklisse.

Sõltuvalt kääritamist teostavast organismist võib lõpptoode olla piimhape, etanool, propioonhape, äädikhape, võihape, butanool, atsetoon, isopropüülalkohol, merevaikhape, sipelghape, butaandiool, butaandiool,.

Need reaktsioonid on tavaliselt seotud ka süsinikdioksiidi või dihüdrogeenimolekulide eritumisega.

Anaeroobse hingamisega organismid

Anaeroobse hingamise protsess on tüüpiline prokarüootidele. Sellele organismide rühmale on iseloomulik tõelise tuuma puudumine (piiritletud bioloogilise membraaniga) ja subtsellulaarsed sektsioonid, nagu mitokondrid või kloroplastid. Selles rühmas on bakterid ja arhiivid.

Ranged anaeroobid

Mikroorganisme, mis on hapniku juuresolekul surmavalt mõjutatud, nimetatakse rangeteks anaeroobideks, nagu sugu Clostridium.

Anaeroobset ainevahetust omades võimaldavad need mikroorganismid koloniseerida hapniku puudumise äärmuslikke keskkondi, kus aeroobsed organismid ei suutnud elada, näiteks väga sügavad veed, pinnas või mõnede loomade seedetrakt..

Fakultatiivsed anaeroobid

Lisaks sellele sõltuvad teie vajadustele ja keskkonnatingimustele mõned mikroorganismid, mis on võimelised vahelduma aeroobse ja anaeroobse ainevahetuse vahel..

Siiski on bakterid, millel on range aeroobne hingamine, mis võivad kasvada ja areneda ainult hapnikurikka keskkonnas.

Mikrobioloogilistes teadustes on ainevahetuse tüübi tundmine iseloomulik, mis aitab tuvastada mikroorganisme.

Fermenteerumisvõimega organismid

Lisaks on olemas ka teisi organisme, mis on võimelised läbi viima hingamisteid ilma hapniku- või konveierahelata, st nad käärivad.

Nende hulgas leiame teatud tüüpi pärmi (Saccharomyces), bakterid (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) ja isegi meie enda lihasrakud. Protsessi käigus on iga liigi jaoks iseloomulik erineva toote eritumine.

Ökoloogiline tähtsus

Ökoloogia seisukohast täidab anaeroobne hingamine transtsendentaalseid funktsioone ökosüsteemides. See protsess toimub erinevates elupaikades, nagu mere setetes või mageveekogudes, muuhulgas sügav mullakeskkond..

Mõned bakterid võtavad sulfaatide moodustamiseks vesiniksulfiidi ja kasutavad metaani moodustamiseks karbonaati. Teised liigid on võimelised kasutama nitraadiooni ja vähendama seda nitriti, lämmastikoksiidi või lämmastikuga.

Need protsessid on olulised looduslike tsüklite puhul nii lämmastiku kui väävli puhul. Näiteks on anaeroobne rada peamine tee, millega lämmastik on fikseeritud ja suudab atmosfääri gaasina tagasi pöörduda..

Erinevused aeroobse hingamisega

Kõige ilmsem erinevus nende kahe ainevahetusprotsessi vahel on hapniku kasutamine. Aeroobikas toimib see molekul lõpliku elektron-aktseptorina.

Energeetiliselt on aeroobne hingamine palju kasumlikum, kuna see vabastab märkimisväärses koguses energiat - umbes 38 ATP molekuli. Seevastu iseloomustab hapniku puudumisel hingamine palju vähem ATP-d, mis varieerub suuresti, sõltuvalt organismist.

Eritumine erineb samuti. Aeroobne hingamine lõpeb süsinikdioksiidi ja veega, samas kui aeroobsetes toodetes on vahesaadused erinevad - näiteks piimhape, alkohol või muud orgaanilised happed..

Kiiruse poolest võtab aeroobne hingamine palju kauem aega. Seega on anaeroobne protsess organismidele kiire energiaallikas.

Viited

  1. Baron, S. (1996). Meditsiiniline mikrobioloogia 4. väljaanne. Texase Ülikooli meditsiinibüroo Galvestonis.
  2. Beckett, B. S. (1986). Bioloogia: kaasaegne tutvustus. Oxford University Press, USA.
  3. Fauque, G. D. (1995). Sulfaate redutseerivate bakterite ökoloogia. Sisse Sulfaadi redutseerivad bakterid (lk 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikroobid: 21. sajandi energiaallikas. Uus India kirjastamine.
  5. Wright, D. B. (2000). Inimese füsioloogia ja tervis. Heinemann.