Charakterystyki oddychania beztlenowego, rodzaje i organizmy



The oddychanie beztlenowe lub beztlenowa jest modalnością metaboliczną, w której energia chemiczna jest uwalniana począwszy od cząsteczek organicznych. Końcowy akceptor elektronów tego całego procesu jest cząsteczką inną niż tlen, taką jak jon azotanowy lub siarczany.

Organizmy, które prezentują ten rodzaj metabolizmu, są organizmami prokariotycznymi i nazywane są organizmami beztlenowymi. Prokarionty, które są ściśle beztlenowe, mogą żyć tylko w środowiskach, w których nie ma tlenu, ponieważ jest wysoce toksyczny, a nawet śmiertelny.

Niektóre mikroorganizmy - bakterie i drożdże - czerpią swoją energię z procesu fermentacji. W tym przypadku proces nie wymaga tlenu ani łańcucha transportu elektronów. Po glikolizie dodaje się kilka dodatkowych reakcji, a końcowym produktem może być alkohol etylowy.

Przez lata przemysł wykorzystywał ten proces do wytwarzania produktów będących przedmiotem zainteresowania ludzi, takich jak między innymi chleb, wino, piwo..

Nasze mięśnie są również zdolne do wykonywania oddychania beztlenowego. Gdy te komórki są poddawane intensywnemu wysiłkowi, rozpoczyna się proces fermentacji mlekowej, który powoduje nagromadzenie tego produktu w mięśniach, powodując zmęczenie.

Indeks

  • 1 Charakterystyka
  • 2 typy
    • 2.1 Zastosowanie azotanów jako akceptora elektronów
    • 2.2 Zastosowanie siarczanów jako akceptora elektronów
    • 2.3 Zastosowanie dwutlenku węgla jako akceptora elektronów
  • 3 Fermentacja
  • 4 Organizmy z oddychaniem beztlenowym
    • 4.1 Surowe beztlenowce
    • 4.2 Opcjonalne beztlenowce
    • 4.3 Organizmy ze zdolnością do fermentacji
  • 5 Znaczenie ekologiczne
  • 6 Różnice w oddychaniu tlenowym
  • 7 referencji

Funkcje

Oddychanie to zjawisko, w którym uzyskuje się energię w postaci ATP, począwszy od różnych cząsteczek organicznych - głównie węglowodanów. Proces ten odbywa się dzięki różnym reakcjom chemicznym zachodzącym wewnątrz komórek.

Chociaż główne źródło energii w wielu organizmach glukozy inne cząsteczki mogą być wykorzystywane do produkcji energii, i innych cukrów, kwasów tłuszczowych lub w skrajnych przypadkach, aminokwasy - budulec białek.

Energię, którą każda cząsteczka jest w stanie uwolnić, określa się w dżulach. Drogi lub szlaki biochemiczne organizmów do degradacji tych cząsteczek zależą głównie od obecności lub braku tlenu. W ten sposób możemy klasyfikować oddychanie na dwie duże grupy: beztlenową i tlenową.

W oddychaniu beztlenowym istnieje łańcuch transportu elektronów, który generuje ATP, a końcowy akceptor elektronów jest substancją organiczną, taką jak między innymi jon azotanowy, siarczany..

Ważne jest, aby nie mylić tego typu oddychania beztlenowego z fermentacją. Oba procesy są niezależne od tlenu, ale w tym drugim nie ma łańcucha transportu elektronów.

Typy

Istnieje wiele dróg, którymi organizm może oddychać bez tlenu. Jeśli nie ma łańcucha transportu elektronów, utlenianie materii organicznej będzie połączone z redukcją innych atomów źródła energii w procesie fermentacji (patrz poniżej).

W przypadku łańcucha przenośnika, ostateczny papier akceptora elektronów może być pobrany przez różne jony, między innymi azotan, żelazo, mangan, siarczany, dwutlenek węgla..

Łańcuch transportu elektronów to system reakcji redukcji utleniania, który prowadzi do wytwarzania energii w postaci ATP, dzięki modalności zwanej fosforylacją oksydacyjną.

Enzymy biorące udział w procesie znajdują się wewnątrz bakterii, zakotwiczone w membranie. Prokarioty mają takie inwazje lub pęcherzyki, które przypominają mitochondria organizmów eukariotycznych. System ten różni się znacznie wśród bakterii. Najczęstsze to:

Zastosowanie azotanów jako akceptora elektronów

Duża grupa bakterii z oddychania beztlenowego są sklasyfikowane jako bakterie redukcji azotanów. W tej grupie łańcuch końcowy akceptor elektronów jest transportu jonów NO3-.

W tej grupie występują różne modalności fizjologiczne. Reduktory azotanów mogą być typu oddechowego, w którym występuje jon NO3- zdarza się, że NIE2-; może być denitryfikacją, gdzie wspomniany jon przechodzi do N2, lub typu asymilującego, w którym dany jon staje się NH3.

Donorami elektronów mogą być między innymi pirogronian, bursztynian, mleczan, glicerol, NADH. Reprezentatywnym organizmem tego metabolizmu jest dobrze znana bakteria Escherichia coli.

Zastosowanie siarczanów jako akceptora elektronów

Tylko kilka gatunków ścisłych bakterii beztlenowych jest w stanie przyjąć jon siarczanowy i przekształcić go w S2- i woda. Do reakcji stosuje się kilka substratów, spośród których najpowszechniejszymi są kwas mlekowy i czterowęglowe kwasy dikarboksylowe.

Zastosowanie dwutlenku węgla jako akceptora elektronów

Archaea to organizmy prokariotyczne, które zwykle zamieszkują krainy ekstremalne i charakteryzują się bardzo szczególnymi szlakami metabolicznymi.

Jedną z nich są archeony zdolne do wytwarzania metanu i aby to osiągnąć, używają dwutlenku węgla jako ostatecznego akceptora. Końcowym produktem reakcji jest gaz metanowy (CH4).

Organizmy te zamieszkują tylko bardzo specyficzne obszary ekosystemów, w których stężenie wodoru jest wysokie, ponieważ jest to jeden z elementów niezbędnych do reakcji - jak dno jezior lub przewód pokarmowy niektórych ssaków.

Fermentacja

Jak już wspomnieliśmy, fermentacja jest procesem metabolicznym, który nie wymaga obecności tlenu. Należy zauważyć, że różni się on od oddychania beztlenowego wspomnianego w poprzedniej sekcji z powodu braku łańcucha transportu elektronów.

Fermentację scharakteryzować jako proces, który uwalnia w oparciu o cukry lub innych cząsteczek organicznych energię nie wymaga tlenu nie musi cyklu Krebsa lub łańcuchu transportu elektronów, końcowy akceptor jest cząsteczką organiczną i tworzy małe ilości ATP - jeden lub dwa.

Gdy komórka zakończy proces glikolizy, otrzymuje dwie cząsteczki kwasu pirogronowego dla każdej cząsteczki glukozy.

W przypadku braku dostępności tlenu komórka może skorzystać z generacji cząsteczki organicznej w celu wygenerowania NAD+ lub NADP+ które mogą wejść w kolejny cykl glikolizy.

W zależności od organizmu gospodarstwa fermentacji, produkt końcowy może być kwas mlekowy, etanol, kwas propionowy, kwas octowy, kwas masłowy, butanol, aceton, alkohol izopropylowy, kwas bursztynowy, kwas mrówkowy, butanodiolu itd..

Reakcje te są często związane z wydzielaniem dwutlenku węgla lub cząsteczek diwodorofosforan.

Organizmy z oddychaniem beztlenowym

Proces oddychania beztlenowego jest typowy dla prokariotów. Ta grupa organizmów charakteryzuje się brakiem prawdziwego jądra (wyznaczonego przez błonę biologiczną) i przedziałów subkomórkowych, takich jak mitochondria lub chloroplasty. W tej grupie znajdują się bakterie i archeony.

Surowe beztlenowce

Mikroorganizmy, które są dotknięte śmiercią przez obecność tlenu, nazywane są ścisłymi beztlenowcami, takimi jak płeć Clostridium.

Posiadanie metabolizmu beztlenowego pozwala tym mikroorganizmom skolonizować ekstremalne środowiska pozbawione tlenu, gdzie organizmy tlenowe nie mogłyby zamieszkać, takie jak bardzo głębokie wody, gleby lub przewód pokarmowy niektórych zwierząt.

Beztlenowce fakultatywne

Ponadto istnieją pewne mikroorganizmy zdolne do przemian metabolizmu tlenowego i beztlenowego, w zależności od potrzeb i warunków środowiskowych.

Istnieją jednak bakterie o ścisłym oddychaniu tlenowym, które mogą rosnąć i rozwijać się tylko w środowiskach bogatych w tlen.

W naukach mikrobiologicznych wiedza o typie metabolizmu to charakter, który pomaga w identyfikacji mikroorganizmów.

Organizmy ze zdolnością do fermentacji

Ponadto istnieją inne organizmy zdolne do przenoszenia dróg oddechowych bez konieczności stosowania tlenu lub łańcucha przenośnika, to znaczy fermentują.

Wśród nich znajdziemy niektóre rodzaje drożdży (Saccharomyces), bakterie (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter), a nawet nasze własne komórki mięśniowe. Podczas tego procesu każdy gatunek charakteryzuje się wydalaniem innego produktu.

Znaczenie ekologiczne

Z punktu widzenia ekologii oddychanie beztlenowe spełnia funkcje transcendentalne w ekosystemach. Proces ten odbywa się w różnych siedliskach, takich jak osady morskie lub ciała słodkiej wody, między innymi w głębokich środowiskach glebowych..

Niektóre bakterie przyjmują siarczany, tworząc siarkowodór i wykorzystują węglan do tworzenia metanu. Inne gatunki są w stanie wykorzystać jon azotanowy i zredukować go do jonu azotynowego, podtlenku azotu lub azotu.

Procesy te są niezbędne w naturalnych cyklach, zarówno dla azotu, jak i siarki. Na przykład ścieżka beztlenowa jest główną drogą, przez którą azot jest utrwalony i może powrócić do atmosfery w postaci gazu.

Różnice w oddychaniu tlenowym

Najbardziej oczywistą różnicą między tymi dwoma procesami metabolicznymi jest użycie tlenu. W aerobiku cząsteczka ta działa jako ostateczny akceptor elektronów.

Energetycznie oddychanie tlenowe jest znacznie bardziej opłacalne, ponieważ uwalnia znaczne ilości energii - około 38 cząsteczek ATP. Natomiast oddychanie pod nieobecność tlenu charakteryzuje się znacznie niższą liczbą ATP, która różni się znacznie w zależności od organizmu.

Produkty wydalania również się różnią. Oddychanie tlenowe kończy się wytwarzaniem dwutlenku węgla i wody, podczas gdy w aerobiku produkty pośrednie są zróżnicowane - na przykład kwas mlekowy, alkohol lub inne kwasy organiczne, na przykład.

Pod względem prędkości oddychanie tlenowe trwa znacznie dłużej. Zatem proces organizmów beztlenowych oznacza dla szybkiego źródła energii.

Referencje

  1. Baron, S. (1996). Mikrobiologia medyczna 4. edycja. University of Texas Medical Branch w Galveston.
  2. Beckett, B. S. (1986). Biologia: nowoczesne wprowadzenie. Oxford University Press, USA.
  3. Fauque, G. D. (1995). Ekologia bakterii redukujących siarczany. W Bakterie redukujące siarczany (str. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikroby: źródło energii na XXI wiek. New India Publishing.
  5. Wright, D. B. (2000). Fizjologia człowieka i zdrowie. Heinemann.