Anaërobe ademhalingskenmerken, soorten en organismen

de anaerobe ademhaling of anaeroob is een metabole modaliteit waarbij chemische energie vrijkomt, uitgaande van organische moleculen. De laatste elektronenacceptor van dit hele proces is een ander molecuul dan zuurstof, zoals nitraation of sulfaten.

De organismen die dit type metabolisme presenteren, zijn prokaryoten en worden anaerobe organismen genoemd. Prokaryoten die strikt anaëroob zijn, kunnen alleen in een omgeving leven waarin zuurstof niet aanwezig is, omdat het zeer giftig en zelfs dodelijk is.

Bepaalde micro-organismen - bacteriën en gisten - halen hun energie door het fermentatieproces. In dit geval vereist het proces geen zuurstof of een elektronentransportketen. Na glycolyse worden een paar extra reacties toegevoegd en het eindproduct kan ethylalcohol zijn.

Jarenlang heeft de industrie gebruik gemaakt van dit proces om producten te produceren die van belang zijn voor menselijke consumptie, zoals brood, wijn, bier, en andere..

Onze spieren zijn ook in staat om anaërobe ademhaling uit te voeren. Wanneer deze cellen worden onderworpen aan een intense inspanning, begint het proces van melkzuurgisting, wat resulteert in de accumulatie van dit product in de spieren, waardoor vermoeidheid ontstaat.

index

• 1 Kenmerken
• 2 soorten
  • 2.1 Gebruik van nitraten als elektronenacceptor
  • 2.2 Gebruik van sulfaten als elektronenacceptor
  • 2.3 Gebruik van koolstofdioxide als een elektronenacceptor
• 3 Fermentatie
• 4 organismen met anaërobe ademhaling
  • 4.1 Strenge anaëroben
  • 4.2 Optionele anaëroben
  • 4.3 organismen met het vermogen om te gisten
• 5 Ecologische relevantie
• 6 Verschillen met aërobe ademhaling
• 7 Referenties

features

Ademen is het verschijnsel waarbij energie wordt verkregen in de vorm van ATP, uitgaande van verschillende organische moleculen - voornamelijk koolhydraten. Dit proces vindt plaats dankzij verschillende chemische reacties die plaatsvinden in de cellen.

Hoewel de belangrijkste bron van energie in de meeste organismen glucose is, kunnen andere moleculen worden gebruikt voor energie-extractie, zoals andere suikers, vetzuren of in gevallen van extreme behoefte, aminozuren - de structurele bouwstenen van eiwitten.

De energie die elk molecuul kan vrijmaken, wordt gekwantificeerd in joules. De routes of biochemische routes van organismen voor de afbraak van deze moleculen hangen voornamelijk af van de aanwezigheid of afwezigheid van zuurstof. Op deze manier kunnen we de ademhaling in twee grote groepen classificeren: anaeroob en aeroob.

Bij anaerobe ademhaling is er een elektronentransportketen die ATP genereert en de laatste elektronenacceptor is een organische stof zoals nitraation, sulfaten, onder andere.

Het is belangrijk om dit type anaerobe ademhaling niet te verwarren met fermentatie. Beide processen zijn onafhankelijk van zuurstof, maar in het laatste geval is er geen elektronentransportketen.

type

Er zijn meerdere routes waarlangs een organisme kan ademen zonder zuurstof. Als er geen elektronentransportketen is, zal de oxidatie van organisch materiaal worden gekoppeld aan de reductie van andere atomen van de energiebron in het fermentatieproces (zie hieronder).

In het geval dat er een transportketting is, kan het uiteindelijke elektronenacceptorpapier worden ingenomen door verschillende ionen, waaronder nitraat, ijzer, mangaan, sulfaten, koolstofdioxide, onder andere..

De elektronentransportketen is een systeem van oxidatiereductiereacties dat leidt tot de productie van energie in de vorm van ATP, door een modaliteit genaamd oxidatieve fosforylering.

De enzymen die bij het proces zijn betrokken, worden in de bacteriën aangetroffen, verankerd aan het membraan. Prokaryoten hebben dergelijke invaginaties of blaasjes die lijken op de mitochondria van eukaryote organismen. Dit systeem varieert sterk tussen bacteriën. De meest voorkomende zijn:

Gebruik van nitraten als een elektronenacceptor

Een grote groep bacteriën met anaerobe ademhaling worden gecatalogeerd als nitraatreducerende bacteriën. In deze groep is de laatste acceptor van de elektronentransportketen het NO-ion₃^-.

Binnen deze groep zijn er verschillende fysiologische modaliteiten. Nitraatreductiemiddelen kunnen van het ademhalingstype zijn, waarbij het NO-ion₃^- is NEE₂^-; kan denitrificerend zijn, waarbij genoemd ion naar N gaat₂, of van het assimilerende type waarbij het ion in kwestie NH wordt₃.

De elektronendonoren kunnen pyruvaat, succinaat, lactaat, glycerol, NADH, onder anderen zijn. Het representatieve organisme van dit metabolisme is de bekende bacterie Escherichia coli.

Gebruik van sulfaten als een elektronenacceptor

Slechts een paar soorten van strikte anaerobe bacteriën zijn in staat het sulfaation te nemen en het in S om te zetten^2- en water. Een paar substraten worden gebruikt voor de reactie, een van de meest voorkomende zijn melkzuur en vier-koolstof dicarbonzuren.

Gebruik van kooldioxide als een elektronenacceptor

Archaea zijn prokaryotische organismen die gewoonlijk in extreme regio's voorkomen en die gekenmerkt worden door zeer specifieke metabole routes.

Een daarvan is de archaea die in staat is methaan te produceren en om dit te bereiken gebruiken ze koolstofdioxide als de uiteindelijke acceptor. Het eindproduct van de reactie is methaangas (CH₄).

Deze organismen leven alleen in zeer specifieke gebieden van de ecosystemen, waar de waterstofconcentratie hoog is, omdat het een van de elementen is die nodig zijn voor de reactie - als de bodem van de meren of het spijsverteringskanaal van bepaalde zoogdieren.

gisting

Zoals we al zeiden, is fermentatie een metabolisch proces waarbij de aanwezigheid van zuurstof niet vereist is. Merk op dat het verschilt van de anaërobe ademhaling die in de vorige paragraaf werd genoemd vanwege de afwezigheid van een elektronentransportketen.

De fermentatie wordt gekenmerkt als een proces dat energie op basis van suikers of andere organische moleculen releases, geen zuurstof nodig, niet citroenzuurcyclus of elektronentransportketen nodig, de uiteindelijke acceptor een organisch molecuul en produceert kleine hoeveelheden ATP - één of twee.

Zodra de cel het glycolyseproces heeft voltooid, verkrijgt het twee moleculen pyruvinezuur voor elk molecuul glucose.

In het geval dat er geen zuurstof beschikbaar is, kan de cel zijn toevlucht nemen tot het genereren van een bepaald organisch molecuul om de NAD te genereren⁺ of NADP⁺ die een andere cyclus van glycolyse kan betreden.

Afhankelijk van de instantie die de fermentatie, kan het eindprodukt melkzuur, ethanol, propionzuur, azijnzuur, boterzuur, butanol, aceton, isopropylalcohol, barnsteenzuur, mierenzuur, butaandiol, enzovoort worden.

Deze reacties zijn ook meestal geassocieerd met de uitscheiding van kooldioxide- of diwaterstofmoleculen.

Organismen met anaërobe ademhaling

Het anaerobe ademhalingsproces is typerend voor prokaryoten. Deze groep organismen wordt gekenmerkt door een gebrek aan een echte kern (afgebakend door een biologisch membraan) en subcellulaire compartimenten, zoals mitochondriën of chloroplasten. Binnen deze groep zijn bacteriën en archaea.

Strenge anaëroben

De micro-organismen die op dodelijke wijze worden aangetast door de aanwezigheid van zuurstof worden strikte anaëroben genoemd, zoals geslacht Clostridium.

Anaëroob metabolisme beschikken over een soort maakt deze micro-organismen koloniseren extreme omgevingen ontbreekt zuurstof, waarbij aeroob niet kon leven als zeer diep water, bodem of maag-darmkanaal van bepaalde dieren.

Facultatieve anaëroben

Bovendien zijn er enkele micro-organismen die in staat zijn om af te wisselen tussen het aërobe en anaërobe type metabolisme, afhankelijk van uw behoeften en de omgevingscondities.

Er zijn echter bacteriën met een strikte aerobe ademhaling die alleen kunnen groeien en zich ontwikkelen in zuurstofrijke omgevingen.

In de microbiologische wetenschappen is de kennis van het type metabolisme een karakter dat de identificatie van micro-organismen helpt.

Organismen met het vermogen om te gisten

Bovendien zijn er andere organismen die in staat zijn om luchtwegen uit te voeren zonder de noodzaak van zuurstof of transportketting, dat wil zeggen, ze fermenteren.

Onder hen vinden we enkele soorten gisten (Saccharomyces), bacteriën (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) en zelfs onze eigen spiercellen. Tijdens het proces wordt elke soort gekenmerkt door het uitscheiden van een ander product.

Ecologische relevantie

Vanuit het oogpunt van ecologie vervult anaërobe ademhaling transcendentale functies binnen ecosystemen. Dit proces vindt plaats in verschillende habitats, zoals mariene sedimenten of zoetwaterlichamen, omgevingen in de diepe bodem, onder andere..

Sommige bacteriën nemen sulfaten om waterstofsulfide te vormen en gebruiken carbonaat voor de vorming van methaan. Andere soorten kunnen het nitraation gebruiken en reduceren tot nitrietion, stikstofoxide of stikstofgas.

Deze processen zijn van vitaal belang in natuurlijke cycli, zowel voor stikstof als voor zwavel. De anaerobe route is bijvoorbeeld de belangrijkste route waardoor stikstof wordt gefixeerd en in de vorm van gas naar de atmosfeer kan terugkeren..

Verschillen met aërobe ademhaling

Het meest opvallende verschil tussen deze twee metabolische processen is het gebruik van zuurstof. In aerobics fungeert dit molecuul als een laatste elektron-acceptor.

Energetisch gezien is aerobe ademhaling veel winstgevender, omdat het aanzienlijke hoeveelheden energie vrijgeeft - ongeveer 38 ATP-moleculen. In tegenstelling hiermee wordt ademen in de afwezigheid van zuurstof gekenmerkt door een veel lager aantal ATP, dat sterk varieert afhankelijk van het organisme.

De producten van uitscheiding variëren ook. Aërobe ademhaling eindigt met de productie van kooldioxide en water, terwijl in aëroob de tussenproducten gevarieerd zijn - zoals melkzuur, alcohol of andere organische zuren, bijvoorbeeld.

Qua snelheid duurt aërobe ademhaling veel langer. Het anaërobe proces vertegenwoordigt dus een snelle bron van energie voor organismen.

referenties

1. Baron, S. (1996). Medische microbiologie 4e editie. Universiteit van Texas Medical Branch in Galveston.
2. Beckett, B. S. (1986). Biologie: een moderne introductie. Oxford University Press, VS..
3. Fauque, G.D. (1995). Ecologie van sulfaat-reducerende bacteriën. in Sulfaat-reducerende bacteriën (pp. 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, S. K. (2007). Microben: een energiebron voor de 21ste eeuw. New India Publishing.
5. Wright, D. B. (2000). Menselijke fysiologie en gezondheid. Heinemann.