Respirazione anaerobica

La respirazione anaerobica è presente nei procarioti. Pixabay

Cos'è la respirazione anaerobica?

IL Respirazione anaerobica o anaerobico è una modalità metabolica in cui l'energia chimica viene rilasciata sulla base di molecole organiche. L'accettore di elettroni finali di questo processo è una molecola diversa dall'ossigeno, come ioni di nitrati o solfati.

Gli organismi che presentano questo tipo di metabolismo sono procarioti e sono chiamati organismi anaerobici. I procarioti che sono rigorosamente anaerobi possono vivere solo in ambienti in cui l'ossigeno non è presente, poiché è altamente tossico e persino letale.

Alcuni microrganismi - batteri e lieviti - ottengono la loro energia attraverso il processo di fermentazione. In questo caso, il processo non richiede ossigeno o una catena di trasportatori di elettroni. Dopo la glicolisi, viene aggiunta una coppia extra di reazioni extra e il prodotto finale può essere alcol etilico.

Per anni, l'industria ha approfittato di questo processo per produrre prodotti di interesse per il consumo umano, come pane, vino, birra, tra gli altri.

I nostri muscoli sono anche in grado di eseguire la respirazione anaerobica. Quando queste cellule sono soggette a intensi sforzi, inizia il processo di fermentazione lattica, che si traduce nell'accumulo di questo prodotto nei muscoli, creando affaticamento.

Caratteristiche della respirazione anaerobica

Si ottiene l'energia a forma di ATP

La respirazione è il fenomeno attraverso il quale l'energia è ottenuta sotto forma di ATP, basata su varie molecole organiche - principalmente carboidrati. Questo processo avviene grazie a varie reazioni chimiche che si verificano all'interno delle cellule.

Varie fonti energetiche

Sebbene la fonte principale nell'energia nella maggior parte degli organismi sia il glucosio, altre molecole possono essere utilizzate per l'estrazione di energia, come altri zuccheri, acidi grassi o in caso di necessità estreme, aminoacidi - i blocchi strutturali delle proteine.

L'energia che ogni molecola è in grado di rilasciare è quantificata in joule. Le rotte o le rotte biochimiche degli organismi per la degradazione di queste molecole dipendono principalmente dalla presenza o meno all'ossigeno. In questo modo, possiamo classificare la respirazione in due grandi gruppi: anaerobico e aerobico.

Accettore finale

Nella respirazione di Anaerobia, esiste una catena di trasportatori di elettroni che genera ATP e l'accettore finale degli elettroni è una sostanza organica come ioni nitrati, solfati, tra gli altri.

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Diverso dalla fermentazione

È importante non confondere questo tipo di respirazione anaerobica con fermentazione. Entrambi i processi sono indipendenti dall'ossigeno, ma in quest'ultimo non esiste una catena di trasportatori di elettroni.

Tipi di respirazione anaerobica

Uso di nitrati come accettore elettronico

Un ampio gruppo di batteri della respirazione anaerobica è catalogato come batteri che riducono i nitrati. In questo gruppo, l'accettore finale della catena del trasportatore di elettroni è il nessun ione₃^-.

All'interno di questo gruppo ci sono diverse modalità fisiologiche. I riduttori di nitrati possono essere di tipo respiratorio, dove lo ione no₃^- Diventa no₂^-; Possono essere denitrificanti, dove questo ione passa a n₂, o del tipo di assimilatore, in cui lo ione in questione viene trasformato in NH₃.

I donatori di elettroni possono essere piruvato, succinato, lattato, glicerolo, NADH, tra gli altri. L'organismo rappresentativo di questo metabolismo è i batteri ben noti Escherichia coli.

Uso di solfati come accettore elettronico

Solo poche specie di rigorosi batteri anaerobici sono in grado di prendere lo ione solfato e trasformarlo in s^2- e acqua. Alcuni substrati vengono utilizzati per la reazione, tra i più comuni ci sono acido lattico e quattro acidi dicarbossilici di carbonio.

Uso di anidride carbonica come accettore elettronico

Gli archaeas sono organismi procariotici che di solito abitano le regioni estreme e sono caratterizzate da percorsi metabolici molto particolari.

Uno di questi sono gli archi in grado di produrre metano e per raggiungerlo usare l'anidride carbonica come accettore finale. Il prodotto finale della reazione è il gas metano (CH₄).

Questi organismi vivono solo in aree molto specifiche degli ecosistemi, in cui la concentrazione di idrogeno è elevata, poiché è uno degli elementi necessari per la reazione - come sfondo dei laghi o del tratto digestivo di alcuni mammiferi.

Differenze tra la respirazione anaerobica e la fermentazione

Come accennato, la fermentazione è un processo metabolico che non richiede la presenza di ossigeno da eseguire. Si noti che differisce dalla respirazione anaerobica menzionata nella sezione precedente dall'assenza di una catena di trasportatori di elettroni.

La fermentazione è caratterizzata dall'essere un processo che rilascia energia in base a zuccheri o altre molecole organiche, non richiede ossigeno, non ha bisogno di una catena di trasportatori Krebs o elettrone, il suo accettore finale è una molecola organica e produce piccole quantità di ATP - una o due.

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Una volta che la cellula ha completato il processo di glicolisi, ottiene due molecole di acido piruvico per ciascuna molecola di glucosio.

Nel caso in cui non vi sia disponibilità di ossigeno, la cellula può ricorrere alla generazione di una molecola organica per generare NAD⁺ o NADP⁺ che può inserire di nuovo un altro ciclo di glicolisi.

A seconda dell'organismo che esegue la fermentazione, il prodotto finale può essere acido lattico, etanolo, acido propionico, acido acetico, acido butirrico, butanolo, acetone, alcool isopropilico, acido succinico, acido formico, butanodiolo, tra gli altri.

Queste reazioni sono generalmente associate anche all'escrezione di anidride carbonica o alle molecole di diidrogeno.

Esempi di organismi con respirazione anaerobica

Anaerobi rigorosi

I microrganismi che sono colpiti dalla presenza di ossigeno sono chiamati rigorosi anaerobici, come il genere Clostridium.

Avere un metabolismo anaerobico consente a questi microrganismi di colonizzare ambienti estremi privi di ossigeno, dove gli organismi aerobici non potevano abitare, come acque molto profonde, terreni o tratto digestivo di alcuni animali.

Anaerobi opzionali

Inoltre, ci sono alcuni microrganismi in grado di alternare il metabolismo aerobico e anaerobico, a seconda delle loro esigenze e condizioni ambientali.

Tuttavia, ci sono batteri con una respirazione aerobica rigorosa che possono solo crescere e svilupparsi in ambienti ricchi di ossigeno.

Nelle scienze microbiologiche, la conoscenza del tipo di metabolismo è un carattere che aiuta l'identificazione dei microrganismi.

Organismi con la capacità di fermentare

Inoltre, ci sono altri organismi in grado di eseguire il tratto respiratorio senza la necessità di ossigeno o catena di trasportatori, ovvero fermento.

Tra questi troviamo alcuni tipi di lieviti (Saccharomyces), batteri (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) e persino le nostre cellule muscolari. Durante il processo, ogni specie è caratterizzata dall'escreto un prodotto diverso.

Genere Geobacter

Alcuni organismi del genere Geobacter, ad esempio G. MetalliredUzens E G. Sulphurreduzens Possono usare sostanze umiche come gli elettroni donatori e usare nitrato e/o fumarare come accettori di elettroni.

In generale, gli organismi che svolgono questo processo riducono i nitrati (no₃^-) Nitritos (no₂^-) per mezzo dell'enzima nitrato reduttasi. A loro volta, i nitriti possono essere usati come accettori di elettroni da altri organismi.

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Desulfovibrio desulfuricans

Desulfovibrio desulfuricans È un batterio di solfato riducente. Questo tipo di batteri usa il solfato come accettore di elettroni finali.

Anaeromyxobacter dehaalogenans

Gli organismi viventi hanno una grande capacità di adattarsi, il che ha permesso a molti di utilizzare più elettroni accettori.

Questo è il caso di Anaeromyxobacter dehaalogenans, Una deformazione che può essere usata come accettori di elettroni, composti diversi come nitriti, nitrati, ferro, ossigeno, fumarato e persino uranio.

Rilevanza ecologica

Dal punto di vista dell'ecologia, la respirazione anaerobica svolge funzioni trascendentali all'interno degli ecosistemi. Questo processo si svolge in diversi habitat, come sedimenti marini o corpi d'acqua dolce, ambienti di suolo profondo, tra gli altri.

Alcuni batteri prendono solfati per formare idrogeno solforato e usano carbonato per la formazione di metano. Altre specie sono in grado di utilizzare lo ione nitrato e ridurlo a ioni nitriti, ossido di azoto o azoto gassoso.

Questi processi sono fondamentali nei cicli naturali, sia per azoto che per lo zolfo. Ad esempio, la via anaerobica è la via principale attraverso la quale l'azoto è fisso e in grado di tornare nell'atmosfera a forma di gas.

Differenze con la respirazione aerobica

La differenza più ovvia tra questi due processi metabolici è l'uso di ossigeno. In Aerobics, questa molecola funge da accettore di elettroni finali.

Energia, respirazione aerobica è molto più redditizia, poiché rilascia importanti quantità di energie - circa 38 molecole ATP. Al contrario, la respirazione in assenza di ossigeno è caratterizzata da un numero molto più piccolo di ATP, che varia ampiamente a seconda del corpo.

Anche i prodotti di escrezione variano. La respirazione aerobica termina con la produzione di anidride carbonica e acqua, mentre i prodotti intermediari aerobici sono variati - come acido lattico, alcol o altri acidi organici, ad esempio.

In termini di velocità, la respirazione aerobica richiede molto più tempo. Pertanto, il processo anaerobico rappresenta per gli organismi una rapida fonte di energia.

Riferimenti

1. Barone, s. (millenovecentonovantasei). Microbiologia medica. 4a edizione. Filiale medica dell'Università del Texas a Galveston.
2. Beckett, b. S. (1986). Biologia: un'introduzione moderna. Oxford University Press, USA.