ANAËROBE ADEMHALING: KENMERKEN, TYPEN EN ORGANISMEN - BIOLOGIE - 2026

De anaërobe ademhaling of anaërobe metabolische modus, een chemische energie gebaseerd op organische moleculen, komt vrij. De laatste elektronenacceptor in dit hele proces is een ander molecuul dan zuurstof, zoals het nitraation of sulfaten.

Organismen die dit type metabolisme vertonen, zijn prokaryoten en worden anaërobe organismen genoemd. Prokaryoten die strikt anaëroob zijn, kunnen alleen leven in omgevingen waar geen zuurstof aanwezig is, aangezien het zeer giftig en zelfs dodelijk is.

Anaërobe ademhaling is aanwezig in prokaryoten.
Bron: pixabay.com

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

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

Onze spieren zijn ook in staat tot anaërobe ademhaling. Wanneer deze cellen aan een intense inspanning worden onderworpen, begint het melkzuurfermentatieproces, wat resulteert in de ophoping van dit product in de spieren, waardoor vermoeidheid ontstaat.

kenmerken

Ademhaling is het fenomeen 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 cellen.

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

De energie die elk molecuul kan vrijgeven, wordt gekwantificeerd in joules. De biochemische routes of routes van organismen voor de afbraak van genoemde moleculen hangen voornamelijk af van de aan- of afwezigheid van zuurstof. Op deze manier kunnen we de ademhaling in twee grote groepen indelen: anaëroob en aëroob.

Bij anaërobe ademhaling is er een elektronentransportketen die ATP genereert, en de uiteindelijke acceptor van elektronen is een organische stof zoals nitraationen, sulfaten, onder anderen.

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

Soorten

Er zijn meerdere routes waarop een organisme kan ademen zonder zuurstof. Als er geen elektronentransportketen is, gaat de oxidatie van organisch materiaal gepaard met de reductie van andere atomen uit de energiebron in het fermentatieproces (zie hieronder).

In het geval van een transportketen kan de rol van uiteindelijke elektronenacceptor worden ingenomen door verschillende ionen, waaronder onder meer nitraat, ijzer, mangaan, sulfaten en kooldioxide.

De elektronentransportketen is een oxidatiereductiereactiesysteem dat leidt tot de productie van energie in de vorm van ATP, door een modaliteit die oxidatieve fosforylering wordt genoemd.

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

Gebruik van nitraten als elektronenacceptor

Een grote groep bacteriën met anaërobe ademhaling wordt geclassificeerd als nitraatreducerende bacteriën. In deze groep, de uiteindelijke acceptor van de elektronentransportketen = NO ₃ ^- ionen .

Binnen deze groep zijn er verschillende fysiologische modaliteiten. Nitraatreductiemiddelen kunnen van het ademhalingstype zijn waarbij het ion NO ₃ ^- NO ₂ ^{- wordt} ; Ze kunnen denitrificerend zijn, waar het ion naar N _{2 gaat} , of van het assimilerende type waarbij het ion in kwestie wordt omgezet in NH ₃ .

Elektronendonoren kunnen onder andere pyruvaat, succinaat, lactaat, glycerol en NADH zijn. Het representatieve organisme van dit metabolisme is de bekende Escherichia coli-bacterie.

Gebruik van sulfaten als elektronenacceptor

Slechts enkele soorten strikt anaërobe bacteriën zijn in staat om het sulfaation geconverteerd naar het S ^2- en water. Een paar substraten worden gebruikt voor de reactie, waaronder melkzuur en de vier-koolstof dicarbonzuren.

Gebruik van kooldioxide als elektronenacceptor

Archaea zijn prokaryote organismen die gewoonlijk in extreme regio's leven en worden gekenmerkt door zeer specifieke metabolische routes.

Een daarvan zijn de archaea die methaan kunnen produceren en om dit te bereiken gebruiken ze kooldioxide als de uiteindelijke acceptor. Het eindproduct van de reactie is methaangas (CH ₄ ).

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

Fermentatie

Wijngisting

Zoals we al zeiden, is fermentatie een metabolisch proces waarvoor geen zuurstof nodig is. Merk op dat het verschilt van anaërobe ademhaling die in de vorige paragraaf werd genoemd door de afwezigheid van een elektronentransportketen.

Fermentatie wordt gekenmerkt door een proces dat energie vrijgeeft uitgaande van suikers of andere organische moleculen, geen zuurstof nodig heeft, geen Krebs-cyclus of elektronentransportketen nodig heeft, de uiteindelijke acceptor is een organisch molecuul en produceert kleine hoeveelheden ATP - een of twee.

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

Als er geen zuurstof beschikbaar is, kan de cel zijn toevlucht nemen tot het genereren van een of ander organisch molecuul om het genereren van NAD ⁺ of NADP ⁺ te bewerkstelligen dat opnieuw een andere glycolysecyclus kan ingaan.

Afhankelijk van het organisme dat de fermentatie uitvoert, kan het eindproduct onder meer melkzuur, ethanol, propionzuur, azijnzuur, boterzuur, butanol, aceton, isopropylalcohol, barnsteenzuur, mierenzuur, butaandiol zijn.

Deze reacties worden ook vaak geassocieerd met de uitscheiding van kooldioxide of diwaterstofmoleculen.

Organismen met anaërobe ademhaling

Het anaërobe ademhalingsproces is typerend voor prokaryoten. Deze groep organismen wordt gekenmerkt door het ontbreken van een echte kern (begrensd door een biologisch membraan) en subcellulaire compartimenten, zoals mitochondriën of chloroplasten. Binnen deze groep bevinden zich bacteriën en archaea.

Strikte anaëroben

Micro-organismen die dodelijk worden beïnvloed door de aanwezigheid van zuurstof worden strikt anaëroob genoemd, zoals het geslacht Clostridium.

Door een anaëroob metabolisme te bezitten, kunnen deze micro-organismen extreme zuurstofarme omgevingen koloniseren, waar aërobe organismen niet zouden kunnen leven, zoals zeer diepe wateren, bodems of het spijsverteringskanaal van sommige dieren.

Facultatieve anaëroben

Bovendien zijn er enkele micro-organismen die in staat zijn om af te wisselen tussen aëroob en anaëroob metabolisme, afhankelijk van hun behoeften en omgevingsomstandigheden.

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

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

Organismen met het vermogen om te fermenteren

Bovendien zijn er andere organismen die in staat zijn luchtwegen te creëren zonder dat er zuurstof of een transportketen nodig is, dat wil zeggen dat ze fermenteren.

Onder hen vinden we enkele soorten gist (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 ecologisch oogpunt vervult anaërobe ademhaling transcendentale functies binnen ecosystemen. Dit proces vindt plaats in verschillende habitats, zoals onder andere mariene sedimenten of zoetwaterlichamen, diepe bodemmilieus.

Sommige bacteriën nemen sulfaten om waterstofsulfide te vormen en gebruiken carbonaat om methaan te vormen. Andere soorten zijn in staat om het nitraation te gebruiken en het te reduceren tot nitrietionen, lachgas of stikstofgas.

Deze processen zijn essentieel in natuurlijke cycli, zowel voor stikstof als voor zwavel. De anaërobe route is bijvoorbeeld de belangrijkste route waarlangs stikstof wordt gefixeerd en als gas kan terugkeren naar de atmosfeer.

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 elektronenacceptor.

Energetisch gezien is aërobe ademhaling veel gunstiger, omdat er aanzienlijke hoeveelheden energie vrijkomen - ongeveer 38 ATP-moleculen. Daarentegen wordt ademhaling bij afwezigheid van zuurstof gekenmerkt door een veel lager aantal ATP, dat sterk varieert afhankelijk van het organisme.

Uitscheidingsproducten variëren ook. Aërobe ademhaling eindigt met de productie van kooldioxide en water, terwijl bij aërobe ademhaling de tussenproducten gevarieerd zijn, zoals melkzuur, alcohol of andere organische zuren.

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

Referenties

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