Đặc điểm hô hấp kỵ khí, các loại và sinh vật



các hô hấp kị khí hoặc kỵ khí là một phương thức trao đổi chất trong đó năng lượng hóa học được giải phóng bắt đầu từ các phân tử hữu cơ. Chất nhận điện tử cuối cùng của toàn bộ quá trình này là một phân tử khác với oxy, chẳng hạn như ion nitrat hoặc sunfat.

Các sinh vật thể hiện loại chuyển hóa này là prokaryote và được gọi là sinh vật kỵ khí. Prokaryote kỵ khí nghiêm ngặt chỉ có thể sống trong môi trường không có oxy, vì nó rất độc và thậm chí gây chết người.

Một số vi sinh vật - vi khuẩn và nấm men - có được năng lượng của chúng thông qua quá trình lên men. Trong trường hợp này, quá trình không cần oxy hoặc chuỗi vận chuyển điện tử. Sau khi glycolysis, một vài phản ứng phụ được thêm vào và sản phẩm cuối cùng có thể là rượu ethyl.

Trong nhiều năm, ngành công nghiệp đã tận dụng quy trình này để sản xuất các sản phẩm quan tâm cho tiêu dùng của con người, như bánh mì, rượu, bia, trong số những sản phẩm khác..

Cơ bắp của chúng ta cũng có khả năng thực hiện hô hấp yếm khí. Khi các tế bào này phải chịu một nỗ lực mạnh mẽ, quá trình lên men lactic bắt đầu, dẫn đến sự tích tụ của sản phẩm này trong cơ bắp, tạo ra sự mệt mỏi.

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm
  • 2 loại
    • 2.1 Sử dụng nitrat làm chất nhận điện tử
    • 2.2 Sử dụng sunfat làm chất nhận điện tử
    • 2.3 Sử dụng carbon dioxide làm chất nhận điện tử
  • 3 Lên men
  • 4 sinh vật có hô hấp kị khí
    • 4.1 Anaerobes nghiêm ngặt
    • 4.2 Anaerobes tùy chọn
    • 4.3 Các sinh vật có khả năng lên men
  • 5 liên quan đến sinh thái
  • 6 Sự khác biệt với nhịp thở
  • 7 tài liệu tham khảo

Tính năng

Hít thở là hiện tượng thu được năng lượng dưới dạng ATP, bắt đầu từ các phân tử hữu cơ khác nhau - chủ yếu là carbohydrate. Quá trình này diễn ra nhờ các phản ứng hóa học khác nhau diễn ra bên trong các tế bào.

Mặc dù nguồn năng lượng chính trong hầu hết các sinh vật là glucose, các phân tử khác có thể được sử dụng để chiết xuất năng lượng, chẳng hạn như các loại đường khác, axit béo hoặc trong trường hợp rất cần thiết, axit amin - khối xây dựng cấu trúc của protein.

Năng lượng mà mỗi phân tử có thể giải phóng được định lượng trong joules. Các tuyến đường hoặc con đường sinh hóa của các sinh vật cho sự xuống cấp của các phân tử này phụ thuộc chủ yếu vào sự hiện diện hoặc không có oxy. Theo cách này, chúng ta có thể phân loại hơi thở thành hai nhóm lớn: kỵ khí và hiếu khí.

Trong hô hấp yếm khí, có một chuỗi vận chuyển điện tử tạo ra ATP, và chất nhận điện tử cuối cùng là một chất hữu cơ như ion nitrat, sunfat, trong số những loại khác.

Điều quan trọng là không nhầm lẫn loại hô hấp kỵ khí này với quá trình lên men. Cả hai quá trình đều độc lập với oxy, nhưng sau đó không có chuỗi vận chuyển điện tử.

Các loại

Có nhiều tuyến đường mà một sinh vật có thể thở mà không cần oxy. Nếu không có chuỗi vận chuyển điện tử, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ sẽ được kết hợp với việc giảm các nguyên tử khác của nguồn năng lượng trong quá trình lên men (xem bên dưới).

Trong trường hợp có một chuỗi băng tải, giấy chấp nhận electron cuối cùng có thể được lấy bởi các ion khác nhau, trong đó có nitrat, sắt, mangan, sunfat, carbon dioxide, trong số những loại khác..

Chuỗi vận chuyển điện tử là một hệ thống các phản ứng khử oxy hóa dẫn đến việc sản xuất năng lượng dưới dạng ATP, theo một phương thức gọi là phosphoryl hóa oxy hóa.

Các enzyme tham gia vào quá trình này được tìm thấy bên trong vi khuẩn, được neo vào màng. Prokaryote có sự xâm lấn hoặc túi giống như ty thể của sinh vật nhân chuẩn. Hệ thống này rất khác nhau giữa các vi khuẩn. Phổ biến nhất là:

Sử dụng nitrat làm chất nhận điện tử

Một nhóm lớn vi khuẩn có hô hấp yếm khí được phân loại là vi khuẩn khử nitrat. Trong nhóm này, người chấp nhận cuối cùng của chuỗi vận chuyển điện tử là ion NO3-.

Trong nhóm này có các phương thức sinh lý khác nhau. Chất khử nitrat có thể thuộc loại hô hấp nơi có ion NO3- xảy ra là KHÔNG2-; có thể khử nitơ, trong đó nói ion đi đến N2, hoặc thuộc loại đồng hóa trong đó ion trong câu hỏi trở thành NH3.

Các nhà tài trợ điện tử có thể là pyruvate, succinate, lactate, glycerol, NADH, trong số những người khác. Các sinh vật đại diện của sự trao đổi chất này là vi khuẩn nổi tiếng Escherichia coli.

Sử dụng sunfat làm chất nhận điện tử

Chỉ có một vài loài vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt có thể lấy ion sunfat và chuyển nó thành S2- và nước. Một vài chất được sử dụng cho phản ứng, trong số phổ biến nhất là axit lactic và axit dicarboxylic bốn carbon.

Sử dụng carbon dioxide làm chất nhận điện tử

Archaea là sinh vật nhân sơ thường sống ở các vùng cực đoan và được đặc trưng bằng cách thể hiện các con đường trao đổi chất rất đặc biệt.

Một trong số đó là vi khuẩn cổ có khả năng tạo ra khí mê-tan và để đạt được điều này, họ sử dụng carbon dioxide làm chất nhận cuối cùng. Sản phẩm cuối cùng của phản ứng là khí metan (CH4).

Những sinh vật này chỉ sống trong các khu vực rất đặc biệt của hệ sinh thái, nơi nồng độ hydro cao, vì đây là một trong những yếu tố cần thiết cho phản ứng - như đáy hồ hoặc đường tiêu hóa của một số động vật có vú.

Lên men

Như chúng tôi đã đề cập, lên men là một quá trình trao đổi chất không cần phải có sự hiện diện của oxy. Lưu ý rằng nó khác với hô hấp yếm khí được đề cập trong phần trước do không có chuỗi vận chuyển điện tử.

Lên men được đặc trưng bởi một quá trình giải phóng năng lượng từ đường hoặc các phân tử hữu cơ khác, không cần oxy, không cần chu trình Krebs hoặc chuỗi vận chuyển điện tử, người chấp nhận cuối cùng của nó là một phân tử hữu cơ và tạo ra một lượng nhỏ ATP - một hoặc hai.

Khi tế bào đã hoàn thành quá trình glycolysis, nó thu được hai phân tử axit pyruvic cho mỗi phân tử glucose.

Trong trường hợp không có sẵn oxy, tế bào có thể sử dụng việc tạo ra một số phân tử hữu cơ để tạo ra NAD+ hoặc NADP+ có thể bước vào một chu kỳ glycolysis khác.

Tùy thuộc vào sinh vật thực hiện quá trình lên men, sản phẩm cuối cùng có thể là axit lactic, ethanol, axit propionic, axit axetic, axit butyric, butanol, acetone, rượu isopropyl, axit succinic, axit formic, butanediol, trong số những loại khác.

Những phản ứng này cũng thường liên quan đến sự bài tiết các phân tử carbon dioxide hoặc dihydrogen.

Các sinh vật có hô hấp yếm khí

Quá trình hô hấp kỵ khí là điển hình của prokaryote. Nhóm sinh vật này được đặc trưng bởi sự thiếu một hạt nhân thực sự (được phân định bởi màng sinh học) và các khoang dưới tế bào, như ty thể hoặc lục lạp. Trong nhóm này là vi khuẩn và vi khuẩn cổ.

Anaerobes nghiêm ngặt

Các vi sinh vật bị ảnh hưởng theo cách gây chết người bởi sự hiện diện của oxy được gọi là vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt, chẳng hạn như giới tính Clostridium.

Việc chuyển hóa kiểu kỵ khí cho phép các vi sinh vật này xâm chiếm môi trường khắc nghiệt thiếu oxy, nơi các sinh vật hiếu khí không thể sinh sống, như nước rất sâu, đất hoặc đường tiêu hóa của một số động vật.

Anaerobes khoa

Ngoài ra, có một số vi sinh vật có khả năng xen kẽ giữa chuyển hóa loại hiếu khí và kỵ khí, tùy thuộc vào nhu cầu của bạn và điều kiện môi trường.

Tuy nhiên, có những vi khuẩn có hô hấp hiếu khí nghiêm ngặt chỉ có thể sinh trưởng và phát triển trong môi trường giàu oxy.

Trong khoa học vi sinh, kiến ​​thức về loại trao đổi chất là một đặc tính giúp xác định vi sinh vật.

Sinh vật có khả năng lên men

Ngoài ra, có những sinh vật khác có khả năng thực hiện đường thở mà không cần oxy hoặc chuỗi băng tải, nghĩa là chúng lên men.

Trong số chúng tôi tìm thấy một số loại men (Saccaromyces), vi khuẩn (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) và thậm chí các tế bào cơ bắp của chúng ta. Trong quá trình, mỗi loài được đặc trưng bằng cách bài tiết một sản phẩm khác nhau.

Liên quan đến sinh thái

Từ quan điểm của sinh thái học, hô hấp yếm khí đáp ứng các chức năng siêu việt trong các hệ sinh thái. Quá trình này diễn ra ở các môi trường sống khác nhau, chẳng hạn như trầm tích biển hoặc các vùng nước ngọt, môi trường đất sâu, trong số những nơi khác..

Một số vi khuẩn lấy sunfat để tạo thành hydro sunfua và sử dụng cacbonat để hình thành mêtan. Các loài khác có thể sử dụng ion nitrat và khử nó thành ion nitrit, oxit nitơ hoặc khí nitơ.

Các quá trình này rất quan trọng trong các chu kỳ tự nhiên, cả nitơ và lưu huỳnh. Ví dụ, con đường yếm khí là con đường chính mà nitơ được cố định và có thể trở lại khí quyển dưới dạng khí.

Sự khác biệt với nhịp thở

Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa hai quá trình trao đổi chất này là việc sử dụng oxy. Trong thể dục nhịp điệu, phân tử này hoạt động như một chất nhận điện tử cuối cùng.

Về mặt năng lượng, hô hấp hiếu khí có lợi hơn nhiều, vì nó giải phóng một lượng năng lượng đáng kể - khoảng 38 phân tử ATP. Ngược lại, thở khi không có oxy được đặc trưng bởi số lượng ATP thấp hơn nhiều, rất khác nhau tùy thuộc vào sinh vật.

Các sản phẩm bài tiết cũng khác nhau. Hô hấp hiếu khí kết thúc bằng việc sản xuất carbon dioxide và nước, trong khi trong aerobic các sản phẩm trung gian rất đa dạng - chẳng hạn như axit lactic, rượu hoặc axit hữu cơ khác.

Về tốc độ, hơi thở hiếu khí mất nhiều thời gian hơn. Do đó, quá trình kỵ khí đại diện cho một nguồn năng lượng nhanh chóng cho các sinh vật.

Tài liệu tham khảo

  1. Nam tước, S. (1996). Vi sinh y học Tái bản lần thứ 4. Chi nhánh y tế của Đại học Texas tại Galveston.
  2. Beckett, B. S. (1986). Sinh học: giới thiệu hiện đại. Nhà xuất bản Đại học Oxford, Hoa Kỳ.
  3. Fauque, G. D. (1995). Sinh thái học của vi khuẩn khử sulfate. Trong Vi khuẩn khử sunfat (trang 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Vi khuẩn: nguồn năng lượng cho thế kỷ 21. Ấn Độ mới xuất bản.
  5. Wright, D. B. (2000). Sinh lý và sức khỏe của con người. Heinemann.