RESPIRAZIONE ANAEROBICA: CARATTERISTICHE, TIPI E ORGANISMI - BIOLOGIA - 2025

La respirazione anaerobica modalità metabolica o anaerobica che è un'energia chimica basato su molecole organiche viene rilasciato. L'accettore finale di elettroni in questo intero processo è una molecola diversa dall'ossigeno, come lo ione nitrato o i solfati.

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

La respirazione anaerobica è presente nei procarioti.
Fonte: pixabay.com

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 trasporto di elettroni. Dopo la glicolisi, vengono aggiunte un paio di reazioni extra e il prodotto finale può essere l'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 capaci di respirazione anaerobica. Quando queste cellule sono sottoposte a uno sforzo intenso, inizia il processo di fermentazione lattica, che si traduce nell'accumulo di questo prodotto nei muscoli, creando affaticamento.

caratteristiche

La respirazione è il fenomeno mediante il quale l'energia viene ottenuta sotto forma di ATP, a partire da varie molecole organiche, principalmente carboidrati. Questo processo avviene grazie a varie reazioni chimiche che avvengono all'interno delle cellule.

Sebbene la principale fonte di 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 estrema necessità, gli amminoacidi, i mattoni delle proteine.

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

Nella respirazione anaerobica, esiste una catena di trasporto degli elettroni che genera ATP e l'accettore finale di elettroni è una sostanza organica come lo ione nitrato, i solfati, tra gli altri.

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

tipi

Esistono molteplici percorsi attraverso i quali un organismo può respirare senza ossigeno. Se non c'è una catena di trasporto degli elettroni, l'ossidazione della materia organica sarà accoppiata con la riduzione di altri atomi dalla fonte di energia nel processo di fermentazione (vedi sotto).

Nel caso di una catena di trasporto, il ruolo dell'accettore finale di elettroni può essere assunto da vari ioni, inclusi nitrato, ferro, manganese, solfati e anidride carbonica, tra gli altri.

La catena di trasporto degli elettroni è un sistema di reazione di riduzione dell'ossido che porta alla produzione di energia sotto forma di ATP, mediante una modalità chiamata fosforilazione ossidativa.

Gli enzimi coinvolti nel processo si trovano all'interno dei batteri, ancorati alla membrana. I procarioti hanno queste invaginazioni o vescicole che assomigliano ai mitocondri degli organismi eucarioti. Questo sistema varia ampiamente tra i batteri. I più comuni sono:

Uso di nitrati come accettori di elettroni

Un grande gruppo di batteri con respirazione anaerobica è classificato come batteri che riducono i nitrati. In questo gruppo, l'accettore finale della catena di trasporto degli elettroni è NO ₃ ^- ione .

All'interno di questo gruppo ci sono diverse modalità fisiologiche. I riduttori di nitrati possono essere di tipo respiratorio dove lo ione NO ₃ ^- diventa NO ₂ ^- ; Possono essere denitrificanti, dove detto ione passa a N ₂ , oppure di tipo assimilante dove lo ione in questione si trasforma in NH ₃ .

I donatori di elettroni possono essere piruvato, succinato, lattato, glicerolo, NADH, tra gli altri. L'organismo rappresentativo di questo metabolismo è il noto batterio Escherichia coli.

Uso di solfati come accettori di elettroni

Solo poche specie di batteri anaerobici stretti sono in grado di prendere lo ione solfato e convertirlo in S ^2- e acqua. Per la reazione vengono utilizzati pochi substrati, tra i più comuni vi sono l'acido lattico e gli acidi bicarbossilici a quattro atomi di carbonio.

Uso dell'anidride carbonica come accettore di elettroni

Gli archaea sono organismi procarioti che abitualmente abitano regioni estreme e sono caratterizzati dall'esibizione di vie metaboliche molto particolari.

Uno di questi sono gli archaea in grado di produrre metano e per ottenere ciò utilizzano l'anidride carbonica come accettore finale. Il prodotto finale della reazione è il gas metano (CH ₄ ).

Questi organismi abitano solo aree molto specifiche degli ecosistemi, dove la concentrazione di idrogeno è elevata, poiché è uno degli elementi necessari per la reazione, come il fondo dei laghi o il tratto digestivo di alcuni mammiferi.

Fermentazione

Fermentazione del vino

Come accennato, la fermentazione è un processo metabolico che non richiede la presenza di ossigeno per aver luogo. Si noti che differisce dalla respirazione anaerobica menzionata nella sezione precedente per l'assenza di una catena di trasporto degli elettroni.

La fermentazione si caratterizza per essere un processo che rilascia energia a partire da zuccheri o altre molecole organiche, non necessita di ossigeno, non necessita di ciclo di Krebs o catena di trasporto di elettroni, il suo accettore finale è una molecola organica e produce piccole quantità di ATP - uno o due.

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

In assenza di disponibilità di ossigeno, la cellula può ricorrere alla generazione di qualche molecola organica per ottenere la generazione di NAD ⁺ o NADP ⁺ che può entrare nuovamente in 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, alcol isopropilico, acido succinico, acido formico, butandiolo, tra gli altri.

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

Organismi con respirazione anaerobica

Il processo di respirazione anaerobica è tipico dei procarioti. Questo gruppo di organismi è caratterizzato dalla mancanza di un vero nucleo (delimitato da una membrana biologica) e di compartimenti subcellulari, come i mitocondri o i cloroplasti. All'interno di questo gruppo ci sono batteri e archaea.

Rigorosi anaerobi

I microrganismi che sono letalmente influenzati dalla presenza di ossigeno sono chiamati strettamente anaerobici, come il genere Clostridium.

Il possesso di un metabolismo anaerobico consente a questi microrganismi di colonizzare ambienti estremi privi di ossigeno, dove gli organismi aerobici non potrebbero abitare, come acque molto profonde, terreni o il tratto digerente di alcuni animali.

Anaerobi facoltativi

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

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

Nelle scienze microbiologiche, la conoscenza del tipo di metabolismo è un carattere che aiuta a identificare i microrganismi.

Organismi con la capacità di fermentare

Inoltre, ci sono altri organismi in grado di creare vie aeree senza bisogno di ossigeno o di una catena di trasporto, cioè fermentano.

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

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 del suolo profondo, tra gli altri.

Alcuni batteri prendono i solfati per formare l'idrogeno solforato e usano il carbonato per formare il metano. Altre specie sono in grado di utilizzare lo ione nitrato e ridurlo a ione nitrito, protossido di azoto o gas azoto.

Questi processi sono vitali nei cicli naturali, sia per l'azoto che per lo zolfo. Ad esempio, la via anaerobica è la via principale attraverso la quale l'azoto viene fissato ed è in grado di tornare nell'atmosfera come gas.

Differenze dalla respirazione aerobica

La differenza più evidente tra questi due processi metabolici è l'utilizzo dell'ossigeno. In aerobica, questa molecola funge da accettore finale di elettroni.

Energeticamente, la respirazione aerobica è molto più vantaggiosa, rilasciando quantità significative di energia - circa 38 molecole di ATP. Al contrario, la respirazione in assenza di ossigeno è caratterizzata da un numero molto inferiore di ATP, che varia ampiamente a seconda dell'organismo.

Anche i prodotti di escrezione variano. La respirazione aerobica termina con la produzione di anidride carbonica e acqua, mentre nella respirazione aerobica gli intermedi sono vari, come l'acido lattico, l'alcol o altri acidi organici, per esempio.

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

Riferimenti

1. Baron, S. (1996). Microbiologia medica. 4a edizione. Università del Texas Medical Branch a Galveston.
2. Beckett, BS (1986). Biologia: un'introduzione moderna. Oxford University Press, USA.
3. Fauque, GD (1995). Ecologia dei batteri che riducono i solfati. In Sulfate-Reducing Bacteria (pp. 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Microbi: una fonte di energia per il 21 ° secolo. New India Publishing.
5. Wright, DB (2000). Fisiologia umana e salute. Heinemann.