ลักษณะการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนชนิดและสิ่งมีชีวิต



การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน หรือแอนแอโรบิกเป็นวิธีการเผาผลาญที่ปล่อยพลังงานเคมีเริ่มต้นจากโมเลกุลอินทรีย์ ตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้ายของกระบวนการทั้งหมดนี้คือโมเลกุลอื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจนเช่นไอออนไนเตรตหรือซัลเฟต.

สิ่งมีชีวิตที่มีเมแทบอลิซึมชนิดนี้เป็นโปรคาริโอตและเรียกว่าสิ่งมีชีวิตแบบไม่ใช้ออกซิเจน โปรคาริโอตที่ไม่ใช้ออกซิเจนอย่างเคร่งครัดสามารถอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจนเท่านั้นเนื่องจากเป็นพิษสูงและถึงตาย.

จุลินทรีย์บางชนิด - แบคทีเรียและยีสต์ - ได้รับพลังงานผ่านกระบวนการหมัก ในกรณีนี้กระบวนการไม่ต้องการออกซิเจนหรือห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน หลังจาก glycolysis มีการเพิ่มปฏิกิริยาพิเศษสองสามอย่างและผลิตภัณฑ์สุดท้ายอาจเป็นแอลกอฮอล์เอทิล.

เป็นเวลาหลายปีที่อุตสาหกรรมได้ใช้ประโยชน์จากกระบวนการนี้เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจสำหรับการบริโภคของมนุษย์เช่นขนมปังไวน์เบียร์และอื่น ๆ.

กล้ามเนื้อของเรายังสามารถทำการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน เมื่อเซลล์เหล่านี้ได้รับความพยายามอย่างหนักกระบวนการหมักแลคติคจะเริ่มต้นขึ้นซึ่งส่งผลให้เกิดการสะสมของผลิตภัณฑ์นี้ในกล้ามเนื้อทำให้เกิดความเหนื่อยล้า.

ดัชนี

  • 1 ลักษณะ
  • 2 ประเภท
    • 2.1 การใช้ไนเตรตเป็นตัวรับอิเล็กตรอน
    • 2.2 การใช้ซัลเฟตเป็นตัวรับอิเล็กตรอน
    • 2.3 การใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวรับอิเล็กตรอน
  • 3 การหมัก
  • 4 สิ่งมีชีวิตที่มีระบบหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน
    • 4.1 anaerobes ที่เข้มงวด
    • 4.2 anaerobes ที่เป็นตัวเลือก
    • 4.3 สิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถในการหมัก
  • 5 ความเกี่ยวข้องทางนิเวศวิทยา
  • 6 ความแตกต่างกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน
  • 7 อ้างอิง

คุณสมบัติ

การหายใจเป็นปรากฏการณ์ที่พลังงานได้รับในรูปแบบของ ATP เริ่มต้นจากโมเลกุลอินทรีย์ต่าง ๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นคาร์โบไฮเดรต กระบวนการนี้เกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาทางเคมีต่างๆที่เกิดขึ้นภายในเซลล์.

แม้ว่าแหล่งพลังงานหลักของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่คือกลูโคส แต่โมเลกุลอื่น ๆ สามารถนำมาใช้ในการสกัดพลังงานเช่นน้ำตาลอื่น ๆ กรดไขมันหรือในกรณีที่มีความต้องการมากกรดอะมิโน - โครงสร้างของโปรตีน.

พลังงานที่แต่ละโมเลกุลสามารถปลดปล่อยได้นั้นจะถูกวัดเป็นจูล เส้นทางหรือเส้นทางชีวเคมีของสิ่งมีชีวิตสำหรับการย่อยสลายของโมเลกุลเหล่านี้ขึ้นอยู่กับการมีหรือไม่มีออกซิเจน ด้วยวิธีนี้เราสามารถจำแนกการหายใจเป็นสองกลุ่มใหญ่: แบบไม่ใช้ออกซิเจนและแอโรบิก.

ในการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนมีห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนที่สร้าง ATP และตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้ายคือสารอินทรีย์เช่นไนเตรตไอออนซัลเฟตและอื่น ๆ.

เป็นสิ่งสำคัญที่จะไม่สร้างความสับสนให้กับการหายใจแบบไร้อากาศด้วยการหมัก กระบวนการทั้งสองเป็นอิสระจากออกซิเจน แต่ในระยะหลังไม่มีห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน.

ชนิด

มีหลายเส้นทางที่สิ่งมีชีวิตสามารถหายใจได้โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน หากไม่มีห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนการเกิดออกซิเดชันของสารอินทรีย์จะถูกควบคู่ไปกับการลดลงของอะตอมอื่น ๆ ของแหล่งพลังงานในกระบวนการหมัก (ดูด้านล่าง).

ในกรณีที่มีโซ่ลำเลียงกระดาษอิเล็คทรอนิคส์ตัวสุดท้ายจะถูกใช้โดยไอออนที่แตกต่างกันในหมู่พวกเขาไนเตรตเหล็กแมงกานีสซัลเฟตคาร์บอนไดออกไซด์และอื่น ๆ.

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนเป็นระบบของปฏิกิริยาการลดออกซิเดชันที่นำไปสู่การผลิตพลังงานในรูปแบบของ ATP โดยรูปแบบที่เรียกว่า oxidative phosphorylation.

เอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนั้นจะพบอยู่ภายในแบคทีเรียที่ยึดกับเมมเบรน โปรคาริโอตมีการเชิญชวนหรือถุงที่คล้ายกับไมโตคอนเดรียของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต ระบบนี้มีความหลากหลายในหมู่แบคทีเรีย ที่พบมากที่สุดคือ:

การใช้ไนเตรตเป็นตัวรับอิเล็กตรอน

กลุ่มแบคทีเรียจำนวนมากที่มีระบบหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะถูกบันทึกเป็นแบคทีเรียลดไนเตรต ในกลุ่มนี้ตัวรับสุดท้ายของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนคือไอออน NO3-.

ภายในกลุ่มนี้มีรังสีที่แตกต่างกันทางสรีรวิทยา ตัวลดไนเตรตสามารถเป็นประเภทของระบบทางเดินหายใจที่ไม่มีไอออน3- เกิดขึ้นเป็น NO2-; สามารถ denitrifying ซึ่งไอออนบอกว่าไปที่ N2, หรือชนิดของการดูดกลืนที่ไอออนของคำถามกลายเป็นนิวแฮมป์เชียร์3.

ผู้บริจาคอิเลคตรอนสามารถเป็นไพรู, ซัคซิท, แลคเตท, กลีเซอรอล, NADH และอื่น ๆ สิ่งมีชีวิตที่เป็นตัวแทนของการเผาผลาญนี้เป็นแบคทีเรียที่รู้จักกันดี Escherichia coli.

การใช้ซัลเฟตเป็นตัวรับอิเล็กตรอน

แบคทีเรียแอนแอโรบิกที่เข้มงวดเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถนำไอออนของซัลเฟตและแปลงเป็น S ได้2- และน้ำ มีการใช้พื้นผิวเพียงไม่กี่ปฏิกิริยาโดยทั่วไปคือกรดแลคติคและกรดไดคาร์บอกซิลิกสี่คาร์บอน.

การใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวรับอิเล็กตรอน

Archaea เป็นสิ่งมีชีวิตที่เป็น prokaryotic ซึ่งโดยปกติจะอาศัยอยู่ในบริเวณที่รุนแรงและมีลักษณะที่แสดงให้เห็นถึงวิธีการเผาผลาญที่เฉพาะเจาะจง.

หนึ่งในนั้นคือ archaea ที่สามารถผลิตก๊าซมีเทนและเพื่อให้บรรลุสิ่งนี้พวกเขาใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวรับสุดท้าย ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของปฏิกิริยาคือก๊าซมีเทน (CH)4).

สิ่งมีชีวิตเหล่านี้อาศัยอยู่เฉพาะในระบบนิเวศที่มีความเข้มข้นของไฮโดรเจนสูงเนื่องจากเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการทำปฏิกิริยา - ด้านล่างของทะเลสาบหรือทางเดินอาหารของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบางชนิด.

การหมัก

ดังที่เรากล่าวถึงการหมักเป็นกระบวนการเผาผลาญอาหารที่ไม่ต้องการให้มีออกซิเจนดำเนินการ โปรดทราบว่ามันแตกต่างจากการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้าเนื่องจากไม่มีห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน.

การหมักนั้นมีลักษณะเป็นกระบวนการที่ปลดปล่อยพลังงานจากน้ำตาลหรือโมเลกุลอินทรีย์อื่น ๆ ไม่ต้องการออกซิเจนไม่จำเป็นต้องใช้วงจร Krebs หรือห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนตัวรับสุดท้ายคือโมเลกุลอินทรีย์และผลิต ATP จำนวนน้อย - หนึ่งหรือสอง.

เมื่อเซลล์เสร็จสิ้นกระบวนการ glycolysis มันจะได้รับสองโมเลกุลของกรด pyruvic สำหรับแต่ละโมเลกุลของกลูโคส.

ในกรณีที่ไม่มีความพร้อมออกซิเจนเซลล์สามารถหันไปสร้างโมเลกุลอินทรีย์บางชนิดเพื่อสร้าง NAD+ หรือ NADP+ ที่สามารถเข้าสู่วงจรของ glycolysis อีก.

ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่ดำเนินการหมักผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือกรดแลคติกเอทานอลกรดโพรพิโอนิคกรดอะซิติกกรด butyric บิวทิลบิวทานอลอะซิโตนแอลกอฮอล์ไอโซโพรพิลกรดซัคตินิกกรดฟอร์มิก.

ปฏิกิริยาเหล่านี้มักจะเกี่ยวข้องกับการขับถ่ายของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือโมเลกุล dihydrogen.

สิ่งมีชีวิตที่มีระบบหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน

กระบวนการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นเรื่องปกติของโปรคาริโอต กลุ่มของสิ่งมีชีวิตนี้มีลักษณะที่ขาดนิวเคลียสที่แท้จริง (คั่นด้วยเยื่อหุ้มชีวภาพ) และช่องว่างของเซลล์ย่อยเช่นไมโทคอนเดรียหรือคลอโรพลาสต์ ภายในกลุ่มนี้มีแบคทีเรียและอาร์เคีย.

Anaerobes ที่เข้มงวด

จุลินทรีย์ที่ได้รับผลกระทบอย่างร้ายแรงจากการมีอยู่ของออกซิเจนเรียกว่า anaerobes ที่เข้มงวดเช่นเพศ Clostridium.

การมีเมตาบอลิซึมแบบไม่ใช้ออกซิเจนช่วยให้จุลินทรีย์เหล่านี้ตั้งอาณานิคมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งขาดออกซิเจนซึ่งสิ่งมีชีวิตแบบแอโรบิคไม่สามารถอาศัยอยู่ได้เช่นน้ำลึกดินหรือระบบย่อยอาหารของสัตว์บางชนิด.

แอนนาโรเบอ

นอกจากนี้ยังมีจุลินทรีย์บางอย่างที่สามารถสลับไปมาระหว่างการเผาผลาญอาหารประเภทแอโรบิกและแบบไม่ใช้ออกซิเจนทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้องการของคุณและสภาพแวดล้อม.

อย่างไรก็ตามมีแบคทีเรียที่มีการหายใจแบบแอโรบิคที่เข้มงวดซึ่งสามารถเจริญเติบโตและพัฒนาได้ในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจนเท่านั้น.

ในวิทยาศาสตร์ทางจุลชีววิทยาความรู้เกี่ยวกับประเภทของเมแทบอลิซึมเป็นลักษณะที่ช่วยในการระบุเชื้อจุลินทรีย์.

สิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถในการหมัก

นอกจากนี้ยังมีสิ่งมีชีวิตอื่นที่สามารถทำการบินได้โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจนหรือโซ่ลำเลียงนั่นคือพวกมันหมัก.

ในหมู่พวกเขาเราพบยีสต์บางประเภท (Saccharomyces) แบคทีเรีย (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) และแม้แต่เซลล์กล้ามเนื้อของเราเอง ในระหว่างกระบวนการแต่ละชนิดมีลักษณะโดยขับถ่ายผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน.

ความเกี่ยวข้องทางนิเวศวิทยา

จากมุมมองของนิเวศวิทยาการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนตอบสนองการทำงานของยอดเยี่ยมภายในระบบนิเวศ กระบวนการนี้เกิดขึ้นในแหล่งที่อยู่อาศัยที่แตกต่างกันเช่นตะกอนทะเลหรือแหล่งน้ำจืดสภาพแวดล้อมดินลึกและอื่น ๆ.

แบคทีเรียบางตัวใช้ซัลเฟตในรูปแบบไฮโดรเจนซัลไฟด์และใช้คาร์บอเนตในการก่อตัวของมีเธน สายพันธุ์อื่นสามารถใช้ไอออนไนเตรตและลดลงเป็นไนไตรท์ไอออนไนตรัสออกไซด์หรือก๊าซไนโตรเจน.

กระบวนการเหล่านี้มีความสำคัญในวัฏจักรธรรมชาติทั้งไนโตรเจนและซัลเฟอร์ ตัวอย่างเช่นทางเดินแอนแอโรบิคเป็นเส้นทางหลักที่ไนโตรเจนคงที่และสามารถกลับสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของก๊าซ.

ความแตกต่างกับการหายใจแบบแอโรบิค

ความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุดระหว่างกระบวนการเมตาบอลิซึมทั้งสองนี้คือการใช้ออกซิเจน ในแอโรบิกโมเลกุลนี้ทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย.

การหายใจแบบแอโรบิคนั้นทำกำไรได้มากกว่าเนื่องจากปล่อยพลังงานจำนวนมาก - ประมาณ 38 โมเลกุลของ ATP ในทางตรงกันข้ามการหายใจในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนนั้นมีจำนวน ATP ที่ต่ำกว่ามากซึ่งแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต.

ผลิตภัณฑ์ของการขับถ่ายก็แตกต่างกันไป การหายใจแบบแอโรบิคจบลงด้วยการผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในขณะที่แอโรบิกผลิตภัณฑ์ขั้นกลางจะมีการเปลี่ยนแปลงเช่นกรดแลคติกแอลกอฮอล์หรือกรดอินทรีย์อื่น.

ในแง่ของความเร็วการหายใจแบบแอโรบิคจะใช้เวลานานกว่ามาก ดังนั้นกระบวนการแอนแอโรบิกจึงเป็นแหล่งพลังงานที่รวดเร็วสำหรับสิ่งมีชีวิต.

การอ้างอิง

  1. บารอน, S. (1996). จุลชีววิทยาทางการแพทย์ ฉบับที่ 4. สาขาการแพทย์มหาวิทยาลัยเท็กซัสที่กัลเวสตัน.
  2. Beckett, B. S. (1986). ชีววิทยา: การแนะนำที่ทันสมัย. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดสหรัฐอเมริกา.
  3. Fauque, G. D. (1995) นิเวศวิทยาของแบคทีเรียลดซัลเฟต ใน แบคทีเรียลดซัลเฟต (pp. 217-241) สปริงเกอร์บอสตันแมสซาชูเซตส์.
  4. Soni, S. K. (2007). จุลินทรีย์: แหล่งพลังงานสำหรับศตวรรษที่ 21. สำนักพิมพ์ใหม่ของอินเดีย.
  5. Wright, D. B. (2000). สรีรวิทยาและสุขภาพของมนุษย์. Heinemann.