PERNAFASAN ANAEROB: CIRI, JENIS DAN ORGANISMA - BIOLOGI - 2026

The respirasi anaerobik atau mod metabolik anaerobik yang merupakan tenaga kimia berdasarkan molekul organik dilepaskan. Penerima elektron akhir dalam keseluruhan proses ini adalah molekul selain oksigen, seperti ion nitrat atau sulfat.

Organisma yang memperlihatkan metabolisme jenis ini adalah prokariota dan disebut sebagai organisma anaerob. Prokariota yang secara anaerobik hanya boleh hidup di persekitaran di mana oksigen tidak ada, kerana ia sangat toksik dan bahkan mematikan.

Pernafasan anaerob terdapat di prokariota.
Sumber: pixabay.com

Mikroorganisma tertentu - bakteria dan ragi - memperoleh tenaga mereka melalui proses penapaian. Dalam kes ini, prosesnya tidak memerlukan oksigen atau rantai pengangkutan elektron. Selepas glikolisis, beberapa reaksi tambahan ditambahkan dan produk akhir boleh menjadi etil alkohol.

Selama bertahun-tahun, industri telah memanfaatkan proses ini untuk menghasilkan produk yang menarik untuk dimakan oleh manusia, seperti roti, wain, bir, antara lain.

Otot kita juga mampu pernafasan anaerob. Apabila sel-sel ini mengalami usaha yang kuat, proses penapaian laktik bermula, yang mengakibatkan pengumpulan produk ini di otot, menyebabkan keletihan.

ciri-ciri

Pernafasan adalah fenomena di mana tenaga diperoleh dalam bentuk ATP, bermula dari pelbagai molekul organik - terutamanya karbohidrat. Proses ini berlaku berkat pelbagai reaksi kimia yang berlaku di dalam sel.

Walaupun sumber tenaga utama dalam kebanyakan organisma adalah glukosa, molekul lain dapat digunakan untuk pengekstrakan tenaga, seperti gula lain, asid lemak atau dalam kes sangat memerlukan, asid amino - blok protein.

Tenaga yang mampu dibebaskan oleh setiap molekul dihitung dalam joule. Laluan biokimia atau laluan organisma untuk penurunan molekul tersebut bergantung terutamanya pada kehadiran atau ketiadaan oksigen. Dengan cara ini, kita dapat mengklasifikasikan pernafasan kepada dua kumpulan besar: anaerobik dan aerobik.

Dalam pernafasan anaerob, terdapat rantai pengangkutan elektron yang menghasilkan ATP, dan penerima elektron akhir adalah bahan organik seperti ion nitrat, sulfat, antara lain.

Penting untuk tidak mengelirukan jenis pernafasan anaerob dengan penapaian. Kedua-dua proses tidak bergantung kepada oksigen, tetapi dalam proses terakhir tidak ada rantai pengangkutan elektron.

Jenis-Jenis

Terdapat banyak laluan di mana organisma dapat bernafas tanpa oksigen. Sekiranya tidak ada rantai pengangkutan elektron, pengoksidaan bahan organik akan digabungkan dengan pengurangan atom lain dari sumber tenaga dalam proses penapaian (lihat di bawah).

Dalam kes rantai pengangkutan, peranan akseptor elektron akhir dapat diambil oleh pelbagai ion, antara lain nitrat, besi, mangan, sulfat, dan karbon dioksida.

Rantai pengangkutan elektron adalah sistem tindak balas pengurangan oksida yang membawa kepada pengeluaran tenaga dalam bentuk ATP, dengan cara yang disebut fosforilasi oksidatif.

Enzim yang terlibat dalam proses ini terdapat di dalam bakteria, berlabuh ke membran. Prokariota mempunyai invaginasi atau vesikel yang menyerupai mitokondria organisma eukariotik. Sistem ini berbeza-beza di antara bakteria. Yang paling biasa adalah:

Penggunaan nitrat sebagai akseptor elektron

Sekumpulan besar bakteria dengan respirasi anaerob dikelaskan sebagai bakteria pengurangan nitrat. Dalam kumpulan ini, penerima akhir rantaian pengangkutan elektron adalah NO ₃ ^- ion .

Dalam kumpulan ini terdapat kaedah fisiologi yang berbeza. Pengurang nitrat boleh menjadi jenis pernafasan di mana ion NO ₃ ^- menjadi NO ₂ ^- ; Ianya dapat mendeitrifikasi, di mana ion tersebut mengalir ke N ₂ , atau dari jenis asimilasi di mana ion tersebut diubah menjadi NH ₃ .

Penderma elektron boleh menjadi piruvat, suksinat, laktat, gliserol, NADH, antara lain. Organisme yang mewakili metabolisme ini adalah bakteria Escherichia coli yang terkenal.

Penggunaan sulfat sebagai akseptor elektron

Hanya beberapa spesies bakteria anaerob yang ketat yang mampu mengambil ion sulfat dan menukarnya menjadi S ^2- dan air. Sebilangan substrat digunakan untuk tindak balas, antara yang paling biasa adalah asid laktik dan asid dikarboksilat empat karbon.

Penggunaan karbon dioksida sebagai akseptor elektron

Archaea adalah organisma prokariotik yang biasanya mendiami kawasan yang melampau, dan dicirikan dengan menunjukkan laluan metabolik yang sangat khusus.

Salah satunya adalah archaea yang mampu menghasilkan metana dan untuk mencapai ini mereka menggunakan karbon dioksida sebagai akseptor akhir. Produk akhir tindak balas adalah gas metana (CH ₄ ).

Organisma ini hanya menghuni kawasan ekosistem yang sangat spesifik, di mana kepekatan hidrogen tinggi, kerana merupakan salah satu elemen yang diperlukan untuk tindak balas - seperti dasar tasik atau saluran pencernaan mamalia tertentu.

Penapaian

Penapaian wain

Seperti yang telah kami sebutkan, fermentasi adalah proses metabolik yang tidak memerlukan kehadiran oksigen. Perhatikan bahawa ia berbeza dengan pernafasan anaerob yang disebutkan di bahagian sebelumnya kerana ketiadaan rantai pengangkutan elektron.

Fermentasi dicirikan oleh proses yang melepaskan tenaga bermula dari gula atau molekul organik lain, tidak memerlukan oksigen, tidak memerlukan kitaran Krebs atau rantai pengangkutan elektron, akseptor terakhirnya adalah molekul organik dan menghasilkan sejumlah kecil ATP - satu atau dua.

Setelah sel menyelesaikan proses glikolisis, ia memperoleh dua molekul asid piruvik untuk setiap molekul glukosa.

Sekiranya tiada ketersediaan oksigen, sel dapat menggunakan generasi beberapa molekul organik untuk mencapai generasi NAD ⁺ atau NADP ⁺ yang dapat memasuki kitaran glikolisis lagi.

Bergantung pada organisma yang menjalankan fermentasi, produk akhir dapat berupa asam laktat, etanol, asid propionat, asid asetik, asam butirat, butanol, aseton, isopropil alkohol, asam suksinat, asid formik, butanediol, antara lain.

Tindak balas ini juga sering dikaitkan dengan perkumuhan molekul karbon dioksida atau dihidrogen.

Organisma dengan pernafasan anaerob

Proses pernafasan anaerob adalah khas bagi prokariota. Kumpulan organisma ini dicirikan oleh kekurangan nukleus sebenar (dibatasi oleh membran biologi) dan petak subselular, seperti mitokondria atau kloroplas. Dalam kumpulan ini terdapat bakteria dan archaea.

Anerob yang ketat

Mikroorganisma yang terkena maut oleh kehadiran oksigen disebut anaerobik, seperti genus Clostridium.

Memiliki metabolisme anaerob memungkinkan mikroorganisma ini menjajah persekitaran ekstrem tanpa oksigen, di mana organisma aerobik tidak dapat menghuni, seperti perairan yang sangat dalam, tanah atau saluran pencernaan beberapa haiwan.

Anaerob fakultatif

Selain itu, terdapat beberapa mikroorganisma yang mampu bergantian antara metabolisme aerobik dan anaerobik, bergantung pada keperluan dan keadaan persekitarannya.

Walau bagaimanapun, terdapat bakteria dengan pernafasan aerobik yang ketat yang hanya dapat tumbuh dan berkembang di persekitaran yang kaya dengan oksigen.

Dalam sains mikrobiologi, pengetahuan mengenai jenis metabolisme adalah watak yang membantu mengenal pasti mikroorganisma.

Organisma dengan keupayaan untuk menapai

Di samping itu, ada organisma lain yang mampu membuat saluran udara tanpa memerlukan oksigen atau rantai pengangkutan, iaitu, mereka melakukan fermentasi.

Antaranya terdapat beberapa jenis ragi (Saccharomyces), bakteria (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) dan juga sel otot kita sendiri. Semasa proses tersebut, setiap spesies dicirikan dengan mengeluarkan produk yang berbeza.

Perkaitan ekologi

Dari sudut pandang ekologi, respirasi anaerob memenuhi fungsi transendental dalam ekosistem. Proses ini berlaku di habitat yang berbeza, seperti sedimen laut atau badan air tawar, persekitaran tanah yang mendalam, antara lain.

Sebilangan bakteria mengambil sulfat untuk membentuk hidrogen sulfida dan menggunakan karbonat untuk membentuk metana. Spesies lain mampu menggunakan ion nitrat dan mengurangkannya menjadi ion nitrit, oksida nitrat, atau gas nitrogen.

Proses ini penting dalam kitaran semula jadi, baik untuk nitrogen dan sulfur. Sebagai contoh, laluan anaerob adalah laluan utama di mana nitrogen terpaku dan dapat kembali ke atmosfera sebagai gas.

Perbezaan dari pernafasan aerobik

Perbezaan yang paling jelas antara kedua proses metabolik ini adalah penggunaan oksigen. Dalam aerobik, molekul ini bertindak sebagai akseptor elektron akhir.

Bersemangat, pernafasan aerob lebih bermanfaat, melepaskan sejumlah besar tenaga - sekitar 38 molekul ATP. Sebaliknya, pernafasan tanpa oksigen dicirikan oleh bilangan ATP yang jauh lebih rendah, yang berbeza-beza bergantung pada organisma.

Produk perkumuhan juga berbeza-beza. Pernafasan aerobik berakhir dengan penghasilan karbon dioksida dan air, sementara respirasi aerobik perantaraannya bervariasi - seperti asid laktik, alkohol atau asid organik lain, misalnya.

Dari segi kelajuan, pernafasan aerobik memerlukan lebih lama. Oleh itu, proses anaerobik merupakan sumber tenaga yang cepat untuk organisma.

Rujukan

1. Baron, S. (1996). Mikrobiologi Perubatan. Edisi ke-4. Cawangan Perubatan Universiti Texas di Galveston.
2. Beckett, BS (1986). Biologi: pengenalan moden. Oxford University Press, Amerika Syarikat.
3. Fauque, GD (1995). Ekologi bakteria pengurangan sulfat. Dalam Bakteria Pengurangan Sulfat (hlm. 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikroba: sumber tenaga untuk abad ke-21. Penerbitan India Baru.
5. Wright, DB (2000). Fisiologi dan kesihatan manusia. Heinemann.