- Característiques
- tipus
- Utilització de nitrats com a acceptor d'electrons
- Utilització de sulfats com a acceptor d'electrons
- Utilització de diòxid de carboni com a acceptor d'electrons
- fermentació
- Organismes amb respiració anaeròbia
- anaerobis estrictes
- anaerobis facultatius
- Organismes amb la capacitat de fermentar
- rellevància ecològica
- Diferències amb la respiració aeròbica
- referències
La respiració anaeròbia o anaeròbica és una modalitat metabòlica on s'allibera energia química partint de molècules orgàniques. El acceptor final d'electrons de tot aquest procés és una molècula diferent a l'oxigen, com l'ió nitrat o sulfats.
Els organismes que presenten aquest tipus de metabolisme són procariotes i se'ls denomina organismes anaerobis. Els procariotes que són estrictament anaerobis només pot viure en ambients on l'oxigen no es troba present, ja que resulta altament tòxic i fins letal.
La respiració anaeròbica és present en els procariotes.
Font: pixabay.com
Certs microorganismes - bacteris i llevats - obtenen la seva energia a través de el procés de fermentació. En aquest cas, el procés no requereix d'oxigen ni una cadena transportadora d'electrons. Després de la glicòlisi, s'afegeixen un parell de reaccions extra i el producte final pot ser l'alcohol etílic.
Durant anys, la indústria s'ha aprofitat d'aquest procés per produir productes d'interès per al consum humà, com ho són el pa, el vi, la cervesa, entre altres.
Els nostres músculs també són capaços de dur a terme respiració anaeròbia. Quan aquestes cèl·lules són sotmeses a un esforç intens, comença el procés de fermentació làctica, que es tradueix en l'acumulació de l'aquest producte en els músculs, creant fatiga.
Característiques
La respiració és el fenomen mitjançant el qual s'obté energia en forma d'ATP, partint de diverses molècules orgàniques - principalment hidrats de carboni. Aquest procés té lloc gràcies a diverses reaccions químiques que ocorren en l'interior de les cèl·lules.
Tot i que la principal font en energia en la majoria dels organismes és la glucosa, altres molècules poden ser usades per a l'extracció d'energia, com altres sucres, àcids grassos o en casos d'extrema necessitat, aminoàcids - els blocs estructurals de les proteïnes.
L'energia que cada molècula és capaç d'alliberar es quantifica en joules. Les rutes o vies bioquímiques dels organismes per a la degradació d'aquestes molècules depenen principalment de la presència o no d'l'oxigen. D'aquesta manera, podem classificar a la respiració en dos grans grups: anaeròbia i aeròbica.
En la respiració anaeròbia, hi ha una cadena transportadora d'electrons que genera ATP, i l'acceptor final dels electrons és una substància orgànica com l'ió nitrat, sulfats, entre d'altres.
És important no confondre aquest tipus de respiració anaeròbia amb la fermentació. Tots dos processos són independents de l'oxigen, però en aquest últim no hi ha una cadena transportadora d'electrons.
tipus
Hi ha múltiples rutes per les quals un organisme pot respirar sense oxigen. Si no hi ha una cadena transportadora d'electrons, l'oxidació de la matèria orgànica serà acoblada amb la reducció d'altres àtoms de la font d'energia en el procés de fermentació (veure més endavant).
En cas que hi hagi una cadena transportadora, el paper de acceptor final d'electrons poden prendre-ho diversos ions, entre ells el nitrat, ferro, manganès, sulfats, diòxid de carboni, entre altres.
La cadena transportadora d'electrons és un sistema de reaccions òxid reducció que porta a la producció d'energia en forma d'ATP, per una modalitat anomenada fosforilació oxidativa.
Les enzims involucrats en el procés es troben a l'interior del bacteri, ancorades a la membrana. Els procariotes compten amb aquestes invaginacions o vesícules que recorden a les mitocòndries dels organismes eucariotes. Aquest sistema varia àmpliament entre els bacteris. Les més comunes són:
Utilització de nitrats com a acceptor d'electrons
Un ampli grup de bacteris amb respiració anaeròbia són catalogades com bacteris reductors de nitrats. En aquest grup, el acceptor final de la cadena transportadora d'electrons és l'ió NO 3 -.
Dins d'aquest grup hi ha diferents modalitats fisiològiques. Els reductors de nitrats poden ser de el tipus respiratoris on l'ió NO 3 - passa a ser NO 2 -; poden ser denitrificantes, on aquest ió passa a N 2, o bé de l'tipus assimilador on l'ió en qüestió es transforma en NH 3.
Els donadors d'electrons poden ser piruvat, succinat, lactat, glicerol, NADH, entre d'altres. L'organisme representatiu d'aquest metabolisme és la coneguda bacteri Escherichia coli.
Utilització de sulfats com a acceptor d'electrons
Només unes poques espècies de bacteris anaeròbics estrictes són capaços de prendre l'ió sulfat i convertir-lo en S 2- i aigua. Uns pocs substrats són usats per a la reacció, entre els més comuns estan l'àcid làctic i els àcids dicarboxílics de quatre carbonis.
Utilització de diòxid de carboni com a acceptor d'electrons
Les arqueobacteris són organismes procariotes que solen habitar regions extremes, i es caracteritzen per exhibir vies metabòliques molt particulars.
Una d'aquestes són les arqueges capaços de produir metà i per aconseguir-ho fan servir a l'diòxid de carboni com a acceptor final. El producte final de la reacció és gas metà (CH 4).
Aquests organismes només habiten en zones molt puntuals dels ecosistemes, on la concentració d'hidrogen sigui elevada, ja que és un dels elements necessaris per a la reacció - com a fons dels llacs o el tracte digestiu de certs mamífers.
fermentació
Fermentació de vi
Com hem esmentat, la fermentació és un procés metabòlic que no requereix la presència d'oxigen per dur-se a terme. Cal notar que difereix de la respiració anaeròbia esmentada en l'apartat anterior per l'absència d'una cadena transportadora d'electrons.
La fermentació es caracteritza per ser un procés que allibera energia partint de sucres o altres molècules orgàniques, no requereix d'oxigen, no necessita de cicle de Krebs o de cadena transportadora d'electrons, la seva acceptor final és una molècula orgànica i produeix petites quantitats d'ATP - una o dues.
Una vegada que la cèl·lula ha culminat el procés de glucòlisi, obté dues molècules d'àcid pirúvic per cada molècula de glucosa.
En cas que no hi hagi la disponibilitat d'oxigen, la cèl·lula pot recórrer a la generació d'alguna molècula orgànica per aconseguir generar el NAD + o NADP + que pot entrar novament a un altre cicle de glucòlisi.
Depenent de l'organisme que porta a terme la fermentació, el producte final pot ser àcid làctic, etanol, àcid propiònic, àcid acètic, àcid butíric, butanol, acetona, alcohol isopropílic, àcid succínic, àcid fòrmic, butanediol, entre d'altres.
Aquestes reaccions també solen estar associades amb l'excreció de diòxid de carboni o molècules de dihidrogen.
Organismes amb respiració anaeròbia
El procés de respiració anaeròbia és típic dels procariotes. Aquest grup d'organismes es caracteritza per no tenir un nucli veritable (delimitat per una membrana biològica) i compartiments subcel·lulars, com mitocòndries o cloroplasts. Dins d'aquest grup estan els bacteris i els arqueobacteris.
anaerobis estrictes
Als microorganismes que es veuen afectats de manera letal per la presència d'oxigen se'ls denomina anaeròbics estrictes, com el gènere Clostridium.
Posseir un metabolisme de l'tipus anaeròbic els permet a aquests microorganismes colonitzar ambients extrems mancats d'oxigen, on els organismes aeròbics no podrien habitar, com aigües molt profundes, terres o el tracte digestiu d'alguns animals.
anaerobis facultatius
Addicionalment, hi ha alguns microorganismes capaços d'alternar entre el metabolisme de tipus aeròbic i el de tipus anaeròbic, depenent de les seves necessitats i de les condicions de l'ambient.
No obstant això, hi ha bacteris amb respiració aeròbica estricta que només pot créixer i desenvolupar-se en ambients rics en oxigen.
En les ciències microbiològiques, el coneixement de l'tipus de metabolisme és un caràcter que ajuda a la identificació dels microorganismes.
Organismes amb la capacitat de fermentar
A més, hi ha altres organismes capaços de realitzar vies respiratòries sense necessitat d'oxigen ni cadena transportadora, és a dir, fermenten.
Entre ells trobem alguns tipus de llevats (Saccharomyces), bacteris (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) i fins a les nostres pròpies cèl·lules musculars. Durant el procés, cada espècie es caracteritza per excretar un producte diferent.
rellevància ecològica
Des del punt de vista de l'ecologia, la respiració anaeròbia compleix funcions transcendentals dins dels ecosistemes. Aquest procés té lloc en diferents hàbitat, com els sediments marins o de cossos d'aigua dolça, ambients profunds de terra, entre d'altres.
Alguns bacteris prenen sulfats per formar sulfur d'hidrogen i usen carbonat per a la formació de metà. Altres espècies són capaços d'usar l'ió nitrat i reduir-lo a ió nitrit, òxid nitrós o nitrogen gasós.
Aquests processos són vitals en els cicles naturals, tant per al nitrogen com per al sofre. Per exemple, la via anaeròbia és la ruta principal per la qual el nitrogen és fixat i és capaç de tornar a l'atmosfera en forma de gas.
Diferències amb la respiració aeròbica
La diferència més òbvia entre aquests dos processos metabòlics és la utilització de l'oxigen. A la aeròbica, aquesta molècula actua com a acceptor final d'electrons.
Energèticament, la respiració aeròbica és molt més profitosa, ja que allibera quantitats importants d'energies - prop de 38 molècules d'ATP. En contrast, la respiració en absència d'oxigen es caracteritza per un nombre molt menor d'ATP, que varia àmpliament depenent de l'organisme.
Els productes d'excreció també varien. La respiració aeròbica finalitza amb la producció de diòxid de carboni i aigua, mentre que a la aeròbica els productes intermediaris són variats - com l'àcid làctic, l'alcohol o altres àcids orgànics, per exemple.
En termes de rapidesa, la respiració aeròbica pren molt més temps. Així, el procés anaeròbic representa per als organismes una font ràpida d'energia.
referències
- Baron, S. (1996). Medical Microbiology. 4th edition. University of Texas Medical Branch at Galveston.
- Beckett, BS (1986). Biology: a modern introduction. Oxford University Press, USA.
- Fauque, GD (1995). Ecology of sulfate-Reducing bacteri. In Sulfate-Reducing Bacteri (pp. 217-241). Springer, Boston, MA.
- Soni, SK (2007). Microbes: a source of energy for 21st century. New Índia Publishing.
- Wright, DB (2000). Human physiology and health. Heinemann.