Respiração anaeróbica

A respiração anaeróbica está presente em procariontes. Pixabay

O que é a respiração anaeróbica?

O Respiração anaeróbica o anaeróbico é uma modalidade metabólica em que a energia química é liberada com base em moléculas orgânicas. O aceitador final de elétrons desse processo é uma molécula que não seja oxigênio, como íon nitrato ou sulfatos.

Os organismos que apresentam esse tipo de metabolismo são procariontes e são chamados de organismos anaeróbicos. Os procariontes estritamente anaeróbios só podem viver em ambientes onde o oxigênio não está presente, pois é altamente tóxico e até letal.

Certos microorganismos - bactérias e leveduras - obtenham sua energia através do processo de fermentação. Nesse caso, o processo não requer oxigênio ou uma cadeia transportadora de elétrons. Após a glicólise, um par extra de reações extras é adicionado e o produto final pode ser álcool etílico.

Durante anos, a indústria aproveitou esse processo para produzir produtos de interesse para o consumo humano, como pão, vinho, cerveja, entre outros.

Nossos músculos também são capazes de realizar a respiração anaeróbica. Quando essas células estão sujeitas a intensos esforços, o processo de fermentação lático começa, o que se traduz no acúmulo deste produto nos músculos, criando fadiga.

Características da respiração anaeróbica

A energia em forma de ATP é obtida

A respiração é o fenômeno pelo qual a energia é obtida na forma de ATP, com base em várias moléculas orgânicas - principalmente carboidratos. Este processo ocorre graças a várias reações químicas que ocorrem dentro das células.

Várias fontes de energia

Embora a principal fonte de energia na maioria dos organismos seja a glicose, outras moléculas podem ser usadas para extração de energia, como outros açúcares, ácidos graxos ou em casos de extrema necessidade, aminoácidos - os blocos estruturais de proteínas.

A energia que cada molécula é capaz de liberar é quantificada em joules. As rotas bioquímicas ou rotas dos organismos para a degradação dessas moléculas dependem principalmente da presença ou não de oxigênio. Dessa forma, podemos classificar a respiração em dois grandes grupos: anaeróbico e aeróbico.

Aceitador final

Na respiração de anaerobia, há uma cadeia de transportadores de elétrons que gera ATP, e o aceitador final de elétrons é uma substância orgânica, como íon nitrato, sulfatos, entre outros.

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Diferente da fermentação

É importante não confundir esse tipo de respiração anaeróbica com fermentação. Ambos os processos são independentes do oxigênio, mas neste último não há cadeia transportadora de elétrons.

Tipos de respiração anaeróbica

Uso de nitratos como aceitador de elétrons

Um amplo grupo de bactérias da respiração anaeróbica é catalogada como bactérias reduzidas por nitrato. Nesse grupo, o aceitador final da cadeia de transportadores de elétrons é o não íon₃^-.

Dentro deste grupo, existem diferentes modalidades fisiológicas. Redutores de nitrato podem ser do tipo respiratório, onde o íon não₃^- Torna -se não₂^-; Eles podem ser desnitrificante, onde esse íon passa para n₂, ou do tipo assimilador, onde o íon em questão é transformado em NH₃.

Doadores de elétrons podem ser piruvados, succinatos, lactato, glicerol, NADH, entre outros. O organismo representativo deste metabolismo é a bactéria bem conhecida Escherichia coli.

Uso de sulfatos como aceitador de elétrons

Apenas algumas espécies de bactérias anaeróbicas estritas são capazes de pegar o íon sulfato e transformá -lo em s^2- e água. Alguns substratos são usados ​​para reação, entre os mais comuns são ácido lático e quatro ácidos dicarboxílicos de carbono.

Uso de dióxido de carbono como aceitador de elétrons

Os archaeas são organismos procarióticos que geralmente habitam regiões extremas e são caracterizadas por exibir vias metabólicas muito particulares.

Um deles é os arcos capazes de produzir metano e alcançá -lo, use dióxido de carbono como aceitador final. O produto final da reação é o gás metano (CH₄).

Esses organismos vivem apenas em áreas muito específicas dos ecossistemas, onde a concentração de hidrogênio é alta, pois é um dos elementos necessários para a reação - como o fundo dos lagos ou o trato digestivo de certos mamíferos.

Diferenças entre respiração anaeróbica e fermentação

Como mencionamos, a fermentação é um processo metabólico que não requer a presença de oxigênio a ser realizado. Observe que difere da respiração anaeróbica mencionada na seção anterior pela ausência de uma cadeia de transportadores de elétrons.

A fermentação é caracterizada por ser um processo que libera energia com base em açúcares ou outras moléculas orgânicas, não requer oxigênio, não precisa de uma cadeia de transportadores de Krebs ou elétrons, seu aceitador final é uma molécula orgânica e produz pequenas quantidades de ATP - um ou dois.

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Depois que a célula concluir o processo de glicólise, obtém duas moléculas de ácido pirúvico para cada molécula de glicose.

Caso não haja disponibilidade de oxigênio, a célula pode recorrer à geração de uma molécula orgânica para gerar NAD⁺ ou NADP⁺ que pode entrar em outro ciclo de glicólise novamente.

Dependendo do organismo que realiza fermentação, o produto final pode ser ácido lático, etanol, ácido propiônico, ácido acético, ácido butírico, butanol, acetona, álcool isopropílico, ácido succínico, ácido fórmico, butanodiol, entre outros.

Essas reações também são geralmente associadas à excreção de dióxido de carbono ou moléculas de di -hidrogênio.

Exemplos de organismos com respiração anaeróbica

Anaeróbios rigorosos

Os microorganismos afetados pela presença de oxigênio são chamados de anaeróbicos rigorosos, como o gênero Clostridium.

Ter um metabolismo anaeróbico permite que esses microorganismos colonizem ambientes extremos sem oxigênio, onde organismos aeróbicos não podiam habitar, como águas muito profundas, solos ou o trato digestivo de alguns animais.

Anaeróbios opcionais

Além disso, existem alguns microorganismos capazes de alternar entre metabolismo do tipo aeróbico e anaeróbico, dependendo de suas necessidades e condições ambientais.

No entanto, existem bactérias com respiração aeróbica estrita que só podem crescer e se desenvolver em ambientes ricos em oxigênio.

Nas ciências microbiológicas, o conhecimento do tipo de metabolismo é um personagem que ajuda a identificação de microorganismos.

Organismos com a capacidade de fermentar

Além disso, existem outros organismos capazes de realizar trato respiratório sem a necessidade de oxigênio ou cadeia transportadora, ou seja, fermentação.

Entre eles, encontramos alguns tipos de leveduras (Saccharomyces), bactérias (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) e até nossas próprias células musculares. Durante o processo, cada espécie é caracterizada por excretar um produto diferente.

Gênero Geobacter

Alguns organismos do gênero Geobacter, tais como G. Metalireduzens e G. Sulfurreduzens Eles podem usar substâncias húmicas, como os elétrons e usar nitrato e/ou fumarato como aceitadores de elétrons.

Em geral, os organismos que realizam esse processo reduzem os nitratos (não₃^-) Nitritos (não₂^-) por meio da enzima nitrato redutase. Por sua vez, os nitritos podem ser usados ​​como aceitadores de elétrons por outros organismos.

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Desulfovibrio desulfuricans

Desulfovibrio desulfuricans É uma bactéria de sulfato redutora. Esse tipo de bactéria usa sulfato como aceitador final de elétrons.

Anaeromioxobacter dehalogenanos

Os organismos vivos têm uma grande capacidade de se adaptar, o que permitiu que muitos usassem vários aceitadores de elétrons.

Este é o caso de Anaeromioxobacter dehalogenanos, Uma tensão que pode ser usada como aceitadores de elétrons, compostos tão diferentes quanto nitritos, nitratos, ferro, oxigênio, fumarato e até urânio.

Relevância ecológica

Do ponto de vista da ecologia, a respiração anaeróbica cumpre funções transcendentais dentro dos ecossistemas. Esse processo ocorre em diferentes habitats, como sedimentos marinhos ou corpos de água doce, ambientes profundos do solo, entre outros.

Algumas bactérias tomam sulfatos para formar sulfeto de hidrogênio e usar carbonato para formação de metano. Outras espécies são capazes de usar o íon nitrato e reduzi -lo ao íon nitrito, óxido nitroso ou nitrogênio gasoso.

Esses processos são vitais em ciclos naturais, tanto para nitrogênio quanto de enxofre. Por exemplo, a via anaeróbica é a principal rota pela qual o nitrogênio é fixo e capaz de retornar à atmosfera em forma de gás.

Diferenças com a respiração aeróbica

A diferença mais óbvia entre esses dois processos metabólicos é o uso de oxigênio. Na aeróbica, esta molécula atua como o aceitador final de elétrons.

Energia, a respiração aeróbica é muito mais lucrativa, pois libera quantidades importantes de energias - cerca de 38 moléculas ATP. Por outro lado, a respiração na ausência de oxigênio é caracterizada por um número muito menor de ATP, que varia amplamente dependendo do corpo.

Os produtos de excreção também variam. A respiração aeróbica termina com a produção de dióxido de carbono e água, enquanto em produtos intermediários aeróbicos são variados - como ácido lático, álcool ou outros ácidos orgânicos, por exemplo.

Em termos de velocidade, a respiração aeróbica leva muito mais tempo. Assim, o processo anaeróbico representa para os organismos uma fonte rápida de energia.

Referências

1. Baron, s. (mil novecentos e noventa e seis). Microbiology Medical. 4ª edição. Filial Médica da Universidade do Texas em Galveston.
2. Beckett, b. S. (1986). Biologia: uma introdução moderna. Oxford University Press, EUA.