ANAEROBE ATMUNG: EIGENSCHAFTEN, TYPEN UND ORGANISMEN - BIOLOGIE - 2025

Die anaerobe Atmung oder der anaerobe Stoffwechselmodus, bei dem es sich um eine chemische Energie handelt, die auf organischen Molekülen basiert, wird freigesetzt. Der endgültige Elektronenakzeptor in diesem gesamten Prozess ist ein anderes Molekül als Sauerstoff, wie das Nitration oder die Sulfate.

Organismen, die diese Art von Stoffwechsel aufweisen, sind Prokaryoten und werden als anaerobe Organismen bezeichnet. Streng anaerobe Prokaryoten können nur in Umgebungen leben, in denen kein Sauerstoff vorhanden ist, da sie hochgiftig und sogar tödlich sind.

Anaerobe Atmung ist in Prokaryoten vorhanden.
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Bestimmte Mikroorganismen - Bakterien und Hefen - erhalten ihre Energie durch den Fermentationsprozess. In diesem Fall benötigt der Prozess weder Sauerstoff noch eine Elektronentransportkette. Nach der Glykolyse werden einige zusätzliche Reaktionen hinzugefügt und das Endprodukt kann Ethylalkohol sein.

Seit Jahren nutzt die Industrie dieses Verfahren, um Produkte herzustellen, die für den menschlichen Verzehr von Interesse sind, wie z. B. Brot, Wein, Bier.

Unsere Muskeln können auch anaerob atmen. Wenn diese Zellen intensiven Anstrengungen ausgesetzt sind, beginnt der Milchfermentationsprozess, der zur Akkumulation dieses Produkts in den Muskeln führt und zu Müdigkeit führt.

Eigenschaften

Atmung ist das Phänomen, durch das Energie in Form von ATP gewonnen wird, ausgehend von verschiedenen organischen Molekülen - hauptsächlich Kohlenhydraten. Dieser Prozess findet dank verschiedener chemischer Reaktionen statt, die in Zellen stattfinden.

Obwohl die Hauptenergiequelle in den meisten Organismen Glukose ist, können andere Moleküle zur Energiegewinnung verwendet werden, z. B. andere Zucker, Fettsäuren oder bei extremem Bedarf Aminosäuren - die Bausteine ​​von Proteinen.

Die Energie, die jedes Molekül freisetzen kann, wird in Joule quantifiziert. Die biochemischen Wege oder Wege von Organismen zum Abbau dieser Moleküle hängen hauptsächlich von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Sauerstoff ab. Auf diese Weise können wir die Atmung in zwei große Gruppen einteilen: anaerob und aerob.

Bei der anaeroben Atmung gibt es eine Elektronentransportkette, die ATP erzeugt, und der endgültige Akzeptor von Elektronen ist eine organische Substanz wie Nitrationen, Sulfate unter anderem.

Es ist wichtig, diese Art der anaeroben Atmung nicht mit der Fermentation zu verwechseln. Beide Prozesse sind unabhängig von Sauerstoff, aber in letzterem gibt es keine Elektronentransportkette.

Typen

Es gibt mehrere Wege, auf denen ein Organismus ohne Sauerstoff atmen kann. Wenn keine Elektronentransportkette vorhanden ist, wird die Oxidation organischer Stoffe mit der Reduktion anderer Atome aus der Energiequelle im Fermentationsprozess gekoppelt (siehe unten).

Im Fall einer Transportkette kann die Rolle des endgültigen Elektronenakzeptors von verschiedenen Ionen übernommen werden, darunter unter anderem Nitrat, Eisen, Mangan, Sulfate und Kohlendioxid.

Die Elektronentransportkette ist ein Oxidreduktionsreaktionssystem, das durch eine als oxidative Phosphorylierung bezeichnete Modalität zur Erzeugung von Energie in Form von ATP führt.

Die am Prozess beteiligten Enzyme befinden sich in den Bakterien, die an der Membran verankert sind. Prokaryoten haben diese Invaginationen oder Vesikel, die den Mitochondrien eukaryotischer Organismen ähneln. Dieses System variiert stark zwischen Bakterien. Die meisten Commons sind:

Verwendung von Nitraten als Elektronenakzeptor

Eine große Gruppe von Bakterien mit anaerober Atmung wird als nitratreduzierende Bakterien eingestuft. In dieser Gruppe ist der letzte Akzeptor der Elektronentransportkette , die NO ₃ ^- ion .

Innerhalb dieser Gruppe gibt es verschiedene physiologische Modalitäten. Nitratreduzierer können vom Atmungstyp sein, bei dem das Ion NO ₃ ^- zu NO ₂ ^{- wird} ; Sie können denitrifizierend sein, wenn das Ion zu N ₂ übergeht , oder vom assimilierenden Typ, bei dem das betreffende Ion in NH _{3 umgewandelt wird} .

Elektronendonoren können unter anderem Pyruvat, Succinat, Lactat, Glycerin und NADH sein. Der repräsentative Organismus dieses Stoffwechsels sind die bekannten Escherichia coli-Bakterien.

Verwendung von Sulfaten als Elektronenakzeptor

Nur wenige Arten streng anaerober Bakterien sind in der Lage, das Sulfation aufzunehmen und in S ^2- und Wasser umzuwandeln . Für die Reaktion werden einige wenige Substrate verwendet, darunter Milchsäure und Dicarbonsäuren mit vier Kohlenstoffatomen.

Verwendung von Kohlendioxid als Elektronenakzeptor

Archaea sind prokaryotische Organismen, die normalerweise in extremen Regionen leben und sich durch ganz bestimmte Stoffwechselwege auszeichnen.

Eine davon sind die Archaeen, die Methan produzieren können, und um dies zu erreichen, verwenden sie Kohlendioxid als Endakzeptor. Das Endprodukt der Reaktion ist Methangas (CH ₄ ).

Diese Organismen leben nur in ganz bestimmten Bereichen von Ökosystemen, in denen die Wasserstoffkonzentration hoch ist, da dies eines der für die Reaktion erforderlichen Elemente ist - wie der Grund von Seen oder der Verdauungstrakt bestimmter Säugetiere.

Fermentation

Weingärung

Wie bereits erwähnt, ist die Fermentation ein Stoffwechselprozess, bei dem kein Sauerstoff vorhanden sein muss. Beachten Sie, dass es sich von der im vorherigen Abschnitt erwähnten anaeroben Atmung durch das Fehlen einer Elektronentransportkette unterscheidet.

Die Fermentation ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ausgehend von Zuckern oder anderen organischen Molekülen Energie freisetzt, keinen Sauerstoff benötigt, keinen Krebszyklus oder keine Elektronentransportkette benötigt, ihr Endakzeptor ein organisches Molekül ist und geringe Mengen ATP produziert - eins oder zwei.

Sobald die Zelle den Glykolyseprozess abgeschlossen hat, erhält sie zwei Brenztraubensäuremoleküle für jedes Glukosemolekül.

Ohne Sauerstoffverfügbarkeit kann die Zelle auf die Erzeugung eines organischen Moleküls zurückgreifen, um die Erzeugung von NAD ⁺ oder NADP ^{+ zu erreichen} , die wieder in einen anderen Glykolysezyklus eintreten können.

Abhängig von dem Organismus, der die Fermentation durchführt, kann das Endprodukt unter anderem Milchsäure, Ethanol, Propionsäure, Essigsäure, Buttersäure, Butanol, Aceton, Isopropylalkohol, Bernsteinsäure, Ameisensäure, Butandiol sein.

Diese Reaktionen sind auch häufig mit der Ausscheidung von Kohlendioxid- oder Dihydrogenmolekülen verbunden.

Organismen mit anaerober Atmung

Der anaerobe Atmungsprozess ist typisch für Prokaryoten. Diese Gruppe von Organismen zeichnet sich durch das Fehlen eines echten Kerns (der durch eine biologische Membran begrenzt ist) und subzellulärer Kompartimente wie Mitochondrien oder Chloroplasten aus. Innerhalb dieser Gruppe befinden sich Bakterien und Archaeen.

Strenge Anaerobier

Mikroorganismen, die durch die Anwesenheit von Sauerstoff tödlich beeinflusst werden, werden als streng anaerob bezeichnet, wie beispielsweise die Gattung Clostridium.

Durch den Besitz eines anaeroben Stoffwechsels können diese Mikroorganismen extreme sauerstofffreie Umgebungen besiedeln, in denen aerobe Organismen nicht leben können, wie z. B. sehr tiefes Wasser, Böden oder der Verdauungstrakt einiger Tiere.

Fakultative Anaerobier

Darüber hinaus gibt es einige Mikroorganismen, die je nach Bedarf und Umgebungsbedingungen zwischen aerobem und anaerobem Stoffwechsel wechseln können.

Es gibt jedoch Bakterien mit strenger aerober Atmung, die nur in sauerstoffreichen Umgebungen wachsen und sich entwickeln können.

In den mikrobiologischen Wissenschaften hilft die Kenntnis der Art des Stoffwechsels bei der Identifizierung von Mikroorganismen.

Organismen mit der Fähigkeit zu fermentieren

Darüber hinaus gibt es andere Organismen, die in der Lage sind, Atemwege ohne Sauerstoff oder eine Transportkette zu erzeugen, dh sie fermentieren.

Unter ihnen finden wir einige Arten von Hefen (Saccharomyces), Bakterien (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) und sogar unsere eigenen Muskelzellen. Während des Prozesses wird jede Art dadurch charakterisiert, dass ein anderes Produkt ausgeschieden wird.

Ökologische Relevanz

Aus ökologischer Sicht erfüllt die anaerobe Atmung transzendentale Funktionen innerhalb von Ökosystemen. Dieser Prozess findet in verschiedenen Lebensräumen statt, wie z. B. marinen Sedimenten oder Süßwasserkörpern, unter anderem in tiefen Bodenumgebungen.

Einige Bakterien nehmen Sulfate zur Bildung von Schwefelwasserstoff und verwenden Carbonat zur Bildung von Methan. Andere Spezies sind in der Lage, das Nitration zu verwenden und es zu Nitrition, Lachgas oder Stickstoffgas zu reduzieren.

Diese Prozesse sind in natürlichen Kreisläufen sowohl für Stickstoff als auch für Schwefel von entscheidender Bedeutung. Beispielsweise ist der anaerobe Weg der Hauptweg, auf dem Stickstoff fixiert wird und als Gas in die Atmosphäre zurückkehren kann.

Unterschiede zur aeroben Atmung

Der offensichtlichste Unterschied zwischen diesen beiden Stoffwechselprozessen ist die Verwendung von Sauerstoff. In der Aerobic fungiert dieses Molekül als endgültiger Elektronenakzeptor.

Energetisch gesehen ist die aerobe Atmung viel vorteilhafter und setzt erhebliche Energiemengen frei - etwa 38 ATP-Moleküle. Im Gegensatz dazu ist die Atmung in Abwesenheit von Sauerstoff durch eine viel geringere Anzahl von ATP gekennzeichnet, die je nach Organismus stark variiert.

Ausscheidungsprodukte variieren ebenfalls. Die aerobe Atmung endet mit der Produktion von Kohlendioxid und Wasser, während bei der aeroben Atmung die Zwischenprodukte variiert werden - wie zum Beispiel Milchsäure, Alkohol oder andere organische Säuren.

In Bezug auf die Geschwindigkeit dauert die aerobe Atmung viel länger. Somit stellt der anaerobe Prozess eine schnelle Energiequelle für Organismen dar.

Verweise

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