Karakteristik, jenis, dan organisme respirasi anaerob



itu respirasi anaerob atau anaerob adalah modalitas metabolik di mana energi kimia dilepaskan mulai dari molekul organik. Akseptor elektron terakhir dari seluruh proses ini adalah molekul selain oksigen, seperti ion nitrat atau sulfat.

Organisme yang menghadirkan jenis metabolisme ini adalah prokariota dan disebut organisme anaerob. Prokariota yang benar-benar anaerob hanya dapat hidup di lingkungan di mana oksigen tidak ada, karena sangat beracun dan bahkan mematikan.

Mikroorganisme tertentu - bakteri dan ragi - mendapatkan energi mereka melalui proses fermentasi. Dalam hal ini, proses tidak memerlukan oksigen atau rantai transpor elektron. Setelah glikolisis, beberapa reaksi ekstra ditambahkan dan produk akhirnya dapat berupa etil alkohol.

Selama bertahun-tahun, industri telah mengambil keuntungan dari proses ini untuk menghasilkan produk yang menarik bagi konsumsi manusia, seperti roti, anggur, bir, dan lainnya..

Otot kita juga mampu melakukan respirasi anaerob. Ketika sel-sel ini mengalami upaya yang intens, proses fermentasi laktat dimulai, yang menghasilkan akumulasi produk ini di otot, menciptakan kelelahan..

Indeks

  • 1 Karakteristik
  • 2 Jenis
    • 2.1 Penggunaan nitrat sebagai akseptor elektron
    • 2.2 Penggunaan sulfat sebagai akseptor elektron
    • 2.3. Penggunaan karbon dioksida sebagai akseptor elektron
  • 3 Fermentasi
  • 4 Organisme dengan respirasi anaerob
    • 4.1 Anaerob yang ketat
    • 4.2 anaerob opsional
    • 4.3 Organisme dengan kemampuan memfermentasi
  • 5 Relevansi ekologis
  • 6 Perbedaan dengan pernapasan aerobik
  • 7 Referensi

Fitur

Pernapasan adalah fenomena di mana energi diperoleh dalam bentuk ATP, mulai dari berbagai molekul organik - terutama karbohidrat. Proses ini terjadi berkat berbagai reaksi kimia yang terjadi di dalam sel.

Meskipun sumber utama energi dalam sebagian besar organisme adalah glukosa, molekul lain dapat digunakan untuk ekstraksi energi, seperti gula lain, asam lemak atau dalam kasus yang sangat dibutuhkan, asam amino - blok bangunan struktural protein..

Energi yang dapat dilepaskan oleh setiap molekul diukur dalam joule. Rute atau jalur biokimia organisme untuk degradasi molekul-molekul ini terutama tergantung pada ada atau tidak adanya oksigen. Dengan cara ini, kita dapat mengklasifikasikan pernapasan menjadi dua kelompok besar: anaerob dan aerob.

Dalam respirasi anaerob, ada rantai transpor elektron yang menghasilkan ATP, dan akseptor elektron akhir adalah zat organik seperti ion nitrat, sulfat, antara lain.

Penting untuk tidak membingungkan jenis respirasi anaerobik ini dengan fermentasi. Kedua proses tidak tergantung pada oksigen, tetapi pada yang terakhir tidak ada rantai transpor elektron.

Jenis

Ada beberapa rute dimana organisme dapat bernafas tanpa oksigen. Jika tidak ada rantai transpor elektron, oksidasi bahan organik akan ditambah dengan reduksi atom-atom lain dari sumber energi dalam proses fermentasi (lihat di bawah).

Jika ada rantai konveyor, kertas akseptor elektron akhir dapat diambil oleh ion yang berbeda, di antaranya adalah nitrat, besi, mangan, sulfat, karbon dioksida, dan lainnya..

Rantai transpor elektron adalah sistem reaksi reduksi oksidasi yang mengarah pada produksi energi dalam bentuk ATP, oleh modalitas yang disebut fosforilasi oksidatif.

Enzim yang terlibat dalam proses ditemukan di dalam bakteri, berlabuh ke membran. Prokariota memiliki invaginasi atau vesikel yang menyerupai mitokondria organisme eukariotik. Sistem ini sangat bervariasi di antara bakteri. Yang paling umum adalah:

Penggunaan nitrat sebagai akseptor elektron

Sekelompok besar bakteri dengan respirasi anaerob dikatalogkan sebagai bakteri pereduksi nitrat. Dalam kelompok ini, akseptor terakhir dari rantai transpor elektron adalah ion NO3-.

Dalam kelompok ini ada modalitas fisiologis yang berbeda. Reduksi nitrat bisa dari tipe pernapasan di mana ion NO3- kebetulan TIDAK2-; dapat denitrifikasi, di mana ion tersebut menuju N2, atau dari jenis asimilasi di mana ion tersebut menjadi NH3.

Donor elektron dapat berupa piruvat, suksinat, laktat, gliserol, NADH, dan lainnya. Organisme representatif dari metabolisme ini adalah bakteri yang terkenal Escherichia coli.

Penggunaan sulfat sebagai akseptor elektron

Hanya beberapa spesies bakteri anaerob ketat yang dapat mengambil ion sulfat dan mengubahnya menjadi S2- dan air. Beberapa substrat digunakan untuk reaksi, di antara yang paling umum adalah asam laktat dan asam dikarboksilat empat karbon.

Penggunaan karbon dioksida sebagai akseptor elektron

Archaea adalah organisme prokariotik yang biasanya menghuni wilayah ekstrem, dan ditandai dengan menunjukkan jalur metabolisme yang sangat khusus.

Salah satunya adalah archaea yang mampu menghasilkan metana dan untuk mencapai ini mereka menggunakan karbon dioksida sebagai akseptor terakhir. Produk akhir dari reaksi adalah gas metana (CH4).

Organisme ini hanya mendiami wilayah ekosistem yang sangat spesifik, di mana konsentrasi hidrogennya tinggi, karena merupakan salah satu elemen yang diperlukan untuk reaksi - sebagai dasar danau atau saluran pencernaan mamalia tertentu.

Fermentasi

Seperti yang kami sebutkan, fermentasi adalah proses metabolisme yang tidak memerlukan keberadaan oksigen untuk dilakukan. Perhatikan bahwa ini berbeda dari respirasi anaerob yang disebutkan di bagian sebelumnya karena tidak adanya rantai transpor elektron.

Fermentasi ditandai dengan menjadi proses yang melepaskan energi dari gula atau molekul organik lainnya, tidak memerlukan oksigen, tidak memerlukan siklus Krebs atau rantai transpor elektron, akseptor akhirnya adalah molekul organik dan menghasilkan sejumlah kecil ATP - satu atau dua.

Setelah sel menyelesaikan proses glikolisis, sel memperoleh dua molekul asam piruvat untuk setiap molekul glukosa.

Jika tidak ada ketersediaan oksigen, sel dapat menggunakan generasi beberapa molekul organik untuk menghasilkan NAD+ atau NADP+ yang dapat memasuki siklus glikolisis lainnya.

Bergantung pada organisme yang melakukan fermentasi, produk akhirnya dapat berupa asam laktat, etanol, asam propionat, asam asetat, asam butirat, butanol, aseton, isopropil alkohol, asam suksinat, asam format, asam format, butanadiol, antara lain.

Reaksi ini juga biasanya dikaitkan dengan ekskresi karbon dioksida atau molekul dihidrogen.

Organisme dengan respirasi anaerob

Proses respirasi anaerobik adalah tipikal prokariota. Kelompok organisme ini ditandai oleh kurangnya nukleus sejati (dibatasi oleh membran biologis) dan kompartemen subselular, seperti mitokondria atau kloroplas. Dalam kelompok ini adalah bakteri dan archaea.

Anaerob yang ketat

Mikroorganisme yang terkena dampak mematikan dengan adanya oksigen disebut anaerob ketat, seperti jenis kelamin Clostridium.

Memiliki metabolisme tipe anaerobik memungkinkan mikroorganisme ini untuk berkoloni di lingkungan ekstrim yang kekurangan oksigen, di mana organisme aerob tidak dapat hidup, seperti perairan yang sangat dalam, tanah atau saluran pencernaan beberapa hewan..

Anaerob fakultatif

Selain itu, ada beberapa mikroorganisme yang dapat berganti-ganti antara metabolisme tipe aerob dan anaerob, tergantung pada kebutuhan Anda dan kondisi lingkungan..

Namun, ada bakteri dengan respirasi aerobik yang ketat yang hanya dapat tumbuh dan berkembang di lingkungan yang kaya oksigen.

Dalam ilmu mikrobiologis, pengetahuan tentang jenis metabolisme adalah karakter yang membantu identifikasi mikroorganisme.

Organisme dengan kemampuan memfermentasi

Selain itu, ada organisme lain yang mampu melakukan saluran udara tanpa perlu oksigen atau rantai konveyor, yaitu, mereka berfermentasi..

Di antara mereka kami menemukan beberapa jenis ragi (Saccharomyces), bakteri (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) dan bahkan sel otot kita sendiri. Selama proses berlangsung, setiap spesies dicirikan dengan mengeluarkan produk yang berbeda.

Relevansi ekologis

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

Beberapa bakteri mengambil sulfat untuk membentuk hidrogen sulfida dan menggunakan karbonat untuk pembentukan metana. Spesies lain dapat menggunakan ion nitrat dan menguranginya menjadi ion nitrit, nitro oksida atau gas nitrogen.

Proses ini sangat penting dalam siklus alami, baik untuk nitrogen maupun sulfur. Sebagai contoh, jalur anaerob adalah rute utama dimana nitrogen difiksasi dan dapat kembali ke atmosfer dalam bentuk gas..

Beda dengan pernapasan aerobik

Perbedaan paling jelas antara kedua proses metabolisme ini adalah penggunaan oksigen. Dalam aerobik, molekul ini bertindak sebagai akseptor elektron terakhir.

Secara energetik, respirasi aerobik jauh lebih menguntungkan, karena melepaskan sejumlah besar energi - sekitar 38 molekul ATP. Sebaliknya, bernafas tanpa oksigen ditandai dengan jumlah ATP yang jauh lebih rendah, yang sangat bervariasi tergantung pada organisme.

Produk ekskresi juga bervariasi. Respirasi aerobik berakhir dengan produksi karbon dioksida dan air, sedangkan dalam aerobik produk antara bervariasi - seperti asam laktat, alkohol atau asam organik lainnya, misalnya.

Dalam hal kecepatan, pernapasan aerobik membutuhkan waktu lebih lama. Dengan demikian, proses anaerob merupakan sumber energi yang cepat bagi organisme.

Referensi

  1. Baron, S. (1996). Mikrobiologi Medis Edisi ke-4. Cabang Medis Universitas Texas di Galveston.
  2. Beckett, B. S. (1986). Biologi: pengantar modern. Oxford University Press, AS.
  3. Fauque, G. D. (1995). Ekologi bakteri pereduksi sulfat. Masuk Bakteri Pengurangan Sulfat (hlm. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Mikroba: sumber energi untuk abad ke-21. Penerbitan India Baru.
  5. Wright, D. B. (2000). Fisiologi dan kesehatan manusia. Heinemann.