Respiration anaérobie

La respiration anaérobie est présente dans les procaryotes. Pixabay

Qu'est-ce que la respiration anaérobie?

La Respiration anaérobie o anaérobie est une modalité métabolique où l'énergie chimique est libérée en fonction des molécules organiques. L'accepteur final d'électrons de ce processus est une molécule autre que l'oxygène, comme l'ion nitrate ou les sulfates.

Les organismes qui présentent ce type de métabolisme sont des procaryotes et sont appelés organismes anaérobies. Les procaryotes strictement anaérobies ne peuvent vivre que dans des environnements où l'oxygène n'est pas présent, car il est très toxique et même mortel.

Certains micro-organismes - bactéries et levures - obtiennent leur énergie à travers le processus de fermentation. Dans ce cas, le processus ne nécessite pas d'oxygène ou d'une chaîne de convoyeur électronique. Après la glycolyse, une paire supplémentaire de réactions supplémentaires est ajoutée et le produit final peut être de l'alcool éthylique.

Pendant des années, l'industrie a profité de ce processus pour produire des produits d'intérêt pour la consommation humaine, comme le pain, le vin, la bière, entre autres.

Nos muscles sont également capables d'effectuer une respiration anaérobie. Lorsque ces cellules sont soumises à un effort intense, le processus de fermentation lactique commence, ce qui se traduit par l'accumulation de ce produit dans les muscles, créant de la fatigue.

Caractéristiques de la respiration anaérobie

L'énergie en forme d'ATP est obtenue

La respiration est le phénomène par lequel l'énergie est obtenue sous forme d'ATP, sur la base de diverses molécules organiques - principalement des glucides. Ce processus a lieu grâce à diverses réactions chimiques qui se produisent à l'intérieur des cellules.

Diverses sources d'énergie

Bien que la principale source d'énergie dans la plupart des organismes soit le glucose, d'autres molécules peuvent être utilisées pour l'extraction d'énergie, comme les autres sucres, les acides gras ou en cas de besoin extrême, les acides aminés - les blocs structurels des protéines.

L'énergie que chaque molécule est capable de libérer est quantifiée en joules. Les routes ou voies biochimiques des organismes pour la dégradation de ces molécules dépendent principalement de la présence ou non d'oxygène. De cette façon, nous pouvons classer la respiration en deux grands groupes: anaérobie et aérobie.

Accepteur final

Dans la respiration anaérobie, il existe une chaîne de convoyeurs électroniques qui génère de l'ATP, et l'accepteur final des électrons est une substance organique telle que les ions nitrates, les sulfates, entre autres.

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Différent de la fermentation

Il est important de ne pas confondre ce type de respiration anaérobie avec la fermentation. Les deux processus sont indépendants de l'oxygène, mais dans ce dernier, il n'y a pas de chaîne de convoyeur d'électrons.

Types de respiration anaérobie

Utilisation de nitrates comme accepteur d'électrons

Un large groupe de bactéries respiratoires anaérobies est cataloguée sous forme de nitrate réduisant les bactéries. Dans ce groupe, l'accepteur final de la chaîne de convoyeurs d'électrons est le No Ion₃^-.

Dans ce groupe, il existe différentes modalités physiologiques. Les réducteurs de nitrate peuvent être de type respiratoire, où l'ion ne₃^- Ça ne devient pas₂^-; Ils peuvent être dénitrifiants, où cet ion passe à n₂, ou du type d'assimilateur, où l'ion en question est transformé en NH₃.

Les donateurs d'électrons peuvent être pyruvate, succinate, lactate, glycérol, NADH, entre autres. L'organisme représentatif de ce métabolisme est la bactérie bien connue Escherichia coli.

Utilisation de sulfates comme accepteur d'électrons

Seules quelques espèces de bactéries anaérobies strictes sont capables de prendre l'ion sulfate et de le transformer en s^2- et de l'eau. Quelques substrats sont utilisés pour la réaction, parmi les plus courants, l'acide lactique et quatre acides dicarboxyliques en carbone.

Utilisation du dioxyde de carbone comme accepteur d'électrons

Les archaeas sont des organismes procaryotes qui habitent généralement les régions extrêmes et se caractérisent par des voies métaboliques très particulières.

L'une d'entre elles est les arches capables de produire du méthane et de l'atteindre à utiliser le dioxyde de carbone comme accepteur final. Le produit final de la réaction est le gaz méthane (ch₄).

Ces organismes ne vivent que dans des zones très spécifiques des écosystèmes, où la concentration d'hydrogène est élevée, car il s'agit de l'un des éléments nécessaires à la réaction - comme le fond des lacs ou le tube digestif de certains mammifères.

Différences entre la respiration anaérobie et la fermentation

Comme nous l'avons mentionné, la fermentation est un processus métabolique qui ne nécessite pas la présence d'oxygène. Notez que diffère de la respiration anaérobie mentionnée dans la section précédente par l'absence d'une chaîne de convoyeur électronique.

La fermentation est caractérisée par un processus qui libère de l'énergie à base de sucres ou d'autres molécules organiques, ne nécessite pas d'oxygène, n'a pas besoin d'une chaîne de convoyeur Krebs ou d'électrons, son accepteur final est une molécule organique et produit de petites quantités d'ATP - un ou deux.

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Une fois la cellule terminée le processus de glycolyse, il obtient deux molécules d'acide pyruvique pour chaque molécule de glucose.

Dans le cas où il n'y a pas de disponibilité en oxygène, la cellule peut recourir à la génération d'une molécule organique pour générer du NAD⁺ ou nadp⁺ qui peut à nouveau saisir un autre cycle de glycolyse.

Selon l'organisme qui effectue la fermentation, le produit final peut être de l'acide lactique, de l'éthanol, de l'acide propionique, de l'acide acétique, de l'acide butyrique, du butanol, de l'acétone, de l'alcool isopropylique, de l'acide succinique, de l'acide formique, du butanediol, entre autres.

Ces réactions sont également généralement associées à l'excrétion de dioxyde de carbone ou à des molécules de dihydrogène.

Exemples d'organismes à respiration anaérobie

Anaerobes stricts

Les micro-organismes affectés par la présence d'oxygène sont appelés stricts anaérobies, comme le sexe Clostridium.

Avoir un métabolisme anaérobie permet à ces micro-organismes de coloniser des environnements extrêmes dépourvus d'oxygène, où les organismes aérobies ne pouvaient pas habiter, comme des eaux très profondes, des sols ou le tube digestif de certains animaux.

Anaérobies en option

De plus, il existe des micro-organismes capables d'alterner entre le métabolisme de type aérobie et anaérobie, selon leurs besoins et leurs conditions environnementales.

Cependant, il existe des bactéries à respiration aérobie stricte qui ne peut que se développer et se développer dans des environnements riches en oxygène.

En sciences microbiologiques, la connaissance du type de métabolisme est un caractère qui aide à l'identification des micro-organismes.

Organismes avec la capacité de fermenter

De plus, il existe d'autres organismes capables d'effectuer des voies respiratoires sans avoir besoin d'oxygène ou de chaîne de convoyeurs, c'est-à-dire Ferment.

Parmi eux, nous trouvons certains types de levures (Saccharomyces), bactéries (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) Et même nos propres cellules musculaires. Pendant le processus, chaque espèce se caractérise par l'excrétation d'un produit différent.

Genre de Geobacter

Certains organismes du genre Geobacter, comme g. Métallireduzens et g. Sulfurreduzens Ils peuvent utiliser des substances humiques telles que les électrons donnent et utiliser du nitrate et / ou du fummarate comme accepteurs d'électrons.

En général, les organismes qui réalisent ce processus réduisent les nitrates (non₃^-) Nitritos (non₂^-) au moyen de l'enzyme nitrate réductase. À son tour, les nitrites peuvent être utilisés comme accepteurs d'électrons par d'autres organismes.

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Desulfovibrio Desulfuricans

Desulfovibrio Desulfuricans C'est une bactérie sulfate réductrice. Ce type de bactéries utilise du sulfate comme accepteur d'électrons finaux.

Anaeromyxobacter dehalogogogenans

Les organismes vivants ont une grande capacité à s'adapter, ce qui a permis à beaucoup d'utiliser plusieurs accepteurs d'électrons.

C'est le cas de Anaeromyxobacter dehalogogogenans, Une souche qui peut être utilisée comme accepteurs d'électrons, composés aussi différents que les nitrites, les nitrates, le fer, l'oxygène, le fumarate et même l'uranium.

Pertinence écologique

Du point de vue de l'écologie, la respiration anaérobie remplit les fonctions transcendantales au sein des écosystèmes. Ce processus se déroule dans différents habitats, tels que les sédiments marins ou les plans d'eau douce, les environnements des sols profonds, entre autres.

Certaines bactéries prennent des sulfates pour former du sulfure d'hydrogène et utiliser du carbonate pour la formation de méthane. D'autres espèces sont capables d'utiliser l'ion nitrate et de la réduire en ion nitrite, en oxyde nitreux ou en azote gazeux.

Ces processus sont vitaux dans les cycles naturels, à la fois pour l'azote et le soufre. Par exemple, la voie anaérobie est la principale voie par laquelle l'azote est fixe et capable de retourner dans l'atmosphère en forme de gaz.

Différences avec la respiration aérobie

La différence la plus évidente entre ces deux processus métaboliques est l'utilisation de l'oxygène. En aérobic, cette molécule agit comme accepteur d'électrons final.

L'énergie, la respiration aérobie est beaucoup plus rentable, car elle libère des quantités importantes d'énergies - environ 38 molécules ATP. En revanche, la respiration en l'absence d'oxygène est caractérisée par un nombre beaucoup plus petit d'ATP, qui varie considérablement en fonction du corps.

Les produits d'excrétion varient également. La respiration aérobie se termine par la production de dioxyde de carbone et d'eau, tandis que dans les produits intermédiaires aérobies variés - comme l'acide lactique, l'alcool ou d'autres acides organiques, par exemple.

En termes de vitesse, la respiration aérobie prend beaucoup plus de temps. Ainsi, le processus anaérobie représente pour les organismes une source d'énergie rapide.

Les références

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2. Beckett, B. S. (1986). Biologie: une introduction moderne. Oxford University Press, USA.