HÔ HẤP KỴ KHÍ: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI HÌNH VÀ SINH VẬT - SINH HỌC - 2026

Các hô hấp kỵ khí hoặc chế độ trao đổi chất kỵ khí mà là một năng lượng hóa học dựa trên các phân tử hữu cơ được phát hành. Chất nhận electron cuối cùng trong toàn bộ quá trình này là một phân tử không phải là oxy, chẳng hạn như ion nitrat hoặc sulfat.

Các sinh vật thực hiện kiểu trao đổi chất này là sinh vật nhân sơ và được gọi là sinh vật kỵ khí. Sinh vật nhân sơ hoàn toàn kỵ khí chỉ có thể sống trong môi trường không có oxy, vì nó có độc tính cao và thậm chí gây chết người.

Hô hấp kỵ khí có ở sinh vật nhân sơ.
Nguồn: pixabay.com

Một số vi sinh vật - vi khuẩn và nấm men - thu được năng lượng của chúng thông qua quá trình lên men. Trong trường hợp này, quá trình không cần oxy hoặc chuỗi vận chuyển điện tử. Sau khi đường phân, một vài phản ứng xảy ra thêm và sản phẩm cuối cùng có thể là rượu etylic.

Trong nhiều năm, ngành công nghiệp này đã tận dụng quy trình này để sản xuất các sản phẩm phục vụ nhu cầu của con người, chẳng hạn như bánh mì, rượu, bia, v.v.

Cơ của chúng ta cũng có khả năng hô hấp kỵ khí. Khi các tế bào này phải gắng sức với cường độ cao, quá trình lên men lactic bắt đầu, dẫn đến tích tụ sản phẩm này trong cơ bắp, tạo ra sự mệt mỏi.

nét đặc trưng

Hô hấp là hiện tượng năng lượng thu được dưới dạng ATP, bắt đầu từ các phân tử hữu cơ khác nhau - chủ yếu là carbohydrate. Quá trình này diễn ra nhờ các phản ứng hóa học khác nhau diễn ra bên trong tế bào.

Mặc dù nguồn năng lượng chính của hầu hết các sinh vật là glucose, nhưng các phân tử khác có thể được sử dụng để khai thác năng lượng, chẳng hạn như các loại đường khác, axit béo hoặc trong những trường hợp cực kỳ cần thiết, axit amin - thành phần cấu tạo của protein.

Năng lượng mà mỗi phân tử có khả năng giải phóng được định lượng bằng jun. Các con đường hoặc con đường sinh hóa của sinh vật đối với sự phân hủy các phân tử nói trên phụ thuộc chủ yếu vào sự có mặt hoặc không có oxy. Theo cách này, chúng ta có thể phân loại hô hấp thành hai nhóm lớn: kỵ khí và hiếu khí.

Trong hô hấp kỵ khí, có một chuỗi vận chuyển điện tử tạo ra ATP, và chất nhận điện tử cuối cùng là một chất hữu cơ như ion nitrat, sunfat, trong số những chất khác.

Điều quan trọng là không được nhầm lẫn kiểu hô hấp kỵ khí này với quá trình lên men. Cả hai quá trình đều độc lập với oxy, nhưng trong quá trình sau không có chuỗi vận chuyển điện tử.

Các loại

Có nhiều con đường mà sinh vật có thể thở mà không cần oxy. Nếu không có chuỗi vận chuyển electron, quá trình oxy hóa chất hữu cơ sẽ đi đôi với sự khử các nguyên tử khác từ nguồn năng lượng trong quá trình lên men (xem bên dưới).

Trong trường hợp có một chuỗi vận chuyển, vai trò của chất nhận electron cuối cùng có thể được thực hiện bởi các ion khác nhau, bao gồm nitrat, sắt, mangan, sulfat, carbon dioxide, trong số những ion khác.

Chuỗi vận chuyển điện tử là một hệ thống phản ứng khử oxit dẫn đến sản xuất năng lượng dưới dạng ATP, theo một phương thức được gọi là quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.

Các enzym tham gia vào quá trình này được tìm thấy bên trong vi khuẩn, được gắn chặt vào màng. Các sinh vật nhân sơ có các lỗ hoặc túi xâm nhập này giống như ty thể của sinh vật nhân thực. Hệ thống này rất khác nhau giữa các vi khuẩn. Những điểm chung nhất là:

Sử dụng nitrat làm chất nhận điện tử

Một nhóm lớn vi khuẩn hô hấp kỵ khí được xếp vào nhóm vi khuẩn khử nitrat. Trong nhóm này, người chấp nhận cuối cùng của chuỗi vận chuyển electron là NO ₃ ^- ion .

Trong nhóm này có các phương thức sinh lý khác nhau. Các chất khử nitrat có thể thuộc loại hô hấp trong đó ion NO ₃ ^- trở thành NO ₂ ^- ; Chúng có thể là loại khử nitơ, trong đó ion đã nói chuyển sang N ₂ , hoặc thuộc loại đồng hóa trong đó ion được đề cập được chuyển thành NH ₃ .

Người cho điện tử có thể là pyruvate, succinate, lactate, glycerol, NADH, trong số những chất khác. Sinh vật đại diện của quá trình chuyển hóa này là vi khuẩn Escherichia coli nổi tiếng.

Sử dụng sunfat làm chất nhận điện tử

Chỉ một số loài vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt có khả năng lấy ion sunfat và chuyển nó thành S ^2- và nước. Một số cơ chất được sử dụng cho phản ứng, trong đó phổ biến nhất là axit lactic và axit bốn cacbon dicacboxylic.

Sử dụng carbon dioxide làm chất nhận điện tử

Archaea là các sinh vật nhân sơ thường sống ở các vùng cực đoan và có đặc điểm là biểu hiện các con đường trao đổi chất rất đặc biệt.

Một trong số đó là loài vi khuẩn cổ có khả năng tạo ra mêtan và để đạt được điều này, chúng sử dụng carbon dioxide làm chất nhận cuối cùng. Sản phẩm cuối cùng của phản ứng là khí metan (CH ₄ ).

Những sinh vật này chỉ sống ở những khu vực rất cụ thể của hệ sinh thái, nơi có nồng độ hydro cao, vì nó là một trong những nguyên tố cần thiết cho phản ứng - chẳng hạn như đáy hồ hoặc đường tiêu hóa của một số động vật có vú.

Lên men

Lên men rượu

Như chúng tôi đã đề cập, lên men là một quá trình trao đổi chất không cần sự hiện diện của oxy để diễn ra. Lưu ý rằng nó khác với hô hấp kỵ khí được đề cập ở phần trước bởi sự vắng mặt của chuỗi vận chuyển điện tử.

Lên men có đặc điểm là một quá trình giải phóng năng lượng bắt đầu từ đường hoặc các phân tử hữu cơ khác, không cần oxy, không cần chu trình Krebs hoặc chuỗi vận chuyển electron, chất nhận cuối cùng của nó là một phân tử hữu cơ và tạo ra một lượng nhỏ ATP. - một hoặc hai.

Khi tế bào đã hoàn thành quá trình đường phân, nó thu được hai phân tử axit pyruvic cho mỗi phân tử glucoza.

Trong trường hợp không có oxy, tế bào có thể dùng đến việc tạo ra một số phân tử hữu cơ để tạo ra NAD ⁺ hoặc NADP ⁺ có thể bước vào một chu trình đường phân khác một lần nữa.

Tùy thuộc vào sinh vật thực hiện quá trình lên men, sản phẩm cuối cùng có thể là axit lactic, etanol, axit propionic, axit axetic, axit butyric, butanol, axeton, rượu isopropyl, axit succinic, axit formic, butanediol, trong số những loại khác.

Những phản ứng này cũng thường liên quan đến việc bài tiết các phân tử carbon dioxide hoặc dihydrogen.

Các sinh vật hô hấp kỵ khí

Quá trình hô hấp kỵ khí là đặc trưng của sinh vật nhân sơ. Nhóm sinh vật này có đặc điểm là thiếu nhân thực sự (được phân định bằng màng sinh học) và các ngăn dưới tế bào, chẳng hạn như ti thể hoặc lục lạp. Trong nhóm này có vi khuẩn và vi khuẩn cổ.

Vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt

Các vi sinh vật bị ảnh hưởng chết người khi có oxy được gọi là kỵ khí nghiêm ngặt, chẳng hạn như chi Clostridium.

Sở hữu một quá trình trao đổi chất kỵ khí cho phép những vi sinh vật này sống trong môi trường khắc nghiệt không có oxy, nơi các sinh vật hiếu khí không thể cư trú, chẳng hạn như vùng nước rất sâu, đất hoặc đường tiêu hóa của một số động vật.

Vi khuẩn kỵ khí nuôi cấy

Ngoài ra, có một số vi sinh vật có khả năng xen kẽ giữa chuyển hóa hiếu khí và kỵ khí, tùy thuộc vào nhu cầu và điều kiện môi trường của chúng.

Tuy nhiên, có những vi khuẩn hô hấp hiếu khí nghiêm ngặt chỉ có thể sinh trưởng và phát triển trong môi trường giàu oxy.

Trong khoa học vi sinh vật, kiến ​​thức về kiểu trao đổi chất là một đặc điểm giúp xác định vi sinh vật.

Các sinh vật có khả năng lên men

Ngoài ra, có những sinh vật khác có khả năng tạo đường thở mà không cần oxy hoặc chuỗi vận chuyển, tức là chúng lên men.

Trong số đó, chúng ta tìm thấy một số loại nấm men (Saccharomyces), vi khuẩn (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) và thậm chí cả tế bào cơ của chính chúng ta. Trong quá trình này, mỗi loài có đặc điểm là bài tiết một sản phẩm khác nhau.

Liên quan đến sinh thái

Theo quan điểm của sinh thái học, hô hấp kỵ khí thực hiện các chức năng siêu việt trong hệ sinh thái. Quá trình này diễn ra trong các môi trường sống khác nhau, chẳng hạn như trầm tích biển hoặc các vùng nước ngọt, môi trường đất sâu, trong số những môi trường khác.

Một số vi khuẩn lấy sunfat để tạo thành hydro sunfua và sử dụng cacbonat để tạo metan. Các loài khác có khả năng sử dụng ion nitrat và khử nó thành ion nitrit, oxit nitơ hoặc khí nitơ.

Các quá trình này rất quan trọng trong các chu trình tự nhiên, đối với cả nitơ và lưu huỳnh. Ví dụ, con đường kỵ khí là con đường chính mà nitơ được cố định và có thể quay trở lại khí quyển dưới dạng khí.

Sự khác biệt với hô hấp hiếu khí

Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa hai quá trình trao đổi chất này là việc sử dụng oxy. Trong thể dục nhịp điệu, phân tử này hoạt động như một chất nhận electron cuối cùng.

Về mặt sinh lực, hô hấp hiếu khí có lợi hơn nhiều, giải phóng một lượng năng lượng đáng kể - khoảng 38 phân tử ATP. Ngược lại, hô hấp trong điều kiện thiếu oxy được đặc trưng bởi số lượng ATP thấp hơn nhiều, rất khác nhau tùy thuộc vào sinh vật.

Sản phẩm của quá trình bài tiết cũng khác nhau. Hô hấp hiếu khí kết thúc bằng việc tạo ra carbon dioxide và nước, trong khi trong hô hấp hiếu khí, các chất trung gian rất đa dạng - chẳng hạn như axit lactic, rượu, hoặc các axit hữu cơ khác.

Về tốc độ, hô hấp hiếu khí diễn ra lâu hơn nhiều. Như vậy, quá trình kỵ khí thể hiện một nguồn năng lượng nhanh chóng cho sinh vật.

Người giới thiệu

1. Baron, S. (1996). Vi sinh y tế. Phiên bản thứ 4. Chi nhánh Y tế Đại học Texas tại Galveston.
2. Beckett, BS (1986). Sinh học: một giới thiệu hiện đại. Nhà xuất bản Đại học Oxford, Hoa Kỳ.
3. Fauque, GD (1995). Hệ sinh thái của vi khuẩn khử sunfat. Trong vi khuẩn khử sulfat (trang 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Vi khuẩn: nguồn năng lượng cho thế kỷ 21. Ấn Độ mới xuất bản.
5. Được rồi, DB (2000). Sinh lý và sức khỏe con người. Heinemann.