- Definíció
- Áttekintés
- Anaerob vs. aerob légzés
- Hasonlóságok
- Különbségek
- Celluláris légzés a különböző szervezetekben
- Anaerobic Respiration Equations
- Examples of Anaerobic Respiration
- Sore Muscles and Lactic Acid
- Yeasts and Alcoholic Drinks
- Methanogenezis és veszélyes házi főzetek
- Svájci sajt és a propionsav
- Vinegar and Acetogenesis
- Quiz
- Bibliography
Definíció
Az anaerob légzés a légzésnek az a típusa, amelynek során a sejtek oxigén hiányában képesek cukrokat lebontani, hogy energiát nyerjenek. Ez ellentétben áll az aerob légzés rendkívül hatékony folyamatával, amely oxigénre támaszkodik az energiatermeléshez.
A molekuláris oxigén a légzés leghatékonyabb elektronakceptora, mivel nagy affinitása van az elektronok iránt. Egyes élőlények azonban úgy fejlődtek ki, hogy más végső elektronakceptorokat használnak, és mint ilyenek, oxigén nélkül is képesek légzést végezni.
Áttekintés
A respiráció kulcsfontosságú a sejt túlélése szempontjából, mert ha nem tud energiát felszabadítani az üzemanyagokból, akkor nem lesz elegendő energiája a normál funkcióinak működtetéséhez. Ez az oka annak, hogy a levegőben lélegző szervezetek állandó oxigénellátás nélkül olyan gyorsan elpusztulnak: a sejtjeink nem tudnak elegendő energiát előállítani ahhoz, hogy nélküle életben maradjanak.
Az oxigén helyett az anaerob sejtek olyan anyagokat használnak a sejtlégzés működtetéséhez, mint a szulfát, a nitrát, a kén és a fumarát. Sok sejt képes aerob vagy anaerob légzést végezni, attól függően, hogy rendelkezésre áll-e oxigén.
Anaerob vs. aerob légzés
Hasonlóságok
Az aerob és az anaerob légzés is olyan módszer, amellyel energiát nyerünk egy táplálékforrásból, például zsírokból vagy cukrokból. Mindkét folyamat egy hat szénatomos cukormolekula 2 három szénatomos piruvátmolekulára történő felhasításával kezdődik a glikolízisnek nevezett folyamat során. Ez a folyamat két ATP-molekulát fogyaszt el, és négy ATP-t hoz létre, így minden egyes felhasított cukormolekulára nettó két ATP jut.
Az aerob és az anaerob légzésben egyaránt a két piruvátmolekula egy másik reakciósorozaton megy keresztül, amely az elektronszállító láncok segítségével további ATP-t hoz létre.
Ezek a reakciók elektronakceptort igényelnek – legyen az oxigén, szulfát, nitrát stb. – a működésükhöz.
Néhány baktérium és archaea csak anaerob légzésre képes. Sok más szervezet aerob vagy anaerob légzést is végezhet, attól függően, hogy van-e jelen oxigén.
Az emberek és más állatok az életben maradáshoz az aerob légzésre támaszkodnak, de oxigén hiányában anaerob légzéssel képesek meghosszabbítani sejtjeik életét vagy teljesítményét.
Különbségek
A glikolízis után mind az aerob, mind az anaerob sejtek a két piruvátmolekulát kémiai reakciók sorozatán küldik keresztül, hogy több ATP-t hozzanak létre, és elektronokat vonjanak ki az elektronszállító láncban való felhasználásra.
Az azonban, hogy melyek ezek a reakciók, és hol történnek, az aerob és az anaerob légzés között változik
Aerob légzés során az elektronszállító lánc és a légzés legtöbb kémiai reakciója a mitokondriumokban zajlik. A mitokondrium membránrendszere sokkal hatékonyabbá teszi a folyamatot, mivel a légzés kémiai reakcióit egyetlen kis térben koncentrálja.
Az anaerob légzés ezzel szemben jellemzően a citoplazmában zajlik. Ennek oka, hogy a legtöbb sejt, amely kizárólag anaerob légzést végez, nem rendelkezik specializált organellumokkal. A reakciósorozat az anaerob légzésben jellemzően rövidebb, és oxigén helyett egy végső elektronakceptort, például szulfátot, nitrátot, ként vagy fumarátot használ.
Az anaerob légzés emésztett cukormolekulánként kevesebb ATP-t is termel, mint az aerob légzés, így a sejtek energiatermelésének kevésbé hatékony módszere. Ráadásul különböző hulladéktermékeket is termel – egyes esetekben alkoholt is!
Celluláris légzés a különböző szervezetekben
A szervezeteket aszerint lehet osztályozni, hogy milyen típusú sejtlégzést végeznek.
- Kötelező aerobok – olyan szervezetek, amelyek oxigén nélkül nem képesek életben maradni. Az ember például obligát aerob.
- Obligát anaerobok – olyan szervezetek, amelyek oxigén jelenlétében nem tudnak életben maradni. Bizonyos baktériumfajok obligát anaerobok, például a Clostridium tetani, amely tetanuszt okoz.
- Aerotoleráns szervezetek – olyan szervezetek, amelyek képesek oxigén jelenlétében élni, de nem használják azt a növekedéshez. Például a Streptococcus baktérium, amely a torokgyíkot okozza.
- Fakultatív aerobok – olyan szervezetek, amelyek képesek oxigént használni a növekedéshez, de képesek anaerob légzésre is. Például a Saccharomyces cerevisiae, amely a sörfőzésben használt élesztő.
A tudósok egy egyszerű kísérleti elrendezéssel, a tioglikolátleves segítségével osztályozhatják így a mikrobákat. Ez a táptalaj különböző oxigénkoncentrációkat tartalmaz, gradienst létrehozva. Ennek oka az oxigént fogyasztó nátrium-tioglikolát jelenléte és a levegőből történő folyamatos oxigénellátás; a cső tetején oxigén lesz jelen, az alján pedig nem lesz oxigén.
<h2title=”Típusok”>Az anaerob légzés típusai
Az anaerob légzés típusai olyan változatosak, mint az elektronakceptorok. Az anaerob légzés fontos típusai közé tartoznak:
- Tejsavas erjedés – Az anaerob légzés ezen típusában a glükóz két tejsavmolekulára bomlik, így két ATP keletkezik. Bizonyos baktériumtípusokban és néhány állati szövetben, például az izomsejtekben fordul elő
- Alkoholos erjedés – Az anaerob légzés ezen típusában a glükóz etanollá vagy etil-alkohollá hasad. Ez a folyamat szintén két ATP-t termel cukormolekulánként. Ez az élesztőben, sőt egyes halfajokban, például az aranyhalakban is előfordul.
- Az erjedés egyéb típusai – Az erjedés egyéb típusait egyes baktériumok és archaea fajok végzik. Ezek közé tartozik a propionsav-erjedés, vajsav-erjedés, oldószeres erjedés, vegyes savas erjedés, butándiol-erjedés, Stickland-erjedés, acetogenezis és metanogenezis.
Anaerobic Respiration Equations
The equations for the two most common types of anaerobic respiration are:
• Lactic acid fermentation:
C6H12O6 (glucose)+ 2 ADP + 2 pi → 2 lactic acid + 2 ATP
• Alcoholic fermentation:
C6H12O6 (glucose) + 2 ADP + 2 pi → 2 C2H5OH (ethanol) + 2 CO2 + 2 ATP
Examples of Anaerobic Respiration
Sore Muscles and Lactic Acid
During intense exercise, our muscles use oxygen to produce ATP faster than we can supply it.
When this happens, muscle cells can perform glycolysis faster than they can supply oxygen to the mitochondrial electron transport chain.
The result is that anaerobic respiration and lactic acid fermentation occurs within our cells – and after prolonged exercise, the built-up lactic acid can make our muscles sore!
Yeasts and Alcoholic Drinks
Az olyan alkoholos italokat, mint a bor és a whisky, általában úgy állítják elő, hogy az alkoholos erjedést végző élesztőket cukor és egyéb ízesítő vegyületek oldatával palackozzák.
Az élesztők komplex szénhidrátokat, köztük a burgonyában, a szőlőben, a kukoricában és sok más gabonában találhatóakat is képesek cukorforrásként felhasználni a sejtlégzéshez.
Az élesztő és az üzemanyagforrás légmentes palackba helyezése biztosítja, hogy ne legyen körülötte elegendő oxigén, és így az élesztő anaerob légzésre tér át. Ezáltal alkohol keletkezik.
Az alkohol valójában mérgező az azt előállító élesztők számára – ha az alkoholkoncentráció elég magas lesz, az élesztő elpusztul.
Ezért nem lehet 30%-nál nagyobb alkoholtartalmú bort vagy sört főzni. A lepárlással azonban, amely elválasztja az alkoholt a főzet más összetevőitől, az alkohol koncentrálható, és olyan szeszes italok, mint a vodka, állíthatók elő.
Methanogenezis és veszélyes házi főzetek
Az alkoholos erjedés sajnos nem az egyetlen erjedés, amely növényi anyagokban végbemehet. A cellulóz erjedéséből egy másik alkohol, a metanol is előállítható. Ez metanol-mérgezést okozhat.
A “holdfény” – az olcsó, házilag főzött alkohol, amely a rossz főzési és lepárlási eljárások miatt gyakran nagy mennyiségű metanolt tartalmaz – veszélyeit a 20. században, a szesztilalom idején hirdették.
A metanol-mérgezésből eredő halálesetek és idegkárosodások még mindig problémát jelentenek azokon a területeken, ahol az emberek megpróbálnak olcsón alkoholt főzni. Ha tehát sörfőzőnek készülsz, mindenképpen végezd el a házi feladatodat!
Svájci sajt és a propionsav
A propionsavas erjesztés adja a svájci sajt jellegzetes ízét. A svájci sajtban lévő lyukakat valójában a propionsavas erjedést alkalmazó baktérium hulladéktermékeként felszabaduló szén-dioxid gáz buborékai okozzák.
A 20. századi szigorúbb higiéniai előírások bevezetése után sok svájci sajtgyártó értetlenül állt azelőtt, hogy a sajtjuk elveszítette a lyukakat – és az ízét.
A bűnösnek egy bizonyos propionsavat termelő baktérium hiányát találták. Ez a baktérium az idők folyamán a tehenek által megevett szénából került be szennyeződésként. De miután szigorúbb higiéniai előírásokat vezettek be, ez már nem történt meg!
Ezt a baktériumot ma már szándékosan adják hozzá a gyártás során, hogy a svájci sajt ízletes maradjon, és megőrizze azonnal felismerhető lyukas megjelenését.
Vinegar and Acetogenesis
Bacteria that perform acetogenesis are responsible for the making of vinegar, which consists mainly of acetic acid.
Vinegar actually requires two fermentation processes, because the bacteria that make acetic acid require alcohol as fuel!
As such, vinegar is first fermented into an alcoholic preparation, such as wine. The alcoholic mixture is then fermented again using the acetogenic bacteria.