Respiração anaeróbica: características, tipos e organismos

A respiração anaeróbica ou modo metabólica anaeróbia, que é um produto químico de energia com base em moléculas orgânicas é libertado. O aceitador final de elétrons de todo esse processo é uma molécula que não é oxigênio, como íons nitrato ou sulfatos.

Os organismos que apresentam esse tipo de metabolismo são procariontes e são chamados organismos anaeróbicos. Os procariontes estritamente anaeróbicos só podem viver em ambientes onde o oxigênio não está presente, pois é altamente tóxico e até letal.

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A respiração anaeróbica está presente nos procariontes.
Fonte: pixabay.com

Certos microorganismos – bactérias e leveduras – obtêm sua energia através do processo de fermentação . Nesse caso, o processo não requer oxigênio ou uma cadeia de transporte de elétrons. Após a glicólise , são adicionadas algumas reações extras e o produto final pode ser álcool etílico .

Durante anos, a indústria aproveitou esse processo para produzir produtos de interesse para o consumo humano, como pão, vinho, cerveja, entre outros.

Nossos músculos também são capazes de realizar respiração anaeróbica. Quando essas células são submetidas a um intenso esforço, inicia-se o processo de fermentação láctica, que resulta no acúmulo desse produto nos músculos, criando fadiga.

Caracteristicas

A respiração é o fenômeno pelo qual a energia é obtida na forma de ATP , a partir de várias moléculas orgânicas – principalmente carboidratos. Este processo ocorre graças a várias reações químicas que ocorrem dentro das células.

Embora a principal fonte de energia na maioria dos organismos seja a glicose, outras moléculas podem ser usadas para a extração de energia, como outros açúcares, ácidos graxos ou, em casos de extrema necessidade, aminoácidos – os blocos estruturais das proteínas.

A energia que cada molécula é capaz de liberar é quantificada em joules. As rotas ou vias bioquímicas dos organismos para a degradação dessas moléculas dependem principalmente da presença ou não de oxigênio.Dessa maneira, podemos classificar a respiração em dois grandes grupos: anaeróbico e aeróbico.

Na respiração anaeróbica, existe uma cadeia de transporte de elétrons que gera ATP, e o aceitador final de elétrons é uma substância orgânica, como íons nitrato, sulfatos, entre outros.

É importante não confundir esse tipo de respiração anaeróbica com fermentação. Ambos os processos são independentes do oxigênio, mas neste último não há cadeia de transporte de elétrons.

Tipos

Existem várias rotas pelas quais um organismo pode respirar sem oxigênio. Se não houver cadeia de transporte de elétrons, a oxidação da matéria orgânica será acoplada à redução de outros átomos da fonte de energia no processo de fermentação (veja abaixo).

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Se houver uma cadeia transportadora, o papel final de aceitador de elétrons pode ser assumido por vários íons, incluindo nitrato, ferro, manganês, sulfatos, dióxido de carbono, entre outros.

A cadeia de transporte de elétrons é um sistema de reações de redução da oxidação que leva à produção de energia na forma de ATP, por uma modalidade chamada fosforilação oxidativa.

As enzimas envolvidas no processo são encontradas no interior das bactérias, ancoradas na membrana. Os procariontes têm essas invaginações ou vesículas remanescentes das mitocôndrias de organismos eucarióticos. Este sistema varia amplamente entre bactérias. Os mais comuns são:

Uso de nitratos como aceitador de elétrons

Um grande grupo de bactérias com respiração anaeróbica são classificados como bactérias redutoras de nitrato. Neste grupo, a cadeia de transporte de electrões aceitador final é o ião NO 3 .

Dentro deste grupo, existem diferentes modalidades fisiológicas. Os redutores de nitrato podem ser do tipo respiratório, onde o íon NO 3 se torna NO 2 ; pode ser desnitrificante em que o referido ião de passagem de N 2 , ou do tipo em que a assimilação de iões em questão é transformado em NH 3 .

Os doadores de elétrons podem ser piruvato, succinato, lactato, glicerol, NADH, entre outros. O organismo representativo desse metabolismo é a conhecida bactéria Escherichia coli.

Uso de sulfatos como um aceitador de elétrons

Apenas algumas espécies de bactérias anaeróbicas estritas são capazes de assumir e converter ião sulfato S 2- e água. Alguns substratos são utilizados para a reação, entre os mais comuns estão o ácido lático e os ácidos dicarboxílicos de quatro carbonos.

Uso de dióxido de carbono como um aceitador de elétrons

As arquéias são organismos procarióticos que geralmente habitam regiões extremas e são caracterizadas por exibir vias metabólicas muito particulares.

Um deles são os arcos capazes de produzir metano e, para isso, usam dióxido de carbono como aceitador final. O produto final da reação é o gás metano (CH 4 ).

Esses organismos habitam apenas áreas muito específicas dos ecossistemas, onde a concentração de hidrogênio é alta, pois é um dos elementos necessários para a reação – como um fundo de lagos ou o trato digestivo de certos mamíferos.

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Fermentação

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Fermentação de vinho

Como mencionamos, a fermentação é um processo metabólico que não requer a presença de oxigênio. Observe que ela difere da respiração anaeróbica mencionada na seção anterior devido à ausência de uma cadeia de transporte de elétrons.

A fermentação é caracterizada como um processo que libera energia de açúcares ou outras moléculas orgânicas, não requer oxigênio, não requer ciclo de Krebs ou cadeia de transporte de elétrons, seu aceitador final é uma molécula orgânica e produz pequenas quantidades de ATP um ou dois.

Após a conclusão do processo de glicólise, a célula obtém duas moléculas de ácido pirúvico para cada molécula de glicose.

Caso não exista disponibilidade de oxigênio, a célula pode recorrer à geração de alguma molécula orgânica para gerar o NAD + ou NADP + que pode entrar em outro ciclo de glicólise novamente.

Dependendo do organismo que realiza a fermentação, o produto final pode ser ácido lático, etanol, ácido propiônico, ácido acético, ácido butírico, butanol, acetona, álcool isopropílico, ácido succínico, ácido fórmico, butanodiol, entre outros.

Essas reações também são geralmente associadas à excreção de moléculas de dióxido de carbono ou di-hidrogênio.

Organismos com respiração anaeróbica

O processo de respiração anaeróbica é típico dos procariontes. Esse grupo de organismos é caracterizado pela falta de um núcleo verdadeiro (delimitado por uma membrana biológica) e de compartimentos subcelulares, como mitocôndrias ou cloroplastos . Dentro deste grupo estão bactérias e arquéias.

Anaeróbios estritos

Os microorganismos que são letalmente afetados pela presença de oxigênio são chamados anaeróbios estritos, como o gênero Clostridium .

Ter um metabolismo do tipo anaeróbico permite que esses microrganismos colonizem ambientes extremos sem oxigênio, onde organismos aeróbicos não poderiam habitar, como águas muito profundas, solos ou o trato digestivo de alguns animais.

Anaeróbios facultativos

Além disso, existem alguns microorganismos capazes de alternar entre o metabolismo aeróbico e anaeróbico, dependendo de suas necessidades e condições do ambiente.

No entanto, existem bactérias com respiração aeróbica rigorosa que só podem crescer e se desenvolver em ambientes ricos em oxigênio.

Nas ciências microbiológicas, o conhecimento do tipo de metabolismo é um personagem que auxilia na identificação de microrganismos.

Organismos com capacidade de fermentar

Além disso, existem outros organismos capazes de realizar as vias aéreas sem a necessidade de oxigênio ou cadeia de transporte, ou seja, fermentam.

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Entre eles, encontramos alguns tipos de leveduras ( Saccharomyces ), bactérias ( Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter ) e até nossas próprias células musculares. Durante o processo, cada espécie é caracterizada por excretar um produto diferente.

Relevância ecológica

Do ponto de vista da ecologia, a respiração anaeróbica cumpre funções transcendentais nos ecossistemas. Esse processo ocorre em diferentes habitats, como sedimentos marinhos ou corpos de água doce, ambientes profundos no solo, entre outros.

Algumas bactérias tomam sulfatos para formar sulfeto de hidrogênio e usam carbonato para formar metano. Outras espécies são capazes de usar o íon nitrato e reduzi-lo a íon nitrito, óxido nitroso ou gás nitrogênio.

Esses processos são vitais em ciclos naturais, tanto para nitrogênio quanto enxofre. Por exemplo, a via anaeróbica é a principal via pela qual o nitrogênio é fixado e é capaz de retornar à atmosfera na forma de gás.

Diferenças com a respiração aeróbica

A diferença mais óbvia entre esses dois processos metabólicos é o uso de oxigênio. Em aeróbica, essa molécula atua como o aceitador final de elétrons.

Energeticamente, a respiração aeróbica é muito mais útil, pois libera quantidades significativas de energia – cerca de 38 moléculas de ATP. Em contraste, a respiração na ausência de oxigênio é caracterizada por um número muito menor de ATP, que varia amplamente, dependendo do organismo.

Os produtos de excreção também variam. A respiração aeróbica termina com a produção de dióxido de carbono e água, enquanto os produtos intermediários aeróbicos são variados – como ácido lático, álcool ou outros ácidos orgânicos, por exemplo.

Em termos de velocidade, a respiração aeróbica leva muito mais tempo. Assim, o processo anaeróbico representa uma fonte rápida de energia para os organismos.

Referências

  1. Baron, S. (1996). Microbiologia Médica 4ª edição Ramo Médico da Universidade do Texas em Galveston.
  2. Beckett, BS (1986).Biologia: uma introdução moderna . Oxford University Press, EUA.
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  4. Soni, SK (2007).Micróbios: uma fonte de energia para o século XXI . New India Publishing.
  5. Wright, DB (2000).Fisiologia humana e saúde . Heinemann

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