Respirația anaerobă. Caracteristicile respirației anaerobe.
Respirația anaerobă este deseori numită fermentație. Multe microorganisme primesc cea mai mare parte din ATP prin respirație anaerobă. Pentru unele bacterii, oxigenul, chiar și în cantitățile obișnuite prezente în atmosferă, este în general fatal, astfel încât acestea sunt nevoite să trăiască acolo unde nu există oxigen. Astfel de organisme sunt numite anaerobe obligatorii (de exemplu, Clostridium tetani, un agent cauzator al tetanosului).
Sunt cunoscute și alte organisme, de exemplu drojdie și paraziți ai tractului intestinal (viermi etc.), care pot exista atât fără oxigen. și prezența lui. Acestea se numesc anaerobe facultative: dacă este necesar, aceștia trec la respirația anaerobă, dar în prezența oxigenului se utilizează o cale aerobă. Unele celule, care lipsesc temporar de oxigen (în special, celulele musculare), au de asemenea capacitatea de respirație anaerobă.
Prima fază a respirației anaerobe este, de asemenea, glicoliza. Acesta dă două molecule de acid piruvic drept rezultat pentru fiecare moleculă de glucoză. două molecule de ATP și două molecule de NAD redus (vezi Tabelul 9.1). În respirația aerobă, hidrogenul, legat de NAD, după o serie de reacții care continuă cu eliberarea energiei, este în cele din urmă transferat în oxigen și oxidat în apă. Odată cu respirația anaerobă, acest lucru se dovedește imposibil, deoarece nu există oxigen. În schimb, hidrogenul este din nou atașat la acidul piruvic, astfel încât o parte din energia conținută în molecula de glucoză nu este niciodată recuperată (rămâne în produsul de fermentație final). Mai jos vom analiza în detaliu cum se întâmplă acest lucru în ciuperci și în celulele animalelor.
Respirația anaerobă în ciuperci, de exemplu în drojdie
Acid piruvic ---------> Acetaldehidă + fermentare cu CO2: decarboxilază cu piruvat
Acetaldehida + NAD • H + H + ---------> Etanol + NAD + Enzima: Alcool dehidrogenază
Total: acid piruvic ---------> Etanol + CO2
Iată etapele finale ale procesului, care se numește fermentație alcoolică. ATP în fermentarea alcoolului se formează numai în stadiile incipiente - în timpul defalcării glucozei în acidul piruvic. Fermentația cu alcool este utilizată în producția de bere, vin și alte băuturi spirtoase. În producția de produse de panificație care au fost eliberate de drojdie în procesul de fermentare alcoolică a CO2 - bulele acestui gaz cauzează creșterea aluatului. Produsul final al fermentației alcoolice - etanol - conține încă multă energie (în Brazilia, de exemplu, face o gaură de gaz, pe care conduc autovehiculele). Cu toate acestea, în absența oxigenului, energia din etanol nu poate fi extrasă.
Randamentul total al ATP în fermentația alcoolică este de două molecule de ATP per moleculă de glucoză.
Respirația anaerobă în celulele animale. de exemplu, în țesutul muscular
Acid piruvic + NAD * H + H + - Acid lactic + NAD * Enzimă: lactat dehidrogenază
Când fermentația lactică. precum și cu alcool, se formează două molecule de ATP pe moleculă de glucoză. În produsul final - acid lactic - există încă o mulțime de energie.
Schema generală a respirației anaerobe este prezentată în figură.
Compararea respirației aerobe și anaerobe.
Cu respirație aerobă, 38 molecule de ATP se formează pe fiecare moleculă de glucoză oxidată.
Cantitatea totală de energie eliberată atunci când glucoza este complet oxidat. este de 2880 kJ per mol.
Într-un mol de ATP, 30,6 kJ a fost închis. În 38 moli de ATP, 30,6 x 38 = 1162,8 kJ au fost limitați.
Astfel, eficiența conversiei de energie pentru respirația aerobă este: 1162,8 / 2880 = 40,4%.
Respirația anaerobă
1. In timpul fermentatiei alcoolice, doua molecule de ATP se formeaza pe molecula de glucoza.
Glucoză -> 2 Etanol + 2C02 + 2ATP
Cantitatea totală de energie. eliberat din glucoză când este transformat în etanol, este de 210 kJ per 1 mol.
În două moli de ATP, 2 x 30,6 = 61,2 kJ sunt închise.
În consecință, eficiența conversiei de energie în fermentația alcoolică este de 61,2 / 210 = 29,1%.
2. MUSCLE (BROKEN CU ACID MILIC) Când se efectuează fermentația lactică, se formează două molecule de ATP pentru fiecare moleculă de glucoză.
Glucoză -----------> 2 Acidulilic + 2ATP
Cantitatea totală de energie. eliberat din glucoză atunci când este transformat în acid lactic, este de 150 kJ per 1 mol.
Astfel, eficiența conversiei energiei în timpul fermentației lactice este de 61,2 / 150 = 40,8%.
Cifrele arată că eficiența conversiei energiei în fiecare dintre aceste sisteme este destul de mare comparativ cu motoarele pe benzină (25-30%) sau cu abur (8-12%). Cantitatea de energie stocată ca ATP în respirația aerobă este de 19 ori mai mare decât cea a anaerobelor (38 molecule ATP per moleculă de glucoză în primul caz și 2 molecule ATP în al doilea). Din acest punct de vedere, respirația aerobă este mult mai eficientă decât respirația anaerobă. Acest lucru se datorează faptului că, în timpul respirației anaerobe, o parte semnificativă a energiei rămâne "prinsă" în etanol sau acid lactic. Energie, conținută în etanol, și rămâne pentru drojdie pentru totdeauna inaccesibilă și, prin urmare, fermentarea alcoolului în sensul obținerii unui proces ineficient de energie. Din acidul lactic, o cantitate destul de mare de energie poate fi extrasă ulterior dacă apare oxigenul. În prezența oxigenului, acidul lactic este transformat în ficat în acid piruvic. Acesta din urmă intră apoi în ciclul Krebs și este complet oxidat la CO2 și H20, ducând la formarea unui număr mare de molecule ATP. O altă cale este posibilă - datorită energiei ATP din acidul piruvic, glucoza poate fi din nou formată în proces, ceea ce reprezintă o inversare a glicolizei.