نفسر ماهية التنفس اللاهوائي أو اللاهوائي في علم الأحياء ، ما هي الأنواع الموجودة وأمثلة للمناطق التي يحدث فيها.
ما هو التنفس اللاهوائي؟
في مادة الاحياء، يسمى التنفس اللاهوائي عندما عملية التمثيل الغذائي من الأكسدة من السكريات. بمعنى آخر ، في هذه العملية يتأكسد الجلوكوز للحصول عليه طاقة، دون وجود الأكسجين. أي عملية التنفس الخلوي التي لا تتدخل فيها جزيئات الأكسجين.
يختلف التنفس اللاهوائي عن التنفس الهوائي أو الهوائية لأن الأخير يتطلب الأكسجين لمعالجة جزيئات السكر. على العكس من ذلك ، تستخدم اللاهوائية نوعًا آخر من العناصر الكيميائية او حتى الجزيئات مواد عضوية أكثر تعقيدًا ، من خلال سلسلة نقل الإلكترون.
ولا ينبغي الخلط بينه وبين التخمير، لأن سلسلة الناقل لا تتدخل فيه. الإلكترونات. ومع ذلك ، تشترك كلتا العمليتين في أنهما تحدثان في غياب الأكسجين.
هذا النوع من التنفس الخلوي فريد من نوعه لبعض الكائنات بدائية النواة (بكتيريا أو العتائق) ، وخاصة أولئك الذين يعيشون في ظروف قليلة أو معدومة وجود الأكسجين. ومع ذلك ، في كثير من الحالات يمكن أن تشكل أيضًا عملية ثانوية ، دعنا نقول حالة طوارئ ، نظرًا للنقص غير المتوقع في هذا العنصر في بيئة.
أنواع التنفس اللاهوائي
يمكن تصنيف التنفس اللاهوائي وفقًا لنوع العنصر الكيميائي المستخدم لاستبدال الأكسجين ، أي كمستقبل للإلكترون أثناء عملية التمثيل الغذائي. وبالتالي ، قد يكون هناك العديد من أنواع العمليات من هذا النوع ، ولكن أهمها وأكثرها شيوعًا هي:
- التنفس اللاهوائي من خلال النترات. في هذه الحالة الكائنات الدقيقة يستهلكون النترات (NO3–) لتقليلها إلى نيتريت (NO2–) عن طريق دمج الإلكترونات فيها. ومع ذلك ، نظرًا لأن النتريت عادة ما تكون سامة لمعظم أشكال الحياة، من الشائع أكثر أن يذهب المنتج النهائي لهذه العملية إلى أبعد من ذلك ، إلى النيتروجين ثنائي الذرة (N2) ، وهو غاز خامل. تُعرف هذه العملية باسم نزع النتروجين.
- التنفس اللاهوائي من خلال الكبريتات. على غرار الحالة السابقة ، ولكن مع مشتقات الكبريت (SO42-) ، فهي حالة نادرة جدًا ، تنتمي إلى البكتيريا اللاهوائية تمامًا ، بينما يمكن أن تحدث الحالة السابقة كبديل للنقص اللحظي في الأكسجين. في عملية اختزال الكبريتات هذه ، يتم إنتاج جذور الكبريت (S2-) بشكل ثانوي.
- التنفس اللاهوائي عن طريق ثاني أكسيد الكربون. تستهلك بعض مجموعات العتائق التي تنتج غاز الميثان (CH4) نشبع (CO2) لاستخدامه كمستقبل للإلكترون. من هذه الطبيعة الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في الجهاز الهضمي للحيوانات المجترة ، على سبيل المثال ، حيث تقوم الكائنات الحية الدقيقة الأخرى بتزويدها بالهيدروجين الذي تحتاجه لهذه العملية.
- التنفس اللاهوائي من خلال أيونات الحديد. الحالة الأخيرة شائعة بين بكتيريا معينة قادرة على الأكل الأيونات الحديد (Fe3 +) ، واختزالها إلى أيونات حديدية (Fe2 +) ، لأن هذا النوع من جزيئات الحديد شائع جدًا في القشرة الارضية. هذا ما يحدث في قاع المستنقعات ، حيث يتم إنتاج رواسب حديدية مهمة بفعل بكتيري.
أمثلة على التنفس اللاهوائي
الكائنات الحية التي تعيش في الينابيع الساخنة تؤدي التنفس اللاهوائي.
أمثلة على هذا النوع من العمليات شائعة في عالم بدائيات النوى ، وخاصة في المناطق الأكثر قسوة على كوكب الأرض ، ولكن ليس لذلك الذي يخلو من الحياة. هذه المناطق هي:
- أمعاء الحيوانات العليا.
- قاع البحر والشقوق السحيقة.
- الأقفال الحرارية الأرضية التي تتدفق من خلالها الصهارة إلى قاع لحر.
- السخانات والينابيع الساخنة والأشكال الأخرى لانتشار الطاقة الحرارية الأرضية.
- المستنقعات والمياه الطينية المليئة مواد عضوية وانخفاض الأكسجين.
تحلل السكر
تحلل الجلوكوز أو تحلل الجلوكوز هو الطريق الأيضي الذي يسمح بالحصول عليه طاقة من الجلوكوز. بمعنى آخر ، إنها سلسلة متتالية من التفاعلات الكيميائية الحيوية ، يطبقها معظم كائنات حية، لكسر جزيء الجلوكوز (C6H12O6) والحصول منه على الطاقة الكيميائية ضروري (في شكل ATP) للحفاظ على التمثيل الغذائي الهاتف الخلوي.
يتكون تحلل السكر من 10 تفاعلات الأنزيمية التي تحدث على التوالي ، إما في وجود (هوائي) أو في غياب (لاهوائي) من الأكسجين. ينتج عن تكوين جزيئين من حمض البيروفات أو حمض البيروفيك (C3H4O3) ، اللذين يغذيان مسارات التمثيل الغذائي الأخرى لمواصلة الحصول على الطاقة من أجل الكائن الحي (ما يسمى بدورة كريبس).