respirasi anaerobik atau cara metabolisme anaerobik yang merupakan energi kimia berdasarkan pada molekul organik dilepaskan. Akseptor elektron terakhir dalam keseluruhan proses ini adalah molekul selain oksigen, seperti ion nitrat atau sulfat.
Organisme yang menyajikan jenis metabolisme ini adalah prokariotik dan disebut organisme anaerob. Prokariota yang sangat anaerobik hanya dapat hidup di lingkungan di mana oksigen tidak ada, karena sangat beracun dan bahkan mematikan.
Respirasi anaerobik terdapat pada prokariota. Sumber: pixabay.com
Mikroorganisme tertentu – bakteri dan ragi – memperoleh energinya melalui proses fermentasi . Dalam hal ini, proses tidak memerlukan oksigen atau rantai transpor elektron. Setelah glikolisis, beberapa reaksi tambahan ditambahkan dan produk akhir dapat berupa etil alkohol.
Selama bertahun-tahun, industri telah memanfaatkan proses ini untuk menghasilkan produk yang menarik untuk konsumsi manusia, seperti roti, anggur, bir, dan lain-lain.
Otot kita juga mampu melakukan respirasi anaerob. Ketika sel-sel ini mengalami upaya yang intens, proses fermentasi laktat dimulai, yang menghasilkan akumulasi produk ini di otot, menciptakan kelelahan.
Indeks artikel
Ciri-ciri Respirasi Anaerobik
Desulfovibrio desulfuricans, organisme yang menggunakan sulfat untuk respirasi anaerobik
Energi diperoleh dalam bentuk ATP
Respirasi adalah fenomena di mana energi diperoleh dalam bentuk ATP, mulai dari berbagai molekul organik – terutama karbohidrat. Proses ini terjadi berkat berbagai reaksi kimia yang terjadi di dalam sel.
Berbagai sumber energi
Meskipun sumber utama energi di sebagian besar organisme adalah glukosa, molekul lain dapat digunakan untuk ekstraksi energi, seperti gula lain, asam lemak atau dalam kasus kebutuhan ekstrim, asam amino – blok bangunan protein.
Energi yang setiap molekul mampu melepaskan diukur dalam joule. Rute biokimia atau jalur organisme untuk degradasi molekul tersebut terutama bergantung pada ada atau tidak adanya oksigen. Dengan cara ini, kita dapat mengklasifikasikan respirasi menjadi dua kelompok besar: anaerobik dan aerobik.
Akseptor akhir
Dalam respirasi anaerob, ada rantai transpor elektron yang menghasilkan ATP, dan penerima elektron terakhir adalah zat organik seperti ion nitrat, sulfat, dan lain-lain.
Berbeda dengan fermentasi
Penting untuk tidak membingungkan jenis respirasi anaerobik ini dengan fermentasi. Kedua proses tidak bergantung pada oksigen, tetapi yang terakhir tidak ada rantai transpor elektron.
Macam-macam Respirasi Anaerobik
Ada beberapa rute dimana organisme dapat bernapas tanpa oksigen. Jika tidak ada rantai transpor elektron, oksidasi organik peduli akan dibarengi dengan pengurangan atom lain dari sumber energi dalam proses fermentasi (lihat di bawah).
Jika ada rantai transpor, peran akseptor elektron terakhir dapat diambil oleh berbagai ion, antara lain nitrat, besi, mangan, sulfat, dan karbon dioksida.
Rantai transpor elektron adalah sistem reaksi reduksi oksida yang mengarah pada produksi energi dalam bentuk ATP, dengan modalitas yang disebut fosforilasi oksidatif.
Enzim yang terlibat dalam proses ditemukan di dalam bakteri, berlabuh ke membran. Prokariota memiliki invaginasi atau vesikel yang menyerupai mitokondria organisme eukariotik. Sistem ini sangat bervariasi antar bakteri. Yang paling umum adalah:
Penggunaan nitrat sebagai akseptor elektron
Sekelompok besar bakteri dengan respirasi anaerob diklasifikasikan sebagai bakteri pereduksi nitrat. Dalam kelompok ini, akseptor akhir dari rantai transpor elektron adalah NO 3 – ion .
Dalam kelompok ini ada modalitas fisiologis yang berbeda. Pereduksi nitrat dapat dari jenis pernafasan dimana ion NO 3 – menjadi NO 2 – ; Mereka dapat denitrifikasi, di mana ion tersebut berpindah ke N 2 , atau jenis asimilasi lainnya di mana ion tersebut diubah menjadi NH 3 .
Donor elektron antara lain dapat berupa piruvat, suksinat, laktat, gliserol, NADH. Organisme yang mewakili metabolisme ini adalah bakteri Escherichia coli yang terkenal.
Penggunaan sulfat sebagai akseptor elektron
Hanya beberapa spesies bakteri anaerobik ketat yang mampu mengambil ion sulfat dan mengubahnya menjadi S2- dan air. Beberapa substrat digunakan untuk reaksi, di antara yang paling umum adalah asam laktat dan asam dikarboksilat empat karbon.
Penggunaan karbon dioksida sebagai akseptor elektron
Archaea adalah organisme prokariotik yang biasanya menghuni daerah ekstrem, dan dicirikan dengan menunjukkan jalur metabolisme yang sangat khusus.
Salah satunya adalah archaea yang mampu menghasilkan metana dan untuk mencapai ini mereka menggunakan karbon dioksida sebagai akseptor akhir. Produk akhir dari reaksi tersebut adalah gas metana (CH 4 ).
Organisme ini hanya menghuni area ekosistem yang sangat spesifik, di mana konsentrasi hidrogen tinggi, karena merupakan salah satu unsur yang diperlukan untuk reaksi – seperti dasar danau atau saluran pencernaan mamalia tertentu.
Bedanya dengan fermentasi
Fermentasi anggur
Seperti yang kita sebutkan, fermentasi adalah proses metabolisme yang tidak memerlukan keberadaan oksigen untuk berlangsung. Perhatikan bahwa ini berbeda dari respirasi anaerob yang disebutkan di bagian sebelumnya dengan tidak adanya rantai transpor elektron.
Fermentasi ditandai dengan menjadi proses yang melepaskan energi dari gula atau molekul organik lainnya, tidak memerlukan oksigen, tidak memerlukan siklus Krebs atau rantai transpor elektron, akseptor terakhirnya adalah molekul organik dan menghasilkan sejumlah kecil ATP – satu atau dua .
Setelah sel menyelesaikan proses glikolisis, ia memperoleh dua molekul asam piruvat untuk setiap molekul glukosa.
Dengan tidak adanya ketersediaan oksigen, sel dapat menggunakan generasi molekul organik untuk mencapai generasi NAD + atau NADP + yang dapat memasuki siklus glikolisis lagi.
Tergantung pada organisme yang melakukan fermentasi, produk akhir dapat berupa asam laktat, etanol, asam propionat, asam asetat, asam butirat, butanol, aseton, isopropil alkohol, asam suksinat, asam format, butanediol, dan lain-lain.
Reaksi ini juga sering dikaitkan dengan ekskresi molekul karbon dioksida atau dihidrogen.
Contoh organisme respirasi anaerobik
Proses respirasi anaerobik khas prokariota. Kelompok organisme ini dicirikan oleh kurangnya inti sejati (dibatasi oleh membran biologis) dan kompartemen subseluler, seperti mitokondria atau kloroplas. Dalam kelompok ini adalah bakteri dan archaea.
Anaerob ketat
Mikroorganisme yang secara mematikan dipengaruhi oleh adanya oksigen disebut anaerobik ketat, seperti genus Clostridium .
Memiliki metabolisme anaerobik memungkinkan mikroorganisme ini untuk menjajah lingkungan ekstrim yang kekurangan oksigen, di mana organisme aerobik tidak dapat menghuni, seperti perairan yang sangat dalam, tanah atau saluran pencernaan beberapa hewan.
Anaerob fakultatif
Selain itu, ada beberapa mikroorganisme yang mampu bergantian antara metabolisme aerobik dan anaerobik, tergantung pada kebutuhan dan kondisi lingkungan mereka.
Namun, ada bakteri dengan respirasi aerobik yang ketat yang hanya dapat tumbuh dan berkembang di lingkungan yang kaya oksigen.
Dalam ilmu mikrobiologi, pengetahuan tentang jenis metabolisme merupakan karakter yang membantu untuk mengidentifikasi mikroorganisme.
Organisme dengan kemampuan untuk memfermentasi
Selain itu, ada organisme lain yang mampu membuat saluran udara tanpa membutuhkan oksigen atau rantai transportasi, yaitu mereka memfermentasi.
Di antara mereka kita menemukan beberapa jenis ragi ( Saccharomyces ), bakteri ( Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter ) dan bahkan sel otot kita sendiri. Selama proses tersebut, setiap spesies dicirikan dengan mengeluarkan produk yang berbeda.
Genus Geobakter
Beberapa organisme dari genus Geobacter , seperti G. metallireducens dan G. sulphurreducens dapat menggunakan zat humat sebagai donor elektron dan menggunakan nitrat dan/atau fumarat sebagai akseptor elektron.
Pada umumnya organisme yang melakukan proses ini mereduksi nitrat (# 3 – ) menjadi nitrit (# 2 – ) melalui enzim nitrat reduktase. Pada gilirannya, nitrit dapat digunakan sebagai akseptor elektron oleh organisme lain.
Desulfovibrio desulfuricans
Desulfovibrio desulfuricans adalah bakteri pereduksi sulfat. Spesies bakteri ini menggunakan sulfat sebagai akseptor elektron terakhir.
Anaeromyxobacter dehalogenans
Organisme hidup memiliki kapasitas besar untuk adaptasi, yang memungkinkan banyak orang untuk menggunakan banyak akseptor elektron.
Ini adalah kasus Anaeromyxobacter dehalogenans , strain yang dapat digunakan sebagai akseptor elektron, senyawa yang berbeda seperti nitrit, nitrat, besi, oksigen, fumarat dan bahkan uranium.
Relevansi ekologis
Dari sudut pandang ekologi, respirasi anaerobik memenuhi fungsi transendental dalam ekosistem. Proses ini terjadi di habitat yang berbeda, seperti sedimen laut atau badan air tawar, lingkungan tanah yang dalam, antara lain.
Beberapa bakteri mengambil sulfat untuk membentuk hidrogen sulfida dan menggunakan karbonat untuk membentuk metana. Spesies lain dapat menggunakan ion nitrat dan mereduksinya menjadi ion nitrit, nitro oksida, atau gas nitrogen.
Proses ini sangat penting dalam siklus alami, baik untuk nitrogen maupun belerang. Misalnya, jalur anaerobik adalah rute utama di mana nitrogen difiksasi dan dapat kembali ke atmosfer sebagai gas.
Perbedaan respirasi aerob
Perbedaan yang paling jelas antara kedua proses metabolisme ini adalah pemanfaatan oksigen. Dalam aerobik, molekul ini bertindak sebagai akseptor elektron terakhir.
Secara energi, respirasi aerobik jauh lebih bermanfaat, melepaskan sejumlah besar energi – sekitar 38 molekul ATP. Sebaliknya, respirasi tanpa oksigen ditandai dengan jumlah ATP yang jauh lebih rendah, yang sangat bervariasi tergantung pada organisme.
Produk ekskresi juga bervariasi. Respirasi aerobik berakhir dengan produksi karbon dioksida dan air, sedangkan pada respirasi aerobik produk antara bervariasi – seperti asam laktat, alkohol atau asam organik lainnya, misalnya.
Dalam hal kecepatan, respirasi aerobik membutuhkan waktu lebih lama. Dengan demikian, proses anaerobik merupakan sumber energi yang cepat bagi organisme.
Referensi
- Baron, S. (1996). Mikrobiologi Medis. edisi ke-4. Cabang Medis Universitas Texas di Galveston.
- Beckett, BS (1986). Biologi: pengantar cararn . Oxford University Press, AS.
- Fauque, GD (1995). Ekologi bakteri pereduksi sulfat. Dalam Bakteri Pereduksi Sulfat (hlm. 217-241). Springer, Boston, MA.
- Soni, SK (2007). Mikroba: sumber energi untuk abad ke-21 . Penerbitan India Baru.
- Wright, DB (2000). Fisiologi dan kesehatan manusia . Heinemann.
