Respiração anaeróbica: características, exemplos, tipos - Ciência - 2023

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o respiração anaeróbica ou anaeróbico é uma modalidade metabólica onde a energia química é liberada a partir de moléculas orgânicas. O aceptor final de elétrons em todo o processo é uma molécula diferente do oxigênio, como o íon nitrato ou sulfatos.

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

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

Há anos, a indústria aproveita esse processo para produzir produtos de interesse para o consumo humano, como pães, vinhos, cerveja, entre outros.

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

Características da respiração anaeróbica

A energia é obtida na forma de ATP

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.

Várias fontes de energia

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

A energia que cada molécula é capaz de liberar é quantificada em joules. As vias ou vias bioquímicas dos organismos para a degradação das referidas moléculas dependem principalmente da presença ou ausência de oxigênio. Dessa forma, podemos classificar a respiração em dois grandes grupos: anaeróbica e aeróbica.

Aceptor final

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

Diferente da fermentação

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

Tipos de respiração anaeróbica

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).

No caso de uma cadeia de transporte, o papel de aceptor final 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 reação de redução de óxido que leva à produção de energia na forma de ATP, por uma modalidade denominada fosforilação oxidativa.

As enzimas envolvidas no processo são encontradas dentro da bactéria, ancoradas na membrana. Os procariotos têm essas invaginações ou vesículas que se assemelham às mitocôndrias de organismos eucarióticos. Este sistema varia muito entre as bactérias. Os mais comuns são:

Uso de nitratos como aceptor de elétrons

Um grande grupo de bactérias com respiração anaeróbia é classificado como bactérias redutoras de nitrato. Neste grupo, o aceptor final da cadeia de transporte de elétrons é o íon NO₃^–.

Dentro deste grupo existem diferentes modalidades fisiológicas. Redutores de nitrato podem ser do tipo respiratório, onde o íon NO₃^– torna-se NÃO₂^–; pode ser desnitrificante, onde o referido íon passa para N₂, ou então do tipo assimilador onde o íon em questão se transforma em NH₃.

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

Uso de sulfatos como aceptor de elétrons

Apenas algumas espécies de bactérias anaeróbias estritas são capazes de pegar o íon sulfato e convertê-lo em S^2- e água. Alguns substratos são usados para a reação, entre os mais comuns estão o ácido lático e os ácidos dicarboxílicos de quatro carbonos.

Uso de dióxido de carbono como aceptor de elétrons

Archaea são organismos procarióticos que geralmente habitam regiões extremas e são caracterizados por exibirem vias metabólicas muito particulares.

Um deles são arquéias capazes de produzir metano e, para isso, usam dióxido de carbono como aceptor final. O produto final da reação é o gás metano (CH₄).

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

Diferenças com fermentação

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

A fermentação se caracteriza por ser um processo que libera energia de açúcares ou outras moléculas orgânicas, não requer oxigênio, não necessita de ciclo de Krebs ou cadeia de transporte de elétrons, seu aceptor final é uma molécula orgânica e produz pequenas quantidades de ATP - um ou dois.

Depois que a célula completa o processo de glicólise, ela obtém duas moléculas de ácido pirúvico para cada molécula de glicose.

Na ausência de disponibilidade de oxigênio, a célula pode recorrer à geração de uma molécula orgânica para gerar o NAD⁺ ou NADP⁺que você 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 estão frequentemente associadas à excreção de dióxido de carbono ou moléculas de dihidrogênio.

Exemplos de organismos com respiração anaeróbica

O processo de respiração anaeróbia é típico de procariontes. Este 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

Microrganismos que são letalmente afetados pela presença de oxigênio são chamados de estritamente anaeróbicos, como o gênero Clostridium.

Possuir um metabolismo anaeróbio permite que esses microrganismos colonizem ambientes extremos desprovidos de oxigênio, onde organismos aeróbios não poderiam habitar, como águas muito profundas, solos ou o trato digestivo de alguns animais.

Anaeróbios facultativos

Além disso, existem alguns microrganismos capazes de alternar entre o metabolismo aeróbio e anaeróbio, dependendo de suas necessidades e condições ambientais.

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

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

Organismos com capacidade de fermentar

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

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

Genus Geobacter

Alguns organismos do gênero Geobacter, tais como G. metallireducens Y G. sulphurreducens eles podem usar substâncias húmicas como doadores de elétrons e nitrato e / ou fumarato como aceitadores de elétrons.

Em geral, os organismos que realizam este processo reduzem os nitratos (Não₃^–) para nitritos (Não₂^–) por meio da enzima nitrato redutase. Por sua vez, os nitritos podem ser usados como aceitadores de elétrons por outros organismos.

Desulfovibrio desulfuricans

Desulfovibrio desulfuricans é uma bactéria que reduz o sulfato. Essa espécie de bactéria usa o sulfato como o aceptor final de elétrons.

Anaeromyxobacter dehalogenans

Os organismos vivos têm uma grande capacidade de adaptação, o que permitiu que muitos usassem múltiplos aceitadores de elétrons.

É o caso de Anaeromyxobacter dehalogenans, uma cepa que pode usar como aceitadores de elétrons, compostos tão diferentes como nitritos, nitratos, ferro, oxigênio, fumarato e até urânio.

Relevância ecológica

Do ponto de vista da ecologia, a respiração anaeróbica cumpre funções transcendentais dentro dos ecossistemas. Este processo ocorre em diferentes habitats, como sedimentos marinhos ou corpos de água doce, ambientes de solo profundo, entre outros.

Algumas bactérias pegam 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 nos ciclos naturais, tanto para nitrogênio quanto para enxofre. Por exemplo, a via anaeróbia é a principal rota pela qual o nitrogênio é fixado e pode retornar à atmosfera como um gás.

Diferenças da respiração aeróbica

A diferença mais óbvia entre esses dois processos metabólicos é a utilização de oxigênio. Na aeróbica, essa molécula atua como um aceptor final de elétrons.

Energeticamente, a respiração aeróbica é muito mais benéfica, liberando 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 na respiração aeróbica os produtos intermediários 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 anaeróbio representa uma fonte rápida de energia para os organismos.

Referências

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