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Respiração anaeróbica

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição

A respiração anaeróbica é o tipo de respiração através do qual as células podem quebrar açúcares para gerar energia na ausência de oxigênio. Isso contrasta com o processo altamente eficiente da respiração aeróbica, que depende do oxigênio para produzir energia.

O oxigênio molecular é o aceitador de elétrons mais eficiente para a respiração, devido à sua alta afinidade por elétrons. No entanto, alguns organismos evoluíram para usar outros aceitadores finais de elétrons e, como tal, podem realizar respiração sem oxigênio.

Visão geral

A respiração é o processo pelo qual a energia armazenada no combustível é convertida em uma forma que uma célula pode usar. Normalmente, a energia armazenada nas ligações moleculares de uma molécula de açúcar ou gordura é usada para fabricar ATP, pegando elétrons da molécula de combustível e usando -os para alimentar uma cadeia de transporte de elétrons.

A respiração é crucial para a sobrevivência de uma célula, porque se não puder liberar energia dos combustíveis, não terá energia suficiente para impulsionar suas funções normais. É por isso que os organismos que respiram ar morrem tão rapidamente sem um suprimento constante de oxigênio: nossas células não podem gerar energia suficiente para permanecer vivo sem ele.

Em vez de oxigênio, as células anaeróbicas usam substâncias como sulfato, nitrato, enxofre e fumarato para impulsionar sua respiração celular. Muitas células podem realizar a respiração aeróbica ou anaeróbica, dependendo se o oxigênio está disponível.

Respiração anaeróbica vs aeróbica

Semelhanças

A respiração aeróbica e anaeróbica são métodos de colheita de energia de uma fonte de alimento, como gorduras ou açúcares. Ambos os processos começam com a divisão de uma molécula de açúcar de seis carbonos em 2 moléculas de piruvato de três carbonos em um processo chamado glicólise. Esse processo consome duas moléculas de ATP e cria quatro ATP, para um ganho líquido de dois ATP por molécula de açúcar que é dividida.

Na respiração aeróbica e anaeróbica, as duas moléculas de piruvato estão sujeitas a outra série de reações que usam cadeias de transporte de elétrons para gerar mais ATP.

São essas reações que requerem um aceitador de elétrons – seja oxigênio, sulfato, nitrato, etc. – para conduzi -los.

Muitas bactérias e archaea só podem realizar a respiração anaeróbica. Muitos outros organismos podem realizar a respiração aeróbica ou anaeróbica, dependendo se o oxigênio está presente.

Os seres humanos e outros animais dependem da respiração aeróbica para permanecer vivos, mas podem prolongar a vida de suas células ou o desempenho na ausência de oxigênio através da respiração anaeróbica.

Diferenças

Após a glicólise, as células aeróbicas e anaeróbicas enviam as duas moléculas de piruvato através de uma série de reações químicas para gerar mais ATP e extrair elétrons para uso em sua cadeia de transporte de elétrons.

No entanto, o que são essas reações e onde elas acontecem, varia entre respiração aeróbica e anaeróbica

Durante a respiração aeróbica, a cadeia de transporte de elétrons e a maioria das reações químicas da respiração ocorrem nas mitocôndrias. O sistema de membranas das mitocôndrias torna o processo muito mais eficiente, concentrando os reagentes químicos da respiração juntos em um pequeno espaço.

Por outro lado, a respiração anaeróbica normalmente ocorre no citoplasma. Isso ocorre porque a maioria das células que realizam exclusivamente a respiração anaeróbica não possui organelas especializadas. A série de reações é tipicamente mais curta na respiração anaeróbica e usa um aceitador final de elétrons, como sulfato, nitrato, enxofre ou fumarato em vez de oxigênio.

A respiração anaeróbica também produz menos ATP para cada molécula de açúcar digerida do que a respiração aeróbica, tornando -o um método menos eficiente de gerar energia celular. Além disso, produz resíduos diferentes – incluindo, em alguns casos, álcool!

Respiração celular em diferentes organismos

Os organismos podem ser classificados com base nos tipos de respiração celular que realizam.

  • Aeróbes obrigatórios – organismos que não podem sobreviver sem oxigênio. Por exemplo, os seres humanos são aeróbios obrigatórios.
  • Anaeróbios obrigatórios – organismos que não podem sobreviver na presença de oxigênio. Certas espécies de bactérias são anaeróbios obrigatórios, como Clostridium tetani, que causa tétano.
  • Organismos aerotolerantes – organismos que podem viver na presença de oxigênio, mas não o usam para crescer. Por exemplo, a bactéria Streptococcus, que causa a garganta Strep.
  • Aeróbios facultativos – organismos que podem usar oxigênio para crescer, mas também podem realizar a respiração anaeróbica. Por exemplo, Saccharomyces cerevisiae, que é o fermento usado na fabricação de cerveja.

Os cientistas podem classificar micróbios dessa maneira usando uma configuração experimental simples com caldo de tioglicolato. Este meio contém uma variedade de concentrações de oxigênio, produzindo um gradiente. Isso ocorre devido à presença de tioglicolato de sódio, que consome oxigênio e o suprimento contínuo de oxigênio do ar; No topo do tubo, o oxigênio estará presente e, no fundo, nenhum oxigênio estará presente. tipos de respiração anaeróbica

Os tipos de respiração anaeróbica são tão variados quanto seus aceitadores de elétrons. Tipos importantes de respiração anaeróbica incluem:

  • Fermentação do ácido lático – Nesse tipo de respiração anaeróbica, a glicose é dividida em duas moléculas de ácido lático para produzir dois ATP. Ocorre em certos tipos de bactérias e alguns tecidos animais, como células musculares
  • Fermentação alcoólica – Nesse tipo de respiração anaeróbica, a glicose é dividida em etanol ou álcool etílico. Esse processo também produz dois ATP por molécula de açúcar. Isso ocorre em fermento e mesmo em alguns tipos de peixes, como peixes dourados.
  • Outros tipos de fermentação – Outros tipos de fermentação são realizados por algumas bactérias e archaea. Isso inclui fermentação com ácido propiônico, fermentação com ácido butírico, fermentação do solvente, fermentação com ácido misto, fermentação butanodiol, fermentação de Stickland, acetogênese e metanogênese.

Equações de respiração anaeróbica

As equações para os dois tipos mais comuns de respiração anaeróbica são:

• Fermentação do ácido lático:

C6H12O6 (glicose) + 2 ADP + 2 PI → 2 ácido lático + 2 ATP

• Fermentação alcoólica:

C6H12O6 (glicose) + 2 ADP + 2 PI → 2 C2H5OH (etanol) + 2 CO2 + 2 ATP

Exemplos de respiração anaeróbica

Músculos doloridos e ácido lático

Durante o exercício intenso, nossos músculos usam oxigênio para produzir ATP mais rapidamente do que podemos fornecê -lo.

Quando isso acontece, as células musculares podem realizar glicólise mais rapidamente do que podem fornecer oxigênio para a cadeia de transporte de elétrons mitocondriais.

O resultado é que a respiração anaeróbica e a fermentação do ácido lático ocorrem dentro de nossas células-e após o exercício prolongado, o ácido lático construído pode deixar nossos músculos doloridos!

Leveduras e bebidas alcoólicas

Bebidas alcoólicas, como vinho e uísque, são normalmente produzidas por leveduras de engarrafamento – que realizam fermentação alcoólica – com uma solução de açúcar e outros compostos aromatizantes.

As leveduras podem usar carboidratos complexos, incluindo aqueles encontrados em batatas, uvas, milho e muitos outros grãos, como fontes de açúcar para realizar a respiração celular.

Colocar o fermento e sua fonte de combustível em uma garrafa hermética garante que não haja oxigênio suficiente e, portanto, o fermento se converterá à respiração anaeróbica. Isso produz álcool.

O álcool é realmente tóxico para as leveduras que o produzem – quando as concentrações de álcool se tornam altas o suficiente, o fermento começará a morrer.

Por esse motivo, não é possível preparar vinho ou uma cerveja com maior que 30% de teor de álcool. No entanto, o processo de destilação, que separa o álcool de outros componentes da bebida, pode ser usado para concentrar o álcool e produzir espíritos como a vodka.

Metanogênese e cervejas domésticas perigosas

Infelizmente, a fermentação alcoólica não é o único tipo de fermentação que pode acontecer na matéria vegetal. Um álcool diferente, chamado metanol, pode ser produzido a partir da fermentação da celulose. Isso pode causar envenenamento por metanol.

Os perigos do “luar” – álcool barato e caseiro, que geralmente contém grandes quantidades de metanol devido a más processos de fabricação e destilação – foram anunciadas no século XX durante a proibição.

A morte e os danos nervosos por envenenamento por metanol ainda são um problema em áreas onde as pessoas tentam preparar álcool barato. Então, se você vai se tornar um cervejeiro, certifique -se de fazer sua lição de casa!

Queijo suíço e ácido propiônico

A fermentação do ácido propiônico dá a queijo suíço seu sabor distinto. Os orifícios do queijo suíço são realmente feitos por bolhas de gás dióxido de carbono liberadas como um produto residual de uma bactéria que usa a fermentação do ácido propiônico.

Após a implementação de padrões mais rígidos de saneamento no século XX, muitos produtores de queijo suíço ficaram intrigados ao descobrir que seu queijo estava perdendo seus buracos – e seu sabor.

O culpado foi descoberto como falta de uma bactéria específica que produz ácido propiônico. Ao longo dos tempos, essas bactérias foram introduzidas como contaminantes do feno que as vacas comeram. Mas depois que os padrões mais rígidos de higiene foram introduzidos, isso não estava mais acontecendo!

Esta bactéria agora é adicionada intencionalmente durante a produção para garantir que o queijo suíço permaneça saboroso e mantenha sua aparência instantaneamente reconhecível.

Vinagre e acetogênese

As bactérias que realizam a acetogênese são responsáveis pela fabricação de vinagre, que consiste principalmente em ácido acético.

Na verdade, o vinagre requer dois processos de fermentação, porque as bactérias que produzem ácido acético requerem álcool como combustível!

Como tal, o vinagre é fermentado pela primeira vez em uma preparação alcoólica, como o vinho. A mistura alcoólica é então fermentada novamente usando as bactérias acetogênicas.

Questionário

1. Todas as células realizam glicólise

2. Qual destes não é um tipo de respiração anaeróbica?

3. O que são anaeróbios obrigatórios?

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Bibliografia

Aparecer esconder

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