RESPIRASI ANAEROBIK: KARAKTERISTIK, JENIS DAN ORGANISME - BIOLOGI - 2025

The respirasi anaerobik atau mode 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 memiliki jenis metabolisme ini adalah prokariota dan disebut organisme anaerobik. Prokariota yang sangat anaerobik hanya dapat hidup di lingkungan di mana oksigen tidak ada, karena sangat beracun dan bahkan mematikan.

Respirasi anaerob ada pada prokariota.
Sumber: pixabay.com

Mikroorganisme tertentu - bakteri dan ragi - memperoleh energinya melalui proses fermentasi. Dalam hal ini, proses tersebut tidak membutuhkan oksigen atau rantai transpor elektron. Setelah glikolisis, beberapa reaksi ekstra ditambahkan dan produk akhirnya 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 anaerobik. Ketika sel-sel ini menjadi sasaran usaha yang intens, proses fermentasi laktik dimulai, yang menghasilkan akumulasi produk ini di otot, menyebabkan kelelahan.

karakteristik

Respirasi adalah fenomena diperolehnya energi dalam bentuk ATP, dimulai dari berbagai molekul organik - terutama karbohidrat. Proses ini terjadi berkat berbagai reaksi kimia yang terjadi di dalam sel.

Meskipun sumber energi utama di sebagian besar organisme adalah glukosa, molekul lain dapat digunakan untuk ekstraksi energi, seperti gula lain, asam lemak, atau dalam kasus yang sangat membutuhkan, asam amino - bahan penyusun protein.

Energi yang mampu dilepaskan oleh setiap molekul dihitung dalam joule. Rute biokimia atau jalur organisme untuk degradasi molekul ini bergantung terutama pada ada atau tidaknya oksigen. Dengan cara ini, kita dapat mengklasifikasikan respirasi menjadi dua kelompok besar: anaerobik dan aerobik.

Dalam respirasi anaerob, terdapat rantai transpor elektron yang menghasilkan ATP, dan akseptor akhir elektron adalah zat organik seperti ion nitrat, sulfat, dan lainnya.

Penting untuk tidak mengacaukan jenis respirasi anaerobik ini dengan fermentasi. Kedua proses ini tidak bergantung pada oksigen, tetapi dalam proses terakhir tidak ada rantai transpor elektron.

Jenis

Ada beberapa rute yang digunakan organisme untuk bernapas tanpa oksigen. Jika tidak ada rantai transpor elektron, oksidasi bahan organik akan digabungkan dengan reduksi atom lain dari sumber energi dalam proses fermentasi (lihat di bawah).

Dalam kasus rantai transpor, peran akseptor elektron akhir 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 tersebut ditemukan di dalam bakteri, berlabuh ke membran. Prokariota memiliki invaginasi atau vesikula yang menyerupai mitokondria organisme eukariotik. Sistem ini sangat bervariasi di antara bakteri. Yang paling umum adalah:

Penggunaan nitrat sebagai akseptor elektron

Sekelompok besar bakteri dengan respirasi anaerob diklasifikasikan sebagai bakteri pereduksi nitrat. Dalam golongan ini, akseptor terakhir dari rantai transpor elektron adalah ion NO ₃ ^- .

Di dalam kelompok ini terdapat modalitas fisiologis yang berbeda. Pengurang nitrat dapat berupa tipe pernapasan di mana ion NO ₃ ^- menjadi NO ₂ ^- ; Mereka dapat menjadi denitrifikasi, di mana ion tersebut berpindah ke N ₂ , atau dari jenis asimilasi di mana ion tersebut diubah menjadi NH ₃ .

Donor elektron dapat berupa piruvat, suksinat, laktat, gliserol, NADH, dan lain-lain. Organisme perwakilan dari metabolisme ini adalah bakteri Escherichia coli yang terkenal.

Penggunaan sulfat sebagai akseptor elektron

Hanya beberapa spesies bakteri anaerobik yang dapat mengambil ion sulfat dan mengubahnya menjadi S ^2- dan air. Beberapa substrat digunakan untuk reaksi, di antaranya 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 ekstrim, dan ditandai 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 ini adalah gas metana (CH ₄ ).

Organisme ini hanya mendiami wilayah ekosistem yang sangat spesifik, di mana konsentrasi hidrogen tinggi, karena hidrogen merupakan salah satu elemen yang diperlukan untuk reaksi - seperti dasar danau atau saluran pencernaan mamalia tertentu.

Fermentasi

Fermentasi anggur

Seperti yang telah kami sebutkan, fermentasi adalah proses metabolisme yang tidak membutuhkan oksigen. Perhatikan bahwa respirasi ini berbeda dari respirasi anaerobik yang disebutkan di bagian sebelumnya karena tidak adanya rantai transpor elektron.

Fermentasi ditandai dengan proses pelepasan energi mulai dari gula atau molekul organik lainnya, tidak memerlukan oksigen, tidak memerlukan siklus Krebs atau rantai transpor elektron, akseptor akhirnya adalah molekul organik dan menghasilkan ATP dalam jumlah kecil. - 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 pembentukan beberapa molekul organik untuk mencapai pembentukan NAD ⁺ atau NADP ⁺ yang dapat memasuki siklus glikolisis lagi.

Bergantung 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.

Organisme dengan respirasi anaerobik

Proses respirasi anaerobik khas prokariota. Kelompok organisme ini dicirikan dengan tidak adanya nukleus sejati (dibatasi oleh membran biologis) dan kompartemen subseluler, seperti mitokondria atau kloroplas. Di dalam kelompok ini adalah bakteri dan archaea.

Anaerob yang ketat

Mikroorganisme yang sangat terpengaruh oleh keberadaan oksigen disebut anaerobik ketat, seperti genus Clostridium.

Memiliki metabolisme anaerobik memungkinkan mikroorganisme ini berkoloni di lingkungan ekstrem yang kekurangan oksigen, di mana organisme aerob 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 lingkungannya.

Namun, ada bakteri dengan respirasi aerobik ketat yang hanya dapat tumbuh dan berkembang di lingkungan yang kaya oksigen.

Dalam ilmu mikrobiologi, pengetahuan tentang jenis metabolisme merupakan karakter yang membantu dalam mengidentifikasi mikroorganisme.

Organisme dengan kemampuan berfermentasi

Selain itu, ada organisme lain yang mampu menciptakan saluran udara tanpa membutuhkan oksigen atau rantai transpor, yaitu fermentasi.

Diantaranya kami 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.

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 dalam, dan lain-lain.

Beberapa bakteri mengambil sulfat untuk membentuk hidrogen sulfida dan menggunakan karbonat untuk membentuk metana. Spesies lain mampu menggunakan ion nitrat dan mereduksinya menjadi ion nitrit, oksida nitrat, atau gas nitrogen.

Proses ini sangat penting dalam siklus alam, baik untuk nitrogen maupun sulfur. Misalnya, jalur anaerobik adalah jalur utama di mana nitrogen tetap dan dapat kembali ke atmosfer sebagai gas.

Perbedaan dari respirasi aerobik

Perbedaan paling mencolok antara kedua proses metabolisme ini adalah pemanfaatan oksigen. Dalam aerobik, molekul ini bertindak sebagai akseptor elektron terakhir.

Secara energik, respirasi aerobik jauh lebih menguntungkan, melepaskan sejumlah besar energi - sekitar 38 molekul ATP. Sebaliknya, respirasi tanpa oksigen dicirikan oleh jumlah ATP yang jauh lebih rendah, yang sangat bervariasi tergantung pada organisme.

Produk ekskresi juga bervariasi. Respirasi aerobik diakhiri dengan produksi karbon dioksida dan air, sedangkan dalam respirasi aerobik zat antara bervariasi - seperti asam laktat, alkohol atau asam organik lainnya, misalnya.

Dari segi kecepatan, respirasi aerobik membutuhkan waktu yang lebih lama. Dengan demikian, proses anaerobik merupakan sumber energi yang cepat bagi organisme.

Referensi

1. Baron, S. (1996). Mikrobiologi Medis. Edisi ke-4. Cabang Medis Universitas Texas di Galveston.
2. Beckett, BS (1986). Biologi: pengantar modern. Oxford University Press, AS.
3. Fauque, GD (1995). Ekologi bakteri pereduksi sulfat. Dalam Bakteri Pereduksi Sulfat (hlm. 217-241). Springer, Boston, MA.
4. Soni, SK (2007). Mikroba: sumber energi abad ke-21. Penerbitan India Baru.
5. Wright, DB (2000). Fisiologi dan kesehatan manusia. Heinemann.