嫌気性呼吸：特性、種類、生物 - 生物学 - 2025

嫌気呼吸又は有機分子に基づく化学エネルギーである嫌気性代謝モードが解除されます。このプロセス全体の最後の電子受容体は、硝酸イオンや硫酸イオンなど、酸素以外の分子です。

この種の代謝を示す生物は原核生物であり、嫌気性生物と呼ばれています。厳密に嫌気性である原核生物は、酸素が非常に有毒で致命的であるため、酸素が存在しない環境でのみ生存できます。

嫌気性呼吸は原核生物に存在します。
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特定の微生物-細菌と酵母-は、発酵プロセスを通じてそれらのエネルギーを取得します。この場合、プロセスは酸素または電子輸送チェーンを必要としません。解糖後、2、3の反応が追加され、最終生成物はエチルアルコールになります。

長年にわたり、業界はこのプロセスを利用して、とりわけパン、ワイン、ビールなどの人間の消費に関心のある製品を製造してきました。

私たちの筋肉はまた、嫌気性呼吸が可能です。これらの細胞が激しい努力を受けると、乳酸発酵プロセスが始まり、筋肉にこの製品が蓄積して疲労を引き起こします。

特徴

呼吸とは、さまざまな有機分子（主に炭水化物）から始まり、ATPの形でエネルギーが得られる現象です。このプロセスは、細胞内で起こるさまざまな化学反応のおかげで起こります。

ほとんどの生物の主なエネルギー源はグルコースですが、他の糖、脂肪酸、または非常に必要な場合はアミノ酸-タンパク質の構成要素など、他の分子をエネルギー抽出に使用できます。

各分子が放出できるエネルギーはジュールで定量化されます。前記分子の分解のための生物の生化学的経路または経路は、主に酸素の有無に依存する。このようにして、呼吸を2つの大きなグループに分類できます：嫌気性と好気性。

嫌気性呼吸には、ATPを生成する電子輸送チェーンがあり、電子の最終受容体は、とりわけ硝酸イオン、硫酸塩などの有機物質です。

この種の嫌気性呼吸と発酵を混同しないことが重要です。どちらのプロセスも酸素とは無関係ですが、後者には電子輸送チェーンはありません。

タイプ

生物が酸素なしで呼吸できる経路は複数あります。電子輸送チェーンがない場合、有機物の酸化は、発酵プロセスでのエネルギー源からの他の原子の還元と結合されます（以下を参照）。

トランスポートチェーンの場合、最終的な電子受容体の役割は、とりわけ、硝酸塩、鉄、マンガン、硫酸塩、二酸化炭素などのさまざまなイオンが担うことができます。

電子輸送チェーンは、酸化的リン酸化と呼ばれるモダリティによって、ATPの形でエネルギーを生成する酸化物還元反応システムです。

このプロセスに関与する酵素は、バクテリアの中にあり、膜に固定されています。原核生物には、真核生物のミトコンドリアに似たこれらの陥入または小胞があります。このシステムはバクテリアによって大きく異なります。最も一般的なものは次のとおりです。

電子受容体としての硝酸塩の使用

嫌気性呼吸を伴う細菌の大規模なグループは、硝酸塩還元細菌として分類されます。このグループでは、電子伝達鎖の最終的なアクセプターはNOである₃ ^-イオン。

このグループには、さまざまな生理学的様式があります。硝酸減速は、イオンNO呼吸タイプのものとすることができる₃ ^- NOなる₂ ^- 。それらは、前記イオンがＮ_２に移動する脱窒、または問題のイオンがＮＨ_３に変換される同化タイプのものであり得る。

電子供与体は、とりわけ、ピルビン酸塩、コハク酸塩、乳酸塩、グリセロール、NADHであり得る。この代謝の代表的な生物は、よく知られた大腸菌です。

電子受容体としての硫酸塩の使用

厳密な嫌気性細菌の数種だけが硫酸イオンを取り、それをS ²および水に変換することができます。いくつかの基質が反応に使用されますが、最も一般的なものは乳酸と4炭素ジカルボン酸です。

電子受容体としての二酸化炭素の使用

古細菌は通常極限地域に生息する原核生物であり、非常に特定の代謝経路を示すことを特徴としています。

これらの1つは、メタンを生成できる古細菌であり、これを達成するために、最終的な受容体として二酸化炭素を使用します。反応の最終生成物はメタンガス（CH ₄）です。

湖の底や特定の哺乳類の消化管など、反応に必要な要素の1つであるため、これらの生物は水素の濃度が高い生態系の非常に特定の領域にのみ生息しています。

発酵

ワイン発酵

前述したように、発酵は酸素の存在を必要としない代謝プロセスです。これは、前のセクションで説明した嫌気性呼吸とは、電子輸送チェーンが存在しない点が異なります。

発酵は、糖やその他の有機分子からエネルギーを放出するプロセスであることを特徴とし、酸素を必要とせず、クレブス回路または電子輸送鎖を必要とせず、その最終受容体は有機分子であり、少量のATPを生成します- 一つか二つ。

細胞が解糖プロセスを完了すると、グルコースの各分子に対して2分子のピルビン酸を取得します。

酸素が利用できない場合、細胞は何らかの有機分子の生成に頼って、解糖の別のサイクルに再び入ることができるNAD ⁺またはNADP ^+の生成を達成できます。

発酵を実施する生物に応じて、最終製品は、とりわけ、乳酸、エタノール、プロピオン酸、酢酸、酪酸、ブタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、コハク酸、ギ酸、ブタンジオールであり得る。

これらの反応は、二酸化炭素または二水素分子の排泄にも関連していることがよくあります。

嫌気性呼吸をする生物

嫌気性呼吸プロセスは原核生物に典型的です。この生物のグループは、真の核（生体膜によって区切られている）とミトコンドリアや葉緑体などの細胞内コンパートメントが不足していることを特徴としています。このグループには、細菌と古細菌があります。

厳しい嫌気性菌

酸素の存在によって致命的な影響を受ける微生物は、クロストリジウム属のように、厳密に嫌気性と呼ばれます。

嫌気性代謝を有することにより、これらの微生物は、酸素のない極端な環境にコロニーを形成することができます。

通性嫌気性菌

さらに、必要性や環境条件に応じて、好気性代謝と嫌気性代謝を交互に切り替えることができる微生物がいくつかあります。

ただし、酸素が豊富な環境でのみ成長および発達できる、厳密な好気性呼吸を伴う細菌があります。

微生物学では、代謝の種類の知識は微生物の特定に役立つ特性です。

発酵する能力を持つ生物

さらに、酸素や輸送チェーンを必要とせずに気道を作り出すことができる、つまり発酵する他の生物があります。

その中には、酵母（Saccharomyces）、細菌（連鎖球菌、乳酸桿菌、桿菌、プロピオニバクテリウム、エシェリヒア、サルモネラ、エンテロバクター）の一部のタイプや、私たち自身の筋肉細胞さえ含まれています。その過程で、各種は異なる製品を排泄することによって特徴付けられます。

生態学的関連性

生態学の観点から、嫌気性呼吸は生態系内の超越的な機能を果たします。このプロセスは、海洋堆積物や淡水域、深い土壌環境など、さまざまな生息地で行われます。

一部の細菌は硫酸塩を取り硫化水素を形成し、炭酸塩を使用してメタンを形成します。他の種は、硝酸イオンを使用して、それを亜硝酸イオン、亜酸化窒素、または窒素ガスに還元することができます。

これらのプロセスは、窒素と硫黄の両方で、自然循環に不可欠です。たとえば、嫌気性経路は、窒素が固定され、気体として大気に戻ることができる主な経路です。

有酸素呼吸との違い

これら2つの代謝プロセスの最も明らかな違いは、酸素の利用です。エアロビクスでは、この分子は最終的な電子受容体として機能します。

エネルギー的には、好気性呼吸ははるかに有益であり、かなりの量のエネルギーを放出します-約38 ATP分子。対照的に、酸素がない場合の呼吸は、ATPの数がはるかに少ないことを特徴としており、これは生物によって大きく異なります。

排泄物の製品もさまざまです。好気性呼吸は二酸化炭素と水の生成で終わりますが、好気性呼吸では、中間体はさまざまです（たとえば、乳酸、アルコール、その他の有機酸など）。

速度の点では、有酸素呼吸ははるかに長くかかります。したがって、嫌気性プロセスは、生物にとってエネルギーの急速な供給源となります。

参考文献

1. バロン、S（1996）。医療微生物学。第4版。テキサス大学医学部ガルベストン校。
2. ベケット、BS（1986）。生物学：現代の紹介。オックスフォード大学出版局、米国。
3. Fauque、GD（1995）。硫酸塩還元細菌の生態学。硫酸還元菌（pp。217-241）。スプリンガー、ボストン、MA。
4. Soni、SK（2007）。微生物：21世紀のエネルギー源。ニューインディア出版。
5. ライト、DB（2000）。人間の生理学と健康。ハイネマン。