что такое анаэробный процесс в биологии
АНАЭРОБНЫЙ
Смотреть что такое «АНАЭРОБНЫЙ» в других словарях:
анаэробный — анаэробный … Орфографический словарь-справочник
АНАЭРОБНЫЙ — существующий или протекающий в отсутствие кислорода (организм, процесс и т. д.) Экологический словарь, 2001 … Экологический словарь
АНАЭРОБНЫЙ — термин, применяемый в отношении организмов, развивающихся в отсутствие свободного кислорода, а также в отношении обстановки, процессов и др. явлений, связанных с ними. Обл. развития А. процессов придонные участки застойных морских и… … Геологическая энциклопедия
АНАЭРОБНЫЙ — Процесс, протекающий в отсутствии кислорода Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 … Словарь бизнес-терминов
анаэробный — Тип катаболизма, в котором отсутсвует кислородный этап синтеза энергии [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN anaerobic … Справочник технического переводчика
анаэробный — Относящийся к организмам, способным существовать при отсутствие свободного кислорода, за счет энергии, получаемой путем расщепления органических и неорганических веществ, а также к процессам, протекающим без кислорода … Словарь по географии
Анаэробный — прил. 1. соотн. с сущ. анаэробы, связанный с ним 2. Свойственный анаэробам, характерный для них. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
анаэробный — анаэробный, анаэробная, анаэробное, анаэробные, анаэробного, анаэробной, анаэробного, анаэробных, анаэробному, анаэробной, анаэробному, анаэробным, анаэробный, анаэробную, анаэробное, анаэробные, анаэробного, анаэробную, анаэробное, анаэробных,… … Формы слов
анаэробный — анаэр обный … Русский орфографический словарь
АНАЭРОБНЫЙ — Характеристика организмов (или тканей), которые требуют отсутствия свободного кислорода или не гибнут, не разрушаются при его отсутствии … Толковый словарь по психологии
Анаэробное дыхание – полное руководство
Определение
Анаэробное дыхание – это тип дыхания, посредством которого клетки могут расщеплять сахара для выработки энергии в отсутствие кислорода. Это в отличие от высокоэффективного процесса аэробного дыхания, который опирается на кислород для производства энергии.
Молекулярный кислород является наиболее эффективным акцептором электронов для дыхания из-за его высокого сродства к электронам. Однако некоторые организмы эволюционировали для использования других конечных акцепторов электронов и, как таковые, могут выполнять дыхание без кислорода.
Дыхание имеет решающее значение для выживания клетки, потому что если она не сможет высвободить энергию из топлива, у нее не будет достаточно энергии, чтобы выполнять свои нормальные функции. Вот почему дышащие воздухом организмы умирают так быстро без постоянного запаса кислорода: наши клетки не могут генерировать достаточно энергии, чтобы остаться в живых без него.
Вместо кислорода анаэробные клетки используют такие вещества, как сульфат, нитрат, сера и фумарат, чтобы управлять клеточное дыхание, Многие клетки могут выполнять аэробное или анаэробное дыхание в зависимости от наличия кислорода.
Анаэробный против Аэробного Дыхания
сходства
Как аэробное, так и анаэробное дыхание являются методами сбора энергии из таких источников пищи, как жиры или сахара. Оба процесса начинаются с расщепления молекулы сахара с шестью углеродами на 2 три углерода пируват молекулы в процессе, называемом гликолизом. Этот процесс потребляет две молекулы АТФ и создает четыре АТФ, что приводит к чистому увеличению двух АТФ на молекулу сахара, которая расщепляется.
Как при аэробном, так и при анаэробном дыхании две молекулы пирувата подвергаются другой серии реакций, в которых используются цепи переноса электронов для генерирования большего количества АТФ.
Именно эти реакции требуют акцептора электронов – будь то кислород, сульфат, нитрат и т. Д. – чтобы привести их в движение.
Многие бактерии и археи могут выполнять только анаэробное дыхание. Многие другие организмы могут выполнять либо аэробное, либо анаэробное дыхание, в зависимости от наличия кислорода.
Люди и другие животные полагаются на аэробного дыхания остаться в живых, но может продлить жизнь или работу своих клеток в отсутствие кислорода посредством анаэробного дыхания.
Различия
После гликолиза и аэробные, и анаэробные клетки направляют две молекулы пирувата через серию химических реакций, чтобы генерировать больше АТФ и извлекать электроны для использования в их цепи переноса электронов.
Тем не менее, что это за реакции и где они происходят, зависит от аэробного и анаэробного дыхания
Во время аэробного дыхания электронная транспортная цепь и большинство химических реакций дыхания происходят в митохондрии, Система мембран митохондрий делает процесс намного более эффективным, концентрируя химические реагенты дыхания вместе в одном небольшом пространстве.
Напротив, анаэробное дыхание обычно происходит в цитоплазма, Это потому, что большинство клеток, которые осуществляют исключительно анаэробное дыхание, не имеют специализированных органелл. Последовательность реакций при анаэробном дыхании обычно короче, и вместо кислорода используется конечный акцептор электронов, такой как сульфат, нитрат, сера или фумарат.
Анаэробное дыхание также производит меньше АТФ для каждой перевариваемой молекулы сахара, чем аэробное дыхание, что делает его менее эффективным методом генерирования клеточной энергии. Кроме того, он производит различные отходы, включая, в некоторых случаях, алкоголь!
Ученые могут классифицировать микробы таким способом, используя простую экспериментальную установку с тиогликолятным бульоном. Эта среда содержит диапазон концентраций кислорода, создающих градиент. Это происходит из-за присутствия тиогликолата натрия, который потребляет кислород, и постоянной подачи кислорода из воздуха; в верхней части трубки будет присутствовать кислород, а в нижней части кислород не будет присутствовать.
Типы анаэробного дыхания
Типы анаэробного дыхания так же разнообразны, как и его акцепторы электронов. Важные виды анаэробного дыхания включают в себя:
Анаэробные уравнения дыхания
Уравнения для двух наиболее распространенных типов анаэробного дыхания:
• Брожение молочной кислоты:
C6H12O6 (глюкоза) + 2 АДФ + 2 пи → 2 молочной кислоты + 2 АТФ
C6H12O6 (глюкоза) + 2 АДФ + 2 пи → 2 C2H5OH (этанол) + 2 СО2 + 2 АТФ
Примеры анаэробного дыхания
Боль в мышцах и молочной кислоте
Во время интенсивных тренировок наши мышцы используют кислород для производства АТФ быстрее, чем мы можем его поставлять.
Когда это происходит, мышечные клетки могут выполнять гликолиз быстрее, чем они могут поставлять кислород в митохондриальную цепь транспорта электронов.
В результате в наших клетках происходит анаэробное дыхание и ферментация молочной кислоты, а после продолжительных упражнений накопившаяся молочная кислота может сделать наши мышцы болит!
Дрожжи и алкогольные напитки
Дрожжи могут использовать сложные углеводы, в том числе содержащиеся в картофеле, винограде, кукурузе и многих других зернах, в качестве источников сахара для клеточного дыхания.
Помещение дрожжей и их источника топлива в герметичную бутылку гарантирует, что вокруг не будет достаточно кислорода, и, таким образом, дрожжи перейдут в анаэробное дыхание. Это производит алкоголь.
Алкоголь фактически токсичен для дрожжей, которые его производят – когда концентрации алкоголя станут достаточно высокими, дрожжи начнут умирать.
По этой причине невозможно варить вино или пиво с содержанием алкоголя более 30%. Однако процесс дистилляции, который отделяет спирт от других компонентов варева, может использоваться для концентрирования спирта и производства спиртных напитков, таких как водка.
Метаногенез и Опасные Доморощенные
К сожалению, алкогольная ферментация – не единственный вид ферментации, который может происходить в растение дело. Другой алкоголь, называется метанол, может быть получен из ферментации целлюлозы. Это может вызвать отравление метанолом.
Опасность «самогона» – дешевого самодельного спирта, который часто содержит большое количество метанола из-за плохих процессов пивоварения и дистилляции, – рекламировалась в 20-м веке во время запрета.
Смерть и повреждение нервов от отравления метанолом все еще остаются проблемой в районах, где люди пытаются дешево заваривать алкоголь. Итак, если вы собираетесь стать пивоваром, убедитесь, что вы делаете свою домашнюю работу!
Швейцарский сыр и пропионовая кислота
Ферментация пропионовой кислоты придает швейцарскому сыру характерный вкус. Отверстия в швейцарском сыре на самом деле сделаны пузырьками углекислого газа, которые выделяются в качестве отходов бактерий, использующих ферментацию пропионовой кислоты.
Обнаружено, что виновником является отсутствие специфических бактерий, которые производят пропионовую кислоту. На протяжении веков, эти бактерии были введены в качестве загрязнителя из сена, который ели коровы. Но после введения более строгих стандартов гигиены этого больше не происходило!
Эта бактерия сейчас добавлено намеренно во время производства, чтобы гарантировать, что швейцарский сыр остается ароматным и сохраняет свой мгновенно узнаваемый внешний вид.
Уксус и Ацетогенез
Бактерии, которые выполняют ацетогенез, ответственны за создание уксуса, который состоит в основном из уксусная кислота.
Уксус фактически требует двух процессов брожения, потому что бактерии, которые производят уксусную кислоту, требуют алкоголя в качестве топлива!
Как таковой, уксус сначала сбраживается в алкогольный препарат, такой как вино. Затем спиртовую смесь снова ферментируют с использованием ацетогенных бактерий.
АНАЭРОБНЫЕ ОРГАНИЗМЫ
Полезное
Смотреть что такое «АНАЭРОБНЫЕ ОРГАНИЗМЫ» в других словарях:
Анаэробные организмы — Анаэробные организмы; анаэробы: Организмы, не требующие для выживания или размножения присутствия растворенного или газообразного кислорода. Источник: ВОДА И ВОДОПОДГОТОВКА. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ГОСТ 30813 2002 (введен Постановлением… … Официальная терминология
анаэробные организмы — – организмы, не использующие кислород в качестве акцептора электронов для окисления органических веществ … Краткий словарь биохимических терминов
Анаэробные организмы — Аэробные и анаэробные бактерии предварительно идентифицируются в жидкой питательной среде по градиенту концентрации O2: 1. Облигатные аэробные (нуждающиеся в кислороде) бактерии в основном собираются в верхней части пробирки, чтобы поглощать… … Википедия
АНАЭРОБНЫЕ ОРГАНИЗМЫ — организмы, жизнедеятельность которых протекает без использования свободного кислорода … Словарь ботанических терминов
АНАЭРОБНЫЕ ОРГАНИЗМЫ — анаэробы (от греч. an отрицат. приставка, aer воздух и bios жизнь), организмы, не нуждающиеся для нормальной жизнедеятельности в присутствии кислорода. Различают А. о. облигатные, хорошо развивающиеся при полном отсутствии кислорода и погибающие… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь
анаэробные организмы — анаэробные организмы, анаэробы (от греч. an отрицательная приставка, aēr воздух и bíos жизнь), организмы, не нуждающиеся для нормальной жизнедеятельности в присутствии кислорода. Различают А. о. облигатные, хорошо… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
Анаэробные организмы — (от греч. ana обратно, назад, против и aer воздух) организм, способный жить в бескислородной среде; эта способность называется анаэробиозом и относится к бактериям, некоторым червям и моллюскам (противоположность аэробы) … Начала современного естествознания
АНАЭРОБНЫЕ ОРГАНИЗМЫ — – микроорганизмы, развивающиеся без доступа свободного кислорода и черпающие необходимый для деятельности кислород из органических или минеральных кислородных соединений … Палеомагнитология, петромагнитология и геология. Словарь-справочник.
Анаэробные спорообразующие бактерии. Роды клостридиум (Clostridium) и десульфотомакулум (Desulfotomaculum) — Анаэробные микроорганизмы были открыты великим французским ученым Луи Пастером в 1861 году. В то время открытие анаэробов было ошеломляющим для ученых биологов, полагавших, что жизнь невозможна без дыхания и использования кислорода.… … Биологическая энциклопедия
Анаэробные организмы
Анаэробы — организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путем субстратного фосфорилирования, конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ в присутствии конечного акцептора протонов организмами, осуществляющими окислительное фосфорилирование.
Анаэробы — обширная группа организмов, как микро-, так и макроуровня:
Помимо этого анаэробное окисление глюкозы играет важную роль в работе поперечно-полосатой мускулатуры животных и человека (особенно в состоянии тканевой гипоксии).
Термин «анаэробы» ввел Луи Пастер, открывший в 1861 году бактерии маслянокислого брожения. Анаэробное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов при использовании в качестве конечного акцептора протонов не кислорода, а других веществ (например, нитратов) и относится к процессам энергетического обмена (катаболизм, диссимиляция), которые характеризуются окислением углеводов, липидов и аминокислот до низкомолекулярных соединений.
Содержание
Степень аэробности среды
Для измерения потенциала среды М. Кларк предложил использовать величину pH2 0 — отрицательный логарифм парциального давления газообразного водорода. Диапазон [0-42,6] характеризует все степени насыщения водного раствора водородом и кислородом. Аэробы растут при более высоком потенциале 16, факультативные анаэробы 5, а облигатные — при наиболее низком 8. [2]
Классификация анаэробов
Согласно устоявшейся в микробиологии классификации, различают:
До 1991 года в микробиологии выделяли класс капнеистических анаэробов, требовавших пониженной концентрации кислорода и повышенной концентрации углекислоты (Бруцеллы бычьего типа — B. abortus) [2]
Умеренно-строгий анаэробный организм выживает в среде с молекулярным O2, однако не размножается. Микроаэрофилы способны выживать и размножаться в среде с низким парциальным давлением O2.
Если организм не способен «переключиться» с анаэробного типа дыхания на аэробный, но не гибнет в присутствии молекулярного кислорода, то он относится к группе аэротолерантных анаэробов. Например, молочнокислые и многие маслянокислые бактерии
Облигатные анаэробы в присутствии молекулярного кислорода O2 гибнут — например, представители рода бактерий и архей: Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium). Такие анаэробы постоянно живут в лишенной кислорода среде. К облигатным анаэробам относятся некоторые бактерии, дрожжи, жгутиковые и инфузории.
Токсичность кислорода и его форм для анаэробных организмов
Аэробные организмы содержат чаще всего три цитохрома, факультативные анаэробы — один или два, облигатные анаэробы не содержат цитохромов.
Дополнительная антиоксидантная защита может обеспечиваться синтезом или накоплением низкомолекулярных антиоксидантов: витамина С, А, E, лимонной и других кислот.
Получение энергии путем субстратного фосфорилирования. Брожение. Гниение.
При этом характерным только для анаэробов является гликолиз, который в зависимости от конечных продуктов реакции разделяют на несколько типов брожению:
В результате расщепления глюкозы расходуется 2 молекулы, а синтезируется 4 молекулы АТФ. Таким образом общий выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ и 2 молекулы НАД·Н2. Полученный в ходе реакции пируват утилизируется клеткой по-разному в зависимости от того, какому типу брожения она следует.
Антагонизм брожения и гниения
В процессе эволюции сформировался и закрепился биологический антагонизм бродильной и гнилостной микрофлоры:
Расщепление микроорганизмами углеводов сопровождается значительным снижением pH среды, в то время как расщепление белков и аминокислот — повышением (защелачиванием). Приспособление каждого из организмов к определенной реакции среды играет важнейшую роль в природе и жизни человека, например, благодаря бродильным процессам предотвращается загнивание силоса, заквашенных овощей, молочных продуктов.
Культивирование анаэробных организмов
Культивирование анаэробных организмов в основном является задачей микробиологии.
Сложнее дело обстоит с культивированием анаэробных многоклеточных организмов, поскольку для их культивирования часто необходима специфическая микрофлора, а также определённые концентрации метаболитов. Применяется, например, при исследовании паразитов человеческого организма.
Другим способом выращивания анаэробов(чаще всего микроорганизмов) на питательных средах — добавление содержащих редуцирующие вещества (глюкозу, муравьинокислый натрий и др.), уменьшающие окислительно-восстановительный потенциал.
Общие питательные среды для анаэробных организмов
Для общей среды Вильсона — Блера базой является агар-агар с добавлением глюкозы, сульфита натрия и двуххлористого железа. Клостридии образуют на этой среде колонии чёрного цвета за счет восстановления сульфита до сульфид — аниона, который соединяясь с катионами железа (II) дает соль чёрного цвета. Как правило, черные на этой среде образования колонии, появляются в глубине агарового столбика. [8]
Среда Китта — Тароцци состоит из мясопептонного бульона, 0,5% глюкозы и кусочков печени или мясного фарша для поглощения кислорода из среды. Перед посевом среду прогревают на кипящей водяной бане в течение 20 — 30 минут для удаления воздуха из среды. После посева питательную среду сразу заливают слоем парафина или вазелинового масла для изоляции от доступа кислорода.
Общие методы культивирования для анаэробных организмов
GasPak — система химическим путем обеспечивает постоянство газовой смеси, приемлемой для роста большинства анаэробных микроорганизмов. В герметичном контейнере, в результате реакции воды с таблетками боргидрида натрия и бикарбоната натрия образуется водород и диоксид углерода. Водород затем реагирует с кислородом газовой смеси на палладиевом катализаторе с образованием воды, уже вторично вступающей в реакцию гидролиза боргидрида.
Метод Цейсслера применяется для выделения чистых культур спорообразующих анаэробов. Для этого производят посев на среду Китт-Тароцци, прогревают 20 мин при 80 °C (для уничтожения вегетативной формы), заливают среду вазелиновым маслом и инкубируют 24 ч в термостате. Затем производят посев на сахарно-кровяной агар для получения чистых культур. После 24-часового культивирования интересующие колонии изучаются — их пересеивают на среду Китт-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).
Метод Фортнера — посевы производят на чашку Петри с утолщенным слоем среды, разделённым пополам узкой канавкой, вырезанной в агаре. Одну половину засевают культуру аэробных бактерий, на другую — анаэробных. Края чашки заливают парафином и инкубируют в термостате. Первоначально наблюдают рост аэробной микрофлоры, а затем (после поглощения кислорода) — рост аэробной резко прекращается и начинается рост анаэробной.
Метод Вейнберга используется для получения чистых культур облигатных анаэробов. Культуры, выращенные на среде Китта-Тароцци, переносят в сахарный бульон. Затем одноразовой пастеровской пипеткой материал переносят в узкие пробирки (трубки Виньяля) с сахарным мясо-пептонным агаром, погружая пипетку до дна пробирки. Засеянные пробирки быстро охлаждают, что позволяет фиксировать бактериальный материал в толще затвердевшего агара. Пробирки инкубируют в термостате, а затем изучают выросшие колонии. При обнаружении интересующей колонии на её месте делают распил, материал быстро отбирают и засеивают на среду Китта-Тароцци (с последующим контролем чистоты выделенной культуры).
Метод Перетца — в расплавленный и охлаждённый сахарный агар-агар вносят культуру бактерий и заливают под стекло, помещённое на пробковых палочках(или фрагментах спичек) в чашку Петри. Метод наименее надежен из всех, но достаточно прост в применении.
Дифференциально — диагностические питательные среды
Среды Гисса: К 1 % пептонной воде добавляют 0,5 % раствор определенного углевода (глюкоза, лактоза, мальтоза, маннит, сахароза и др.) и кислотно-щелочной индикатор Андреде, разливают по пробиркам, в которые помещают поплавок для улавливания газообразных продуктов, образующихся при разложении углеводородов.
Среда Ресселя (Рассела) применяется для изучения биохимических свойств энтеробактерий(шигелл, сальмонелл). Содержит питательный агар-агар, лактозу, глюкозу и индикатор (бромтимоловый синий). Цвет среды травянисто-зелёный. Обычно готовят в пробирках по 5 мл со скошенной поверхностью. Посев осуществляют уколом в глубину столбика и штрихом по скошенной поверхности.
Среда Плоскирева (бактоагар Ж) — дифференциально-диагностическая и селективная среда, поскольку подавляет рост многих микроорганизмов, и способствует росту патогенных бактерий (возбудителей брюшного тифа, паратифов, дизентерии). Лактозоотрицательные бактерии образуют на этой среде бесцветные колонии, а лактозоположительные — красные. В составе среды — агар, лактоза, бриллиантовый зелёный, соли желчных кислот, минеральные соли, индикатор (нейтральный красный).
Висмут-сульфитный агар предназначен для выделения сальмонелл в чистом виде из инфицированного материала. Содержит триптический гидролизат, глюкозу, факторы роста сальмонелл, бриллиантовый зелёный и агар. Дифференциальные свойства среды основаны на способности сальмонелл продуцировать сероводород, на их устойчивости к присутствию сульфида, бриллиантового зелёного и лимоннокислого висмута. Маркируются колонии в чёрный цвет сернистого висмута (методика схожа со средой Вильсона — Блера).
Метаболизм анаэробных организмов
Метаболизм анаэробных организмов имеет несколько различных подгрупп:
Анаэробный энергетический обмен в тканях человека и животных [12]
Некоторые ткани животных и человека отличаются повышенной устойчивостью к гипоксии (особенно мышечная ткань). В обычных условиях синтез АТФ идет аэробным путем, а при напряженной мышечной деятельности, когда доставка кислорода к мышцам затруднена, в состоянии гипоксии, а также при воспалительных реакциях в тканях доминируют анаэробные механизмы регенерации АТФ. В скелетных мышцах выявлены 3 вида анаэробных и только один аэробный путь регенерации АТФ.
К анаэробным относятся:
Необходимо отметить, что прямым следствием гликолиза является критическое снижение рН тканей — ацидоз. Это ведет к снижению эффективного транспорта кислорода гемоглобином, и формирует положительную обратную связь.
Каждый механизм имеет свое время удержания максимальной мощности и оптимум энергообеспечения тканей. Наибольшая мощность и наименьшее время удержания: