تخمیر و تنفس بیهوازی
در غیاب اکسیژن، میکروبها انرژی را از طریق تخمیر، که تعادل ردوکس را به صورت داخلی برقرار میکند، یا از طریق تنفس بیهوازی، که از پذیرندههای نهایی الکترون جایگزین استفاده میکند، حفظ میکنند.
Definition
تخمیر یک کاتابولیسم بیهوازی و متعادل از نظر الکترونی است که انرژی را از طریق فسفوریلاسیون در سطح بستر و بدون نیاز به پذیرنده الکترون خارجی حفظ میکند، در حالی که تنفس بیهوازی انرژی را از طریق انتقال الکترون به پذیرندهای غیر از اکسیژن حفظ میکند.
Scope
این موضوع اصول تخمیر و مسیرهای اصلی آن، از جمله تخمیر اسید لاکتیک، الکلی و اسید مخلوط؛ تنوع تنفسهای بیهوازی با استفاده از پذیرندههایی مانند نیترات، سولفات، آهن فریک و دیاکسید کربن؛ و اهمیت اکولوژیکی و کاربردی متابولیسم بیهوازی را پوشش میدهد. همچنین انرژیزایی این راهبردها را با تنفس هوازی مقایسه میکند.
Core questions
- سلولها چگونه در صورت عدم دسترسی به اکسیژن، انرژی را حفظ میکنند؟
- چه محصولاتی مسیرهای اصلی تخمیر را مشخص میکنند؟
- کدام پذیرندههای الکترون جایگزین از تنفس بیهوازی حمایت میکنند؟
- چرا راهبردهای بیهوازی معمولاً انرژی کمتری نسبت به تنفس هوازی تولید میکنند؟
Key concepts
- تخمیر و تعادل ردوکس داخلی
- تخمیرهای لاکتیکی، الکلی و اسید مخلوط
- پذیرندههای الکترون جایگزین
- تنفس نیترات، سولفات و کربنات
- بازده انرژی متابولیسم بیهوازی در مقابل هوازی
Mechanisms
در تخمیر، یک بستر به صورت جزئی اکسید میشود و الکترونهای آن به یک واسطه آلی منتقل میشوند، که باعث بازسازی حاملهای الکترون و تولید ATP از طریق فسفوریلاسیون در سطح بستر میشود؛ نتیجه آن محصولات تخمیری مشخص است. در تنفس بیهوازی، الکترونها از طریق یک زنجیره انتقال به یک پذیرنده معدنی یا آلی غیر از اکسیژن جریان مییابند و نیروی محرکه پروتونی ایجاد میکنند؛ از آنجا که این پذیرندهها پتانسیل کاهش کمتری نسبت به اکسیژن دارند، معمولاً انرژی کمتری حفظ میشود.
Clinical relevance
متابولیسم بیهوازی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و زیستمحیطی، از جمله تولید غذاهای تخمیری، نوشیدنیها و سوختهای زیستی، عملکرد زیستگاههای بیهوازی مانند رسوبات و روده، و چرخه جهانی نیتروژن و گوگرد از طریق کاهشهای تنفسی، نقش محوری دارد.
History
مطالعات لوئی پاستور در قرن نوزدهم تخمیر را به عنوان یک فرآیند بیولوژیکی که توسط میکروبهای زنده در غیاب هوا انجام میشود، تثبیت کرد و کارهای بعدی اشکال متعدد تنفس بیهوازی را که از پذیرندههای الکترون جایگزین در محیطهای بیاکسیژن بهره میبرند، مشخص نمود.
Key figures
- Louis Pasteur
- Sergei Winogradsky
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- تخمیر چه تفاوتی با تنفس بیهوازی دارد؟
- هر دو بدون اکسیژن رخ میدهند، اما تخمیر الکترونها را به صورت داخلی با استفاده از یک مولکول آلی به عنوان پذیرنده نهایی متعادل میکند و ATP را از طریق فسفوریلاسیون در سطح بستر میسازد، در حالی که تنفس بیهوازی الکترونها را از طریق یک زنجیره انتقال به یک پذیرنده خارجی مانند نیترات یا سولفات منتقل میکند و نیروی محرکه پروتونی ایجاد میکند.