การหมักและการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน
เมื่อไม่มีออกซิเจน จุลินทรีย์จะสงวนพลังงานผ่านการหมัก ซึ่งรักษาสมดุลรีดอกซ์ภายใน หรือผ่านการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งใช้ตัวรับอิเล็กตรอนปลายทางทางเลือก
Definition
การหมักเป็นการสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่สมดุลอิเล็กตรอน ซึ่งสงวนพลังงานโดยการเติมหมู่ฟอสเฟตระดับสารตั้งต้นโดยไม่มีตัวรับอิเล็กตรอนภายนอก ในขณะที่การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนสงวนพลังงานผ่านการขนส่งอิเล็กตรอนไปยังตัวรับอื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจน
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมหลักการของการหมักและเส้นทางหลัก รวมถึงการหมักกรดแลคติก แอลกอฮอล์ และกรดผสม; ความหลากหลายของการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนโดยใช้ตัวรับ เช่น ไนเตรต ซัลเฟต เหล็กเฟอร์ริก และคาร์บอนไดออกไซด์; และความสำคัญทางนิเวศวิทยาและการประยุกต์ใช้ของการเผาผลาญแบบไม่ใช้ออกซิเจน โดยเปรียบเทียบพลังงานของกลยุทธ์เหล่านี้กับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน
Core questions
- เซลล์สงวนพลังงานได้อย่างไรเมื่อไม่มีออกซิเจน?
- ผลิตภัณฑ์ใดที่บ่งบอกถึงเส้นทางการหมักหลัก?
- ตัวรับอิเล็กตรอนทางเลือกใดที่สนับสนุนการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน?
- เหตุใดกลยุทธ์แบบไม่ใช้ออกซิเจนจึงให้พลังงานน้อยกว่าการหายใจแบบใช้ออกซิเจนโดยทั่วไป?
Key concepts
- การหมักและสมดุลรีดอกซ์ภายใน
- การหมักกรดแลคติก แอลกอฮอล์ และกรดผสม
- ตัวรับอิเล็กตรอนทางเลือก
- การหายใจแบบไนเตรต ซัลเฟต และคาร์บอเนต
- ผลผลิตพลังงานของการเผาผลาญแบบไม่ใช้ออกซิเจนเทียบกับการเผาผลาญแบบใช้ออกซิเจน
Mechanisms
ในการหมัก สารตั้งต้นจะถูกออกซิไดซ์บางส่วนและอิเล็กตรอนจะถูกส่งผ่านไปยังสารอินทรีย์ตัวกลาง ซึ่งสร้างตัวพาอิเล็กตรอนขึ้นใหม่และให้ ATP โดยการเติมหมู่ฟอสเฟตระดับสารตั้งต้น; ผลลัพธ์ที่ได้คือผลิตภัณฑ์การหมักที่มีลักษณะเฉพาะ ในการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน อิเล็กตรอนจะไหลผ่านสายโซ่ขนส่งไปยังตัวรับอนินทรีย์หรืออินทรีย์อื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจน ซึ่งสร้างแรงขับเคลื่อนโปรตอน; เนื่องจากตัวรับเหล่านี้มีศักยภาพในการรีดักชันต่ำกว่าออกซิเจน โดยทั่วไปแล้วจะสงวนพลังงานได้น้อยกว่า
Clinical relevance
การเผาผลาญแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นศูนย์กลางของกระบวนการทางอุตสาหกรรมและสิ่งแวดล้อมหลายอย่าง รวมถึงการผลิตอาหารหมัก เครื่องดื่ม และเชื้อเพลิงชีวภาพ การทำงานของแหล่งที่อยู่อาศัยแบบไม่ใช้ออกซิเจน เช่น ตะกอนและลำไส้ และการหมุนเวียนของไนโตรเจนและกำมะถันทั่วโลกผ่านการรีดักชันแบบหายใจ
History
การศึกษาของ Louis Pasteur ในศตวรรษที่สิบเก้าได้กำหนดให้การหมักเป็นกระบวนการทางชีวภาพที่ดำเนินการโดยจุลินทรีย์ที่มีชีวิตเมื่อไม่มีอากาศ และงานวิจัยในภายหลังได้ระบุลักษณะของการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนหลายรูปแบบที่ใช้ประโยชน์จากตัวรับอิเล็กตรอนทางเลือกในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีออกซิเจน
Key figures
- Louis Pasteur
- Sergei Winogradsky
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- การหมักแตกต่างจากการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนอย่างไร?
- ทั้งสองเกิดขึ้นโดยไม่มีออกซิเจน แต่การหมักจะรักษาสมดุลอิเล็กตรอนภายในโดยใช้โมเลกุลอินทรีย์เป็นตัวรับสุดท้ายและสร้าง ATP โดยการเติมหมู่ฟอสเฟตระดับสารตั้งต้น ในขณะที่การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะส่งผ่านอิเล็กตรอนผ่านสายโซ่ขนส่งไปยังตัวรับภายนอก เช่น ไนเตรตหรือซัลเฟต ซึ่งสร้างแรงขับเคลื่อนโปรตอน