혐기성 호흡 : 특성, 유형 및 유기체 - 생물학 - 2026

혐기성 호흡 유기 분자에 기초하여 화학 에너지 또는 혐 기적 대사 모드가 해제된다. 이 전체 과정에서 최종 전자 수용체는 질산염 이온 또는 황산염과 같은 산소 이외의 분자입니다.

이러한 유형의 신진 대사를 나타내는 유기체는 원핵 생물이며 혐기성 유기체라고합니다. 엄격히 혐기성 인 원핵 생물은 독성이 높고 심지어 치명적이기 때문에 산소가 존재하지 않는 환경에서만 살 수 있습니다.

혐기성 호흡은 원핵 생물에 존재합니다.
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특정 미생물 (박테리아 및 효모)은 발효 과정을 통해 에너지를 얻습니다. 이 경우 공정에는 산소 또는 전자 수송 사슬이 필요하지 않습니다. 해당 과정 후에 몇 가지 추가 반응이 추가되고 최종 생성물은 에틸 알코올이 될 수 있습니다.

수년 동안 업계는 빵, 와인, 맥주 등과 같이 인간이 소비하는 관심 제품을 생산하기 위해이 공정을 이용했습니다.

우리의 근육은 또한 혐기성 호흡을 할 수 있습니다. 이 세포가 강한 노력을 받으면 젖산 발효 과정이 시작되어 근육 에이 제품이 축적되어 피로를 유발합니다.

형질

호흡은 주로 탄수화물과 같은 다양한 유기 분자에서 시작하여 ATP 형태로 에너지가 얻어지는 현상입니다. 이 과정은 세포 내부에서 일어나는 다양한 화학 반응 덕분에 발생합니다.

대부분의 유기체에서 에너지의 주요 원천은 포도당이지만 다른 당, 지방산 또는 단백질의 구성 요소 인 아미노산과 같은 다른 분자가 에너지 추출에 사용될 수 있습니다.

각 분자가 방출 할 수있는 에너지는 줄 단위로 정량화됩니다. 상기 분자의 분해를위한 유기체의 생화학 적 경로 또는 경로는 주로 산소의 존재 또는 부재에 의존한다. 이런 식으로 호흡을 혐기성 및 호기성의 두 가지 큰 그룹으로 분류 할 수 있습니다.

혐기성 호흡에서는 ATP를 생성하는 전자 수송 사슬이 있으며, 전자의 최종 수용체는 질산염 이온, 황산염과 같은 유기 물질입니다.

이러한 유형의 혐기성 호흡을 발효와 혼동하지 않는 것이 중요합니다. 두 프로세스 모두 산소와 무관하지만 후자에서는 전자 수송 사슬이 없습니다.

종류

유기체가 산소없이 호흡 할 수있는 여러 경로가 있습니다. 전자 수송 사슬이 없다면 유기물의 산화는 발효 과정에서 에너지 원에서 다른 원자의 환원과 결합됩니다 (아래 참조).

수송 사슬의 경우 최종 전자 수용체의 역할은 질산염, 철, 망간, 황산염, 이산화탄소 등 다양한 이온에 의해 수행 될 수 있습니다.

전자 수송 사슬은 산화 적 인산화 (oxidative phosphorylation)라고하는 양식에 의해 ATP 형태의 에너지 생산으로 이어지는 산화물 환원 반응 시스템입니다.

이 과정에 관여하는 효소는 막에 고정 된 박테리아 내부에서 발견됩니다. 원핵 생물은 진핵 생물의 미토콘드리아와 유사한 이러한 침입 또는 소포를 가지고 있습니다. 이 시스템은 박테리아마다 크게 다릅니다. 가장 일반적인 것은 다음과 같습니다.

전자 수용체로 질산염 사용

혐기성 호흡을하는 많은 박테리아 그룹은 질산염 감소 박테리아로 분류됩니다. 이 그룹에서, 전자 전달계의 최종 수용체가 NO 인 ₃ ^- 이온 .

이 그룹에는 다양한 생리적 양식이 있습니다. 질산 이온 감속기 NO 호흡 유형일 수있다 ₃ ^- NO하게 ₂ ^- ; 이들은 탈질 화 될 수 있으며, 여기서 상기 이온은 N _2로 전달 되거나, 해당 이온이 NH ₃ 로 변환되는 동화 유형일 수 있습니다.

전자 공여체는 피루 베이트, 숙시 네이트, 락 테이트, 글리세롤, NADH 등일 수 있습니다. 이 대사의 대표적인 유기체는 잘 알려진 대장균입니다.

전자 수용체로 황산염 사용

소수의 엄격한 혐기성 박테리아 만이 황산 이온을 취하여 ^S2- 와 물로 전환 할 수 있습니다. 반응에는 몇 가지 기질이 사용되며, 가장 일반적인 것 중에는 젖산과 4 개의 탄소 디카 르 복실 산이 있습니다.

전자 수용체로 이산화탄소 사용

Archaea는 일반적으로 극한 지역에 서식하는 원핵 생물이며 매우 특별한 대사 경로를 나타내는 특징이 있습니다.

이들 중 하나는 메탄을 생산할 수있는 고세균이며이를 달성하기 위해 이산화탄소를 최종 수용자로 사용합니다. 반응의 최종 생성물은 메탄 가스 (CH ₄ )입니다.

이 유기체는 호수 바닥이나 특정 포유류의 소화관과 같이 반응에 필요한 요소 중 하나이기 때문에 수소 농도가 높은 생태계의 매우 특정 영역에만 서식합니다.

발효

와인 발효

앞서 언급했듯이 발효는 산소가 필요하지 않은 대사 과정입니다. 전자 수송 사슬이 없다는 점에서 이전 섹션에서 언급 한 혐기성 호흡과 다릅니다.

발효는 당이나 다른 유기 분자에서 시작하여 에너지를 방출하고 산소를 필요로하지 않으며 Krebs주기 또는 전자 수송 사슬이 필요하지 않은 과정으로 특징 지어지며, 최종 수용체는 유기 분자이며 소량의 ATP를 생성합니다. - 하나 또는 둘.

세포가 해당 과정을 완료하면 각 포도당 분자에 대해 두 분자의 피루브산을 얻습니다.

산소 가용성이없는 경우 세포는 일부 유기 분자의 생성에 의존하여 NAD ⁺ 또는 NADP ⁺ 의 생성을 달성 할 수 있으며 ^, 이는 또 다른 해당 과정에 다시 들어갈 수 있습니다.

발효를 수행하는 유기체에 따라 최종 생성물은 젖산, 에탄올, 프로피온산, 아세트산, 부티르산, 부탄올, 아세톤, 이소 프로필 알코올, 숙신산, 포름산, 부탄디올 등일 수 있습니다.

이러한 반응은 종종 이산화탄소 또는이 수소 분자의 배설과 관련이 있습니다.

혐기성 호흡을하는 유기체

혐기성 호흡 과정은 원핵 생물의 전형입니다. 이 유기체 그룹은 실제 핵 (생물학적 막으로 구분됨)과 미토콘드리아 또는 엽록체와 같은 세포 하 구획이없는 것이 특징입니다. 이 그룹에는 박테리아와 고세균이 있습니다.

엄격한 혐기성 미생물

산소의 존재에 의해 치명적인 영향을받는 미생물은 Clostridium 속과 같이 엄격하게 혐기성이라고합니다.

혐기성 신진 대사를 통해 이러한 미생물은 산소가없는 극한 환경에 서식 할 수 있습니다.이 환경에서는 매우 깊은 물, 토양 또는 일부 동물의 소화관과 같이 호기성 유기체가 살 수 없습니다.

통용성 혐기성 세균

또한, 필요와 환경 조건에 따라 호기성 대사와 혐기성 대사를 번갈아 가며 전환 할 수있는 미생물이 있습니다.

그러나 산소가 풍부한 환경에서만 성장하고 발달 할 수있는 엄격한 호기성 호흡을 가진 박테리아가 있습니다.

미생물 과학에서 대사 유형에 대한 지식은 미생물을 식별하는 데 도움이되는 특성입니다.

발효 능력이있는 유기체

또한 산소 나 수송 사슬 없이도기도를 생성 할 수있는 다른 유기체가 있습니다.

그중 일부 유형의 효모 (Saccharomyces), 박테리아 (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) 및 심지어 우리 자신의 근육 세포도 있습니다. 이 과정에서 각 종은 다른 제품을 배설하는 특징이 있습니다.

생태 학적 관련성

생태학의 관점에서 혐기성 호흡은 생태계 내에서 초월적인 기능을 수행합니다. 이 과정은 해양 퇴적물이나 담수 체, 깊은 토양 환경 등과 같은 다양한 서식지에서 발생합니다.

일부 박테리아는 황산염을 취하여 황화수소를 형성하고 탄산염을 사용하여 메탄을 형성합니다. 다른 종은 질산염 이온을 사용하여 아질산염 이온, 아산화 질소 또는 질소 가스로 환원시킬 수 있습니다.

이러한 과정은 질소와 황 모두의 자연 순환에서 매우 중요합니다. 예를 들어, 혐기성 경로는 질소가 고정되어 가스로 대기로 돌아갈 수있는 주요 경로입니다.

호기성 호흡과의 차이점

이 두 대사 과정의 가장 분명한 차이점은 산소의 활용입니다. 에어로빅에서이 분자는 최종 전자 수용체 역할을합니다.

에너지 적으로 호기성 호흡은 훨씬 더 이롭고 상당한 양의 에너지 (약 38 개의 ATP 분자)를 방출합니다. 대조적으로, 산소가없는 상태에서의 호흡은 유기체에 따라 크게 달라지는 훨씬 적은 수의 ATP를 특징으로합니다.

배설물도 다양합니다. 호기성 호흡은 이산화탄소와 물의 생성으로 끝나는 반면, 호기성 호흡에서는 중간체가 다양합니다 (예 : 젖산, 알코올 또는 기타 유기산).

속도면에서 호기성 호흡은 훨씬 더 오래 걸립니다. 따라서 혐기성 과정은 유기체에 대한 빠른 에너지 원을 나타냅니다.

참고 문헌

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