Anaerobik solunum, hücrelerin oksijen yokluğunda enerji üretmek için şekerleri parçalayabildiği solunum türüdür. Bu, enerji üretmek için oksijene dayanan yüksek verimli aerobik solunum sürecinin tersidir.
Moleküler oksijen, elektronlara olan yüksek ilgisi nedeniyle solunum için en verimli elektron alıcısıdır. Bununla birlikte, bazı organizmalar diğer son elektron alıcılarını kullanacak şekilde evrimleşmiştir ve bu nedenle oksijensiz solunum yapabilirler.
Solunum, yakıtta depolanan enerjinin bir hücrenin kullanabileceği bir forma dönüştürüldüğü süreçtir. Tipik olarak, bir şeker veya yağ molekülünün moleküler bağlarında depolanan enerji, yakıt molekülünden elektronları alarak ve bunları bir elektron taşıma zincirine güç vermek için kullanarak ATP yapmak için kullanılır.
Solunum, bir hücrenin hayatta kalması için çok önemlidir, çünkü yakıtlardan enerjiyi serbest bırakamazsa, normal işlevlerini sürdürmek için yeterli enerjiye sahip olmayacaktır. Hava soluyan organizmaların sürekli bir oksijen kaynağı olmadan bu kadar çabuk ölmelerinin nedeni budur: Hücrelerimiz oksijensiz hayatta kalmak için yeterli enerjiyi üretemez.
Oksijen yerine anaerobik hücreler, hücresel solunumlarını yürütmek için sülfat, nitrat, kükürt ve fumarat gibi maddeler kullanır. Birçok hücre, oksijenin bulunup bulunmadığına bağlı olarak aerobik veya anaerobik solunum yapabilir.
Hem aerobik hem de anaerobik solunum, yağlar veya şekerler gibi bir gıda kaynağından enerji toplama yöntemleridir. Her iki süreç de glikoliz adı verilen bir süreçte altı karbonlu bir şeker molekülünün üç karbonlu 2 piruvat molekülüne bölünmesiyle başlar. Bu işlem, iki ATP molekülü tüketir ve bölünen şeker molekülü başına iki ATP net kazanç için dört ATP oluşturur.
Hem aerobik hem de anaerobik solunumda, iki piruvat molekülü, daha fazla ATP üretmek için elektron taşıma zincirlerini kullanan başka bir dizi reaksiyona tabidir.
Bu reaksiyonları yürütmek için bir elektron alıcısı - oksijen, sülfat, nitrat vb. - gerektiren reaksiyonlardır.
Birçok bakteri ve arke sadece oksijensiz solunum yapabilir. Diğer birçok organizma, oksijenin bulunup bulunmamasına bağlı olarak aerobik veya anaerobik solunum yapabilir.
İnsanlar ve diğer hayvanlar hayatta kalmak için aerobik solunuma güvenir, ancak anaerobik solunum yoluyla oksijen yokluğunda hücrelerinin ömrünü veya performansını uzatabilir.
Glikolizden sonra, hem aerobik hem de anaerobik hücreler, daha fazla ATP üretmek ve elektron taşıma zincirlerinde kullanılmak üzere elektronları çıkarmak için iki piruvat molekülünü bir dizi kimyasal reaksiyon yoluyla gönderir.
Bununla birlikte, bu reaksiyonların ne olduğu ve nerede meydana geldikleri, aerobik ve anaerobik solunum arasında değişir.
Aerobik solunum sırasında, elektron taşıma zinciri ve solunumun kimyasal reaksiyonlarının çoğu mitokondride gerçekleşir. Mitokondrinin zar sistemi, solunumun kimyasal reaktanlarını küçük bir alanda toplayarak süreci çok daha verimli hale getirir.
Buna karşılık, anaerobik solunum tipik olarak sitoplazmada gerçekleşir. Bunun nedeni, yalnızca anaerobik solunum gerçekleştiren çoğu hücrenin özel organellere sahip olmamasıdır. Anaerobik solunumda reaksiyon serileri tipik olarak daha kısadır ve oksijen yerine sülfat, nitrat, kükürt veya fumarat gibi son bir elektron alıcısı kullanır.
Anaerobik solunum ayrıca sindirilen her şeker molekülü için aerobik solunuma göre daha az ATP üretir ve bu da onu hücresel enerji üretmede daha az verimli bir yöntem haline getirir. Ayrıca, bazı durumlarda alkol de dahil olmak üzere farklı atık ürünler üretir!
Organizmalar, gerçekleştirdikleri hücresel solunum türlerine göre sınıflandırılabilir.
Bilim adamları, tiyoglikolat suyu ile basit bir deneysel kurulum kullanarak mikropları bu şekilde sınıflandırabilirler. Bu ortam, bir gradyan oluşturan bir dizi oksijen konsantrasyonu içerir. Bunun nedeni, oksijen tüketen sodyum tiyoglikolatın varlığı ve havadan sürekli oksijen sağlanmasıdır; tüpün üst kısmında oksijen bulunacak ve alt kısmında oksijen bulunmayacaktır.
Anaerobik Solunum Türleri
Anaerobik solunum türleri, elektron alıcıları kadar çeşitlidir. Önemli anaerobik solunum türleri şunları içerir:
Anaerobik solunumun en yaygın iki türü için denklemler şunlardır:
• Laktik asit fermantasyonu:
C 6 H 12 O 6 (glukoz)+ 2 ADP + 2 pi → 2 laktik asit + 2 ATP
• Alkollü fermantasyon:
C 6 H 12 O 6 (glikoz) + 2 ADP + 2 pi → 2 C 2 H 5 OH (etanol) + 2 CO 2 + 2 ATP
Yoğun egzersiz sırasında kaslarımız, sağlayabileceğimizden daha hızlı ATP üretmek için oksijen kullanır.
Bu olduğunda, kas hücreleri mitokondriyal elektron taşıma zincirine oksijen sağlayabileceklerinden daha hızlı glikoliz yapabilirler.
Sonuç olarak, hücrelerimizde anaerobik solunum ve laktik asit fermantasyonu meydana gelir ve uzun süreli egzersizden sonra biriken laktik asit kaslarımızı ağrıtabilir!
Şarap ve viski gibi alkollü içecekler tipik olarak alkol fermantasyonu gerçekleştiren mayaların şeker ve diğer tatlandırıcı bileşiklerden oluşan bir solüsyonla şişelenmesiyle üretilir.
Mayalar, hücresel solunumu gerçekleştirmek için şeker kaynağı olarak patates, üzüm, mısır ve diğer birçok tahılda bulunanlar dahil olmak üzere karmaşık karbonhidratları kullanabilir.
Mayayı ve yakıt kaynağını hava geçirmez bir şişeye koymak, etrafta yeterince oksijen olmamasını ve böylece mayanın oksijensiz solunuma geçmesini sağlar. Bu alkol üretir.
Alkol aslında onu üreten mayalar için zehirlidir - alkol konsantrasyonları yeterince yükseldiğinde maya ölmeye başlar.
Bu nedenle alkol içeriği %30'dan fazla olan şarap veya bira yapmak mümkün değildir. Bununla birlikte, alkolü demlemenin diğer bileşenlerinden ayıran damıtma işlemi, alkolü konsantre etmek ve votka gibi alkollü içkiler üretmek için kullanılabilir.
Ne yazık ki, bitki maddesinde meydana gelebilecek tek fermantasyon türü alkollü fermantasyon değildir. Selülozun fermantasyonundan metanol adı verilen farklı bir alkol üretilebilir. Bu metanol zehirlenmesine neden olabilir.
Kötü biracılık ve damıtma işlemleri nedeniyle genellikle yüksek miktarlarda metanol içeren ucuz, ev yapımı alkol olan “moonshine”ın tehlikeleri 20. yüzyılda yasaklama sırasında ilan edildi.
Metanol zehirlenmesinden kaynaklanan ölüm ve sinir hasarı, insanların ucuza alkol üretmeye çalıştığı bölgelerde hala bir sorun. Yani, bir bira üreticisi olacaksanız, ödevinizi yaptığınızdan emin olun!
Propiyonik asit fermantasyonu, İsviçre peynirine kendine özgü lezzetini verir. İsviçre peynirindeki delikler aslında propiyonik asit fermantasyonu kullanan bir bakterinin atık ürünü olarak salınan karbondioksit gazı kabarcıkları tarafından yapılır.
20. yüzyılda daha sıkı sanitasyon standartlarının uygulanmasından sonra , birçok İsviçre peyniri üreticisi, peynirlerinin deliklerini ve lezzetini kaybettiğini görünce şaşırdı.
Suçlunun, propiyonik asit üreten spesifik bir bakteri eksikliği olduğu keşfedildi. Çağlar boyunca, bu bakteri, ineklerin yediği samandan bir kirletici olarak tanıtılmıştı. Ancak daha katı hijyen standartları getirildikten sonra, bu artık olmuyordu!
Bu bakteri artık İsviçre peynirinin lezzetli kalmasını ve anında fark edilen delikli görünümünü korumasını sağlamak için üretim sırasında kasıtlı olarak ekleniyor .
Asetogenezi gerçekleştiren bakteriler, esas olarak asetik asitten oluşan sirke yapımından sorumludur.
Sirke aslında iki fermantasyon işlemi gerektirir, çünkü asetik asit yapan bakteriler yakıt olarak alkole ihtiyaç duyar!
Bu nedenle sirke önce şarap gibi alkollü bir müstahzara fermente edilir. Alkolik karışım daha sonra asetojenik bakteriler kullanılarak tekrar fermente edilir.
