Klíčové pojmy
- anaerobní:
- redukce: Bez kyslíku; zejména prostředí nebo organismu: Reakce, při níž se získávají elektrony a snižuje se valence; často odstraněním kyslíku nebo přidáním vodíku.
- anaerobní dýchání: metabolické reakce a procesy probíhající v buňkách organismů, které využívají jiné akceptory elektronů než kyslík
Anaerobní dýchání je tvorba ATP bez kyslíku. Tento způsob stále zahrnuje dýchací elektronový transportní řetězec, ale bez použití kyslíku jako koncového akceptoru elektronů. Místo toho se jako akceptory elektronů používají molekuly, jako jsou sírany (SO42-), dusičnany (NO3-) nebo síra (S). Tyto molekuly mají nižší redukční potenciál než kyslík; na jednu molekulu glukózy tak v anaerobních podmínkách vzniká méně energie než v aerobních.
Pro anaerobní respiraci lze použít mnoho různých typů akceptorů elektronů. Denitrifikace je využití dusičnanů (NO3-) jako terminálního akceptoru elektronů. Dusičnany mají stejně jako kyslík vysoký redukční potenciál. Tento proces je široce rozšířený a využívá jej mnoho zástupců proteobakterií. Mnoho denitrifikačních bakterií může také využívat železo železité (Fe3+) a různé organické akceptory elektronů.
Sulfátová redukce využívá jako akceptor elektronů sírany (SO2-4), přičemž jako konečný metabolický produkt vzniká sirovodík (H2S). Redukce síranů je energeticky relativně chudý proces a využívá ho mnoho gramnegativních bakterií, které se vyskytují v rámci δ-proteobakterií. Využívají ji také grampozitivní organismy příbuzné Desulfotomaculum nebo archeonu Archaeoglobus.
Redukce sulfátů vyžaduje použití donorů elektronů, jako jsou sloučeniny uhlíku laktát a pyruvát (organotrofní reduktory) nebo plynný vodík (litotrofní reduktory). Některé neobvyklé autotrofní bakterie redukující sírany, například Desulfotignum phosphitoxidans, mohou jako donor elektronů používat fosfit (HPO3-). Jiné, například některé druhy rodu Desulfovibrio, jsou schopny disproporcionace síry (štěpení jedné sloučeniny na donor a akceptor elektronů) s využitím elementární síry (S0), siřičitanu (SO3-2) a thiosíranu (S2O32-) za vzniku sirovodíku (H2S) i síranu (SO2-).
Acetogeneze je typ mikrobiálního metabolismu, který využívá vodík (H2) jako donor elektronů a oxid uhličitý (CO2) jako akceptor elektronů k produkci acetátu, stejných donorů a akceptorů elektronů, které se používají v metanogenezi.
Železo (Fe3+) je rozšířený anaerobní terminální akceptor elektronů, který využívají autotrofní i heterotrofní organismy. Tok elektronů v těchto organismech je podobný jako u elektronového transportu, který končí kyslíkem nebo dusičnanem, s tím rozdílem, že u organismů redukujících železo je konečným enzymem v tomto systému reduktáza železa. Vzhledem k tomu, že některé bakterie redukující železo (např. G. metallireducens) mohou využívat toxické uhlovodíky (např. toluen) jako zdroj uhlíku, je značný zájem o využití těchto organismů jako bioremediačních činidel ve vodonosných vrstvách kontaminovaných železem.
Další anorganické akceptory elektronů zahrnují redukci manganatého iontu (Mn4+) na manganatý (Mn2+), selenanu (SeO42-) na selenit (SeO32-) na selen (Se), arseničnan (AsO43-) na arsenitan (AsO33-) a uranyl (UO22+) na oxid uraničitý (UO2)
Organické sloučeniny lze také použít jako akceptory elektronů při anaerobní respiraci. Patří mezi ně redukce fumarátu na sukcinát, N-oxidu trimethylaminu (TMAO) na trimethylamin (TMA) a dimethylsulfoxidu (DMSO) na dimethylsulfid (DMS)
.