Nøglebegreber
- anaerobt: Uden ilt; især af et miljø eller en organisme.
- reduktion: En reaktion, hvor der opnås elektroner og reduceres valens; ofte ved fjernelse af ilt eller tilsætning af brint.
- anaerob respiration: Stofskifte og processer, der finder sted i cellerne hos organismer, som anvender andre elektronacceptorer end ilt
Anaerob respiration er dannelse af ATP uden ilt. Denne metode inkorporerer stadig den respiratoriske elektrontransportkæde, men uden at bruge ilt som den terminale elektronacceptor. I stedet anvendes molekyler som f.eks. sulfat (SO42-), nitrat (NO3-) eller svovl (S) som elektronacceptorer. Disse molekyler har et lavere reduktionspotentiale end ilt; der dannes således mindre energi pr. glukosemolekyle under anaerobe forhold end under aerobe forhold.
Mange forskellige typer elektronacceptorer kan anvendes til anaerob respiration. Denitrifikation er udnyttelsen af nitrat (NO3-) som den terminale elektronacceptor. Nitrat har, ligesom ilt, et højt reduktionspotentiale. Denne proces er meget udbredt og anvendes af mange medlemmer af Proteobakterier. Mange denitrifikationsbakterier kan også anvende jern(Fe3+) og forskellige organiske elektronacceptorer.
Sulfatreduktion anvender sulfat (SO2-4) som elektronacceptor og producerer hydrogensulfid (H2S) som et metabolisk slutprodukt. Sulfatreduktion er en relativt energimæssigt dårlig proces og anvendes af mange gramnegative bakterier, der findes inden for δ-Proteobakterierne. Den anvendes også i Gram-positive organismer, der er beslægtet med Desulfotomaculum eller arkæonen Archaeoglobus.
Sulfatreduktion kræver anvendelse af elektrondonorer, såsom kulstofforbindelserne laktat og pyruvat (organotrofe reduktorer) eller brintgas (lithotrofe reduktorer). Nogle usædvanlige autotrofe sulfatreducerende bakterier, f.eks. Desulfotignum phosphitoxidans, kan anvende fosfit (HPO3-) som elektrondonor. Andre, f.eks. visse Desulfovibrio-arter, kan foretage svovldisproportionering (opsplitning af en forbindelse i en elektrondonor og en elektronacceptor) ved hjælp af elementært svovl (S0), sulfit (SO3-2) og thiosulfat (S2O32-) for at producere både svovlbrinte (H2S) og sulfat (SO2-).
Acetogenese er en type mikrobiel metabolisme, der bruger hydrogen (H2) som elektrondonor og kuldioxid (CO2) som elektronacceptor til at producere acetat, de samme elektrondonorer og -acceptorer, som anvendes i methanogenese.
Ferrijern (Fe3+) er en udbredt anaerob terminal elektronacceptor, der anvendes af både autotrofe og heterotrofe organismer. Elektronstrømmen i disse organismer ligner den i elektrontransport, der ender i ilt eller nitrat, bortset fra at i jern-jern-reducerende organismer er det sidste enzym i dette system en jern-jernreduktase. Da nogle jern-jernreducerende bakterier (f.eks. G. metallireducens) kan anvende giftige kulbrinter (f.eks. toluen) som kulstofkilde, er der stor interesse for at anvende disse organismer som bioremedieringsmidler i jern-jernforurenede grundvandsmagasiner.
Andre uorganiske elektronacceptorer omfatter reduktion af manganion (Mn4+) til mangan (Mn2+), selenat (SeO42-) til selenit (SeO32-) til selen (Se) til selenium (Se), Arsenat (AsO43-) til arsenit (AsO33-) og uranyl (UO22+) til urandioxid (UO2)
Organiske forbindelser kan også anvendes som elektronacceptorer i anaerob respiration. Disse omfatter reduktion af fumarat til succinat, trimethylamin-N-oxid (TMAO) til trimethylamin (TMA) og dimethylsulfoxid (DMSO) til dimethylsulfid (DMS).