Términos clave
- anaeróbica: Sin oxígeno; especialmente de un ambiente u organismo.
- reducción: Reacción en la que se ganan electrones y se reduce la valencia; a menudo mediante la eliminación de oxígeno o la adición de hidrógeno.
- respiración anaeróbica: reacciones y procesos metabólicos que tienen lugar en las células de los organismos que utilizan aceptores de electrones distintos del oxígeno
La respiración anaeróbica es la formación de ATP sin oxígeno. Este método sigue incorporando la cadena respiratoria de transporte de electrones, pero sin utilizar el oxígeno como aceptor terminal de electrones. En su lugar, se utilizan moléculas como el sulfato (SO42-), el nitrato (NO3-) o el azufre (S) como aceptores de electrones. Estas moléculas tienen un potencial de reducción menor que el oxígeno; por lo tanto, se forma menos energía por molécula de glucosa en condiciones anaeróbicas frente a las aeróbicas.
En la respiración anaeróbica se pueden utilizar muchos tipos diferentes de aceptores de electrones. La desnitrificación es la utilización del nitrato (NO3-) como aceptor terminal de electrones. El nitrato, al igual que el oxígeno, tiene un alto potencial de reducción. Este proceso está muy extendido y es utilizado por muchos miembros de las Proteobacterias. Muchas bacterias desnitrificantes también pueden usar hierro férrico (Fe3+) y diferentes aceptores de electrones orgánicos.
La reducción de sulfato usa sulfato (SO2-4) como aceptor de electrones, produciendo sulfuro de hidrógeno (H2S) como producto final metabólico. La reducción del sulfato es un proceso relativamente pobre en energía, y es utilizado por muchas bacterias Gram negativas que se encuentran dentro de las δ-Proteobacterias. También se utiliza en organismos Gram positivos relacionados con Desulfotomaculum o la arquea Archaeoglobus.
La reducción de sulfato requiere el uso de donantes de electrones, como los compuestos de carbono lactato y piruvato (reductores organotróficos), o gas hidrógeno (reductores litotróficos). Algunas bacterias autótrofas reductoras de sulfato poco habituales, como Desulfotignum phosphitoxidans, pueden utilizar fosfito (HPO3-) como donante de electrones. Otros, como ciertas especies de Desulfovibrio, son capaces de desproporcionar el azufre (dividir un compuesto en un donante de electrones y un aceptor de electrones) utilizando azufre elemental (S0), sulfito (SO3-2) y tiosulfato (S2O32-) para producir tanto sulfuro de hidrógeno (H2S) como sulfato (SO2-).
La acetogénesis es un tipo de metabolismo microbiano que utiliza el hidrógeno (H2) como donante de electrones y el dióxido de carbono (CO2) como aceptor de electrones para producir acetato, los mismos donantes y aceptores de electrones utilizados en la metanogénesis.
El hierro férrico (Fe3+) es un aceptor terminal de electrones anaeróbico muy extendido y utilizado tanto por organismos autótrofos como heterótrofos. El flujo de electrones en estos organismos es similar al del transporte de electrones, que termina en oxígeno o nitrato, excepto que en los organismos reductores de hierro férrico la enzima final de este sistema es una reductasa de hierro férrico. Dado que algunas bacterias reductoras de hierro férrico (por ejemplo, G. metallireducens) pueden utilizar hidrocarburos tóxicos (por ejemplo, tolueno) como fuente de carbono, existe un gran interés en utilizar estos organismos como agentes de biorremediación en acuíferos contaminados con hierro férrico.
Otros aceptores de electrones inorgánicos incluyen la reducción del ion mangánico (Mn4+) a manganeso (Mn2+), selenato (SeO42-) a selenito (SeO32-) a selenio (Se), Arsenato (AsO43-) a arsenito (AsO33-), y Uranilo (UO22+) a dióxido de uranio (UO2)
Los compuestos orgánicos también pueden utilizarse como aceptores de electrones en la respiración anaeróbica. Estos incluyen la reducción de fumarato a succinato, N-óxido de trimetilamina (TMAO) a trimetilamina (TMA), y dimetil sulfóxido (DMSO) a dimetil sulfuro (DMS).