Kulcsfogalmak
- anaerob: Oxigén nélkül; különösen egy környezetben vagy szervezetben.
- redukció: Olyan reakció, amelyben elektronokat nyerünk és a valencia csökken; gyakran oxigén eltávolításával vagy hidrogén hozzáadásával.
- anaerob légzés: Az élőlények sejtjeiben lejátszódó anyagcsere-reakciók és folyamatok, amelyek az oxigéntől eltérő elektronakceptorokat használnak
Az anaerob légzés az ATP oxigén nélküli képződését jelenti. Ez a módszer még mindig magában foglalja a légzési elektrontranszportláncot, de anélkül, hogy oxigént használna terminális elektronakceptorként. Ehelyett olyan molekulákat használnak elektronakceptorként, mint a szulfát (SO42-), a nitrát (NO3-) vagy a kén (S). Ezeknek a molekuláknak alacsonyabb a redukciós potenciálja, mint az oxigénnek; így anaerob körülmények között kevesebb energia képződik glükózmolekulánként, mint aerob körülmények között.
Az anaerob légzéshez sokféle elektronakceptor használható. A denitrifikáció a nitrát (NO3-) felhasználása terminális elektronakceptorként. A nitrát, az oxigénhez hasonlóan, magas redukciós potenciállal rendelkezik. Ez a folyamat széles körben elterjedt, és a Proteobaktériumok számos tagja használja. Sok denitrifikáló baktérium képes vasat (Fe3+) és különböző szerves elektronakceptorokat is felhasználni.
A szulfátredukció szulfátot (SO2-4) használ elektronakceptorként, metabolikus végtermékként kénhidrogént (H2S) termelve. A szulfátredukció egy viszonylag energiaszegény folyamat, és számos, a δ-Proteobaktériumokon belül található Gram-negatív baktérium használja. A Desulfotomaculummal rokon Gram-pozitív organizmusokban vagy az Archaeoglobus nevű archeonban is alkalmazzák.
A szulfátredukcióhoz elektrondonorok, például a szénvegyületek, a laktát és a piruvát (organotróf reduktorok) vagy hidrogéngáz (litotróf reduktorok) használata szükséges. Néhány szokatlan autotróf szulfátredukáló baktérium, mint például a Desulfotignum phosphitoxidans, képes a foszfitot (HPO3-) elektrondonorként használni. Mások, mint például egyes Desulfovibrio fajok, képesek kén-diszproporcióra (egy vegyület elektrondonorrá és elektronakceptorrá történő szétválasztása) elemi kén (S0), szulfit (SO3-2) és tioszulfát (S2O32-) felhasználásával kénhidrogén (H2S) és szulfát (SO2-) előállítására.
Az acetogenezis a mikrobiális anyagcsere egyik típusa, amely hidrogént (H2) elektrondonorként és szén-dioxidot (CO2) elektronakceptorként használ acetát előállítására, ugyanazokat az elektrondonorokat és elektronakceptorokat, amelyeket a metanogenezisben használnak.
A vas (Fe3+) egy széles körben elterjedt anaerob terminális elektronakceptor, amelyet mind az autotróf, mind a heterotróf szervezetek használnak. Az elektronáramlás ezekben a szervezetekben hasonló az oxigénnel vagy nitráttal végződő elektrontranszporthoz, azzal a különbséggel, hogy a vas-vas redukáló szervezetekben a végső enzim ebben a rendszerben egy vas-vas reduktáz. Mivel egyes vas-vas redukáló baktériumok (pl. G. metallireducens) képesek szénforrásként toxikus szénhidrogéneket (pl. toluol) felhasználni, jelentős érdeklődés mutatkozik ezen organizmusok bioremediációs hatóanyagként való felhasználása iránt a vas-vaszal szennyezett víztartó rétegekben.
A szervetlen elektronakceptorok közé tartozik a mangánion (Mn4+) mangánná (Mn2+), szelenát (SeO42-) szelenitté (SeO32-) szelénné (Se) történő redukciója, arzenát (AsO43-) arzenitté (AsO33-), és urán (UO22+) urán-dioxiddá (UO2)
A szerves vegyületek elektronakceptorként is felhasználhatók az anaerob légzésben. Ezek közé tartozik a fumarát szukcináttá, a trimetil-amin N-oxid (TMAO) trimetil-aminná (TMA) és a dimetil-szulfoxid (DMSO) dimetil-szulfiddá (DMS) történő redukciója.