Termeni cheie
- anaerobă: Fără oxigen; în special al unui mediu sau al unui organism.
- reducere: O reacție în care se câștigă electroni și se reduce valența; adesea prin îndepărtarea oxigenului sau adăugarea de hidrogen.
- respirație anaerobă: Reacții și procese metabolice care au loc în celulele organismelor care folosesc alți acceptori de electroni decât oxigenul
Respirația anaerobă este formarea de ATP fără oxigen. Această metodă încorporează în continuare lanțul respirator de transport al electronilor, dar fără a utiliza oxigenul ca acceptor terminal de electroni. În schimb, molecule precum sulfatul (SO42-), nitratul (NO3-) sau sulful (S) sunt utilizate ca acceptori de electroni. Aceste molecule au un potențial de reducere mai mic decât oxigenul; astfel, se formează mai puțină energie per moleculă de glucoză în condiții anaerobe față de cele aerobe.
Multe tipuri diferite de acceptori de electroni pot fi utilizate pentru respirația anaerobă. Denitrificarea este utilizarea nitratului (NO3-) ca acceptor terminal de electroni. Nitratul, ca și oxigenul, are un potențial de reducere ridicat. Acest proces este larg răspândit și este utilizat de mulți membri ai proteobacteriilor. Multe bacterii denitrificatoare pot utiliza, de asemenea, fierul feric (Fe3+) și diferiți acceptori organici de electroni.
Reducerea sulfatului utilizează sulfatul (SO2-4) ca acceptor de electroni, producând hidrogen sulfurat (H2S) ca produs metabolic final. Reducerea sulfatului este un proces relativ slab din punct de vedere energetic și este utilizat de multe bacterii Gram negative care se găsesc în cadrul δ-Proteobacteria. Este, de asemenea, utilizată la organismele Gram-pozitive înrudite cu Desulfotomaculum sau cu arheonul Archaeoglobus.
Reducerea sulfatului necesită utilizarea de donatori de electroni, cum ar fi compușii carbonici lactat și piruvat (reducători organotrofi) sau hidrogenul gazos (reducători litotrofi). Unele bacterii autotrofe neobișnuite reducătoare de sulfat, cum ar fi Desulfotignum phosphitoxidans, pot folosi fosfitul (HPO3-) ca donator de electroni. Altele, cum ar fi anumite specii de Desulfovibrio, sunt capabile de disproporționare a sulfului (scindarea unui compus într-un donator de electroni și un acceptor de electroni) folosind sulf elementar (S0), sulfit (SO3-2) și tiosulfat (S2O32-) pentru a produce atât hidrogen sulfurat (H2S), cât și sulfat (SO2-).
Acetogeneza este un tip de metabolism microbian care utilizează hidrogenul (H2) ca donator de electroni și dioxidul de carbon (CO2) ca acceptor de electroni pentru a produce acetat, aceiași donatori și acceptori de electroni utilizați în metanogeneză.
Fierul feric (Fe3+) este un acceptor de electroni terminal anaerob larg răspândit, utilizat atât de organismele autotrofe, cât și de cele heterotrofe. Fluxul de electroni în aceste organisme este similar cu cel din transportul de electroni, care se termină în oxigen sau nitrat, cu excepția faptului că la organismele care reduc fierul feric, enzima finală în acest sistem este o reductază a fierului feric. Deoarece unele bacterii care reduc fierul feric (de exemplu, G. metallireducens) pot utiliza hidrocarburi toxice (de exemplu, toluenul) ca sursă de carbon, există un interes semnificativ pentru utilizarea acestor organisme ca agenți de bioremediere în acviferele contaminate cu fier feric.
Alți acceptori anorganici de electroni includ reducerea ionului manganic (Mn4+) la mangan (Mn2+), a selenatului (SeO42-) la selenit (SeO32-) la seleniu (Se), arsenatului (AsO43-) la arsenit (AsO33-) și a uraniului (UO22+) la dioxid de uraniu (UO2)
Compușii organici pot fi, de asemenea, utilizați ca acceptori de electroni în respirația anaerobă. Printre aceștia se numără reducerea fumaratului în succinat, a N-oxidului de trimetilamină (TMAO) în trimetilamină (TMA) și a sulfoxidului de dimetil (DMSO) în sulfură de dimetil (DMS).
.