Nyckelbegrepp
- anaerob: Utan syre; särskilt i en miljö eller hos en organism.
- reduktion: En reaktion där elektroner erhålls och valensen reduceras; ofta genom avlägsnande av syre eller tillsats av väte.
- anaerob respiration: Metaboliska reaktioner och processer som äger rum i cellerna hos organismer som använder andra elektronacceptorer än syre
Anaerob respiration är bildandet av ATP utan syre. Denna metod innehåller fortfarande den respiratoriska elektrontransportkedjan, men utan att använda syre som terminal elektronacceptor. I stället används molekyler som sulfat (SO42-), nitrat (NO3-) eller svavel (S) som elektronacceptorer. Dessa molekyler har en lägre reduktionspotential än syre; därför bildas mindre energi per glukosmolekyl under anaeroba jämfört med aeroba förhållanden.
Många olika typer av elektronacceptorer kan användas vid anaerob respiration. Denitrifikation är utnyttjandet av nitrat (NO3-) som terminal elektronacceptor. Nitrat har liksom syre en hög reduktionspotential. Denna process är utbredd och används av många medlemmar av Proteobacteria. Många denitrifikationsbakterier kan också använda järn (Fe3+) och olika organiska elektronacceptorer.
Sulfatreduktion använder sulfat (SO2-4) som elektronacceptor och producerar vätesulfid (H2S) som metabolisk slutprodukt. Sulfatreduktion är en relativt energimässigt fattig process och används av många gramnegativa bakterier som finns inom δ-Proteobakterierna. Den används också i grampositiva organismer som är besläktade med Desulfotomaculum eller arkeonen Archaeoglobus.
Sulfatreduktion kräver användning av elektrondonatorer, t.ex. kolföreningarna laktat och pyruvat (organotrofa reduktorer) eller vätgas (litotrofa reduktorer). Vissa ovanliga autotrofa sulfatreducerande bakterier, såsom Desulfotignum phosphitoxidans, kan använda fosfit (HPO3-) som elektrondonator. Andra, t.ex. vissa Desulfovibrio-arter, kan disproportionera svavel (dela upp en förening i en elektrondonator och en elektronacceptor) genom att använda elementärt svavel (S0), sulfit (SO3-2) och tiosulfat (S2O32-) för att producera både vätesulfid (H2S) och sulfat (SO2-).
Acetogenes är en typ av mikrobiell metabolism som använder väte (H2) som elektrondonator och koldioxid (CO2) som elektronacceptor för att producera acetat, samma elektrondonatorer och elektronacceptorer som används i metanogenes.
Ferrijärn (Fe3+) är en utbredd anaerob terminal elektronacceptor som används av både autotrofa och heterotrofa organismer. Elektronflödet i dessa organismer liknar det i elektrontransporten som slutar i syre eller nitrat, förutom att det sista enzymet i detta system i järnjärnreducerande organismer är ett järnjärnreduktas. Eftersom vissa järnreducerande bakterier (t.ex. G. metallireducens) kan använda giftiga kolväten (t.ex. toluen) som kolkälla finns det ett stort intresse för att använda dessa organismer som biologiska saneringsmedel i akviferer som är förorenade av järn.
Andra oorganiska elektronacceptorer inkluderar reduktion av manganjon (Mn4+) till mangan (Mn2+), selenat (SeO42-) till selenit (SeO32-) till selen (Se), Arsenat (AsO43-) till arsenit (AsO33-) och uranyl (UO22+) till urandioxid (UO2)
Organiska föreningar kan också användas som elektronacceptorer vid anaerob respiration. Dessa inkluderar reduktion av fumarat till succinat, trimetylamin-N-oxid (TMAO) till trimetylamin (TMA) och dimetylsulfoxid (DMSO) till dimetylsulfid (DMS)
.