Hô hấp kị khí là gì? Vai trò của hô hấp kị khí?

0
Cập nhật lần cuối

Hô hấp kị khí (yếm khí) xảy ra trong nhiều môi trường, bao gồm trầm tích nước ngọt và biển, đất, tầng ngậm nước ngầm, môi trường dưới bề mặt sâu và màng sinh học. Để hiểu rõ bản chất của hô hấp kị khí, điều kiện thực hiện và ý nghĩa của quá trình này, mời bạn theo dõi bài viết.

1. Hô hấp kị khí là gì?

Hô hấp kị khí hay còn gọi là hô hấp yếm khí là quá trình phân giải cacbonhidrat để thu năng lượng cho tế bào, chấp nhận electron cuối cùng của chuỗi truyền electron là một phân tử vô cơ không phải là oxi phân tử. Ví dụ chất nhận electron cuối cùng là NO3 trong hô hấp nitrat, SO4 trong hô hấp sunphat.

Những chất nhận electron cuối này có khả năng khử kém hơn O2, có nghĩa là có năng lượng được sản sinh ra trên mỗi phân tử bị ôxi hóa ít hơn. Vì vậy, ta có thể nói rằng, hô hấp yếm khí kém hiệu quả hơn hô hấp hiếu khí.

Nguyên liệu được sử dụng trong hô hấp kị khí là đường đơn, trải qua quá trình đường phân và cho ra sản phẩm cuối cùng là ATP. Quá trình này xảy ra ở môi trường không có O2 tại màng sinh chất của sinh vật nhân thực (Không có bào quan ty thể).

Hô hấp yếm khí được sử dụng chủ yếu bởi các vi khuẩn và cổ khuẩn sống trong môi trường thiếu thốn ôxi. Nhiều sinh vật yếm khí thuộc trong dạng yếm khí bắt buộc, tức là chúng sẽ chỉ hô hấp được với những hợp chất yếm khí và sẽ chết nếu có sự hiện diện của ôxi.

Quá trình hoạt động của hô hấp kị khí

Quá trình hoạt động của hô hấp kị khí

2. Hô hấp kị khí có ý nghĩa gì?

Hô hấp yếm khí là một thành phần quan trọng của chu trình nitơ, sắt, lưu huỳnh và carbon toàn cầu thông qua việc giảm các oxy hóa của nitơ, lưu huỳnh và carbon thành các hợp chất khử nhiều hơn. Chu trình hóa sinh của các hợp chất này, phụ thuộc vào quá trình hô hấp yếm khí, tác động đáng kể đến chu trình carbon và sự nóng lên toàn cầu.

Hô hấp yếm khí xảy ra trong nhiều môi trường, bao gồm trầm tích nước ngọt và biển, đất, tầng ngậm nước ngầm, môi trường dưới bề mặt sâu và màng sinh học. Ngay cả môi trường, chẳng hạn như đất, có chứa oxy cũng có môi trường vi mô thiếu oxy do đặc tính khuếch tán chậm của khí oxy.

Một ví dụ về tầm quan trọng sinh thái của hô hấp yếm khí là việc sử dụng nitrat làm chất nhận điện tử cuối, hoặc khử nitrat hòa tan, là con đường chính mà nitơ cố định được đưa trở lại khí quyển dưới dạng khí nitơ phân tử. Một ví dụ khác là methanogenesis, một dạng hô hấp carbonate, được sử dụng để sản xuất khí metan bằng cách tiêu hóa yếm khí. Mêtan sinh học được sử dụng như là một thay thế bền vững cho nhiên liệu hóa thạch.

Về mặt tiêu cực, quá trình methanogenesis không được kiểm soát tại các bãi chôn lấp giải phóng một lượng lớn khí mêtan vào khí quyển, nơi nó hoạt động như một loại khí nhà kính mạnh mẽ. Hô hấp sunfat tạo ra hydro sunfua, chịu trách nhiệm cho mùi ‘trứng thối’ đặc trưng của vùng đất ngập nước ven biển và có khả năng kết tủa các ion kim loại nặng từ dung dịch, dẫn đến sự lắng đọng của quặng kim loại sunfua.

3. Hô hấp kị khí ở thực vật xảy ra trong môi trường nào?

Để giải đáp thắc mắc này, trước hết các bạn cần hiểu hô hấp kị khí chính là quá trình phân hủy glucose trong điều kiện không có sự tham gia của O2. Bên cạnh đó, giai đoạn đầu của quá trình hô hấp này được gọi là đường phân.

Tuy nhiên, đối với loại hô hấp này, đường phân chỉ thường xảy ra trong giai đoạn glucose được phân hủy thành acid pyruvic và NADH – H+. Ngược lại, giai đoạn NADH – H + lại thực hiện chuỗi hô hấp không xảy ra vì không có sự tham gia của O2. Vì vậy, kết quả đường phân trong loại hô hấp này đó chính là: C6H12O6   → 2 CH3COCOOH + 2NADH+H+.

Cùng với đó, giai đoạn tiếp theo trong quá trình hô hấp kị khí đó chính là biến đổi acid pyruvic trở thành các sản phẩm như etanol, acid lactic,…Vì vậy, giai đoạn này còn được gọi với cái tên đó là lên enzyme và hai quá trình lên enzyme phổ biến nhất đó là lên enzyme rượu và lên enzyme lactic,….

4. Các loại hô hấp kị khí

Các loại hô hấp kị khí

Các loại hô hấp kị khí

Lên enzyme lactic

Lên enzyme lactic hiện nay chính là quá trình hô hấp dạng kị khí phổ biến ở nhiều vi sinh vật đồng thời cũng xảy ra ở một số mô thực vật trong điều kiện thiếu O2. Quá trình lên enzyme này xảy ra theo hai con đường khác nhau. Trong giai đoạn đường phân, sau khi AIPG được tạo ra thì AIPG không bị oxy hóa thành A13PG như trong đường phân nữa mà biến đổi một cách trực tiếp thành acid lactic.

Lên enzyme rượu

Lên enzyme rượu hiện nay cũng được xem là hình thức hô hấp kị khí phổ biến diễn ra ở một số nhóm vi sinh vật và ở một số mô thực vật. Quá trình lên enzyme này cũng được xảy ra qua 2 giai đoạn chính đó là:

  • Đường phân phân hủy glucose thành chất acid pyruvic và NADH – H +
  • Quá trình lên enzyme rượu được diễn ra theo công thức sau:
  • C6H12O6  + 2NAD →  2CH3COCOOH + 2NADH + H+
  • 2CH3COCOOH  → 2CH3CHO + 2CO2
  • 2CH3CHO  + 2NADH + H+  → 2CH3CH2OH + 2NAD
  • Kết quả chung nhận được: C6H12O6   → 2CH3CH2OH + 2CO2

4. Phân biệt hô hấp tế bào với lên men

Có hai con đường hình thành mêtan vi khuẩn quan trọng, thông qua quá trình khử cacbonat (hô hấp) và lên men acetate.

Hô hấp tế bào (cả yếm khí và kị khí) sử dụng các hợp chất hóa học bị khử mạnh như NADH và FADH2 (ví dụ được tạo ra trong quá trình glycolysis và chu trình axit citric) để tạo ra độ dốc điện hóa (thường là gradient proton) qua màng, dẫn đến điện thế hoặc chênh lệch nồng độ ion trên màng.

Các hợp chất hóa học bị khử được oxy hóa bởi một loạt các protein màng tích hợp hô hấp với khả năng khử tăng dần theo tuần tự với chất nhận điện tử cuối cùng là oxy (trong hô hấp yếm khí) hoặc một chất hóa học khác (trong hô hấp kị khí). Một động lực proton điều khiển các proton xuống gradient (qua màng) thông qua kênh proton của ATP synthase. Kết quả hiện tại thúc đẩy tổng hợp ATP từ ADP và phốt phát vô cơ.

Ngược lại, quá trình lên men không sử dụng gradient điện hóa. Thay vào đó, quá trình lên men chỉ sử dụng quá trình phosphoryl hóa ở mức cơ chất để tạo ra ATP. Chất nhận điện tử NAD + được tái sinh từ NADH được hình thành trong các bước oxy hóa của quá trình lên men bằng cách khử các hợp chất oxy hóa.

Các hợp chất oxy hóa này thường được hình thành trong quá trình lên men, cũng có thể là bên ngoài. Ví dụ, ở vi khuẩn axit lactic đồng hóa, NADH hình thành trong quá trình oxy hóa glyceraldehyd-3-phosphate bị oxy hóa trở lại NAD + bằng cách khử pyruvate thành axit lactic ở giai đoạn sau trong quá trình này.

Trong nấm men, acetaldehyd được khử thành ethanol để tái tạo NAD +. Do đó, hai quá trình tạo ATP theo những cách rất khác nhau và các thuật ngữ không nên được coi là từ đồng nghĩa.

Chia sẻ.

Chức năng bình luận đã bị đóng