Đặc điểm của hô hấp kị khí

Đặc điểm của hô hấp kị khí

Hô hấp kị khí hay còn gọi là hô hấp yếm khí là hô hấp sử dụng chất ôxi hóa khác không phải ôxi, tuy không sử dụng oxi nhưng vẫn sinh ra năng lượng. đây là quá trình phân giải cacbohidrat để thu được năng lượng cho tế bào, chấp nhận electron cuối cùng của chuỗi truyền electron là một phân tử vô cơ chứ không phải oxi phân tử.

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.

Ví dụ về vi khuẩn yếm khí: Các vi khuẩn, vi sinh trong hầm tự hoại 3 ngăn mà các gia đình đều sử dụng. trong môi trường không có oxi nhưng nó vẫn phân hủy được chất thải.

Những chất nhận electron cuối cùng này có khả năng khử kém hơn khi so sánh với cacbonic. Có nghĩa là năng lượng được sản sinh ra trên mỗi phân tử bị oxi hóa trong quá trình này lại ít hơn. Chính vì vậy, ta có thể nói rằng hô hấp yếm khí kém hiệu quả hơn khi so sánh với hiệu quả của hô hấp hiếu khí.

Nguyên liệu của hô hấp yếm khí là gì?

Nguyên liệu được các tế bào sử dụng trong quá trình hô hấp kị khí là đường đơn. Sau khi trải qua quá trình đường phân và cho ra sản phẩm của hô hấp kị khí cuối cùng chính là ATP. Từ đó, tạo năng lượng hoạt động cho tế bào.

Hô hấp kị khí xảy ra ở đâu?

Hô hấp kị khí ở thực vật sẽ xảy ra ở môi trường không có oxi, tại màng sinh chất của các sinh vật nhân thực – tức những tế bào không có bào quan ti thể.

Quá trình hô hấp yếm khí có thể xảy ra trong rất nhiều môi trường khác nhau. Như nước ngọt, nước mặn, nước lợ, tầng ngậm nước ngầm, đất, bề mặt sâu của biển cả hay màng sinh học.

Hô hấp yếm khí thường được sử dụng bởi các vi khuẩn, cổ khuẩn có đời sống đặc biệt ở trong môi trường thiếu oxy. Nhiều sinh vật yếm khí được phân chia thành dạng yếm khí bắt buộc, chúng chỉ có thể hô hấp được với các hợp chất yếm khí. Thậm chí, những sinh vật này có thể chết nếu như có sự hiện diện của oxi trong môi trường hô hấp của chúng.

Tìm hiểu ý nghĩa của hô hấp kị khí

Dưới đây, hãy cùng tìm hiểu chi tiết về ý nghĩa của hô hấp kị khí đối với hệ sinh thái nhé.

Quá trình hô hấp yếm khí là một phần cực quan trọng của chu trình nitơ, sắt, lưu huỳnh, cacbon trên trái đất của chúng ta. Điều đó thực hiện thông qua quá trình giảm các oxi hóa của nitơ, cacbon, lưu huỳnh thành các hợp chất khử nhiều hơn nữa. Chu trình hóa sinh của những hợp chất này phụ thuộc và quá trình hô hấp kị khí. Và nó ảnh hưởng đến chu trình cacbon, hiện tượng nóng lên toàn cầu trong thời gian qua.

Để hiểu hơn về tầm quan trọng của hô hấp yếm khí, bạn có thể tìm hiểu về việc sử dụng nitrat làm chất nhận điện tử cuối trong phản ứng hô hấp, hoặc khử nitrat hòa tan. Đây là con đường chính mà nitơ cố định sẽ được đưa trở lại bầu khí quyển dưới dạng khí ni tơ phần tử.

Thêm một ví dụ khác chính là methanogenesis – đây là một dạng hô hấp cacbonat. Nó được sử dụng để sản xuất khí metan thông qua quá trình tiêu hóa yếm khí. Metan sinh học hiện tại là một chất thay thế cực kỳ bền vững cho các nhiên liệu hóa thạch có hạn trong tầng sâu trái đất.

Hô hấp kị khí và hiếu khí có gì khác nhau?

Để phân biệt 2 loại hô hấp này, chúng ta có thể nhận diện thông qua những đặc điểm được chỉ rõ trong bảng dưới đây:

Tìm hiểu về hô hấp kị khí ở người

Trong cơ thể người cũng có thể xảy ra quá trình hô hấp kị khí. Trạng thái này được gọi là anaerobic – tức hô là quá trình sản sinh năng lượng khi tế bào không có đủ oxi cho hô hấp. Lúc này, đường sẽ tự phân hủy thành axit lactic và giải phóng năng lượng dưới dạng ATP để phục vụ cho hoạt động của cơ thể

Thông thường, tình trạng này sẽ xảy ra khi con người tập luyện thể dục thể thao với cường độ cao. Lúc này, năng lượng sẽ được sản sinh ra, giúp tiêu hao mỡ, cơ bắp một cách mạnh mẽ. Chính vì vậy khi tập luyện mọi người rất chú ý để đẩy trạng thái tập luyện lên mức anaerobic nhằm mang lại hiệu quả cao trong việc tiêu cơ, tiêu mỡ hoặc có được trạng thái phù hợp với mong muốn thay đổi hình thể của mình

Nhược điểm của anaerobic

Đường hô hấp kị khí (không cần đến oxy) sản sinh ra nguồn năng lượng lớn mà không cần oxy, nhưng lại có xu hướng gây ra mỏi cơ nhanh chóng. Ví dụ: những người chạy nước rút dựa vào sự trao đổi chất kị khí để chạy nhanh trên một quãng đường ngắn.

Đường hô hấp hiếu khí (cần có oxy) có xu hướng sản sinh năng lượng ở tốc độ thấp hơn nhưng cho phép chúng ta làm việc trong nhiều giờ mà cơ bắp không bị mỏi mệt, giống như chạy marathon, hoặc đi bộ.

Tầm quan trọng trong hệ sinh thái

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.

Các quá trình hô hấp kị khí

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,….

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 +
• Lên enzyme rượu

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

Hô hấp kị khí trong xử lý nước thải

Hô hấp kị khí được rất quan trọng trong xử lý nước thải, đặc biệt là các loại nước thải chứa nhiều hàm lượng chất hữu cơ, như nước thải chăn nuôi, nước thải sinh hoạt,..

Nó gần như không thể thay thế được trong các công nghệ xử lý nước thải, phải nói là 1 quá trình bắt buộc trong xử lý nước thải.

Các bể sử dụng vi sinh hô hấp kị khí như: Bể tự hoại, bể biogas, bể UASB, tiến trình feammox, bể Anoxic,…