Mục lục bài viết

Hô hấp hiếu khí là gì ?

Hô hấp hiếu khí là quá trình trao đổi chất cần phải có ôxi , nó là yếu tố bắt buộc phải có để có thể tiến hành quá trình phân giải chất hữu cơ thành năng lượng. là quá trình ôxi hóa các phân tử hữu cơ mà chất nhận êlectron cuối cùng là ôxi phân tử.

Hô hấp hiếu khí là quá trình oxi hóa các phân tử hữu cơ, mà chất nhận electron cuối là oxi phân tử O2. Sản phẩm cuối cùng là đường. Hiếu khí được xem là một quá trình sinh học tự nhiên

Hô hấp hiếu khí xảy ra khi các phân tử hữu cơ bị oxi hóa với nguyên liệu chính là đường đơn. Sản phẩm cuối cùng được tạo thành là ATP sau khi trải qua các quá trình đường phân. Vì thế, quá trình này còn được gọi là hô hấp lưỡng cực, trong đó oxi là chất nhận electron cuối cùng.

Hô hấp hiếu khí xảy ra ở hầu hết các loại động vật. Bao gồm: Động vật có vú, động vật giáp xác, cá, bò sát, chim. Ngoài ra, hô hấp này còn xuất hiện ở thực vật, vi sinh vật hay các loại tế bào sống.

Ý nghĩa của hô hấp hiếu khí

Hô hấp hiếu khí có vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp ATP của tế bào. Sản phẩm của quá trình này còn cung cấp nguồn nguyên liệu thiết yếu cho phản ứng tổng hợp.

Kết quả của hệ số hô hấp hiếu khí (tỉ số giữa CO2 thải ra và O2 lấy vào) còn giúp đánh giá được tình trạng hô hấp của cây. Đồng thời, giúp hiểu rõ chỉ số nguyên liệu hô hấp đang được sử dụng là gì.

Những giai đoạn của hô hấp hiếu khí

Hô hấp hiếu khí được diễn ra trong 2 giai đoạn là đường phân – chu trình Krebs và chu trình Pentozophotphat. Cụ thể:

Đường phân – chu trình Krebs

Giai đoạn đường phân – chu trình Krebs xảy ra ở mọi sinh vật. Quá trình này gồm 3 giai đoạn chính diễn ra trong tế bào chất và ty thể: Đường phân (tế bào chất) – Chu trình Crebs (cơ chất ty thể) – Hô hấp (màng trong ty thể). Cụ thể:

Quá trình đường phân

Trong hô hấp hiếu khí, đường phân xảy ra như sau:

C6H12O6 + O2 → 2CH3COCOOH + 2H2O

Tại chu trình Krebs và hô hấp

Các sản phẩm đường phân sẽ bị phân hủy với sự hỗ trợ của chất xúc tác là enzym. Chu trình này sẽ xảy ra hai giai đoạn trong cơ chất ty thể. Ở bước đầu là phân thủy Acid Pyruvic tạo ra Coenzym khử và CO2 với phương trình phản ứng sau:

2CH3COCOOH + 6H2O → 6CO2 + 10H2O

Tiếp theo, các Coenzym khử tiếp tục thực hiện chuỗi hô hấp (10H2 + 5O2 → 10H2O)

Sau khi kết thúc chu trình sẽ tạo ra: 10CH3COCOOH + 5O2 → 6CO2 + 4H2O

Tổng hợp ngay từ giai đoạn đầu của đường phân có: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Chu trình Pentozophotphat

Quá trình phân hủy Glucose gắn liền với chu trình Pentozophotphat. Con đường này sẽ làm cho Glucose bị Decacboxyl hóa và oxi hóa. Kết thúc quá trình tạo ra các Pentozo-P.

Nếu Pentozo-P được tái tạo lại, Glucose P sẽ tạo thành Fructozo 6P nhờ chất xúc tác Enzyme Glucose – 6P – Isomerase. Sau đó, chu trình đường phân tiếp tục được xảy ra.

Nếu Pentozo-P được tạo thành trong quá trình oxy hóa Glucose 6P dưới tác động của Enzym Glucose 6P Dehydrogenase sẽ xảy ra 2 giai đoạn. Đầu tiên là phân hủy Glucose tạo thành NADPH2 và CO2. Tiếp đến, NADPH2 tạo thành H2O thông qua chuỗi hô hấp.

Kết quả chu trình: C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 6H2O

So sánh hô hấp hiếu khí và hô hấp kị khí

Hô hấp hiếu khí và hô hấp kị khí đều là những quá trình quan trọng, cần thiết cho sự sống. Hoạt động này có những điểm giống, khác nhau nhất định. Cụ thể:

Giống nhau

Hô hấp hiếu khí và kỵ khí có nhiều điểm tương đồng. Bao gồm:

Nguyên liệu cần thiết cho quá trình hô hấp đều là đường đơn.
Sản phẩm của hai quá trình hô hấp này đều sinh năng lượng để cung cấp nguyên liệu cho hoạt động sống của cơ thể.
Đều trải qua quá trình đường phân với sản phẩm cuối cùng là ATP.

Sự khác nhau giữa hô hấp hiếu khí và kỵ khí

Sự khác biệt giữa hô hấp hiếu khí và kỵ khí thể hiện trong bảng dưới đây:

Tiêu chí so sánh	Hô hấp hiếu khí	Hô hấp kỵ khí
Định nghĩa	Là quá trình hô hấp có Oxi phân tử là chất nhận electron cuối cùng.	Là quá trình hô hấp có Oxi liên kết là chất nhận electron cuối cùng.
Yêu cầu về môi trường	Cần có O2 để quá trình xảy ra.	Không cần O2 quá trình vẫn diễn ra bình thường,
Nơi xảy ra	Màng sinh chất đối với sinh vật nhân sơ hoặc màng trong ty thể đối với sinh vật nhân thực,	Màng sinh chất,
Sản phẩm cuối cùng	ATP và CO2, H2O.	ATP, chất vô cơ, chất hữu cơ.
Năng lượng sinh ra	38 ATP	Tạo ra ít ATP hơn bởi chỉ một số lượng nhỏ chất tham gia vào quá trình hô hấp kỵ khí.

Quá trình hiếu khí trong xử lý nước thải

Thước đo trong quá trình hiếu khí

Trong nước thải có hàm lượng chất hữu cơ, các chất ô nhiễm hòa tan lớn. Vì vậy, người ta sử dụng một số các chỉ số để đo được nhu cầu sinh học và oxy hóa.

BOD: Thước đo số lượng các chất hữu cơ ô nhiễm hòa tan được loại bỏ trong quá trình oxy hóa của vi khuẩn.
COD: Số lượng các chất ô nhiễm hữu cơ hòa tan hơn có thể loại bỏ bằng việc thêm axit.

Theo các giai đoạn trên, vi sinh vật hiếu khí không chỉ oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải tạo thành những hợp chất vô cơ đơn giản mà còn tổng hợp phospho và nitơ nhằm duy trì tế bào và vận chuyển năng lượng cho quá trình trao đổi chất của chúng.

Do vậy giai đoạn xử lý các chất hữu cơ sẽ được ưu tiên xảy ra trước bởi nhóm vi sinh vật dị dưỡng. Dưới tác dụng của Nitrosomonas và Nitrobacter, quá trình nitrat hóa xảy ra theo các phương trình phản ứng sau đây:

Nitrosomonas: NH3 + 3/2 O2 → NO2- + H+ + H2O + biomass

Nitrobacter: NO2- + 1/2 O2 → NO3- + biomass

Các loại vi khuẩn hiếu khí:

Sinh vật hiếu khí bắt buộc
Sinh vật yếm khí tùy ý
Sinh vật hiếu khí chuộng ít cần cung cấp oxi cho sản xuất năng lượng nhưng tổn hại ở nồng độ khí quyển oxy
Sinh vật yếm khí không bắt buộc

Các vi sinh vật xử lý hiếu khí:

Pseusomonas
Arthrobacter
Bacillus
Cytophaga
Zoogle
Nitrosomonas
Nitrobacter
Nitrococus
Desulfovibrio

Cùng tìm hiểu về cách nuôi vi sinh xử lý nước thải

Ưu nhược điểm của quá trình hiếu khí là gì?

Ưu điểm:

Quá trình xử lý hiếu khí không gây ra mùi hôi, chất lượng BOD đầu ra ổn định và đạt tiêu chuẩn
Bùn vi sinh sau khi thu về có thể tái sử dụng làm phân bón
Chi phí thực hiện không cao
Thời gian xử lý thấp

Nhược điểm: