Kas ir anaerobā elpošana?

Visi dzīvie organismi izmanto enerģiju, lai nodrošinātu savu augšanu un vairošanos. Šūnu elpošana ir šūnu metabolisma veids, kas ekstrahē bioķīmisko enerģiju no dažādām barojošām ķimikālijām un pārvērš to par ATP, universālu enerģijas pārneses molekulu. Anaerobā elpošana ir tāda veida šūnu elpošana, kas notiek šūnās, kas savā vielmaiņā neizmanto skābekļa molekulas. Primārais anaerobās elpošanas ķīmiskais ceļš — neskaitot ārkārtējas metālu uzņemošās baktērijas — ir glikolīze, kas sadala vienkāršā cukura glikozes molekulu divās pirovīnskābes molekulās, šajā procesā veidojot divas ATP molekulas.

Aerobā elpošana, izmantojot skābekli, ir biežāka nekā anaerobā vairumā augstāko organismu, kas efektīvi paļaujas uz skābekli elpošanai. Tas ražo daudz vairāk ATP — 38 molekulas — nekā glikolīze, kas dod tikai divas. Tomēr pirmajos dzīvības evolūcijas periodos uz Zemes atmosfērā nebija pietiekami daudz skābekļa, lai šūnas varētu metabolizēties, tāpēc tās paļāvās uz dažādām citām molekulām, lai anaerobā veidā ražotu enerģiju. Primitīvie organismi, tostarp vecākās izdzīvojušās baktērijas un radības, kas dzīvo karstajos avotos un okeāna dibenā, joprojām paļaujas uz to; daudzi no tiem mirs, ja tiks pakļauti skābekļa iedarbībai.

Cilvēki un citi dzīvnieki izmanto gan aerobo, gan anaerobo elpošanu. Pēdējais ir svarīgs īsu muskuļu aktivitātes uzliesmojumu laikā, kas nodrošina kustību, izmantojot glikolīzi un rada pienskābi. Ja šī skābe uzkrājas, rodas muskuļu sāpes un krampji. Daži raugi savā vielmaiņā iekļauj īpašu anaerobās elpošanas veidu – fermentāciju. Fermentācija sagremo cukurus un iegūst etilspirtu un dažas gāzes kā blakusproduktu; tas ir iemesls, kāpēc maize ceļas, jo bioķīmiskie procesi raugā maina ķīmiskās reakcijas mīklā.

Slāpekļa, sēra un oglekļa elementu apmaiņu uz zemes virsmas un atmosfērā regulē anaerobā elpošana. Piemēram, olbaltumvielas un citi bioloģiski būtiski savienojumi satur lielu daudzumu slāpekļa, kas baktēriju anaerobā metabolisma rezultātā tiek izlaists atpakaļ atmosfērā. Kad dažas baktērijas metabolizē degvielu bez skābekļa, tās izdala arī metāna gāzi. Lai gan šī funkcija ir noderīga mikrobioloģijā un naftas rūpniecībā, pārmērīga metāna ražošana ir problēma, jo tā ir tikpat liela siltumnīcefekta gāze kā oglekļa dioksīds, kas saistīts ar klimata pārmaiņām.