التنفس اللاهوائي Anaerobic Respiration

تنفذ جميع الميكروبات حقيقية النواة eukaryotic microbes تقريباً، وكذلك الحيوانات والنباتات متعددة الخلايا multicellular animals and plants، التنفس الهوائي aerobic respiration، باستخدام الأكسجين oxygen كمستقبل نهائي للإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون electron transport chain. ومع ذلك، توجد العديد من الكائنات البكتيرية والأركية bacterial and archaeal organisms في بيئات environments حيث الأكسجين نادر، كما هو الحال في التربة الرطبة والمياه، وداخل الأجهزة الهضمية digestive tracts للإنسان والحيوان. في هذه البيئات، طورت الكائنات عملية تنفسية تسمى التنفس اللاهوائي anaerobic respiration التي تعتمد على مستقبلات إلكترون طرفية، عادة غير عضوية inorganic، أخرى غير الأكسجين لإنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات adenosine triphosphate (ATP). بالأخذ في الإعتبار العدد الهائل من الأنواع التي تعيش في هذه البيئات اللاهوائية anaerobic environments، التنفس اللاهوائي مهم للغاية من الناحية البيئية.

يستخدم النوع الهوائي الاختياري facultative species إشيريشيا كولاي Escherichia coli، على سبيل المثال، النترات nitrate (^-NO₃) التي تتجمع فيها الإلكترونات electrons لتشكل النتريت nitrite (^-NO₂) أو منتج نيتروجيني آخر. يستخدم اللاهوائي الإجباري obligate anaerobe ديسلفوفيبريو Desulfovibrio الكبريتات sulfate (^-SO₄²) للتنفس اللاهوائي. تتحد الكبريتات مع الإلكترونات من سلسلة السيتوكروم cytochrome chain وتتغير إلى كبريتيد الهيدروجين hydrogen sulfide (H₂S). يعطي هذا الغاز رائحة البيض الفاسد rotten egg على البيئة (كما هو الحال في مكب النفايات المضغوط بإحكام). مثال أخير هي الأنواع الأركية المولدة للميثان archaeal methanogens، ميثانوباكتيريوم Methanobacterium وميثانوكوكس Methanococcus. تستخدم هذه اللاهوائيات الإجبارية obligate anaerobes الكربونات carbonate (CO₃) كمستقبل نهائي للإكترون، ومع أنوية الهيدروجين hydrogen nuclei, تشكل كميات كبيرة من غاز الميثان methane gas (CH₄).

في التنفس اللاهوائي، كمية ATP المنتجة أقل منها في التنفس الهوائي. هناك عدة أسباب لذلك. الأول، يعمل فقط جزء من دورة حمض الستريك في التنفس اللاهوائي، لذلك تتوفر مرافقات إنزيمية مختزلة reduced coenzymes أقل لسلسلة نقل الإلكترون. أيضا، لا تعمل كل المعقدات السيتوكرومية cytochrome complexes أثناء التنفس اللاهوائي، لذلك ATP الناتج سيكون أقل. الكمية المناسبة المنتجة من ATP بالتالي ستعتمد على الكائن الحي وأين تدخل الوسائط في المسار التنفسي.