Anaerob légzés: definíció, mechanizmus és példák

Anaerob légzés: részletes definíció, mechanizmus és példák — elektrontranszport, végső elektronakceptorok (nitrát, szulfát, fumársav) és energiahatékonyság.

Szerző: Leandro Alegsa

06-01-2026 23:51

Az anaerob légzés az légzés olyan formája, amely nem használ oxigént. Az oxigéntől eltérő molekulák szolgálnak a végső elektronakceptorként az elektrontranszporthoz. Gyakori helyettesítők például a nitrátok, a vas, a mangán, a szulfátok, a kén, a fumársav és a szén-dioxid. Egy jól ismert példa: az Escherichia coli képes nitrátokat és fumársavat használni légzéséhez.

Működési elv

Az elektrontranszportlánc működéséhez szükség van egy terminális (végső) elektronakceptorra, amely elfogadja az elektronokat és lehetővé teszi azok áthaladását a láncon. Az aerob szervezeteknél ez az akceptor a molekuláris oxigén, amely erős oxidálószer, ezért nagy energiát szabadít fel az oxidáció során. Anaerob légzésben ehelyett kevésbé erős oxidálószerek (pl. NO3−, SO4₄²⁻, Fe(III), CO2) fogadják az elektronokat, ezért az egyes oxidációs lépésekből kevesebb energiát nyer a sejt. Ennek ellenére az elektrontranszport lánc és a protongradiens (ill. Na+-gradiens egyes esetekben) kialakulása révén ATP termelődhet, hasonló mechanizmussal, mint az aerob légzésnél.

Típusok és tipikus példák

Denitrifikáció: nitrát (NO₃⁻) redukciója nitritté (NO₂⁻), nitrogén-oxidokká és végül dinitrogénné (N₂). Sok talajbeli és vízi baktérium, például Pseudomonas- és Paracoccus-fajok végeznek denitrifikációt.
Szulfátredukció: a szulfát (SO₄²⁻) redukálódik kéntartalmú termékekké, például hidrogén-szulfiddá (H₂S). Ez tipikus a Desulfovibrio és más szulfátcsökkentő baktériumoknál.
Vas- és mangánredukció: Fe(III) vagy Mn(IV) redukciója Fe(II)-vé illetve Mn(II)-vé. Számos talaj- és üledékbeli baktérium képes erre.
Fumársav-redukció és más szerves akceptorok: bizonyos baktériumok szerves molekulákat (például fumársavat) használnak elektronakceptorként.
Metanogenezis (archaeákra jellemző): a szén-dioxid redukciója hidrogén felhasználásával metánná (CH₄). Klasszikus példa: CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O.

Gyakorlati egyenletek és példák

Általános leírás: organikus donor + terminális elektronakceptor → oxidált termékek + redukált akceptor (energia felszabadulásával).

Példák:

Denitrifikáció (összesített példa): 2 NO₃⁻ + 10 e⁻ + 12 H⁺ → N₂ + 6 H₂O
Szulfátredukció (összesített félreakció): SO₄²⁻ + 8 e⁻ + 8 H⁺ → S²⁻ + 4 H₂O (végtermék gyakran H₂S formájában)
Metanogenezis: CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O
Erjedési példák (nem külső elektronakceptorral): glükóz → 2 etanol + 2 CO₂ (élesztő); glükóz → 2 tejsav (tejsavbaktériumok).

Energiahozam és összehasonlítás

Az anaerob légzés energiahatékonysága általában alacsonyabb, mint az aerob légzésé, mert a nem oxigén végső akceptorok kisebb redukciós potenciállal rendelkeznek, így kevesebb energiát adnak át egy oxidált molekula létrehozásakor. Aerob körülmények között egy glükózmolekula oxidációjából a sejtek tipikusan sokkal több ATP-t tudnak kinyerni (eukariótákban gyakran ~30–32 ATP/glükóz, baktériumoknál ettől eltérő lehet), míg erjedéses folyamatok általában csak 2 ATP-t adnak glükózonként. Az anaerob légzés ATP-hozzájárulása változó, de jellemzően köztes érték az aerob légzés és az erjedés között.

Különbség az erjedés és az anaerob légzés között

Fontos megkülönböztetni az erjedést és az anaerob légzést. Az erjedés során a sejt nem használ külső végső elektronakceptort; helyette az oxidációs közbülső termékek maguk szolgálnak elektronakceptorként (például piruvát redukálódik tejsavvá). Erjedésre jó példa a tejsavbaktériumok és az élesztő (gomba, nem baktérium). Anaerob légzés esetén külső, nem oxigén típusú molekulák fogadják az elektronokat, és az elektrontranszportlánc szerepet játszik az energiatermelésben.

Ökológiai és technológiai jelentőség

Az anaerob légzés kulcsfontosságú a biogeokémiai ciklusokban (nitrogén-, kén-, vas- és szénciklus), mivel meghatározza az elemek átalakulását és mobilitását a talajban, üledékekben és vizekben. Ipari és környezeti alkalmazásokban fontos szerepe van: például szennyvíztisztításnál anaerob reaktorokban lebontják az organikus anyagokat és csökkentik a szennyvíz terhelését; metanol- vagy biogáz-termelésnél metanogenezis hasznosítható energiatermelésre.

Összefoglalva: az anaerob légzés olyan energiafelhasználó folyamat, amely alternatív elektronakceptorok alkalmazásával teszi lehetővé a sejt számára az elektrontranszportlánc működését és ATP-termelést oxigén nélkül. A konkrét mechanizmusok és energiahozamok nagyban függenek az alkalmazott elektronakceptortól és a szervezettől.

Az anaerob légzés egyenletei, például a fent megadott reakciók, segítenek megérteni a különböző típusú folyamatokat és azok környezeti hatásait.

Az E. coli anaerob légzést használ.

Kérdések és válaszok

K: Mi az anaerob légzés?

V: Az anaerob légzés a légzés olyan formája, amely nem használ oxigént. Az oxigéntől eltérő elemeket használnak az elektrontranszporthoz.

K: Milyen elemek helyettesíthetik az oxigént az anaerob légzésben?

V: Az anaerob légzésben az oxigén helyettesítésére gyakran használt elemek a nitrátok, a vas, a mangán, a szulfátok, a kén, a fumársav és a szén-dioxid.

K: Melyik organizmus használ nitrátokat és fumársavat a légzéshez?

V: Az Escherichia coli nitrátokat és fumársavat használ a légzéshez.

K: Minek kell jelen lennie az elektrontranszportlánc végén, hogy az elektronok áthaladhassanak rajta?

V: Egy végső elektronakceptornak kell jelen lennie a lánc végén, hogy az elektronok áthaladhassanak rajta. Az aerob szervezetekben ez az akceptor általában a molekuláris oxigén. Az anaeroboknál más, kevésbé oxidáló anyagok, például szulfát (SO42-), nitrát (NO3-), kén (S) használatosak helyette.

K: Mennyire hatékony az anaerob légzés az aerob légzéshez képest?

V: Az anaerob légzés kevésbé hatékony, mint az aerob légzés, kivéve, ha kevés az oxigén. Ha nincs jelen oxigén, a glikolízis továbbra is megtörténik, de a Krebs-ciklusban kis mennyiségű ATP-t előállító tejsav keletkezik a piruvinsav helyett.

K: Hogyan képződik tejsav edzés közben, ha nincs elég oxigén?

V: Edzés közben, ha a szervezet nem tud elegendő oxigént juttatni az izmokhoz, azok tejsavat termelnek, ami fájdalmassá teszi azokat.

K: Milyen folyamat játszódik le, ha az anaerob légzés során egyáltalán nem használunk fel oxigént?

V: Ha az anaerob légzés során egyáltalán nem használunk oxigént, akkor erjedés következik be, amire példaként a tejsavbaktériumok és az élesztőgombás szervezetek használják ezt a folyamatot.

Keres