நுண்ணுயிரிகளில் சுவாச செயல்முறை

நுண்ணுயிரிகளில் சுவாச செயல்முறை

அனைத்து உயிரினங்களும் ஆற்றலைப் பெறுவதற்கு சுவாசம் ஒரு இன்றியமையாத செயல்முறையாகும். பாக்டீரியா, நுண்ணிய பூஞ்சைகள் மற்றும் புரோட்டோசோவா போன்ற நுண்ணுயிரிகளில், மண் மற்றும் நீர் முதல் எரிமலைக் குழிகள் அல்லது கடலடி போன்ற கடுமையான சூழல்கள் வரை பல்வேறுபட்ட சூழல்களில் உயிர்வாழ்வதற்கும், வளர்வதற்கும், இனப்பெருக்கம் செய்வதற்கும், மற்றும் தகவமைத்துக் கொள்வதற்கும் சுவாசம் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. அவற்றின் மிகச்சிறிய அளவு இருந்தபோதிலும், நுண்ணுயிரிகள் பலதரப்பட்ட மற்றும் திறமையான சுவாச உத்திகளைக் கொண்டுள்ளன. இந்தக் கட்டுரை, நுண்ணுயிரிகளில் நடைபெறும் சுவாசச் செயல்முறை, அதன் வகைகள், மற்றும் அன்றாட வாழ்விலும் தொழில்துறையிலும் அதன் பயன்பாட்டிற்கான எடுத்துக்காட்டுகள் ஆகியவற்றை விவாதிக்கிறது.

நுண்ணுயிரிகளில் சுவாசத்தைப் புரிந்துகொள்ளுதல்

நுண்ணுயிரிகளில் நடைபெறும் சுவாசம் என்பது ATP (அடினோசின் டிரைபாஸ்பேட்) வடிவில் ஆற்றலை உற்பத்தி செய்வதை நோக்கமாகக் கொண்ட தொடர்ச்சியான உயிர்வேதியியல் வினைகள் ஆகும். இந்த ஆற்றலானது, குளுக்கோஸ், கொழுப்பு அமிலங்கள் போன்ற கரிமச் சேர்மங்கள் அல்லது (குறிப்பிட்ட நுண்ணுயிரிகளில்) சில கனிமச் சேர்மங்களைச் சிதைப்பதன் மூலம் பெறப்படுகிறது. விலங்குகள் காற்றை உள்ளிழுத்து வெளியேற்றும் 'மூச்சு' என்ற பொருளைக் கொண்ட சுவாசத்தைப் போலல்லாமல், நுண்ணுயிரிகளில் நடைபெறும் சுவாசம் என்பது செல்களுக்குள் நிகழும் வேதியியல் செயல்முறைகளை, குறிப்பாக வளர்சிதை மாற்றப் பாதைகளை, அதிகமாகக் குறிக்கிறது.

பொதுவாக, சுவாசித்தல் என்பது (1) எரிபொருளை (எ.கா., குளுக்கோஸ்) சிதைத்தல், (2) எலக்ட்ரான் கடத்தும் சங்கிலி வழியாக எலக்ட்ரான்களைக் கடத்துதல், மற்றும் (3) பாஸ்போரிலேஷன் மூலம் ATP-ஐ உருவாக்குதல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. இந்தச் செயல்பாட்டில், நுண்ணுயிரிகள் ஆக்ஸிஜன் அல்லது பிற பொருட்களை இறுதி எலக்ட்ரான் ஏற்பியாகப் பயன்படுத்தலாம்.

செல்லுலார் சுவாசத்தின் நிலைகள்

சிற்றினங்களுக்கு இடையே வேறுபாடுகள் இருந்தாலும், நுண்ணுயிரிகளில் நடைபெறும் செல் சுவாசச் செயல்முறையானது பொதுவாக மூன்று முக்கிய நிலைகளை உள்ளடக்கியுள்ளது: கிளைகோலிசிஸ், கிரெப்ஸ் சுழற்சி (அல்லது சிட்ரிக் அமில சுழற்சி) மற்றும் எலக்ட்ரான் கடத்தும் சங்கிலி.

1. கிளைகோலிசிஸ்

கிளைக்கோலைசிஸ் செல்லின் சைட்டோபிளாசத்தில் நடைபெறுகிறது. இந்தக் கட்டத்தில், ஒரு குளுக்கோஸ் மூலக்கூறு இரண்டு பைருவேட் மூலக்கூறுகளாகச் சிதைக்கப்படுகிறது. இந்தச் செயல்முறை சிறிய அளவிலான ATP மற்றும் NADH (எலக்ட்ரான் கடத்திகள்) ஆகியவற்றை உருவாக்குகிறது. ஆக்சிஜன் முன்னிலையிலோ அல்லது இல்லாமலோ கிளைக்கோலைசிஸ் நிகழக்கூடும் என்பதால், இது பல வகையான சுவாசங்களுக்கு ஒரு பொதுவான ஆரம்பக் கட்டமாக அமைகிறது.

2. கிரெப்ஸ் சுழற்சி

நுண்ணுயிரிகள் காற்றுச் சுவாசம் அல்லது சில வகையான காற்றில்லாச் சுவாசத்தை மேற்கொள்ளும்போது, ​​பைருவேட் ஆனது அசிடைல்-CoA ஆக மாற்றப்பட்டு கிரெப்ஸ் சுழற்சிக்குள் நுழைகிறது. இங்கு, அசிடைல்-CoA மேலும் சிதைக்கப்பட்டு கார்பன் டை ஆக்சைடாக (CO₂) மாறுகிறது. மேலும், இது அதிக அளவு NADH மற்றும் FADH₂-ஐ உற்பத்தி செய்கிறது, இவை அடுத்த கட்டத்தில் அதிக அளவிலான ATP-ஐ உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

பாக்டீரியாக்களில், கிரெப்ஸ் சுழற்சி பொதுவாக சைட்டோபிளாசத்தில் நடைபெறுகிறது, அதேசமயம் ஈஸ்ட் போன்ற யூகேரியோடிக் நுண்ணுயிரிகளில், இந்த செயல்முறை மைட்டோகாண்ட்ரியாவில் நடைபெறுகிறது.

3. எலக்ட்ரான் கடத்தும் சங்கிலி மற்றும் ATP உருவாக்கம்

குறிப்பிடத்தக்க ஆற்றலை உருவாக்குவதில் மிக முக்கியமான படிநிலை எலக்ட்ரான் கடத்தல் சங்கிலி ஆகும். NADH மற்றும் FADH₂-இலிருந்து வரும் எலக்ட்ரான்கள், தொடர்ச்சியான சவ்வுப் புரதங்கள் வழியாகக் கடத்தப்படுகின்றன. இந்த எலக்ட்ரான் கடத்தல் ஒரு புரோட்டான் சாய்வை உருவாக்குகிறது, இது ATP சின்தேஸ் என்ற நொதியின் மூலம் ATP-ஐத் தொகுக்கப் பயன்படுகிறது.

காற்றுவழி மற்றும் காற்றில்லா சுவாசத்திற்கு இடையேயான முக்கிய வேறுபாடு, எலக்ட்ரான் கடத்தும் சங்கிலியில் உள்ள இறுதி எலக்ட்ரான் ஏற்பியில் அடங்கியுள்ளது. இறுதி ஏற்பி ஆக்ஸிஜனாக இருந்தால், அது காற்றுவழி சுவாசம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. அது ஆக்ஸிஜனாக இல்லாவிட்டால் (எ.கா., நைட்ரேட் அல்லது சல்பேட்), அது காற்றில்லா சுவாசம் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

நுண்ணுயிரிகளில் சுவாசத்தின் வகைகள்

நுண்ணுயிரிகளை அவற்றின் ஆக்சிஜன் தேவைகள் மற்றும் ஆற்றல் உற்பத்தி முறைகளின் அடிப்படையில் வகைப்படுத்தலாம். பின்வருபவை பொதுவான சுவாச வகைகள் ஆகும்:

1. காற்று சுவாசம்

காற்றூட்டச் சுவாசம், ஆக்சிஜனை (O₂) இறுதி எலக்ட்ரான் ஏற்பியாகப் பயன்படுத்துகிறது. மற்ற வழிமுறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​இந்த செயல்முறை அதிகபட்ச ATP-ஐ உற்பத்தி செய்வதால், இது மிகவும் செயல்திறன் மிக்கதாக விளங்குகிறது. பல மண் பாக்டீரியாக்களும், ஆக்சிஜன் செறிந்த சூழல்களில் வாழும் பாக்டீரியாக்களும் இந்த வகையின் கீழ் வருகின்றன. காற்றூட்ட நுண்ணுயிரிகளுக்கான எடுத்துக்காட்டுகளில் சூடோமோனாஸ், பேசில்லஸ் (சில இனங்கள்), மற்றும் சில பூஞ்சைகள் மற்றும் புரோட்டோசோவாக்கள் ஆகியவை அடங்கும்.

காற்றூட்டச் சுவாசத்தில், இறுதி விளைபொருட்கள் பொதுவாக கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் நீராகும். இந்த செயல்முறை பெரும்பாலும் மண் மேற்பரப்புகளில் வாழும் நுண்ணுயிரிகளிலும், ஆக்சிஜன் கலந்த நீரிலும், அல்லது காற்றுடன் தொடர்பு கொள்ளும் உயிரினத் திசுக்களிலும் நடைபெறுகிறது.

2. காற்றில்லா சுவாசம்

காற்றில்லா சுவாசம் ஆக்ஸிஜன் இல்லாமல் நடைபெறுகிறது, ஆனாலும் அது எலக்ட்ரான் கடத்தும் சங்கிலியைப் பயன்படுத்துகிறது. காற்றில்லா நுண்ணுயிரிகள், நைட்ரேட் (NO₃⁻), சல்பேட் (SO₄²⁻), கார்பன் டை ஆக்சைடு (CO₂) அல்லது இரும்பு (Fe³⁺) போன்ற பிற சேர்மங்களை இறுதி எலக்ட்ரான் ஏற்பிகளாகப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்த செயல்முறை காற்றில்லா சுவாசத்தை விட குறைவான ATP-ஐ உற்பத்தி செய்கிறது, ஆனாலும் நொதித்தலை விட அதிக செயல்திறன் மிக்கதாக உள்ளது.

நைட்ரேட்டைப் பயன்படுத்தும் காற்றில்லா பாக்டீரியாக்களுக்கு எடுத்துக்காட்டுகளாக, பாராகோக்கஸ் டெனிட்ரிஃபிகன்ஸ் போன்ற நைட்ரேட் நீக்கும் பாக்டீரியாக்கள் விளங்குகின்றன. அதே சமயம், டெசல்ஃபோவிப்ரியோ போன்ற சல்பேட் குறைக்கும் பாக்டீரியாக்கள் சல்பேட்டைப் பயன்படுத்தி, அழுகிய முட்டையின் தனித்துவமான வாசனையைக் கொண்ட ஹைட்ரஜன் சல்பைடை (H₂S) உற்பத்தி செய்கின்றன.

3. நொதித்தல்

நொதித்தல் செயல்முறை பெரும்பாலும் காற்றில்லா சுவாசத்துடன் குழப்பப்படுகிறது, ஆனால் உண்மையில் அவை வெவ்வேறானவை. நொதித்தலில், நுண்ணுயிரிகள் எலக்ட்ரான் கடத்தும் சங்கிலியைப் பயன்படுத்துவதில்லை. ஆற்றலானது கிளைகோலிசிஸ் மூலமாக மட்டுமே பெறப்படுவதால், மிகக் குறைந்த அளவிலேயே ATP உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இறுதி எலக்ட்ரான் ஏற்பி ஒரு கரிமச் சேர்மமாகும், ஆக்ஸிஜன் அல்லது ஒரு கனிமச் சேர்மம் அல்ல.

புளித்தல் செயல்முறையானது, எத்தனால் மற்றும் CO₂-ஐ உற்பத்தி செய்யும் ஈஸ்ட் (சாக்ரோமைசஸ் செரிவிசியே) மற்றும் லாக்டிக் அமிலத்தை உற்பத்தி செய்யும் லாக்டோபேசில்லஸ் போன்ற லாக்டிக் அமில பாக்டீரியாக்கள் ஆகியவற்றால் பெரும்பாலும் மேற்கொள்ளப்படுகிறது. இந்த புளித்தல் செயல்முறையானது ரொட்டி, புளிக்கவைக்கப்பட்ட மரவள்ளிக்கிழங்கு, தயிர், சீஸ் மற்றும் பல்வேறு பிற உணவுப் பொருட்களின் உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

4. விருப்ப மற்றும் கட்டாய நுண்ணுயிரிகள்

ஆக்சிஜனைச் சார்ந்திருக்கும் தன்மையின் அடிப்படையில், நுண்ணுயிரிகளைப் பல குழுக்களாகப் பிரிக்கலாம்:

– கட்டாயக் காற்றுவாழ் உயிரிகள்: ஆக்சிஜன் இருந்தால் மட்டுமே வாழக்கூடியவை, எடுத்துக்காட்டாக மைக்கோபாக்டீரியம் டியூபர்குளோசிஸ்.
– கட்டாய காற்றில்லா உயிரிகள்: ஆக்சிஜன் முன்னிலையில் வாழ இயலாதவை, எடுத்துக்காட்டாக கிளாஸ்ட்ரிடியம் போட்யூலினம்.
– விருப்ப காற்றில்லா உயிரிகள்: ஆக்சிஜன் இருந்தாலும் இல்லாவிட்டாலும் வாழக்கூடியவை, எடுத்துக்காட்டாக எஸ்செரிச்சியா கோலை; ஆக்சிஜன் கிடைத்தால் காற்று சுவாசத்தை மேற்கொள்ளும், அது கிடைக்காத பட்சத்தில் நொதித்தல்/காற்றில்லா சுவாசத்திற்கு மாறும்.
– மைக்ரோஏரோஃபைல்கள்: இவற்றுக்குக் குறைந்த அளவு ஆக்சிஜன் தேவைப்படுகிறது, எடுத்துக்காட்டாக ஹெலிகோபாக்டர் பைலோரி.
– காற்றைத் தாங்கும் காற்றில்லா நுண்ணுயிரிகள்: இவை ஆக்ஸிஜனைப் பயன்படுத்துவதில்லை, ஆனால் ஆக்ஸிஜனின் இருப்பை எதிர்க்கும் திறன் கொண்டவை; எடுத்துக்காட்டாக, சில லாக்டிக் அமில பாக்டீரியாக்கள்.

நுண்ணுயிரி சுவாசத்தைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

நுண்ணுயிரிகளில் நடைபெறும் சுவாசச் செயல்முறை பல்வேறு சுற்றுச்சூழல் காரணிகளால் பாதிக்கப்படுகிறது :

1. ஆக்சிஜன் இருப்பு: பயன்படுத்தப்படும் வளர்சிதை மாற்றப் பாதையைத் தீர்மானிக்கிறது.
2. வெப்பநிலை: சுவாச நொதிகள் ஒரு குறிப்பிட்ட வெப்பநிலை வரம்பிற்குள் உகந்த முறையில் செயல்படுகின்றன. வெப்ப விரும்பும் நுண்ணுயிரிகள் அதிக வெப்பநிலையில் சுவாசிக்கின்றன, அதேசமயம் குளிர் விரும்பும் நுண்ணுயிரிகள் குறைந்த வெப்பநிலையில் சுவாசிக்கின்றன.
3. pH: pH-இல் ஏற்படும் மாற்றங்கள் நொதிச் செயல்பாட்டையும் எலக்ட்ரான் கடத்தலையும் சீர்குலைக்கக்கூடும்.
4. ஊட்டச்சத்து கிடைக்கும்தன்மை: கார்பன் மூலத்தின் அளவும் வகையும் சுவாசத்தின் விகிதத்தைப் பாதிக்கிறது.
5. ஈரப்பதம் மற்றும் சவ்வூடுபரவல் அழுத்தம்: குறிப்பாக மண் அல்லது உணவில் உள்ள நுண்ணுயிரிகளில்.

உயிரின் சுவாசத்தில் பங்கு

நுண்ணுயிரிகளின் சுவாசம், சூழல் மண்டலங்கள் மற்றும் மனிதர்கள் மீது குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. நுண்ணுயிரிகள், கரிமப் பொருட்களை CO₂ ஆகச் சிதைப்பது உட்பட, சுவாசத்தின் மூலம் கார்பன் மற்றும் நைட்ரஜன் சுழற்சிகளில் பங்கு வகிக்கின்றன. நைட்ரஜனை வளிமண்டலத்திற்குத் திருப்பிக் கொண்டுவர நைட்ரஜனை நீக்கும் பாக்டீரியாக்கள் உதவுகின்றன, அதே சமயம் சல்பேட்டைக் குறைக்கும் நுண்ணுயிரிகள் கந்தகச் சுழற்சியில் பங்கு வகிக்கின்றன.

தொழில்துறையில், நொதித்தல் செயல்முறைகள், பயோஎத்தனால் உற்பத்தி, நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பு மருந்து உற்பத்தி மற்றும் கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு ஆகியவற்றை ஒழுங்குபடுத்துவதற்கு நுண்ணுயிரி சுவாசத்தைப் புரிந்துகொள்வது பயன்படுத்தப்படுகிறது . உதாரணமாக, கழிவுநீர் சுத்திகரிப்பு செயல்முறைகள் கரிமப் பொருட்களைச் சிதைப்பதற்காக காற்றில் வாழும் பாக்டீரியாக்களைப் பயன்படுத்துகின்றன , அதே சமயம் சில கட்டங்களில் நைட்ரேட்டைக் குறைப்பதற்கோ அல்லது மீத்தேன் உருவாக்கும் நுண்ணுயிரிகளின் செயல்பாட்டின் மூலம் உயிர்வாயுவை (மீத்தேன்) உற்பத்தி செய்வதற்கோ காற்றில்லா பாக்டீரியாக்கள் ஈடுபடுத்தப்படலாம்.

முடிவுரை

நுண்ணுயிரிகளில் நடைபெறும் சுவாசச் செயல்முறையானது, ஆற்றல் உற்பத்திக்கான ஒரு முக்கிய இயங்குமுறையாகும். இது பூமியில் உள்ள ஏறக்குறைய அனைத்து வாழ்விடங்களிலும் அவை வாழ்வதற்கு உதவுகிறது. சுவாசமானது காற்றுள்ள சூழலிலோ, காற்றில்லா சூழலிலோ, அல்லது நொதித்தல் மூலமாகவோ நிகழலாம்; இவை ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு பாதைகளையும் ஆற்றல் திறன்களையும் கொண்டுள்ளன. இந்த சுவாச உத்திகளின் பன்முகத்தன்மை, நுண்ணுயிரிகளை மிகவும் தகவமைத்துக் கொள்ளக்கூடியதாக ஆக்குகிறது. மேலும் இது சூழல் அமைப்புகளிலும், பல்வேறு மனித நடவடிக்கைகளிலும், குறிப்பாக உணவு, சுற்றுச்சூழல் மற்றும் உயிரித் தொழில்நுட்பத் தொழில்களிலும் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கிறது. நுண்ணுயிரிகள் எவ்வாறு "சுவாசிக்கின்றன" என்பதைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், சுகாதாரம், தொழில்நுட்பம் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் நிலைத்தன்மை ஆகியவற்றின் நன்மைக்காக அவற்றை நாம் மிகவும் திறம்படப் பயன்படுத்தவும் கட்டுப்படுத்தவும் முடியும் .