Кто не использует кислород для дыхания

Кислородные шалости: кто и как дышит под водой без легких и жабр

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

арктика, тихий океан, индийский океан

Наука, Арктика, Тихий океан, Индийский океан

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 января 2021 года; проверки требуют 118 правок.

К органам дыхания у рыб относятся жабры

Различия внешнего дыхания человека, птиц и насекомых

Схематичное изображение потока воздуха по лёгким и воздушным мешкам птиц

Клеточное дыхание включает биохимические процессы транспортировки белков через клеточные мембраны; а также собственно окисление в митохондриях, приводящее к преобразованию химической энергии пищи.

Моряки проверяют дыхательные аппараты в море.

Безопасный дыхательный газ для гипербарического применения обладает четырьмя основными характеристиками:

Дыхательные газы для использования при давлении окружающей среды ниже нормального атмосферного давления обычно представляют собой чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для поддержания жизни и сознания или для обеспечения более высоких уровней нагрузки, чем это было бы возможно при использовании воздуха. Обычно дополнительный кислород подается в виде чистого газа, добавляемого в дыхательный воздух при вдыхании, или через систему жизнеобеспечения.

Анаэробное дыхание — это биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.

Осуществляется прокариотами (в редких случаях — и эукариотами) в анаэробных условиях. При этом факультативные анаэробы используют акцепторы электронов с высоким окислительно-восстановительным потенциалом (NO3−, NO2−, Fe3+, фумарат, диметилсульфоксид и т. д.), у них это дыхание конкурирует с энергетически более выгодным аэробным и подавляется кислородом. Акцепторы с низким окислительно-восстановительным потенциалом (сера, SO42−, CO2) применяются только строгими анаэробами, гибнущими при появлении в среде кислорода.
В корневых системах многих растений при гипоксии и аноксии, вызванных затоплением посевов в результате длительных дождей или весенних паводков, развивается анаэробное дыхание с использованием в качестве акцепторов электронов альтернативных кислороду соединений, например нитратов. Установлено, что растения, произрастающие на полях, удобренных нитратными соединениями, переносят переувлажнение почвы и сопутствующую ему гипоксию лучше, нежели такие же растения без нитратной подкормки.

Механизмы окисления органических субстратов при анаэробном дыхании, как правило, аналогичны механизмам окисления при аэробном дыхании. Исключением является использование в качестве исходного субстрата ароматических соединений. Обычные пути их катаболизма требуют молекулярного кислорода уже на первых стадиях, в анаэробных условиях осуществляются иные процессы, например, восстановительная деароматизация бензоил-КоА у Thauera aromatica с затратой энергии АТФ. Некоторые субстраты (например, лигнин) при анаэробном дыхании не могут использоваться.

Чреводыхатель

Ученые открыли пауков, прокачивающих кровь при помощи желудка

Очень необычная дыхательная система у огромных морских пауков (Pentanymphon antarcticum), обитающих в Антарктике.

У этих животных очень длинные ноги и несоразмерно маленькое тело. В нем едва умещается половина жизненно важных внутренних органов. Поэтому от некоторых, включая органы дыхания, пришлось отказаться, а другие разместились в конечностях, в том числе половая и пищеварительная системы.

Как совсем недавно выяснили ученые, в обеспечении паука кислородом главную роль играет сложная, разветвленная сеть кишок. На длинных конечностях членистоногих есть небольшие поры, через которые молекулы кислорода вместе с водой попадают в организм и перемещаются по нему благодаря сокращению кишечника. Пищеварительная система выполняет и свою основную функцию — переваривает полипы-анемоны.

Дыхание ацетогенных и метаногенных бактерий

Строго анаэробные ацетогенные бактерии родов Acetobacterium, Clostridium, Peptostreptococcus и др. способны получать энергию, окисляя водород углекислым газом в процессе ацетогенеза (по пути Вуда — Льюнгдаля).

Метаногены в процессе метаногенеза получают энергию схожим образом — таксономически это группа архей из филума Эвриархеоты.

Этот процесс также носит название карбонатного дыхания. При этом две молекулы CO2 образуют ацетат. Энергия при этом запасается в виде трансмембранного градиента протонов (Clostridium sp.) или ионов натрия (Acetobacterium woodi). Для перевода его в энергию связей АТФ используется обычная H-транспортирующая АТФ-синтаза или Na-зависимая АТФ-синтаза соответственно.

Орган двойного назначения

Ученые поймали «морского конька» в самых беспокойных «звездных яслях»

У офиуры (Ophiuroidea), прозванной за несоразмерно длинные ноги змеехвосткой, органы дыхания служат еще и органами размножения. Кислород из воды попадает в организм через небольшие щелевидные отверстия в нижней части туловища. Они соединяются с так называемыми бурсами — специальными мешками, которыми животное дышит. В этих же мешках развиваются яйца, из которых впоследствии выходит потомство.

Офиура живет на огромной глубине, глаз у нее нет, зато щупальца очень чувствительные. Именно благодаря им животное находит пропитание на морском дне. Если же нападает хищник, офиура откидывает захваченную им конечность и быстро убегает. Жизнь важнее щупальца, тем более что потом вырастет новое.

Есть и дышать

Если размеры тела не позволяют клеткам напрямую получать кислород из окружающей среды (как это происходит у копипод), а легкие или жабры в процессе эволюции не сформировались, для дыхания сгодятся и щупальца. Как, например, у трубчатого многощетинкового червя Spirobranchus giganteus, обитающего в Индийском и Тихом океанах. Пару его ярких перистых щупальцев, свернутых в спираль, часто замечают на поверхности кораллов, в которых любит селиться это животное.

Реснички щупальцев, или по-научному радиолы, связаны с позвоночником червя. Ими животное и дышит, и питается, щупальца цепляют из воды мелкие частички органических веществ.

Приборы для исследования параметров дыхания

Интересно поступает со своими дыхательными органами, так называемыми водными легкими, голотурия, или морской огурец (Holothuroidea). В случае потенциальной опасности животное выбрасывает их вместе с задней частью кишки через анальное отверстие. Враги пугаются и спешно ретируются, а утраченные органы быстро восстанавливаются.

Анальное отверстие используется не только для устрашения хищников, но и для дыхания. Морской огурец втягивает через него воду, насыщенную кислородом, и она попадает в водные легкие — мешковидные, богатые сосудами органы. В отличие от жабр, они не омываются водой, жидкость оказывается в них примерно так же, как воздух в легких сухопутных животных.

Само собой, голотурия применяет анальное отверстие и по прямому назначению, опорожняя кишечник от продуктов пищеварения.

Анаэробное дыхание у растений

При физических нагрузках дыхание, как правило, усиливается. Обмен веществ ускоряется, мышцам требуется больше кислорода.

Нитратное и нитритное дыхание

Прокариоты обладают возможностью использовать в качестве акцептора электрона в дыхательной электронтранспортной цепи (ЭТЦ) вместо кислорода различные окисленные соединения азота. Ферментом, катализирующим финальную стадию транспорта электрона — его перенос на нитрат-анион — является нитратредуктаза. При использовании нитритов ферментов и путей его восстановления два:

НАД·H, образовавшийся при гликолизе, в ЦТК или по иным механизмам и поступающий в дыхательную ЭТЦ, окисляется обычно НАД·H:убихинон-оксидоредуктазой, являющейся протонной помпой. Терминальные оксидоредуктазы, переносящие электрон на конечный акцептор, в отличие от цитохромоксидазы аэробной ЭТЦ, обычно не являются протонной помпой. Однако при переносе нитратредуктазой электрона с убихинона (или у ряда видов менахинона) на нитрат-анион происходит выделение двух протонов в периплазму (с убихинона) и связываение двух протонов в воду в цитоплазме. Таким образом создаётся дополнительный протонный градиент.

Больше путей переноса протонов через мембрану анаэробная ЭТЦ не содержит (в аэробной же их 3), в связи с чем нитратное дыхание по эффективности в расчёте на 1 моль глюкозы составляет лишь 70 % от аэробного. При поступлении в среду молекулярного кислорода бактерии переключаются на обычное дыхание.

Для дайвинга и других видов гипербарических применений

Закрытый водолазный колокол, используемый для погружения, показывающий аварийные баллоны для подачи газа

Для дайвинга используются следующие распространенные газы для дыхания:

Воздух для дыхания

Воздух для дыхания — это атмосферный воздух со стандартом чистоты, подходящим для дыхания человека в указанном применении. При гипербарическом применении парциальное давление загрязняющих веществ увеличивается пропорционально абсолютному давлению и должно быть ограничено безопасным составом для глубины или диапазона давления, в котором оно должно использоваться.

Классификация по доле кислорода

Дыхательные газы для дайвинга классифицируются по доле кислорода. Границы, установленные властями, могут незначительно отличаться, поскольку последствия постепенно меняются в зависимости от концентрации и организмов людей и не являются точно предсказуемыми.

где содержание кислорода не сильно отличается от его содержания в воздухе и обеспечивает непрерывное безопасное использование при атмосферном давлении.

Гипероксический, или обогащенный кислородом

где содержание кислорода превышает атмосферный уровень, как правило, до уровня, при котором наблюдается некоторый измеримый физиологический эффект при длительном использовании, и иногда требуются специальные процедуры обращения из-за повышенной пожарной опасности. Сопутствующими рисками являются токсичность кислорода на глубине и пожар, особенно в дыхательном аппарате.

где содержание кислорода меньше, чем в воздухе, как правило, в той мере, в какой существует значительный риск измеримого физиологического эффекта в краткосрочной перспективе. Непосредственным риском обычно является потеря трудоспособности из-за гипоксии на поверхности или вблизи нее.

Отдельные компоненты газов

Дыхательные газы для дайвинга смешиваются из небольшого количества газов-компонентов, которые придают смеси особые характеристики, недоступные для атмосферного воздуха.

Доля кислородного компонента дыхательной газовой смеси иногда используется при наименовании смеси:

Парциальное давление любого компонента газа в смеси рассчитывается как:

парциальное давление = общее абсолютное давление × объемная доля газового компонента

Для кислородного компонента,

PO2 = P × FO2

PO2 = парциальное давление кислорода
P = общее давление
FO2 = объемная доля содержания кислорода

Минимальное безопасное парциальное давление кислорода в дыхательной смеси обычно составляет 16 кПа (0,16 бар). Ниже этого парциального давления дайвер может подвергнуться риску потери сознания и смерти из-за гипоксии, в зависимости от факторов, включая индивидуальную физиологию и уровень нагрузки. Когда гипоксическая смесь вдыхается на мелководье, она может иметь недостаточно высокий уровень PO2, чтобы дайвер находился в сознании. По этой причине нормоксические или гипероксические «транспортные смеси» используются на средней глубине между фазами погружения «дно» и «декомпрессия».

Азот в газовой смеси почти всегда получается путем добавления воздуха в смесь.

Заполнение гелиевой смесью стоит значительно дороже, чем заполнение воздухом из-за стоимости гелия и стоимости смешивания и сжатия смеси.

Гелий в значительных количествах содержится только в природном газе, из которого он извлекается при низких температурах путем фракционной перегонки.

Нежелательные компоненты дыхательных газовых смесей для дайвинга

Монооксида углерода обычно избегают, насколько это практически возможно, за счет расположения воздухозаборника в незагрязненном воздухе, фильтрации твердых частиц из всасываемого воздуха, использования подходящей конструкции компрессора и соответствующих смазочных материалов и обеспечения того, чтобы рабочие температуры не были чрезмерными. Если остаточный риск чрезмерен, в фильтре высокого давления можно использовать гопкалитный катализатор для преобразования монооксида углерода в диоксид углерода, который гораздо менее токсичен.

Стандарты дыхательных газовых смесей

Система смешивания газов с парциальным давлением воздуха, кислорода и гелия

Компрессорная установка непрерывного смешивания нитрокса

Смешивание газов дыхательных газовых смесей для дайвинга — это заполнение газовых баллонов газами, не содержащими воздуха в дыхательных газовых смесях.

Заполнение баллонов смесью газов представляет опасность как для заправляющего, так и для дайвера. Во время заполнения существует риск возгорания из-за использования кислорода и риск взрыва из-за использования газов под высоким давлением. Состав смеси должен быть безопасным для глубины и продолжительности планируемого погружения. Если концентрация кислорода слишком низкая, дайвер может потерять сознание из-за гипоксии, а если слишком высокая — дайвер может пострадать от кислородного отравления. Концентрация инертных газов, таких как азот и гелий, планируется и проверяется, чтобы избежать азотного отравления и декомпрессионной болезни.

Используемые методы включают периодическое смешивание парциальным давлением или массовой долей, а также процессы непрерывного смешивания. Готовые смеси анализируются на предмет состава для обеспечения безопасности пользователя. В соответствии с законодательством газовые смесители могут потребоваться для подтверждения компетентности при заполнении для других лиц.

Плотность газовой смеси при заданной температуре и давлении можно рассчитать как:

ρm = (ρ1 F1 + ρ2 F2 + .. + ρn Fn)

Анаэробное дыхание растений было открыто Луи Пастёром. Обычно оно происходит в соответствии с суммарным уравнением спиртового брожения:

В анаэробных условиях хлорофилл, растворённый в пиридине, под воздействием света восстанавливается аскорбиновой кислотой или другими донорами электронов. В темноте реакция идёт в обратном направлении:

В свою очередь, «фотовосстановленный» хлорофилл может восстанавливаться такие акцепторы, как НАД+, хиноны, Fe3+.

Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи. Однако в связи с тем, что растения ведут прикреплённый образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).

Газообмен с внешней средой осуществляется через устьица и чечевички, трещины в коре (у деревьев).

Дыхание у человека

Дыхание у человека можно разделить на стадии:

Схематическое изображение части дыхательной системы человека:1 — трахея; 2 — лёгочная вена (несёт к сердцу кровь, обогащённую кислородом); 3 — лёгочная артерия (приносит от сердца кровь, богатую углекислым газом); 4 — бронхиола и альвеолярные ходы; 5 — альвеолы; 6 — плевра; 7 — дольковые бронхи; 8 — сегментарный (третичный) бронх; 9 — долевой бронх; 10 — правый главный бронх; 11 — гортань

Видеоиллюстрация дыхательных движений человека полученная при помощи МРТ грудной клетки

Внешнее дыхание человека включает две стадии:

Вентиляция альвеол осуществляется чередованием вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает атмосферный воздух, а при выдохе из альвеол удаляется воздух, насыщенный углекислым газом. Вдох и выдох осуществляется путём изменения размеров грудной клетки с помощью дыхательных мышц.

Тип дыхания зависит от двух факторов:

Характеристика внешнего дыхания

Объёмы лёгких. Обозначены: TLC — общая ёмкость, VC — жизненная ёмкость, TV — дыхательный объём, IRV — резервный объём вдоха, ERV — резервный объём выдоха, RV — остаточный объём, IC — ёмкость максимального вдоха, FRC — функциональная остаточная ёмкость. Красной линией — спирограмма спокойного дыхания, максимальных выдоха и вдоха

После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких. После спокойного выдоха в лёгких остаётся примерно 3000 мл. Этот объём воздуха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ) лёгких.

Благодаря ФОЁ в альвеолярном воздухе поддерживается относительно постоянное соотношение содержания кислорода и углекислого газа, так как ФОЁ в несколько раз больше ДО. Только 2/3 ДО достигает альвеол, который называется объёмом альвеолярной вентиляции.

Без дыхания человек обычно может прожить до 5—7 минут, после чего наступают потеря сознания, необратимые изменения в мозге и смерть.

Дыхание — одна из немногих способностей организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно. При частом и поверхностном дыхании возбудимость нервных центров повышается, а при глубоком — наоборот, снижается.

Виды дыхания: глубокое и поверхностное, частое и редкое, верхнее, среднее (грудное) и нижнее (брюшное).

Особые виды дыхательных движений наблюдаются при икоте и смехе.

Биомеханика и биофизика внешнего дыхания

Этот раздел статьи ещё не написан.

Здесь может располагаться Помогите Википедии, написав его. (29 мая 2022)

Патология внешнего дыхания

Основная форма патологии внешнего дыхания — дыхательная недостаточность. В зависимости от характера течения патологического процесса различают острую и хроническую дыхательную недостаточность. Кроме того, выделяют три типа дыхательной недостаточности:

Тахипно́э или «дыхание загнанного зверя» — учащённое поверхностное дыхание (ЧД свыше 20 дыхательных движений в минуту). Учащённое дыхание возникает обычно при раздражении дыхательного центра продуктами жизнедеятельности организма (углекислый газ). Наблюдается при анемии, лихорадке, заболеваниях крови. При желании может вызываться усилием воли (гипервентиляция), например, перед предполагаемой задержкой дыхания. При истерии частота дыхательных движений может достигать 60—80 в минуту.

Так называемое рефлекторное или «ложное апноэ» иногда наступает при сильном раздражении кожи (например, при погружении тела в холодную воду). Апноэ (как патологическое состояние) также следует отличать от искусственно вызванной задержки дыхания (например, при погружении в жидкость) — в результате развившегося кислородного голодания (на фоне прекращения поступления кислорода из атмосферного воздуха в альвеолы) происходит отключение коры головного мозга (потеря сознания или прекращение процессов высшей нервной деятельности), после чего подкорковые и стволовые структуры (дыхательный центр) дают команду на вдох. Если при этом атмосферный воздух проникает в лёгкие, то по мере достижения кислородом тканей и органов (в том числе и ЦНС) происходит спонтанное восстановление сознания. Если тело находится в жидкой среде, то происходит проникновение жидкости в дыхательные пути и развивается утопление (обычное или «сухое», связанное с ларингоспазмом).

Одышка или диспно́э — нарушение частоты и глубины дыхания, сопровождающееся ощущением нехватки воздуха. В случае патологических изменений сердечной мышцы одышка поначалу появляется при физической нагрузке, а затем возникает и в покое, особенно в горизонтальном положении (в связи с увеличением венозного возврата крови к сердцу), заставляя пациента принимать вынужденное положение сидя, способствующее депонированию венозной крови системы нижней полой вены в ногах (ортопное). Приступы резкой одышки (чаще ночные) при заболеваниях сердца — проявление сердечной астмы: одышка в этих случаях инспираторная (затруднён вдох). Экспираторная одышка (затруднён выдох) возникает при сужении просвета мелких бронхов и бронхиол (например, при бронхиальной астме) или при потере эластичности лёгочной ткани (например, при развитии хронической эмфиземе лёгких). «Мозговая» одышка возникает при непосредственном раздражении дыхательного центра (опухоли, кровоизлияния и другие этиологические факторы).

Патологические типы внешнего дыхания:

Основные типы нарушений внешнего дыхания:

Часто наблюдается сочетание типов нарушений.

Альвеолярная гиповентиляция характеризуется недостаточной альвеолярной вентиляцией, в результате чего в кровь поступает меньше кислорода и обычно происходит недостаточный вывод из крови углекислого газа. Гиповентиляция приводит к снижению количества кислорода в крови (гипоксемия) и к увеличению количества углекислого газа в крови (гиперкапния).

Причины альвеолярной гиповентиляции:

Нарушения проходимости дыхательных путей:

Тканево́е или кле́точное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в процессе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (молекул аденозинтрифосфорной кислоты и других макроэргов) и может быть использована организмом по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. На клеточном уровне рассматривают два основных вида дыхания: аэробное (с участием окислителя-кислорода) и анаэробное. При этом физиологические процессы транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению из них углекислого газа рассматриваются как функция внешнего дыхания.

Аэро́бное дыха́ние. В цикле Кребса основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН2, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т. д. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2,5 молекулы АТФ, ФАДН2 — 1,5 молекулы. Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

Анаэро́бное дыха́ние — биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.

Медицинские дыхательные газовые смеси

Использование в медицине дыхательных газовых смесей, отличающихся от воздуха, включает в себя кислородную терапию и анестезию.

Человек в простой маске для кислородной терапии

Определение и медицинское использование

Испаритель содержит жидкий анестетик и превращает его в газ для ингаляции (в данном случае севофлуран)

Бутылки с севофлураном, изофлураном, энфлураном и десфлураном, распространенными анестетиками на основе фторированного эфира, используемыми в клинической практике. Эти вещества имеют цветовую маркировку в целях безопасности. Обратите внимание на специальный фитинг для десфлурана, который кипит при комнатной температуре.

Ингаляционный анестетик — это химическое соединение, обладающее общими анестезирующими свойствами, которое может быть введено путем ингаляции. Вещества, представляющие значительный современный клинический интерес, включают летучие анестетики, такие как изофлуран, севофлуран и десфлуран, и анестезирующие газы, такие как закись азота и ксенон.

Анестезирующие газы вводятся анестезиологами (термин, который включает анестезиологов, медсестер-анестезиологов и ассистентов анестезиолога) через анестезиологическую маску, дыхательные пути гортанной маски или трахеальную трубку, подключенную к испарителю анестетика и наркозному аппарату.
Аппарат для анестезии или наркозный аппарат или аппарат Бойля используются для поддержки введения анестезии. Наиболее распространенным типом анестезиологической машины, используемой в развитых странах, является анестезиологическая машина непрерывного действия, которая предназначена для обеспечения точной и непрерывной подачи медицинских газов (таких как кислород и закись азота), смешанных с точной концентрацией паров анестетика (например, изофлуран), и доставки их пациенту при безопасном давлении и потоке. Современные аппараты включают в себя аппараты искусственной вентиляции лёгких, отсасывающее устройство и устройства для наблюдения за пациентом. Выдыхаемый газ пропускается через скруббер для удаления углекислого газа, а пары анестетика и кислород пополняются по мере необходимости, прежде чем смесь будет возвращена пациенту.

В качестве акцептора электронов может использоваться фумарат. Фумаратредуктаза сходна с нитритредуктазой: лишь вместо молибдоптерин содержащей субъединицы в её состав входит ФАД и гистидин содержащая субъединица. Трансмембранный протонный потенциал образуется аналогичным образом: перенос протонов не происходит, однако фумаратредуктаза связывает протоны в цитоплазме, а дегидрогеназы в начале ЭТЦ выделяют протоны в периплазму. Перенос электронов с дегидрогеназ на фумаратредуктазу происходит обычно через мембранный пул менохинонов.

Фумарат, как правило, отсутствует в природных местообитаниях и образуется самими микроорганизмами из аспартата, аспарагина, сахаров, малата и цитрата. В виду этого большинство бактерий, способных к фумаратному дыханию, содержат фумаразу, аспартат: аммиак-лиазу и аспарагиназу, синтез которого контролирует чувствительный к молекулярному кислороду белок Fnr.

Ион железа (Fe3+) широко распространённый конечный акцептор электронов при анаэробном дыхании, используемый и автотрофными и гетеротрофными организмами. Поток электронов в таких организмах похож на транспорт электронов в дыхательной цепи с использованием кислорода или нитрата, за исключением того, что конечным ферментом является железо редуктаза. Модельными организмами служат Shewanella putrefaciens и Geobacter metallireducens. Поскольку некоторые железо-восстанавливающие бактерии (например, G. metallireducens) могут использовать токсичные углеводороды, такие как толуол, в качестве источника углерода, то они представляют значительный интерес для их использования для биоремедиации загрязнённых водных систем с высоким содержанием ионов железа.

Анаэробное дыхание у грибов, протистов и животных

МГУ: рачки-дафнии оказались настоящими «гиперборейцами»

В природе есть существа, умеющие дышать всем телом. На суше — кольчатые черви, под водой — некоторые виды низших рачков. Например, веслоногие ракообразные, или копеподы (Copepoda), встречающиеся практически во всех водоемах планеты.

Благодаря небольшим размерам, обилию выростов на теле (усиков и антенн) и тонкому хитиновому покрову копеподы способны поглощать растворенный в воде кислород всей поверхностью тела.

У веслоногих рачков нет сердца и сосудов, зато чуть ли не у единственных из всех беcпозвоночных есть миелиновые оболочки аксонов, отвечающие за скорость проведения нервных импульсов. Благодаря этому, едва завидев хищников (а рачки — любимая еда многих рыб), копеподы мгновенно пускаются наутек. И развивают в воде огромные для своих размеров скорость (до 80 сантиметров в секунду) и ускорение (200 метров в секунду).

Кроме того, эти членистоногие умеют летать. По данным ученых из Института морских исследований Техасского университета, спасаясь от рыб, копепода выпрыгивает из воды и преодолевает по воздуху в среднем восемь сантиметров.

Гипобарические дыхательные газовые смеси

Астронавт в скафандре Орлан, у Международной космической станции

Дыхательные газовые смеси для использования при пониженном давлении окружающей среды используются для полетов на большой высоте в негерметичных самолётах, в космических полётах, особенно в скафандрах и для альпинизма на большой высоте. Во всех этих случаях главное внимание уделяется обеспечению адекватного парциального давления кислорода. В некоторых случаях в дыхательную газовую смесь добавляется кислород для достижения достаточной концентрации, а в других случаях дыхательная газовая смесь может состоять целиком из чистого или почти чистого кислорода. Системы замкнутого контура могут использоваться для экономии дыхательной газовой смеси, которая может быть в ограниченном количестве — в случае альпинизма пользователь должен иметь при себе дополнительный кислород, а в космическом полёте стоимость подъёма массы на орбиту очень высока.

В настоящее время известен ряд бактерий и архей, способных окислять органические соединения или молекулярный водород в анаэробных условиях, используя в качестве акцепторов электронов в дыхательной цепи сульфаты, неорганические тиосульфаты, сульфиты, молекулярную серу. Этот процесс получил название диссимиляционной сульфатредукции, а бактерии, осуществляющие этот процесс — сульфатвосстанавливающих, или сульфатредуцирующих.

Большинство сульфатвосстанавливающих прокариот — облигатные анаэробы.

Сульфатвосстанавливающие прокариоты получают энергию в процессе сульфатного дыхания при переносе электронов в электронтранспортной цепи. Перенос электронов от окисляемого субстрата по электронтранспортной цепи сопровождается возникновением электрохимического градиента ионов водорода с последующим синтезом АТФ.

Подавляющее большинство прокариоты этой группы — хемоорганогетеротрофы. Источником углерода и донором электронов для них являются простые органические вещества — пируват, лактат, сукцинат, малат, а также некоторые спирты. У некоторых сульфатвосстанавливающих бактерий обнаружена способность к хемолитоавтотрофии, когда окисляемым субстратом является молекулярный водород.

Сульфатвосстанавливающие бактерии широко распространены в анаэробных зонах водоёмов разного типа, в иле, в почвах, в пищеварительном тракте животных. Наиболее интенсивно восстановление сульфатов происходит в солёных озерах и морских лиманах, где почти нет циркуляции воды и содержится много сульфатов. Сульфатвосстанавливающим бактериям принадлежит ведущая роль в образовании сероводорода в природе и в отложении сульфидных минералов. Накопление в среде H2S часто приводит к негативным последствиям: в водоёмах — к гибели рыбы, в почвах — к угнетению растений. С активностью сульфатвосстанавливающих бактерий связана также коррозия в анаэробных условиях различного металлического оборудования, например, металлических труб.