Anaerob andning är en form av andning som inte använder syre som slutlig elektronacceptor. I stället utnyttjas andra ämnen för elektrontransport och som terminala elektronacceptorer. Vanliga ersättare för syre är nitrater, järn, mangan, sulfater, svavel, fumarsyra och koldioxid. Några bakterier, till exempel Escherichia coli, kan växla till anaeroba elektronacceptorer som nitrat eller fumarsyra när syre saknas.

För att en elektrontransportkedja ska fungera måste det finnas en sista elektronacceptor i kedjans slut. Denna terminala acceptor möjliggör överföring av elektroner genom kedjan och kopplar oxidationen av substratet till protontranslokation och ATP‑bildning. I aeroba organismer är molekylärt syre ofta den mest effektiva acceptorn eftersom det har hög reduktionspotential. De alternativa terminala elektronacceptorerna som används vid anaerob andning, till exempel sulfat (SO4(2−)), nitrat (NO3(−)) och elementärt svavel, har generellt lägre reduktionspotential än O2 och ger därför mindre frigjord energi per oxiderad molekyl. Anaerob respiration är följaktligen vanligen mindre energieffektiv än aerob respiration, men gynnsam när syre saknas eller är begränsat.

Skillnad mot jäsning

Om organismer helt saknar en extern elektronacceptor och i stället använder interna organiska molekyler för att återoxidera bärarmolekyler (till exempel NADH) kallas processen jäsning. Jäsning är inte en form av elektrontransportkedjebunden andning utan bygger på substratnivåfosforylering. Typiska exempel på organismer som använder jäsning är mjölksyrabakterier och jäst. Jäst är en svamp, inte en bakterie.

Exempel på terminala elektronacceptorer och processer

  • Nitratreduktion och denitrifikation – nitrat reduceras till nitrit eller vidare till kvävgas (N2) i denitrifikation; detta är viktigt i kvävets biogeokemi.
  • Sulfatreduktion – sulfat reduceras till vätesulfid (H2S) av sulphatreducerande bakterier.
  • Järn‑ och manganreduktion – järn (t.ex. Fe(III)) och mangan kan fungera som elektronacceptorer i sediment och jordar, vilket påverkar metallkemi och näringsämnen.
  • Svavelreduktion – elementärt svavel kan reduceras till H2S av vissa mikroorganismer.
  • Fumarsyrarespiration – fumarsyra kan fungera som acceptor i vissa bakterier.
  • Methanogenes – reduktion av koldioxid till metan (CH4) utförs av metanogena arkéer i strikt anaeroba miljöer.

Ekologisk och teknisk betydelse

Anaerob andning är central i många naturliga miljöer, bland annat syrefattiga sediment, våtmarker, anaeroba jordlager och tarmkanaler hos djur. Processerna påverkar kretslopp för kol, kväve, svavel och metaller och kan bidra till bildning av gaser som metan och svavelväte.

Tekniskt utnyttjas anaeroba processer i bland annat avloppsrening (anaeroba reaktorer), biogasproduktion och i bioremediering där mikroorganismer med alternativa elektronacceptorer bryter ner föroreningar. Valet av terminal elektronacceptor och organismgrupp påverkar både vilka slutprodukter som bildas och hur mycket energi som frigörs.

Allmän form och exempel

En generell beskrivning av anaerob andning är:

  1. organiskt eller oorganiskt elektron‑donor + terminal elektronacceptor → oxiderade produkter + reducerad acceptor + energi (ATP)
  2. Exempel på förenklade reaktionsvägar: NO3(−) → NO2(−) → N2 (denitrifikation), SO4(2−) → H2S (sulfatreduktion), CO2 → CH4 (metanogenes).

Organisationer skiljer sig i hur och när de använder anaerob andning: vissa är strikt anaeroba (kan inte tolerera syre), andra är fakultativa och kan växla mellan aerob och anaerob metabolism beroende på syretillgång.