Aeróbne charakteristiky dýchania, štádiá a organizmy



aeróbne dýchanie alebo aeróbny je biologický proces, ktorý zahŕňa získavanie energie z organických molekúl - najmä glukózy - prostredníctvom série oxidačných reakcií, kde konečným akceptorom elektrónov je kyslík.

Tento proces je prítomný v prevažnej väčšine organických bytostí, konkrétne eukaryotov. Všetky zvieratá, rastliny a huby dýchajú aeróbne. Okrem toho niektoré baktérie tiež vykazujú aeróbny metabolizmus.

Vo všeobecnosti sa proces získavania energie z molekuly glukózy delí na glykolýzu (tento krok je bežný v aeróbnych aj anaeróbnych cestách), Krebsov cyklus a reťazec prenosu elektrónov.

Koncept aeróbneho dýchania je v protiklade s anaeróbnym dýchaním. Konečný akceptor elektrónov je ďalšia anorganická látka, iná ako kyslík. Je to typické pre niektoré prokaryoty.

index

  • 1 Čo je kyslík?
  • 2 Charakteristiky dýchania
  • 3 Procesy (stupne)
    • 3.1 Glukolýza
    • 3.2 Krebsov cyklus
    • 3.3 Zhrnutie Krebsovho cyklu
    • 3.4 Elektronický transportný reťazec
    • 3.5 Triedy transportných molekúl
  • 4 Organizmy s aeróbnym dýchaním
  • 5 Rozdiely v anaeróbnom dýchaní
  • 6 Referencie

Čo je to kyslík?

Pred diskusiou o procese aeróbneho dýchania je potrebné poznať určité aspekty molekuly kyslíka.

Je to chemický prvok reprezentovaný v periodickej tabuľke s písmenom O a atómovým číslom 8. Za štandardných podmienok teploty a tlaku má kyslík tendenciu viazať sa v pároch, čo vedie k vzniku molekuly dioxidu..

Tento plyn tvorený dvoma atómami je kyslík, chýba mu farba, vôňa alebo chuť a je reprezentovaný vzorcom O2. V atmosfére je prominentnou zložkou a je potrebné udržať väčšinu foriem života na Zemi.

Vďaka plynnej povahe kyslíka je molekula schopná voľne prechádzať bunkovými membránami - ako vonkajšou membránou, ktorá oddeľuje bunku od mimobunkového prostredia, tak membránami subcelulárnych kompartmentov, medzi nimi mitochondrie.

Charakteristiky dýchania

Bunky používajú molekuly, ktoré prijímame prostredníctvom našej stravy ako druh respiračného „paliva“.

Bunkové dýchanie je proces vytvárania energie vo forme ATP molekúl, kde molekuly, ktoré majú byť degradované, podliehajú oxidácii a konečným akceptorom elektrónov je vo väčšine prípadov anorganická molekula..

Základnou vlastnosťou, ktorá umožňuje uskutočňovanie dýchacích procesov, je prítomnosť elektrónového transportného reťazca. V aeróbnom dýchaní je konečným akceptorom elektrónov molekula kyslíka.

Za normálnych podmienok sú tieto "palivá" uhľovodíky alebo sacharidy a tuky alebo lipidy. Keďže telo vstúpi do neistých podmienok kvôli nedostatku potravy, uchýli sa k použitiu proteínov, aby sa pokúsili uspokojiť svoje energetické požiadavky..

Slovo dýchanie je súčasťou nášho slovníka v každodennom živote. Na akt odoberania vzduchu v pľúcach, v nepretržitých cykloch exhalácie a inhalácií ho nazývame dýchaním.

Vo formálnom kontexte biologických vied je však táto činnosť označená termínom ventilácia. Termín respirácia sa teda používa na označenie procesov, ktoré prebiehajú na bunkovej úrovni.

Procesy (stupne)

Stupne aeróbneho dýchania zahŕňajú kroky potrebné na extrahovanie energie z organických molekúl - v tomto prípade popíšeme prípad molekuly glukózy ako respiračného paliva - až do dosiahnutia akceptora kyslíka.

Táto komplexná metabolická dráha je rozdelená na glykolýzu, Krebsov cyklus a elektrónový transportný reťazec:

glykolýza

Prvým krokom pre degradáciu monoméru glukózy je glykolýza, tiež nazývaná glykolýza. Tento krok nevyžaduje kyslík priamo a je prítomný prakticky vo všetkých živých bytostiach.

Cieľom tejto metabolickej dráhy je štiepenie glukózy na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej, získanie dvoch molekúl čistej energie (ATP) a redukcia dvoch molekúl NAD.+.

V prítomnosti kyslíka môže cesta pokračovať do Krebsovho cyklu a elektrónového transportného reťazca. V prípade neprítomnosti kyslíka by molekuly nasledovali cestu fermentácie. Inými slovami, glykolýza je bežnou metabolickou dráhou aeróbneho a anaeróbneho dýchania.

Pred Krebsovým cyklom sa musí uskutočniť oxidačná dekarboxylácia kyseliny pyrohroznovej. Tento krok je sprostredkovaný veľmi dôležitým enzýmovým komplexom, zvaným pyruvát dehydrogenáza, ktorý vykonáva vyššie uvedenú reakciu..

Pyruvát sa tak stáva acetylovým radikálom, ktorý je neskôr zachytený koenzýmom A, ktorý je zodpovedný za jeho transport do Krebsovho cyklu..

Krebsov cyklus

Krebsov cyklus, známy tiež ako cyklus kyseliny citrónovej alebo cyklus kyseliny trikarboxylovej, pozostáva zo série biochemických reakcií katalyzovaných špecifickými enzýmami, ktoré sa snažia postupne uvoľňovať chemickú energiu uloženú v acetylovom koenzýme A.

Je to cesta, ktorá úplne oxiduje molekulu pyruvátu a vyskytuje sa v matrici mitochondrií.

Tento cyklus je založený na sérii oxidačných a redukčných reakcií, ktoré prenášajú potenciálnu energiu vo forme elektrónov na prvky, ktoré ich prijímajú, najmä molekulu NAD.+.

Zhrnutie Krebsovho cyklu

Každá molekula kyseliny pyrohroznovej je rozdelená na oxid uhličitý a molekulu s dvoma uhlíkmi, známa ako acetylová skupina. S väzbou na koenzým A (uvedený v predchádzajúcej časti) sa vytvorí komplex acetylkoenzýmu A.

Dva atómy uhlíka kyseliny pyrohroznovej vstupujú do cyklu, kondenzujú s oxaloacetátom a tvoria molekulu šesťmocného citrátu. Tak dochádza k reakciám oxidačného kroku. Citrát sa vracia k oxaloacetátu s teoretickou produkciou 2 móly oxidu uhličitého, 3 moly NADH, 1 FADH2 a 1 mol GTP.

Keďže dve molekuly pyruvátu vznikajú pri glykolýze, molekula glukózy zahŕňa dve revolúcie Krebsovho cyklu..

Elektronový transportný reťazec

Elektronový transportný reťazec pozostáva zo sekvencie proteínov, ktoré majú schopnosť vykonávať oxidačné a redukčné reakcie.

Prechod elektrónov uvedenými proteínovými komplexmi sa premieta do postupného uvoľňovania energie, ktorá sa následne používa pri tvorbe chemosomotického ATP. Je dôležité poznamenať, že posledná reakcia reťazca je ireverzibilného typu.

V eukaryotických organizmoch, ktoré majú subcelulárne kompartmenty, sú elementy transportného reťazca ukotvené na membráne mitochondrií. V prokaryotoch, ktoré nemajú takéto kompartmenty, sú elementy reťazca umiestnené v plazmatickej membráne bunky.

Reakcie tohto reťazca vedú k tvorbe ATP prostredníctvom energie získanej vytesnením vodíka transportérmi, až kým nedosiahne konečný akceptor: kyslík, reakciu, ktorá produkuje vodu..

Triedy transportných molekúl

Reťaz sa skladá z troch variantov dopravníka. Prvou triedou sú flavoproteíny charakterizované prítomnosťou flavínu. Tento typ dopravníka môže vykonávať dva typy reakcií, ako redukciu, tak oxidáciu.

Druhý typ tvoria cytochrómy. Tieto proteíny majú hemovú skupinu (podobne ako hemoglobín), ktorá môže mať rôzne oxidačné stavy.

Poslednou triedou transportéra je ubichinón, tiež známy ako koenzým Q. Tieto molekuly nie sú proteínovej povahy..

Organizmy s aeróbnym dýchaním

Väčšina živých organizmov má dýchanie aeróbneho typu. Je typický pre eukaryotické organizmy (bytosti so skutočným jadrom v bunkách, ohraničené membránou). Všetky zvieratá, rastliny a huby dýchajú aeróbne.

Zvieratá a huby sú heterotrofné organizmy, čo znamená, že "palivo", ktoré sa bude používať v metabolickej dráhe dýchania, sa musí aktívne konzumovať v potrave. Na rozdiel od rastlín, ktoré majú schopnosť produkovať vlastné jedlo fotosyntetickou cestou.

Niektoré rody prokaryotov tiež potrebujú kyslík na dýchanie. Konkrétne existujú prísne aeróbne baktérie - to znamená, že rastú iba v prostrediach s kyslíkom, ako napríklad pseudomonas.

Iné rody baktérií majú schopnosť meniť svoj metabolizmus z aeróbneho na anaeróbny v závislosti od podmienok prostredia, ako je napríklad salmonela. V prokaryotoch je aeróbna alebo anaeróbna dôležitá vlastnosť pre jej klasifikáciu.

Rozdiely v anaeróbnom dýchaní

Opačným procesom aeróbneho dýchania je anaeróbna modalita. Najviditeľnejším rozdielom medzi týmito dvoma je použitie kyslíka ako konečného akceptora elektrónov. Anaeróbne dýchanie využíva ako akceptory iné anorganické molekuly.

Okrem toho pri anaeróbnom dýchaní je konečným produktom reakcií molekula, ktorá má stále potenciál pokračovať v oxidácii. Napríklad kyselina mliečna vytvorená vo svaloch počas fermentácie. Naproti tomu konečnými produktmi aeróbneho dýchania sú oxid uhličitý a voda.

Existujú tiež rozdiely z energetického hľadiska. V anaeróbnej dráhe sa produkujú iba dve molekuly ATP (zodpovedajúce glykolytickej dráhe), zatiaľ čo v aeróbnom dýchaní je konečný produkt vo všeobecnosti približne 38 molekúl ATP - čo je významný rozdiel.

referencie

  1. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Biochémie. Šieste vydanie. Thomson. Brooks / Cole.
  2. Curtis, H. (2006). Pozvánka na biológiu. Šieste vydanie. Buenos Aires: Pan-American Medical.
  3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas histológie stavovcov. Národná autonómna univerzita v Mexiku. 173.
  4. Hall, J. (2011). Zmluva o lekárskej fyziológii. New York: Elsevier Health Sciences.
  5. Harisha, S. (2005). Úvod do praktickej biotechnológie. New Delhi: Firewall Media.
  6. Hill, R. (2006). Fyziológia zvierat Madrid: Pan-American Medical.
  7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Základy fyziológie. Madrid: Tebar.
  8. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biochémia: text a atlas. Panamericana Medical.
  9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Text biochémie pre študentov medicíny. Šieste vydanie. Mexiko: JP Medical Ltd.