AEROB RESPIRATION: KARAKTERISTIKA, STADIER OG ORGANISMER - BIOLOGI - 2024

Den aerobe respiration eller den aerobe er en biologisk proces, der involverer opnåelse af energi fra organiske molekyler - hovedsageligt glukose - ved en række oxidationsreaktioner, hvor den endelige elektronacceptor er ilt.

Denne proces er til stede i det store flertal af organiske væsener, især eukaryoter. Alle dyr, planter og svampe indånder aerobt. Derudover udviser nogle bakterier også aerob metabolisme.

I eukaryoter er maskinerne til cellulær respiration placeret i mitokondrierne.

Kilde: National Human Genome Research Institute (NHGRI) fra Bethesda, MD, USA, via Wikimedia Commons

Generelt er processen med at opnå energi fra glukosemolekylet opdelt i glykolyse (dette trin er almindeligt i både de aerobe og anaerobe veje), Krebs-cyklussen og elektrontransportkæden.

Begrebet aerob respiration er imod anaerob respiration. I sidstnævnte er den endelige acceptor af elektronerne et andet uorganisk stof, der adskiller sig fra ilt. Det er typisk for nogle prokaryoter.

Hvad er ilt?

Før man diskuterer processen med aerob respiration, er det nødvendigt at kende visse aspekter af iltmolekylet.

Det er et kemisk element repræsenteret i den periodiske tabel med bogstavet O og atomnummeret 8. Under standardbetingelser for temperatur og tryk binder ilt sig parvis, hvilket giver anledning til dioxygenmolekylet.

Denne gas, der består af to oxygenatomer, har ingen farve, lugt eller smag og er repræsenteret ved formlen O ₂. I atmosfæren er det en fremtrædende komponent og er nødvendig for at opretholde de fleste livsformer på jorden.

Takket være iltens gasformige natur er molekylet i stand til frit at krydse cellemembraner - både den ydre membran, der adskiller cellen fra det ekstracellulære miljø, og membranerne i de subcellulære rum, inklusive mitokondrier.

Respirationsegenskaber

Celler bruger molekylerne, som vi indtager gennem vores diæt som en slags åndedræts “brændstof”.

Cellulær respiration er den energiproducerende proces i form af ATP-molekyler, hvor molekylerne, der skal nedbrydes, gennemgår oxidation og den endelige acceptor af elektronerne i de fleste tilfælde er et uorganisk molekyle.

Et vigtigt træk, der tillader vejrtrækningsprocesser at finde sted, er tilstedeværelsen af ​​en elektrontransportkæde. Ved aerob respiration er den endelige acceptor for elektroner iltmolekylet.

Under normale forhold er disse "brændstoffer" kulhydrater eller kulhydrater og fedt eller lipider. Idet kroppen går under usikre forhold på grund af mangel på mad, tager den anvendelse af proteiner for at forsøge at opfylde sine energibehov.

Ordet respiration er en del af vores ordforråd i hverdagen. Handlingen med at tage luft ind i vores lunger, i kontinuerlige cyklusser med udånding og indånding, kalder vi respiration.

I den formelle sammenhæng med biovidenskab betegnes en sådan handling imidlertid med betegnelsen ventilation. Således bruges udtrykket respiration til at henvise til processer, der finder sted på det cellulære niveau.

Processer (stadier)

Trinene i aerob respiration involverer de nødvendige trin for at udtrække energi fra organiske molekyler - i dette tilfælde beskriver vi tilfældet med glukosemolekylet som åndedrætsbrændstof - indtil det når iltacceptoren.

Denne komplekse metaboliske vej er opdelt i glykolyse, Krebs-cyklussen og elektrontransportkæden:

glycolysis

Figur 1: glykolyse vs glukoneogenese. Reaktioner og enzymer involveret.

Det første trin i nedbrydningen af ​​glukosemonomer er glykolyse, også kaldet glykolyse. Dette trin kræver ikke ilt direkte, og det er til stede i stort set alle levende ting.

Formålet med denne metabolske vej er spaltning af glukose i to molekyler af pyruvinsyre, opnåelse af to nettenergimolekyler (ATP) og reduktion af to molekyler af NAD ⁺.

I nærvær af ilt kan vejen fortsætte til Krebs-cyklussen og elektrontransportkæden. I tilfælde af at ilt er fraværende, ville molekylerne følge fermenteringsvejen. Med andre ord er glykolyse en almindelig metabolisk vej til aerob og anaerob respiration.

Før Krebs-cyklussen skal oxidativ dekarboxylering af pyruvinsyre forekomme. Dette trin formidles af et meget vigtigt enzymkompleks, kaldet pyruvatdehydrogenase, der udfører den førnævnte reaktion.

Således bliver pyruvat en acetylgruppe, der efterfølgende indfanges af coenzym A, der er ansvarlig for at transportere det til Krebs-cyklussen.

Krebs cyklus

Krebs-cyklus, også kendt som citronsyrecyklus eller tricarboxylsyrecyklus, består af en række biokemiske reaktioner katalyseret af specifikke enzymer, der forsøger gradvis at frigive den kemiske energi, der er lagret i acetylcoenzym A.

Det er en vej, der fuldstændigt oxiderer pyruvatmolekylet og forekommer i matochondriens matrix.

Denne cyklus er baseret på en række oxidations- og reduktionsreaktioner, der overfører potentiel energi i form af elektroner til elementer, der accepterer dem, især NAD ⁺ -molekylet.

Resumé af Krebs-cyklus

Hvert molekyle af pyruvinsyre nedbrydes til carbondioxid og et to-carbon molekyle, kendt som en acetylgruppe. Med forbindelsen til co-enzym A (nævnt i det foregående afsnit) dannes acetyl-co-enzym A-komplekset.

De to kulsyre pyruvinsyre træder ind i cyklussen, kondenseres med oxaloacetat og danner et seks-carbon citratmolekyle. Således forekommer oxidative trinreaktioner. Citratet vender tilbage til oxaloacetat med en teoretisk produktion på 2 mol kuldioxid, 3 mol NADH, 1 af FADH ₂ og 1 mol GTP.

Da to pyruvatmolekyler dannes i glykolyse, involverer et glukosemolekyle to omdrejninger af Krebs-cyklussen.

Elektrontransportkæde

En elektrontransportkæde består af en sekvens af proteiner, der har evnen til at udføre oxidations- og reduktionsreaktioner.

Overførsel af elektroner gennem disse proteinkomplekser resulterer i en gradvis frigivelse af energi, der efterfølgende bruges til generering af ATP af kemoosmotik. Det er vigtigt, at den sidste kædereaktion er af den irreversible type.

I eukaryote organismer, der har subcellulære rum, er elementerne i transportkæden forankret til mitokondriens membran. I prokaryoter, der mangler disse rum, er elementerne i kæden placeret i cellens plasmamembran.

Reaktionerne i denne kæde fører til dannelse af ATP gennem energien opnået ved forskydning af brint gennem transportørerne, indtil den når den endelige acceptor: ilt, en reaktion der producerer vand.

Klasser af bærermolekyler

Kæden består af tre varianter af transportører. Den første klasse er flavoproteiner, der er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​flavin. Denne type transporter kan alternativt udføre to typer reaktioner, både reduktion og oxidation.

Den anden type består af cytokromer. Disse proteiner har en hemmegruppe (som hæmoglobin), som kan præsentere forskellige oxidationstilstande.

Den sidste klasse af transporter er ubiquinon, også kendt som coenzym Q. Disse molekyler er ikke proteinerne.

Organismer med aerob respiration

De fleste levende organismer har aerob respiration. Det er typisk for eukaryote organismer (væsener med en ægte kerne i deres celler, afgrænset af en membran). Alle dyr, planter og svampe indånder aerobt.

Dyr og svampe er heterotrofiske organismer, hvilket betyder, at det "brændstof", der vil blive brugt i den metaboliske respirationsvej, skal aktivt forbruges i kosten. I modsætning til planter, der har evnen til at fremstille deres egen mad via fotosyntesen.

Nogle slægter af prokaryoter har også brug for ilt til deres respiration. Specielt er der strenge aerobe bakterier - det vil sige, de vokser kun i iltrige miljøer, såsom pseudomonas.

Andre slægter af bakterier har evnen til at ændre deres stofskifte fra aerob til anaerob baseret på miljøbetingelser, såsom salmonella. I prokaryoter er det at være aerob eller anaerob en vigtig egenskab for deres klassificering.

Forskelle fra anaerob respiration

Den modsatte proces med aerob respiration er den anaerobe tilstand. Den mest åbenlyse forskel mellem de to er brugen af ​​ilt som den endelige elektronacceptor. Anaerob respiration bruger andre uorganiske molekyler som acceptorer.

Endvidere er anaerob respiration slutproduktet af reaktionerne et molekyle, der stadig har potentialet til at fortsætte med at oxidere. For eksempel dannet mælkesyre dannet i musklerne under gæring. I modsætning hertil er slutprodukterne af aerob respiration kuldioxid og vand.

Der er også forskelle fra energisynspunkt. I den anaerobe vej produceres kun to ATP-molekyler (svarende til den glykolytiske vej), mens slutproduktet i aerob respiration generelt er omkring 38 ATP-molekyler - hvilket er en betydelig forskel.

Referencer

1. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemi. Sjette udgave. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Invitation til biologi. Sjette udgave. Buenos Aires: Panamerikansk medicinsk.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas of Vertebrate Histology. National Autonomous Mexico of Mexico. Side 173.
4. Hall, J. (2011). Traktat for medicinsk fysiologi. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). En introduktion til praktisk bioteknologi. New Delhi: Firewall Media.
6. Hill, R. (2006). Dyrefysiologi. Madrid: Panamerikansk medicinsk.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Grunder for fysiologi. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemi: tekst og atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Biokemitekst til medicinske studerende. Sjette udgave. Mexico: JP Medical Ltd.