AEROBINIS KVĖPAVIMAS: CHARAKTERISTIKOS, STADIJOS IR ORGANIZMAI - BIOLOGIJA - 2025

Aerobinis kvėpavimo arba aerobinis yra biologinis procesas, kuris apima gauti energiją organinių molekulių - daugiausia gliukozės - pagal oksidacijos reakcijų serijos, jeigu galutinis elektronų akceptorius yra deguonis.

Šis procesas vyksta daugumoje organinių būtybių, ypač eukariotuose. Visi gyvūnai, augalai ir grybeliai kvėpuoja aerobiškai. Be to, kai kurios bakterijos taip pat metabolizuoja aerobus.

Eukariotuose ląstelių kvėpavimo mechanizmai yra mitochondrijose.
Šaltinis: Nacionalinis žmogaus genomo tyrimų institutas (NHGRI) iš Bethesda, MD, JAV, per „Wikimedia Commons“

Apskritai energijos gavimo iš gliukozės molekulės procesas yra padalintas į glikolizę (šis žingsnis dažnas tiek aerobiniu, tiek anaerobiniu keliu), Krebso ciklą ir elektronų transportavimo grandinę.

Aerobinio kvėpavimo samprata yra priešinga anaerobiniam kvėpavimui. Pastarojoje galutinis elektronų akceptorius yra kita neorganinė medžiaga, besiskirianti nuo deguonies. Tai būdinga kai kuriems prokariotams.

Kas yra deguonis?

Prieš aptardami aerobinio kvėpavimo procesą, būtina žinoti tam tikrus deguonies molekulės aspektus.

Tai yra cheminis elementas, pavaizduotas periodinėje lentelėje su raide O ir atomo skaičiumi 8. Esant normalioms temperatūros ir slėgio sąlygoms, deguonis linkęs jungtis poromis, sukurdamas dioksigeno molekulę.

Šios dujos, sudaryta iš dviejų deguonies atomų, neturi spalvą, kvapą, skonį arba ir atstovauja, kurio formulė O ₂ . Atmosferoje jis yra svarbus komponentas ir reikalingas daugeliui gyvybės formų žemėje palaikyti.

Dėl dujinio deguonies pobūdžio molekulė sugeba laisvai kirsti ląstelių membranas - tiek išorinę membraną, skiriančią ląstelę nuo tarpląstelinės aplinkos, tiek tarpląstelinių skyrių membranas, įskaitant mitochondrijas.

Kvėpavimo savybės

Ląstelės naudoja tam tikras molekules, kurias praryjame per savo racioną, kaip tam tikrą kvėpavimo takų „kurą“.

Ląstelių kvėpavimas yra energiją generuojantis procesas ATP molekulių pavidalu, kai skaidomos molekulės oksiduojasi, o galutinis elektronų akceptorius daugeliu atvejų yra neorganinė molekulė.

Esminė savybė, leidžianti vykti kvėpavimo procesams, yra elektronų pernešimo grandinė. Aerobinio kvėpavimo metu galutinis elektronų akceptorius yra deguonies molekulė.

Normaliomis sąlygomis šis „kuras“ yra angliavandeniai arba angliavandeniai ir riebalai arba lipidai. Kadangi organizmas dėl maisto trūkumo patenka į nesaugias sąlygas, jis stengiasi patenkinti savo energijos poreikius, vartodamas baltymus.

Žodis kvėpavimas yra mūsų žodyno dalis kasdieniame gyvenime. Oro paėmimas į plaučius, kai ištisiniai iškvėpimai ir įkvėpimai yra vadinami kvėpavimu.

Tačiau oficialiame gyvybės mokslų kontekste toks veiksmas žymimas terminu vėdinimas. Taigi terminas kvėpavimas vartojamas norint apibūdinti procesus, vykstančius ląstelių lygyje.

Procesai (etapai)

Aerobinio kvėpavimo etapai apima būtinus žingsnius energijai iš organinių molekulių išgauti - šiuo atveju gliukozės molekulę apibūdinsime kaip kvėpavimo kurą, kol ji pasieks deguonies akceptorių.

Šis sudėtingas metabolizmo kelias yra padalintas į glikolizę, Krebs ciklą ir elektronų pernešimo grandinę:

Glikolizė

1 paveikslas: glikolizė ir gliukoneogenezė. Reakcijos ir enzimai.

Pirmasis gliukozės monomero suskaidymo žingsnis yra glikolizė, dar vadinama glikolize. Šiam žingsniui tiesiogiai nereikia deguonies, ir jo yra praktiškai visuose gyvuose daiktuose.

Šio metabolinio kelio tikslas yra gliukozės skaidymas į dvi piruvato rūgšties molekules, gaunant dvi grynosios energijos molekules (ATP) ir sumažinant dvi NAD ⁺ molekules .

Esant deguoniui, kelias gali tęstis iki Krebso ciklo ir elektronų pernešimo grandinės. Jei deguonies nėra, molekulės eina fermentacijos keliu. Kitaip tariant, glikolizė yra įprastas metabolinis būdas aerobiniam ir anaerobiniam kvėpavimui.

Prieš Krebso ciklą turi vykti oksidacinis piruvo rūgšties dekarboksilinimas. Šį žingsnį tarpininkauja labai svarbus fermentų kompleksas, vadinamas piruvato dehidrogenaze, kuris vykdo minėtą reakciją.

Taigi piruvatas tampa acetilo radikalu, kurį vėliau sugauna kofermentas A, kuris yra atsakingas už jo pernešimą į Krebso ciklą.

Krebso ciklas

Krebso ciklas, dar žinomas kaip citrinos rūgšties ciklas arba trikarboksirūgšties ciklas, susideda iš daugybės biocheminių reakcijų, katalizuojamų specifinių fermentų, kuriais siekiama palaipsniui išlaisvinti cheminę energiją, saugomą acetilkoenzime A.

Tai kelias, kuris visiškai oksiduoja piruvato molekulę ir atsiranda mitochondrijų matricoje.

Šis ciklas yra pagrįstas daugybe oksidacijos ir redukcijos reakcijų, kurios perduoda potencialią energiją elektronų pavidalu į elementus, kurie juos priima, ypač NAD ⁺ molekulę .

Krebso ciklo santrauka

Kiekviena piruvo rūgšties molekulė suskaidoma į anglies dioksidą ir dviejų anglių molekulę, vadinamą acetilo grupe. Susiejus su koenzimu A (minėta ankstesniame skyriuje), susidaro acetilkoenzimo A kompleksas.

Du piruvo rūgšties angliavandeniliai patenka į ciklą, kondensuojasi su oksaloacetatu ir sudaro šešių anglies citrato molekulę. Taigi įvyksta oksidacinių pakopų reakcijos. Citrato grįžta į oksaloacetatą, turinti teorinį gamybos 2 molių anglies dioksido, 3 molių NADH, 1 iš FADH _2, ir 1 moliui GTP.

Kadangi glikolizėje susidaro dvi piruvato molekulės, viena gliukozės molekulė apima dvi Krebso ciklo apsisukimus.

Elektronų pernešimo grandinė

Elektronų pernešimo grandinę sudaro baltymų seka, turinti galimybę atlikti oksidacijos ir redukcijos reakcijas.

Elektronų praleidimas per šiuos baltymų kompleksus palaipsniui išskiria energiją, kuri vėliau naudojama ATP susidarymui chemoosmotikų pagalba. Svarbu tai, kad paskutinė grandinės reakcija yra negrįžtama.

Eukariotų organizmuose, turinčiuose tarpląstelinius skyrius, transporterio grandinės elementai yra pritvirtinti prie mitochondrijų membranos. Prokariotuose, kuriuose šių skyrių nėra, grandinės elementai yra ląstelės plazmos membranoje.

Šios grandinės reakcijos lemia ATP susidarymą per energiją, gautą perkeliant vandenilį per transporterius, kol pasiekiamas galutinis akceptorius: deguonis, tai reakcija, iš kurios gaminamas vanduo.

Nešiklio molekulių klasės

Grandinę sudaro trys konvejerių variantai. Pirmos klasės yra flavoproteinai, pasižymintys flavinu. Šio tipo pernešėjai gali atlikti dviejų tipų reakcijas: redukciją ir oksidaciją.

Antrasis tipas yra sudarytas iš citochromų. Šie baltymai turi hemo grupę (kaip ir hemoglobinas), kurie gali turėti skirtingas oksidacijos būsenas.

Paskutinė transporterio klasė yra ubikinonas, dar žinomas kaip koenzimas Q. Šios molekulės nėra baltymingos.

Organizmai, turintys aerobinį kvėpavimą

Dauguma gyvų organizmų kvėpuoja aerobiniu būdu. Tai būdinga eukariotiniams organizmams (būtybėms, turinčioms tikrąjį branduolį savo ląstelėse, apribotoms membrana). Visi gyvūnai, augalai ir grybeliai kvėpuoja aerobiškai.

Gyvūnai ir grybeliai yra heterotrofiniai organizmai, o tai reiškia, kad „degalai“, kurie bus naudojami metaboliniame kvėpavimo kelyje, turi būti aktyviai naudojami maiste. Priešingai nei augalai, kurie fotosintezės būdu gali gaminti savo maistą.

Kai kurioms prokariotų gentims kvėpuoti taip pat reikia deguonies. Tiksliau, yra griežtos aerobinės bakterijos - tai yra, jos auga tik deguonies turinčioje aplinkoje, pavyzdžiui, pseudomonose.

Kitos bakterijų gentys gali pakeisti savo metabolizmą iš aerobinio į anaerobinį, atsižvelgiant į aplinkos sąlygas, pavyzdžiui, salmonelių. Prokariotuose aerobinis ar anaerobinis yra svarbi jų klasifikavimo savybė.

Skirtumai nuo anaerobinio kvėpavimo

Aerobiniam kvėpavimui priešingas procesas yra anaerobinis režimas. Akivaizdžiausias skirtumas tarp šių dviejų yra deguonies panaudojimas kaip galutinis elektronų akceptorius. Anaerobiniame kvėpavime kaip akceptoriai naudojamos kitos neorganinės molekulės.

Be to, atliekant anaerobinį kvėpavimą, galutinis reakcijų produktas yra molekulė, kuri vis dar turi galimybę toliau oksiduotis. Pavyzdžiui, pieno rūgštis susidarė raumenyse fermentacijos metu. Priešingai, galutiniai aerobinio kvėpavimo produktai yra anglies dioksidas ir vanduo.

Taip pat yra skirtumų energetiniu požiūriu. Anaerobiniame kelyje susidaro tik dvi ATP molekulės (atitinkančios glikolitinį kelią), o aerobinio kvėpavimo metu galutinis produktas paprastai yra apie 38 ATP molekulių - tai yra reikšmingas skirtumas.

Nuorodos

1. Campbell, MK, ir Farrell, SO (2011). Biochemija. Šeštas leidimas. Thomsonas. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Kvietimas į biologiją. Šeštas leidimas. Buenos Airės: visos Amerikos medicina.
3. Estrada, E ir Aranzábal, M. (2002). Stuburinių gyvūnų histologijos atlasas. Nacionalinis Meksikos autonominis universitetas. 173 psl.
4. Salė, J. (2011). Medicininės fiziologijos sutartis. Niujorkas: „Elsevier“ sveikatos mokslai.
5. Harisha, S. (2005). Įvadas į praktinę biotechnologiją. Naujasis Delis: ugniasienės laikmenos.
6. Hill, R. (2006). Gyvūnų fiziologija. Madridas: visos Amerikos medicina.
7. Iglesias, B., Martín, M. ir Prieto, J. (2007). Fiziologijos pagrindai. Madridas: „Tebar“.
8. J. Koolmanas, & Röhm, KH (2005). Biochemija: tekstas ir atlasas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevanas, D. & Sreekumari S. (2012). Biochemijos tekstas medicinos studentams. Šeštas leidimas. Meksika: „JP Medical Ltd.“