Аеробні характеристики дихання, стадії та організми



The аеробне дихання або аеробний - це біологічний процес, що включає отримання енергії з органічних молекул - головним чином глюкози - через серію реакцій окислення, де кінцевим акцептором електронів є кисень.

Цей процес присутній у переважній більшості органічних істот, зокрема еукаріотів. Всі тварини, рослини і гриби дихають аеробно. Крім того, деякі бактерії також проявляють аеробний обмін.

Загалом, процес отримання енергії з молекули глюкози ділиться на гліколіз (цей крок є звичайним як в аеробних, так і в анаеробних шляхах), циклі Кребса і ланцюга транспортування електронів.

Концепція аеробного дихання протиставлена ​​анаеробному диханню. В останньому кінцевий акцептор електронів є іншим неорганічним речовиною, відмінним від кисню. Це характерно для деяких прокаріотів.

Індекс

  • 1 Що таке кисень?
  • 2 Характеристики дихання
  • 3 Процеси (етапи)
    • 3.1 Глюколіз
    • 3.2 Цикл Кребса
    • 3.3 Резюме циклу Кребса
    • 3.4 Електронна транспортна ланцюг
    • 3.5 Класи молекул-транспортерів
  • 4 Організми з аеробним диханням
  • 5 Відмінності з анаеробним диханням
  • 6 Посилання

Що таке кисень?

Перед обговоренням процесу аеробного дихання необхідно знати певні аспекти молекули кисню.

Це хімічний елемент, представлений у таблиці Менделєєва з літерою O, і атомний номер 8. У стандартних умовах температури і тиску кисень має тенденцію зв'язуватися парами, породжуючи молекулу кисню..

Цей газ, утворений двома атомами, є киснем, не має кольору, запаху або смаку, і представлений формулою O2. В атмосфері вона є важливою складовою, і необхідно підтримувати більшість форм життя на землі.

Завдяки газовій природі кисню молекула здатна вільно проходити клітинні мембрани - як зовнішню мембрану, що відокремлює клітку від позаклітинного середовища, так і мембрани субклітинних відсіків, серед них мітохондрії.

Характеристики дихання

Клітини використовують молекули, які ми вживаємо через нашу дієту як вид дихального "палива".

Клітинне дихання є процесом генерації енергії, у вигляді молекул АТФ, де молекули, що підлягають деградації, піддаються окисненню, а кінцевий акцептор електронів є, в більшості випадків, неорганічною молекулою..

Істотною ознакою, що дозволяє здійснювати дихальні процеси, є наявність електронного транспортного ланцюга. У аеробному диханні кінцевим акцептором електронів є молекула кисню.

У нормальних умовах ці "палива" являють собою вуглеводи або вуглеводи, жири або ліпіди. Оскільки організм потрапляє в складні умови через відсутність їжі, він вдається до використання білків, щоб спробувати задовольнити свої енергетичні потреби..

Слово дихання є частиною нашого словника в повсякденному житті. На акт прийому повітря в наші легені, в безперервних циклах видиху і інгаляцій ми називаємо його диханням.

Однак у формальному контексті біологічних наук ця дія позначається терміном вентиляція. Таким чином, термін дихання використовується для позначення процесів, що відбуваються на клітинному рівні.

Процеси (етапи)

Етапи аеробного дихання включають кроки, необхідні для вилучення енергії з органічних молекул - в цьому випадку ми опишемо випадок молекули глюкози як дихального палива - до досягнення акцептора кисню.

Цей складний метаболічний шлях ділиться на гліколіз, цикл Кребса і ланцюг транспортування електронів:

Глюколіз

Першим кроком для деградації мономеру глюкози є гліколіз, який також називають гліколізом. Цей крок не вимагає кисню безпосередньо, і присутній практично у всіх живих істотах.

Метою цього метаболічного шляху є розщеплення глюкози на дві молекули піровиноградної кислоти, отримання двох чистих енергетичних молекул (АТФ) і зменшення двох молекул NAD.+.

У присутності кисню маршрут може продовжуватися до циклу Кребса і транспортного ланцюга електронів. У випадку, якщо кисень відсутній, молекули будуть слідувати шляху ферментації. Іншими словами, гліколіз є загальним метаболічним шляхом аеробного та анаеробного дихання.

До циклу Кребса має відбуватися окисне декарбоксилювання піровиноградної кислоти. Цей етап опосередкований дуже важливим ферментним комплексом, званий піруватдегідрогеназою, який здійснює вищезгадану реакцію.

Таким чином, піруват стає ацетильним радикалом, який пізніше захоплюється коферментом А, відповідальним за транспортування його до циклу Кребса..

Цикл Кребса

Цикл Кребса, також відомий як цикл лимонної кислоти або цикл трикарбонових кислот, складається з ряду біохімічних реакцій, які каталізуються специфічними ферментами, які прагнуть поступово вивільнити хімічну енергію, що зберігається в ацетильному коферменті А.

Це шлях, який повністю окиснює молекулу пірувату і відбувається в матриці мітохондрій.

Цей цикл заснований на ряді окислювальних і відновних реакцій, які переносять потенційну енергію у вигляді електронів до елементів, які їх приймають, зокрема молекули NAD.+.

Резюме циклу Кребса

Кожна молекула піровиноградної кислоти розбивається на діоксид вуглецю і молекулу двовуглецю, відому як ацетильная група. При зв'язуванні з коферментом А (згаданим у попередньому розділі) утворюється комплекс ацетил-коферменту А.

Два вуглецю піровиноградної кислоти надходять у цикл, конденсуються з оксалоацетатом і утворюють молекулу цитрату з шести вуглецю. Таким чином, відбуваються окислювальні реакційні стадії. Цитрат повертається до оксалоацетату з теоретичним виробництвом 2 молей діоксиду вуглецю, 3 молей NADH, 1 FADH2 і 1 моль GTP.

Оскільки в гліколізі утворюються дві молекули пірувату, молекула глюкози включає два обороти циклу Кребса..

Електронна транспортна ланцюг

Електронна транспортна ланцюг складається з послідовності білків, які мають здатність здійснювати реакції окислення і відновлення.

Проходження електронів зазначеними білковими комплексами призводить до поступового вивільнення енергії, яка згодом використовується при генеруванні АТФ хіміосоматично. Важливо відзначити, що остання реакція ланцюжка має необоротний тип.

У еукаріотичних організмах, які мають субклеточні компартменти, елементи транспортного ланцюга прикріплюються до мембрани мітохондрій. У прокаріотів, у яких відсутні такі компартменти, елементи ланцюга розташовані в плазматичній мембрані клітини.

Реакції цього ланцюга призводять до утворення АТФ за допомогою енергії, отриманої шляхом витіснення водню транспортерами, до досягнення кінцевого акцептора: кисню, реакції, що виробляє воду..

Класи молекул транспортера

Ланцюг складається з трьох конвеєрних варіантів. Першим класом є флавопротеїни, що характеризуються присутністю флавина. Цей тип конвеєра може виконувати два типи реакцій, як зменшення, так і окислення, альтернативно.

Другий тип формується цитохромами. Ці білки мають гем-групу (подібно гемоглобіну), яка може мати різні стани окислення.

Останнім класом транспортера є убіхінон, також відомий як кофермент Q. Ці молекули не є білком в природі..

Організми з аеробним диханням

Більшість живих організмів мають дихання аеробного типу. Це характерно для еукаріотичних організмів (істот з істинним ядром у своїх клітинах, розділених мембраною). Всі тварини, рослини і гриби дихають аеробно.

Тварини і гриби є гетеротрофними організмами, що означає, що «паливо», яке буде використовуватися в метаболічному шляху дихання, повинно активно споживатися в раціоні. На відміну від рослин, які мають здатність виробляти власну їжу шляхом фотосинтетичного шляху.

Деякі роди прокаріотів також потребують кисню для дихання. Зокрема, існують суворі аеробні бактерії - тобто вони ростуть тільки в середовищах з киснем, таких як псевдомонади.

Інші роди бактерій мають здатність змінювати свій метаболізм від аеробних до анаеробних залежно від умов навколишнього середовища, таких як сальмонела. У прокаріотів, будучи аеробним або анаеробним, є важливою характеристикою його класифікації.

Відмінності з анаеробним диханням

Протилежний процес аеробного дихання - анаеробна модальність. Найбільш очевидною відмінністю між ними є використання кисню як кінцевого акцептора електрона. Анаеробне дихання використовує інші неорганічні молекули як акцептори.

Крім того, в анаеробному диханні кінцевим продуктом реакцій є молекула, яка все ще має потенціал продовжувати окислення. Наприклад, молочна кислота утворюється в м'язах під час ферментації. На противагу цьому, кінцевими продуктами аеробного дихання є вуглекислий газ і вода.

Існують також відмінності з енергетичної точки зору. В анаеробному шляху виробляються тільки дві молекули АТФ (відповідно до гліколітичного шляху), тоді як в аеробному диханні кінцевий продукт, як правило, становить близько 38 молекул АТФ - що є суттєвою різницею.

Список літератури

  1. Кемпбелл, М. К., і Фаррелл, С. О. (2011). Біохімія Шосте видання. Томсон. Брукс / Коул.
  2. Curtis, H. (2006). Запрошення до біології. Шосте видання. Буенос-Айрес: Панамериканська медицина.
  3. Естрада, Е і Арансабал, М. (2002). Атлас гістології хребетних. Національний автономний університет Мексики. С. 173.
  4. Hall, J. (2011). Договір медичної фізіології. Нью-Йорк: Elsevier Health Sciences.
  5. Harisha, S. (2005). Вступ до практичної біотехнології. Нью-Делі: Медіафайли.
  6. Hill, R. (2006). Фізіологія тварин Мадрид: Панамериканська медицина.
  7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Основи фізіології. Мадрид: Тебар.
  8. Koolman, J., & Röhm, K.H. (2005). Біохімія: текст і атлас. Ed. Panamericana Medical.
  9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Текст біохімії для студентів-медиків. Шосте видання. Мексика: JP Medical Ltd.