Aerobní respirační charakteristiky, stadia a organismy

3446
Simon Doyle

The aerobní dýchání nebo aerobní je biologický proces, který zahrnuje získávání energie z organických molekul - hlavně z glukózy - řadou oxidačních reakcí, kde konečným akceptorem elektronů je kyslík.

Tento proces je přítomen u velké většiny organických bytostí, konkrétně u eukaryot. Všechna zvířata, rostliny a houby dýchají aerobně. Některé bakterie navíc vykazují aerobní metabolismus..

U eukaryot se stroj pro buněčné dýchání nachází v mitochondriích.
Zdroj: National Human Genome Research Institute (NHGRI) z Bethesdy, MD, USA [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], přes Wikimedia Commons

Obecně se proces získávání energie z molekuly glukózy dělí na glykolýzu (tento krok je běžný v aerobních i anaerobních drahách), Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec..

Koncept aerobního dýchání je na rozdíl od anaerobního dýchání. V druhém případě je konečným akceptorem elektronů jiná anorganická látka odlišná od kyslíku. Je to typické pro některé prokaryoty.

Rejstřík článků

  • 1 Co je to kyslík?
  • 2 Charakteristiky dýchání
  • 3 procesy (fáze)
    • 3.1 Glykolýza
    • 3,2 Krebsův cyklus
    • 3.3 Shrnutí Krebsova cyklu
    • 3.4 Elektronový transportní řetězec
    • 3.5 Třídy nosných molekul
  • 4 Organismy s aerobním dýcháním
  • 5 Rozdíly s anaerobním dýcháním
  • 6 Reference

Co je to kyslík?

Před diskusí o procesu aerobního dýchání je nutné znát určité aspekty molekuly kyslíku.

Jedná se o chemický prvek představovaný v periodické tabulce s písmenem O a atomovým číslem 8. Za standardních podmínek teploty a tlaku má kyslík tendenci se vázat v párech, což vede k molekule dioxygenu.

Tento plyn, složený ze dvou atomů kyslíku, nemá žádnou barvu, vůni ani chuť a je reprezentován vzorcem Odva. V atmosféře je významnou složkou a je nezbytný k udržení většiny forem života na Zemi..

Díky plynné povaze kyslíku je molekula schopna volně procházet buněčnými membránami - jak vnější membránou, která odděluje buňku od extracelulárního prostředí, tak membránami subcelulárních kompartmentů, včetně mitochondrií..

Charakteristiky dýchání

Buňky používají molekuly, které přijímáme stravou, jako druh dýchacího „paliva“.

Buněčné dýchání je proces generování energie ve formě molekul ATP, kde molekuly, které mají být degradovány, podléhají oxidaci a konečným akceptorem elektronů je ve většině případů anorganická molekula.

Základní funkcí, která umožňuje dýchací procesy, je přítomnost řetězce transportu elektronů. Při aerobním dýchání je konečným akceptorem elektronů molekula kyslíku.

Za normálních podmínek jsou těmito „palivy“ sacharidy nebo sacharidy a tuky nebo lipidy. Vzhledem k tomu, že se tělo dostává do nejistých podmínek kvůli nedostatku potravy, uchyluje se k použití bílkovin, aby se pokusilo uspokojit své energetické nároky.

Slovo dýchání je součástí naší slovní zásoby v každodenním životě. Akt, při kterém se do našich plic dostává vzduch, v nepřetržitých cyklech výdechů a inhalací nazýváme dýchání..

Ve formálním kontextu biologických věd je však taková akce označována termínem ventilace. Termín dýchání se tedy používá k označení procesů, které probíhají na buněčné úrovni..

Procesy (fáze)

Fáze aerobního dýchání zahrnují nezbytné kroky k extrakci energie z organických molekul - v tomto případě popíšeme případ molekuly glukózy jako dýchací palivo - až do dosažení akceptoru kyslíku..

Tato složitá metabolická cesta je rozdělena na glykolýzu, Krebsův cyklus a transportní řetězec elektronů:

Glykolýza

Obrázek 1: glykolýza vs. glukoneogeneze. Zahrnuté reakce a enzymy.

Prvním krokem degradace monomeru glukózy je glykolýza, nazývaná také glykolýza. Tento krok nevyžaduje kyslík přímo a je přítomen prakticky ve všech živých věcech.

Cílem této metabolické cesty je štěpení glukózy na dvě molekuly kyseliny pyrohroznové, získání dvou molekul čisté energie (ATP) a redukce dvou molekul NAD.+.

V přítomnosti kyslíku může dráha pokračovat do Krebsova cyklu a elektronového transportního řetězce. V případě nepřítomnosti kyslíku by molekuly následovaly fermentační cestu. Jinými slovy, glykolýza je běžnou metabolickou cestou pro aerobní a anaerobní dýchání..

Před Krebsovým cyklem musí dojít k oxidační dekarboxylaci kyseliny pyrohroznové. Tento krok je zprostředkován velmi důležitým enzymatickým komplexem zvaným pyruvátdehydrogenáza, který provádí výše uvedenou reakci..

Pyruvát se tedy stává acetylovým radikálem, který je následně zachycen koenzymem A, který je zodpovědný za jeho transport do Krebsova cyklu..

Krebsův cyklus

Krebsův cyklus, známý také jako cyklus kyseliny citronové nebo trikarboxylové kyseliny, se skládá z řady biochemických reakcí katalyzovaných specifickými enzymy, které se snaží postupně uvolňovat chemickou energii uloženou v acetyl koenzymu A.

Je to cesta, která úplně oxiduje molekulu pyruvátu a vyskytuje se v matrici mitochondrií.

Tento cyklus je založen na sérii oxidačních a redukčních reakcí, které přenášejí potenciální energii ve formě elektronů na prvky, které je přijímají, zejména na molekulu NAD.+.

Shrnutí Krebsova cyklu

Každá molekula kyseliny pyrohroznové se rozpadá na oxid uhličitý a molekulu se dvěma uhlíky, známou jako acetylová skupina. Spojením na koenzym A (zmíněno v předchozí části) vzniká komplex acetyl koenzymu A..

Dva uhlíky kyseliny pyrohroznové vstupují do cyklu, kondenzují s oxaloacetátem a tvoří molekulu citronu se šesti uhlíky. Dochází tedy k oxidačním krokovým reakcím. Citrát se vrací k oxaloacetátu s teoretickou produkcí 2 molů oxidu uhličitého, 3 molů NADH, 1 FADHdva a 1 mol GTP.

Protože se při glykolýze tvoří dvě molekuly pyruvátu, jedna molekula glukózy zahrnuje dvě otáčky Krebsova cyklu.

Elektronový dopravní řetězec

Řetězec transportu elektronů se skládá ze sekvence proteinů, které mají schopnost provádět oxidační a redukční reakce..

Průchod elektronů přes tyto proteinové komplexy vede k postupnému uvolňování energie, která se následně využívá při generování ATP chemoosmotiky. Důležité je, že poslední řetězová reakce je nevratného typu.

V eukaryotických organismech, které mají subcelulární oddíly, jsou prvky transportního řetězce ukotveny k membráně mitochondrií. U prokaryot, kterým tyto kompartmenty chybí, jsou prvky řetězce umístěny v plazmatické membráně buňky..

Reakce tohoto řetězce vedou k tvorbě ATP, prostřednictvím energie získané přemístěním vodíku transportéry, až do dosažení konečného akceptoru: kyslíku, reakce, při které vzniká voda..

Třídy nosných molekul

Řetěz je tvořen třemi variantami dopravníků. První třídou jsou flavoproteiny, které se vyznačují přítomností flavinu. Tento typ transportéru může alternativně provádět dva typy reakcí, redukci a oxidaci.

Druhý typ je tvořen cytochromy. Tyto proteiny mají hemovou skupinu (jako je hemoglobin), která může vykazovat různé oxidační stavy.

Poslední třídou transportéru je ubichinon, známý také jako koenzym Q. Tyto molekuly nejsou proteinové povahy..

Organismy s aerobním dýcháním

Většina živých organismů má dýchání aerobního typu. Je to typické pro eukaryotické organismy (bytosti se skutečným jádrem ve svých buňkách, ohraničené membránou). Všechna zvířata, rostliny a houby dýchají aerobně.

Zvířata a houby jsou heterotrofní organismy, což znamená, že „palivo“, které bude použito v metabolické cestě dýchání, musí být ve stravě aktivně konzumováno. Na rozdíl od rostlin, které mají schopnost vyrábět si vlastní jídlo pomocí fotosyntézy.

Některé rody prokaryot také potřebují pro své dýchání kyslík. Konkrétně existují přísné aerobní bakterie - to znamená, že rostou pouze v prostředích bohatých na kyslík, jako jsou pseudomonas..

Jiné rody bakterií mají schopnost měnit svůj metabolismus z aerobního na anaerobní na základě podmínek prostředí, jako jsou salmonely. U prokaryot je důležitým znakem jejich klasifikace být aerobní nebo anaerobní.

Rozdíly od anaerobního dýchání

Opačným procesem než aerobní dýchání je anaerobní režim. Nejviditelnějším rozdílem mezi nimi je použití kyslíku jako konečného akceptoru elektronů. Anaerobní dýchání používá jako akceptory jiné anorganické molekuly.

Kromě toho je v anaerobním dýchání konečným produktem reakcí molekula, která má stále potenciál pokračovat v oxidaci. Například kyselina mléčná vytvořená ve svalech během fermentace. Naproti tomu konečnými produkty aerobního dýchání jsou oxid uhličitý a voda..

Rozdíly existují také z energetického hlediska. V anaerobní dráze se produkují pouze dvě molekuly ATP (což odpovídá glykolytické dráze), zatímco v aerobním dýchání je konečným produktem obvykle asi 38 molekul ATP - což je významný rozdíl..

Reference

  1. Campbell, M. K. a Farrell, S. O. (2011). Biochemie. Šesté vydání. Thomson. Brooks / Cole.
  2. Curtis, H. (2006). Pozvánka na biologii. Šesté vydání. Buenos Aires: panamerický lékař.
  3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas histologie obratlovců. Národní autonomní univerzita v Mexiku. Stránka 173.
  4. Hall, J. (2011). Smlouva o lékařské fyziologii. New York: Elsevier Health Sciences.
  5. Harisha, S. (2005). Úvod do praktické biotechnologie. Nové Dillí: Firewall Media.
  6. Hill, R. (2006). Fyziologie zvířat. Madrid: Panamerican Medical.
  7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Základy fyziologie. Madrid: Tebar.
  8. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biochemie: text a atlas. Panamerican Medical Ed..
  9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Text biochemie pro studenty medicíny. Šesté vydání. Mexiko: JP Medical Ltd.

Zatím žádné komentáře