AEROBĀ ELPOŠANA: RAKSTUROJUMS, STADIJAS UN ORGANISMI - BIOLOĢIJA - 2025

Aerobā elpošana vai aerobo ir bioloģisks process, kas ietver iegūšana enerģiju organisko molekulu - galvenokārt glikozi - ar virkni oksidācijas reakcijās, kur gala elektronu akceptora ir skābeklis.

Šis process ir sastopams lielākajā daļā organisko būtņu, īpaši eikariotu. Visi dzīvnieki, augi un sēnītes elpo aerobi. Turklāt dažas baktērijas uzrāda arī aerobo metabolismu.

Eikariotos šūnu elpošanas aparāti atrodas mitohondrijos.
Avots: Nacionālais cilvēka genoma pētījumu institūts (NHGRI) no Bethesda, MD, ASV, izmantojot Wikimedia Commons

Kopumā enerģijas iegūšanas process no glikozes molekulas tiek sadalīts glikolīzē (šis solis ir izplatīts gan aerobos, gan anaerobos ceļos), Krebsa ciklā un elektronu transporta ķēdē.

Aerobās elpošanas jēdziens ir pretstatā anaerobai elpošanai. Pēdējā elektronu galīgais akceptors ir vēl viena neorganiska viela, kas atšķiras no skābekļa. Tas ir raksturīgi dažiem prokariotiem.

Kas ir skābeklis?

Pirms apspriest aerobās elpošanas procesu, ir jāzina noteikti skābekļa molekulas aspekti.

Tas ir ķīmisks elements, kas periodiskajā tabulā attēlots ar burtu O un atoma numuru 8. Standarta temperatūras un spiediena apstākļos skābeklim ir tendence saistīties pa pāriem, veidojot dioksigēna molekulu.

Šai gāzei, kas sastāv no diviem skābekļa atomiem, nav krāsas, smaržas vai garšas, un to attēlo ar formulu O ₂ . Atmosfērā tā ir ievērojama sastāvdaļa un nepieciešama, lai uzturētu lielāko daļu dzīvības formu uz zemes.

Pateicoties skābekļa gāzveida raksturam, molekula spēj brīvi šķērsot šūnu membrānas - gan ārējo membrānu, kas atdala šūnu no ārpusšūnu vides, gan subcelulāro nodalījumu membrānas, ieskaitot mitohondrijus.

Elpošanas īpašības

Šūnas kā sava veida elpceļu degvielu izmanto molekulas, kuras mēs uzņemam uzturā.

Šūnu elpošana ir enerģiju radošs process ATP molekulu veidā, kurā sadalāmās molekulas tiek oksidētas, un galīgais elektronu akceptors vairumā gadījumu ir neorganiska molekula.

Būtiska iezīme, kas ļauj veikt elpošanas procesus, ir elektronu transporta ķēdes klātbūtne. Aerobā elpošanā elektronu gala pieņēmējs ir skābekļa molekula.

Normālos apstākļos šīs "degvielas" ir ogļhidrāti vai ogļhidrāti un tauki vai lipīdi. Tā kā ķermenis nonāk nestabilos apstākļos pārtikas trūkuma dēļ, tas cenšas izmantot olbaltumvielas, lai mēģinātu apmierināt savas enerģijas vajadzības.

Vārds elpošana ir mūsu ikdienas vārdu krājuma sastāvdaļa. Gaisa ieplūšanu plaušās, veicot nepārtrauktus izelpas un ieelpas ciklus, mēs saucam par elpošanu.

Tomēr dzīvības zinātņu formālajā kontekstā šādu rīcību apzīmē ar terminu ventilācija. Tādējādi termins elpošana tiek izmantots, lai apzīmētu procesus, kas notiek šūnu līmenī.

Procesi (posmi)

Aerobās elpošanas posmi ietver nepieciešamās darbības enerģijas iegūšanai no organiskām molekulām - šajā gadījumā mēs aprakstīsim glikozes molekulas gadījumu kā elpošanas degvielu - līdz tā sasniedz skābekļa akceptoru.

Šis sarežģītais metabolisma ceļš ir sadalīts glikolīzē, Krebsa ciklā un elektronu transporta ķēdē:

Glikolīze

1. attēls: glikolīze un glikoneoģenēze. Iesaistītās reakcijas un fermenti.

Glikozes monomēra sadalīšanās pirmais solis ir glikolīze, ko sauc arī par glikolīzi. Šim solim nav nepieciešams skābeklis tieši, un tas atrodas praktiski visās dzīvajās lietās.

Šī metabolisma ceļa mērķis ir glikozes sašķelšana divās pirovilskābes molekulās, iegūstot divas neto enerģijas molekulas (ATP) un reducējot divas NAD ⁺ molekulas .

Skābekļa klātbūtnē ceļu var turpināt Krebsa cikls un elektronu transporta ķēde. Ja skābekļa nav, molekulas seko fermentācijas ceļam. Citiem vārdiem sakot, glikolīze ir izplatīts metabolisma ceļš aerobai un anaerobai elpošanai.

Pirms Krebsa cikla ir jānotiek piruva skābes oksidatīvai dekarboksilēšanai. Šo darbību veic ļoti svarīgs enzīmu komplekss, saukts par piruvāta dehidrogenāzi, kurš veic iepriekšminēto reakciju.

Tādējādi piruvāts kļūst par acetilradikālu, kuru vēlāk uztver koenzīms A, kas ir atbildīgs par tā transportēšanu uz Krebsa ciklu.

Krebsa cikls

Krebsa cikls, kas pazīstams arī kā citronskābes cikls vai trikarbonskābes cikls, sastāv no virknes bioķīmisku reakciju, kuras katalizē specifiski fermenti, kuru mērķis ir pakāpeniski atbrīvot ķīmisko enerģiju, kas uzkrājas acetilkoenzīmā A.

Tas ir ceļš, kas pilnībā oksidē piruvāta molekulu un notiek mitohondriju matricā.

Šis cikls ir balstīts uz virkni oksidācijas un reducēšanas reakciju, kas potenciālo enerģiju elektronu veidā nodod elementiem, kas tos pieņem, īpaši NAD ⁺ molekulai .

Krebsa cikla kopsavilkums

Katra pirūnskābes molekula sadalās oglekļa dioksīdā un divu oglekļa molekulā, kas pazīstama kā acetilgrupa. Savienojumā ar koenzīmu A (minēts iepriekšējā sadaļā) veidojas acetilkoenzīma A komplekss.

Divi pirovilskābes oglekļi nonāk ciklā, kondensējas ar oksaloacetātu un veido sešu oglekļa citrāta molekulu. Tādējādi notiek oksidatīvas pakāpju reakcijas. Citrāta atgriežas uz oksalacetāts ar teorētisko ražošanai 2 moliem oglekļa dioksīda, 3 moliem NADH, 1 no FADH _2, un 1 mola GTP.

Tā kā glikolīzē veidojas divas piruvāta molekulas, viena glikozes molekula ietver divus Krebsa cikla apgriezienus.

Elektronu transporta ķēde

Elektronu transporta ķēde sastāv no olbaltumvielu secības, kurām ir iespēja veikt oksidācijas un reducēšanas reakcijas.

Elektronu caurbraukšana caur šiem olbaltumvielu kompleksiem rada pakāpenisku enerģijas izdalīšanos, kuru pēc tam ķīmijmotiķi izmanto ATP veidošanā. Svarīgi ir tas, ka pēdējā ķēdes reakcija ir neatgriezeniska.

Eikariotu organismos, kuriem ir subcelulāri nodalījumi, transportētāja ķēdes elementi ir noenkuroti pie mitohondriju membrānas. Prokariotos, kuriem trūkst šo nodalījumu, ķēdes elementi atrodas šūnas plazmas membrānā.

Šīs ķēdes reakcijas noved pie ATP veidošanās caur enerģiju, ko iegūst, pārvietojot ūdeņradi caur transporteriem, līdz nonāk līdz galīgajam akceptētājam: skābeklim, reakcijai, kas rada ūdeni.

Nesējmolekulu klases

Ķēdi veido trīs konveijeru varianti. Pirmās klases ir flavoproteīni, kam raksturīga flavina klātbūtne. Šis transportētāja tips var veikt divu veidu reakcijas - gan reducēšanu, gan oksidēšanu.

Otro veidu veido citohromi. Šīm olbaltumvielām ir hema grupa (piemēram, hemoglobīna grupa), kas var radīt dažādus oksidācijas stāvokļus.

Pēdējā pārvadātāja klase ir ubikinons, pazīstams arī kā koenzīms Q. Šīs molekulas dabā nav olbaltumvielas.

Organismi ar aerobo elpošanu

Lielākajai daļai dzīvo organismu ir aeroba tipa elpošana. Tas ir raksturīgs eikariotu organismiem (būtnēm ar īstu kodolu savās šūnās, ko norobežo membrāna). Visi dzīvnieki, augi un sēnītes elpo aerobi.

Dzīvnieki un sēnītes ir heterotrofiski organismi, kas nozīmē, ka uzturā aktīvi jālieto "degviela", kas tiks izmantota elpošanas metabolisma ceļā. Pretstatā augiem, kuriem fotosintēzes ceļā ir iespēja pašiem ražot pārtiku.

Dažām prokariotu ģintīm elpošanai ir nepieciešams arī skābeklis. Konkrēti, pastāv stingras aerobās baktērijas - tas ir, tās aug tikai vidē, kas bagāta ar skābekli, piemēram, pseidomonos.

Citām baktēriju ģintīm ir iespēja mainīt metabolismu no aeroba līdz anaerobo, pamatojoties uz vides apstākļiem, piemēram, salmonellas. Prokariotos ir būtiska īpašība to klasifikācijai, jo tie ir aerobi vai anaerobi.

Atšķirības no anaerobās elpošanas

Aerobai elpošanai pretējs process ir anaerobais režīms. Acīmredzamākā atšķirība starp abām ir skābekļa izmantošana kā galīgais elektronu akceptors. Anaerobā elpošana kā akceptorus izmanto citas neorganiskas molekulas.

Turklāt anaerobā elpošanā reakciju gala produkts ir molekula, kurai joprojām ir potenciāls turpināt oksidēties. Piemēram, pienskābe, kas fermentācijas laikā veidojas muskuļos. Turpretī aerobās elpošanas galaprodukti ir oglekļa dioksīds un ūdens.

Ir arī atšķirības no enerģijas viedokļa. Anaerobā ceļā tiek ražotas tikai divas ATP molekulas (kas atbilst glikolītiskajam ceļam), savukārt aerobajā elpošanā gala produkts parasti ir aptuveni 38 ATP molekulas - tā ir būtiska atšķirība.

Atsauces

1. Kempbela, MK, un Farrell, SO (2011). Bioķīmija. Sestais izdevums. Thomson. Brūka / Kols.
2. Curtis, H. (2006). Ielūgums uz bioloģiju. Sestais izdevums. Buenosairesa: Amerikas medicīna.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Mugurkaulnieku histoloģijas atlants. Meksikas Nacionālā autonomā universitāte. 173. lpp.
4. Hall, J. (2011). Medicīniskās fizioloģijas līgums. Ņujorka: Elsevier veselības zinātnes.
5. Harisha, S. (2005). Ievads praktiskajā biotehnoloģijā. New Delhi: ugunsmūra mediji.
6. Hils, R. (2006). Dzīvnieku fizioloģija. Madride: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Fizioloģijas pamati. Madride: Tebara.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Bioķīmija: teksts un atlants. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevāns, D. un Sreekumari S. (2012). Bioķīmijas teksts medicīnas studentiem. Sestais izdevums. Meksika: JP Medical Ltd.