Aeroobsed hingamisteede omadused, etapid ja organismid

The aeroobne hingamine või aeroobne on bioloogiline protsess, mis hõlmab energia saamist orgaanilistest molekulidest - peamiselt glükoosist - oksüdatsioonireaktsioonide seeria kaudu, kus elektronide lõplik aktseptor on hapnik..

See protsess esineb enamikus orgaanilistes oludes, eriti eukarüootides. Kõik loomad, taimed ja seened hingavad aeroobselt. Lisaks on mõnedel bakteritel ka aeroobne ainevahetus.

Üldiselt jagatakse glükoosimolekulist energia saamise protsess glükolüüsiks (see etapp on levinud nii aeroobsetes kui anaeroobsetes radades), Krebsi tsükli ja elektronide transpordiahelas.

Aeroobse hingamise mõiste on anaeroobse hingamise vastu. Viimases on lõplik elektron-aktseptor teine ​​anorgaaniline aine, va hapnik. See on tüüpiline mõnede prokarüootide jaoks.

Indeks

• 1 Mis on hapnik?
• 2 Hingamise tunnused
• 3 Protsessid (etapid)
  • 3.1 Glükolüüs
  • 3.2 Krebsi tsükkel
  • 3.3 Krebsi tsükli kokkuvõte
  • 3.4 Elektroonilise transpordi kett
  • 3.5 Transpordimolekulide klassid
• 4 Aeroobse hingamisega organismid
• 5 Erinevused anaeroobse hingamise korral
• 6 Viited

Mis on hapnik?

Enne aeroobse hingamise protsessi arutamist on vaja teada hapniku molekuli teatud aspekte.

Tegemist on keemilise elemendiga, mis on perioodilises tabelis tähistatud tähtega O ja aatomnumbriga 8. Temperatuuride ja rõhu standardtingimustes kipub hapnik siduma paarides, põhjustades dioksiidi molekuli.

See kaks aatomit moodustav gaas on hapnik, puudub värv, lõhn või maitse ja seda esindab valem O₂. Atmosfääris on see silmapaistev komponent ja on vaja säilitada enamik eluvorme maa peal.

Tänu hapniku gaasilisele olemusele on molekulil võimalik rakumembraane vabalt liikuda - nii välismembraan, mis eraldab rakku rakuvälisest keskkonnast, kui ka subcellulaarsete kambrite membraanid, nende hulgas mitokondrid..

Hingamise omadused

Rakud kasutavad molekule, mida me sööme kaudu sööme „kütusena”..

Rakuline hingamine on energia genereerimise protsess ATP molekulide kujul, kus lagunevad molekulid läbivad oksüdatsiooni ja elektronide lõplik aktseptor on enamasti anorgaaniline molekul..

Oluline tunnus, mis võimaldab teostada hingamisprotsesse, on elektronide transpordiahela olemasolu. Aeroobses hingamises on elektronide lõplik aktseptor hapniku molekul.

Tavalistes tingimustes on need "kütused" süsivesikud või süsivesikud ja rasvad või lipiidid. Kuna keha jõuab toidupuuduse tõttu ebakindlatesse tingimustesse, siis ta kasutab proteiinide kasutamist, et püüda rahuldada oma energilisi nõudmisi.

Sõna hingamine on osa meie sõnavara igapäevaelust. Õhu õhku meie kopsudesse, pidevateks hingamis- ja sissehingamistsükliteks nimetame seda hingamiseks.

Bioloogiliste teaduste ametlikus kontekstis on see tegevus tähistatud terminiga ventilatsioon. Seega kasutatakse terminit hingamine, et viidata protsessidele, mis toimuvad rakutasandil.

Protsessid (etapid)

Aeroobse hingamise etapid hõlmavad samme, mis on vajalikud energia saamiseks orgaanilistest molekulidest - sel juhul kirjeldame glükoosimolekuli juhtu hingamisteede kütusena - kuni jõuab hapniku aktseptorisse.

See keeruline metaboolne rada jaguneb glükolüüsi, Krebsi tsükli ja elektronide transpordiahelasse:

Glükolüüs

Esimene etapp glükoosi monomeeri lagundamiseks on glükolüüs, mida nimetatakse ka glükolüüsiks. See samm ei vaja hapnikku otse ja on olemas peaaegu kõigis elusolendites.

Selle metaboolse tee eesmärk on glükoosi lõhustamine kaheks püroviinhappe molekuliks, kahe netoenergia molekuli (ATP) saamine ja kahe NAD molekuli redutseerimine⁺.

Hapniku juuresolekul võib marsruut jätkata Krebsi tsükli ja elektronide transpordiahelasse. Kui hapnik puudub, järgivad molekulid fermentatsiooni teed. Teisisõnu on glükolüüs tavaline aeroobse ja anaeroobse hingamise metaboolne rada.

Enne Krebsi tsüklit peab toimuma püroveenhappe oksüdatiivne dekarboksüülimine. Seda etappi vahendab väga oluline ensüümikompleks, mida nimetatakse püruvaadi dehüdrogenaasiks, mis teostab ülalnimetatud reaktsiooni..

Seega muutub püruvaat atsetüülradikaaliks, mis hiljem jäädvustatakse koensüümiga A, mis vastutab selle transportimise eest Krebsi tsüklisse..

Krebsi tsükkel

Krebsi tsükkel, mida tuntakse ka sidrunhappe tsüklina või trikarboksüülhappe tsüklina, koosneb reast biokeemilistest reaktsioonidest, mida katalüüsivad spetsiifilised ensüümid, mis püüavad järk-järgult vabastada atsetüülkoensüüm A-sse salvestatud keemilist energiat..

See on tee, mis oksüdeerib täielikult püruvaadi molekuli ja esineb mitokondrite maatriksis.

See tsükkel põhineb oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonide seerial, mis edastavad potentsiaalse energia elektronide kujul neid aktsepteerivatele elementidele, eriti NAD-molekulile.⁺.

Krebsi tsükli kokkuvõte

Iga püroviinhappe molekul purustatakse süsinikdioksiidiks ja kahesüsiniku molekuliks, mida tuntakse atsetüülrühmana. Seostumisel koensüümiga A (mainitud eelmises lõigus) moodustub atsetüülkoensüüm A kompleks.

Püroviinhappe kaks süsinikku sisenevad tsüklisse, kondenseeruvad oksaloatsetaadiga ja moodustavad kuue süsiniku tsitraatmolekuli. Seega tekivad oksüdatiivsed etappreaktsioonid. Tsitraat naaseb oksaloatsetaadile teoreetiliselt 2 mooli süsinikdioksiidi, 3 mooli NADH, 1 FADH-ga.₂ ja 1 mol GTP.

Kuna glükolüüsis moodustub kaks püruvaadi molekuli, hõlmab glükoosi molekul Krebsi tsükli kahte pööret.

Elektronide transportimise kett

Elektronide transpordiahel koosneb valkude järjestusest, millel on võime läbi viia oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioone.

Elektronide läbimine nimetatud valgukomplekside poolt tähendab energia järkjärgulist vabanemist, mida järgnevalt kasutatakse ATP keemilise liikumise tekitamisel. Oluline on märkida, et ahela viimane reaktsioon on pöördumatu.

Eukarüootsetes organismides, millel on subtsellulaarsed sektsioonid, on transpordiahela elemendid ankurdatud mitokondrite membraanile. Prokarüootides, millel puuduvad sellised sektsioonid, paiknevad ahela elemendid raku plasmamembraanis.

Selle ahela reaktsioonid viivad ATP moodustumiseni, kasutades transportijate poolt vesiniku nihutamisel saadud energiat, kuni see jõuab lõpliku aktseptorini: hapnikku, mis tekitab vett..

Transpordimolekulide klassid

Kett koosneb kolmest konveieri variandist. Esimene klass on flavoproteiinid, mida iseloomustab flaviini olemasolu. Seda tüüpi konveier võib alternatiivselt teostada kahte tüüpi reaktsioone, nii redutseerimist kui ka oksüdatsiooni.

Teist tüüpi moodustavad tsütokroomid. Neil valkudel on hemorühm (nagu hemoglobiini omad), millel võib olla erinevad oksüdatsioonitingimused.

Transporteri viimane klass on ubikinoon, mida tuntakse ka koensüümina Q. Need molekulid ei ole looduses valgud..

Aeroobse hingamisega organismid

Enamikel elusorganismidel on aeroobne hingamine. See on tüüpiline eukarüootsetele organismidele (nende rakkudes on tõeline tuum, mis on membraani poolt piiritletud). Kõik loomad, taimed ja seened hingavad aeroobselt.

Loomad ja seened on heterotroofsed organismid, mis tähendab, et hingamise metaboolsel teel kasutatav "kütus" peab toitumises aktiivselt tarbima. Erinevalt taimedest, millel on fotosünteesi teel võime toota oma toitu.

Mõned prokarüootide perekonnad vajavad hingamiseks ka hapnikku. Täpsemalt on olemas ranged aeroobsed bakterid - see tähendab, et nad kasvavad ainult hapniku keskkonnas, näiteks pseudomonas..

Teistel bakterite perekondadel on võime muuta oma ainevahetust aeroobsest anaeroobseks sõltuvalt keskkonnatingimustest, näiteks salmonellast. Prokarüootides on aeroobne või anaeroobne klassifikatsiooni oluline tunnus.

Anaeroobse hingamise erinevused

Aeroobse hingamise vastupidine protsess on anaeroobne modaalsus. Kõige ilmsem erinevus nende kahe vahel on hapniku kasutamine viimase elektronaktseptorina. Anaeroobne hingamine rakendab aktseptorina teisi anorgaanilisi molekule.

Lisaks on anaeroobse hingamise korral reaktsioonide lõppsaadus molekul, millel on veel võimalik oksüdeeruda. Näiteks piimhape, mis on moodustunud lihastes fermentatsiooni ajal. Seevastu on aeroobse hingamise lõpptooted süsinikdioksiid ja vesi.

Samuti on erinevusi energia seisukohast. Anaeroobses rajal toodetakse ainult kahte ATP molekuli (mis vastab glükolüütilisele rajale), samas kui aeroobses hingamises on lõpptoode üldiselt umbes 38 ATP molekuli - mis on oluline erinevus.

Viited

1. Campbell, M. K., ja Farrell, S. O. (2011). Biokeemia Kuues väljaanne. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Kutse bioloogiasse. Kuues väljaanne. Buenos Aires: Pan-American Medical.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Selgroogse histoloogia atel. Mehhiko riiklik autonoomne ülikool. P. 173.
4. Hall, J. (2011). Meditsiinilise füsioloogia leping. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). Sissejuhatus praktilisse biotehnoloogiasse. New Delhi: tulemüüri meedia.
6. Hill, R. (2006). Loomade füsioloogia Madrid: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Füsioloogia alused. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Biokeemia: tekst ja atlas. Ed. Panamericana Medical.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Biokeemia tekst meditsiiniõpilastele. Kuues väljaanne. Mehhiko: JP Medical Ltd..