Charakteristiky aerobního dýchání, stádia a organismy



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

Tento proces je přítomen v naprosté většině organických bytostí, konkrétně v eukaryotech. Všechna zvířata, rostliny a houby dýchají aerobně. Některé bakterie navíc vykazují aerobní metabolismus.

Obecně se proces získávání energie z molekuly glukózy dělí na glykolýzu (tento krok je běžný v aerobních i anaerobních cestách), Krebsově cyklu a elektronovém transportním řetězci..

Koncept aerobního dýchání je proti anaerobnímu dýchání. V posledním je konečným akceptorem elektronů jiná anorganická látka, jiná než kyslík. To je typické pro některé prokaryoty.

Index

  • 1 Co je kyslík?
  • 2 Charakteristiky dýchání
  • 3 Procesy (stupně)
    • 3.1 Glukolýza
    • 3.2 Krebsův cyklus
    • 3.3 Shrnutí Krebsova cyklu
    • 3.4 Elektronový transportní řetězec
    • 3.5 Třídy transportních molekul
  • 4 Organismy s aerobním dýcháním
  • 5 Rozdíly s anaerobním dýcháním
  • 6 Odkazy

Co je kyslík?

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

Je to chemický prvek reprezentovaný v periodické tabulce s písmenem O a atomovým číslem 8. Za standardních podmínek teploty a tlaku má kyslík tendenci vázat se ve dvojicích, což vede k molekule dioxygenů..

Tento plyn tvořený dvěma atomy je kyslík, postrádá barvu, vůni nebo chuť a je reprezentován vzorcem O2. V atmosféře je prominentní složkou a je nezbytné udržet většinu 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, mezi nimi mitochondriemi..

Charakteristika dýchání

Buňky využívají molekuly, které přijímáme v naší stravě, jako druh respiračního „paliva“..

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

Základním znakem, který umožňuje provádět dýchací procesy, je přítomnost elektronového transportního řetězce. V aerobním dýchání je konečným akceptorem elektronů molekula kyslíku.

Za normálních podmínek jsou těmito "palivy" uhlohydráty nebo sacharidy a tuky nebo lipidy. Protože tělo vstupuje do nejistých podmínek z důvodu nedostatku potravy, uchyluje se k používání proteinů, aby se pokusilo uspokojit své energetické požadavky..

Slovo dýchání je součástí našeho slovníku v každodenním životě. K tomu, že se v našich plicích nasává vzduch, v nepřetržitých cyklech exhalací a vdechování to nazýváme dýcháním.

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

Procesy (stupně)

Stupně aerobního dýchání zahrnují kroky nezbytné k získání energie z organických molekul - v tomto případě budeme popisovat případ molekuly glukózy jako respiračního paliva - až do dosažení akceptoru kyslíku.

Tato komplexní metabolická cesta je rozdělena na glykolýzu, Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec:

Glukolýza

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

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

V přítomnosti kyslíku může cesta pokračovat k Krebsovu cyklu a elektronovému transportnímu řetězci. V případě nepřítomnosti kyslíku by molekuly následovaly cestu fermentace. Jinými slovy, glykolýza je běžná metabolická cesta aerobního a anaerobního dýchání.

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

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

Krebsův cyklus

Krebsův cyklus, také známý jako cyklus kyseliny citrónové nebo cyklus kyseliny trikarboxylové, se skládá ze série biochemických reakcí katalyzovaných specifickými enzymy, které se snaží postupně uvolňovat chemickou energii uloženou v acetylkoenzymu A.

Je to cesta, která zcela 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 molekulu NAD.+.

Shrnutí Krebsova cyklu

Každá molekula kyseliny pyrohroznové je rozdělena na oxid uhličitý a molekulu se dvěma uhlíky, známou jako acetylová skupina. S vazbou na koenzym A (uvedený v předchozí části) vzniká acetylkoenzym A komplex.

Dva uhlíky kyseliny pyrohroznové vstupují do cyklu, kondenzují s oxaloacetátem a tvoří šestimocnou molekulu citrátu. Tak dochází k reakcím oxidačního kroku. Citrát se vrací k oxaloacetátu s teoretickou produkcí 2 moly oxidu uhličitého, 3 moly NADH, 1 FADH2 a 1 mol GTP.

Protože dvě molekuly pyruvátu vznikají v glykolýze, molekula glukózy zahrnuje dvě revoluce Krebsova cyklu..

Elektronový transportní řetězec

Elektronový transportní řetězec sestává ze sekvence proteinů, které mají schopnost provádět oxidační a redukční reakce.

Průchod elektronů uvedenými proteinovými komplexy se promítá do postupného uvolňování energie, které se následně použije při tvorbě chemosomotického ATP. Je důležité poznamenat, že poslední reakce řetězce je nevratného typu.

V eukaryotických organismech, které mají subcelulární kompartmenty, jsou elementy transportního řetězce ukotveny na membráně mitochondrií. U prokaryot, které nemají tyto prostory, jsou prvky řetězce umístěny v plazmatické membráně buňky.

Reakce tohoto řetězce vedou k tvorbě ATP, pomocí energie získané vytěsněním vodíku transportéry, dokud nedosáhne konečného akceptoru: kyslíku, reakce, která produkuje vodu.

Třídy transportních molekul

Řetěz se skládá ze tří variant dopravníku. První třída jsou flavoproteiny, charakterizované přítomností flavinu. Tento typ dopravníku může alternativně provádět dva typy reakcí, jak redukci, tak oxidaci.

Druhý typ tvoří cytochromy. Tyto proteiny mají hemovou skupinu (jako hemoglobin), která může mít různé oxidační stavy.

Poslední skupinou transportérů je ubichinon, také známý jako koenzym Q. Tyto molekuly nejsou proteinové povahy..

Organismy s aerobním dýcháním

Většina živých organismů má dýchání aerobního typu. Je typický pro eukaryotické organismy (bytosti s pravým jádrem v 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 dráze dýchání, musí být aktivně konzumováno ve stravě. Na rozdíl od rostlin, které mají schopnost produkovat vlastní jídlo pomocí fotosyntetické cesty.

Některé rody prokaryot také potřebují kyslík pro jejich dýchání. Konkrétně existují přísné aerobní bakterie - to znamená, že rostou pouze v prostředí s kyslíkem, jako je pseudomonas.

Jiné rody bakterií mají schopnost měnit svůj metabolismus z aerobního na anaerobní v závislosti na podmínkách prostředí, jako je salmonelóza. Prokaryoty, které jsou aerobní nebo anaerobní, jsou důležitou vlastností pro jejich klasifikaci.

Rozdíly s anaerobním dýcháním

Opačným procesem aerobního dýchání je anaerobní modalita. Nejzřejmější rozdíl mezi těmito dvěma je použití kyslíku jako konečného akceptoru elektronů. Anaerobní dýchání využívá jako akceptory jiné anorganické molekuly.

V anaerobním dýchání je konečný produkt reakcí molekula, která má stále potenciál pokračovat v oxidaci. Například kyselina mléčná se tvoří ve svalech během fermentace. Naproti tomu finální produkty aerobního dýchání jsou oxid uhličitý a voda.

Existují také rozdíly z hlediska energetiky. V anaerobní dráze jsou produkovány pouze dvě molekuly ATP (odpovídající glykolytické dráze), zatímco v aerobním dýchání je konečný produkt obecně asi 38 molekul ATP - což je významný rozdíl.

Odkazy

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