Χαρακτηριστικά αερόβιας αναπνοής, στάδια και οργανισμοί



Το αερόβια αναπνοή ή αερόβια είναι μια βιολογική διαδικασία που περιλαμβάνει την απόκτηση ενέργειας από οργανικά μόρια - κυρίως γλυκόζη - μέσω μιας σειράς αντιδράσεων οξείδωσης, όπου ο τελικός αποδέκτης των ηλεκτρονίων είναι το οξυγόνο.

Αυτή η διαδικασία υπάρχει στη μεγάλη πλειοψηφία των οργανικών όντων, συγκεκριμένα των ευκαρυωτών. Όλα τα ζώα, τα φυτά και οι μύκητες αναπνέουν αερόβια. Επιπλέον, ορισμένα βακτήρια παρουσιάζουν επίσης αερόβιο μεταβολισμό.

Γενικά, η διαδικασία της απόκτησης ενέργειας από το μόριο γλυκόζης χωρίζεται σε γλυκόλυση (αυτό το βήμα είναι κοινή και στις δύο αερόβια και αναερόβια οδό), Krebs κύκλου και μεταφοράς ηλεκτρονίων αλυσίδα.

Η έννοια της αερόβιας αναπνοής αντιτίθεται στην αναερόβια αναπνοή. Στην τελευταία, ο τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων είναι μια άλλη ανόργανη ουσία, εκτός από το οξυγόνο. Είναι χαρακτηριστικό ορισμένων προκαρυωτών.

Ευρετήριο

  • 1 Τι είναι το οξυγόνο?
  • 2 Χαρακτηριστικά της αναπνοής
  • 3 Διαδικασίες (στάδια)
    • 3.1 Γλυκόλυση
    • 3.2 Κύκλος Krebs
    • 3.3 Περίληψη του κύκλου του Krebs
    • 3.4 Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
    • 3.5 Τάξεις μεταφορικών μορίων
  • 4 Οργανισμοί με αερόβια αναπνοή
  • 5 Διαφορές με αναερόβια αναπνοή
  • 6 Αναφορές

Τι είναι το οξυγόνο?

Πριν συζητήσουμε τη διαδικασία αερόβιας αναπνοής, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε ορισμένες πτυχές του μορίου οξυγόνου.

Πρόκειται για ένα χημικό στοιχείο που αντιπροσωπεύεται στον περιοδικό πίνακα με το γράμμα Ο και τον ατομικό αριθμό 8. Υπό κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, το οξυγόνο τείνει να δεσμεύεται σε ζεύγη, δημιουργώντας το μόριο διοξυγόνου.

Αυτό το αέριο, που σχηματίζεται από δύο άτομα, είναι οξυγόνο, στερείται χρώματος, οσμής ή γεύσης και αντιπροσωπεύεται από τον τύπο Ο2. Στην ατμόσφαιρα, είναι μια εξέχουσα συνιστώσα και είναι απαραίτητο να διατηρηθούν οι περισσότερες μορφές ζωής στη γη.

Χάρη στην φύση του αερίου οξυγόνου, το μόριο είναι ικανό ελεύθερα διέλευση των κυτταρικών μεμβρανών - τόσο η εξωτερική μεμβράνη που χωρίζει το κύτταρο εξωκυτταρικό περιβάλλον, όπως των μεμβρανών των υποκυτταρικά διαμερίσματα, συμπεριλαμβανομένων και των μιτοχονδρίων αυτών.

Χαρακτηριστικά της αναπνοής

Τα κύτταρα χρησιμοποιούν τα μόρια που καταναλώνουμε μέσω της διατροφής μας ως ένα είδος αναπνευστικού "καυσίμου".

Κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με τη μορφή ΑΤΡ μορίων, όπου τα μόρια υφίστανται οξείδωση να υποβαθμίσει και το τέλος δέκτη ηλεκτρονίων είναι, στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα ανόργανο μόριο.

Ένα βασικό χαρακτηριστικό που επιτρέπει την διεξαγωγή των διαδικασιών αναπνοής είναι η παρουσία μιας αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Στην αερόβια αναπνοή, ο τελικός αποδέκτης των ηλεκτρονίων είναι το μόριο οξυγόνου.

Υπό κανονικές συνθήκες, αυτά τα "καύσιμα" είναι υδατάνθρακες ή υδατάνθρακες και λίπη ή λιπίδια. Καθώς το σώμα εισέρχεται σε επισφαλείς συνθήκες λόγω έλλειψης φαγητού, καταφεύγει στη χρήση πρωτεϊνών για να ικανοποιήσει τις ενεργειακές του απαιτήσεις.

Η λέξη αναπνοή είναι μέρος του λεξιλογίου μας στην καθημερινή ζωή. Για την ανάληψη του αέρα στους πνεύμονές μας, σε συνεχείς κύκλους εκπνοής και εισπνοών το αποκαλούμε αναπνοή.

Ωστόσο, στο επίσημο πλαίσιο των βιολογικών επιστημών, η δράση αυτή χαρακτηρίζεται από τον όρο εξαερισμό. Έτσι, ο όρος αναπνοή χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα σε κυτταρικό επίπεδο.

Διαδικασίες (στάδια)

Τα στάδια της αερόβιας αναπνοής περιλαμβάνουν τα απαραίτητα βήματα για την εξαγωγή ενέργειας από οργανικά μόρια - στην περίπτωση αυτή θα περιγράψουμε την περίπτωση του μορίου γλυκόζης ως αναπνευστικό καύσιμο - μέχρι να φτάσουμε στον αποδέκτη οξυγόνου.

Αυτή η πολύπλοκη μεταβολική οδός διαιρείται σε γλυκόλυση, κύκλο Krebs και αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων:

Γλυκόλυση

Το πρώτο βήμα για την αποικοδόμηση του μονομερούς γλυκόζης είναι η γλυκόλυση, που ονομάζεται επίσης γλυκόλυση. Αυτό το βήμα δεν απαιτεί άμεσο οξυγόνο και υπάρχει σε όλα σχεδόν τα έμβια όντα.

Ο στόχος αυτής της μεταβολικής οδού είναι η διάσπαση της γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος, η λήψη δύο καθαρών ενεργειακών μορίων (ΑΤΡ) και η μείωση δύο μορίων NAD+.

Με την παρουσία οξυγόνου, η διαδρομή μπορεί να συνεχιστεί στον κύκλο Krebs και στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Στην περίπτωση που το οξυγόνο απουσιάζει, τα μόρια θα ακολουθήσουν την πορεία της ζύμωσης. Με άλλα λόγια, η γλυκόλυση είναι μια κοινή μεταβολική οδός αερόβιας και αναερόβιας αναπνοής.

Πριν από τον κύκλο του Krebs, πρέπει να λάβει χώρα η οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση πυρουβικού οξέος. Αυτό το στάδιο προκαλείται από ένα πολύ σημαντικό σύμπλοκο ενζύμου, που ονομάζεται πυροσταφυλική αφυδρογονάση, το οποίο διεξάγει την προαναφερθείσα αντίδραση.

Έτσι, το πυρουβικό οξύ γίνεται μια ρίζα ακετυλίου η οποία αργότερα συλλαμβάνεται από το συνένζυμο Α, υπεύθυνη για τη μεταφορά του στον κύκλο του Krebs..

Κύκλος Krebs

Ο κύκλος του Krebs, επίσης γνωστό ως το κύκλο του κιτρικού οξέος ή του κύκλου τρικαρβοξυλικού οξέος, είναι μια σειρά βιοχημικών αντιδράσεων που καταλύονται από ειδικά ένζυμα επιδιώκοντας απελευθερώσει σταδιακά τη χημική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στη ακετυλο συνένζυμο Α.

Είναι ένα μονοπάτι που οξειδώνει πλήρως το μόριο πυροσταφυλικού οξέος και εμφανίζεται στη μήτρα των μιτοχονδρίων.

Αυτός ο κύκλος βασίζεται σε μια σειρά αντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής που μεταφέρουν τη δυνητική ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρονίων σε στοιχεία που τα δέχονται, ιδιαίτερα το μόριο NAD.+.

Περίληψη του κύκλου του Krebs

Κάθε μόριο πυροσταφυλικού οξέος διασπάται σε διοξείδιο του άνθρακα και ένα μόριο δύο ατόμων άνθρακα, γνωστό ως ακετυλομάδα. Με τη σύνδεση με το συνένζυμο Α (που αναφέρεται στο προηγούμενο τμήμα) σχηματίζεται το σύμπλοκο ακετυλο-συνενζύμου Α.

Οι δύο άνθρακες του πυροσταφυλικού οξέος εισέρχονται στον κύκλο, συμπυκνώνονται με το οξαλοξικό και σχηματίζουν ένα μόριο κιτρικού εξα-άνθρακα. Έτσι, συμβαίνουν οξειδωτικές βηματικές αντιδράσεις. Το κιτρικό άλας επιστρέφει σε οξαλοξικό εστέρα με θεωρητική παραγωγή 2 γραμμομορίων διοξειδίου του άνθρακα, 3 γραμμομόρια NADH, 1 FADH2 και 1 mol GTP.

Καθώς δύο μόρια πυροσταφυλικού σχηματίζονται στη γλυκόλυση, ένα μόριο γλυκόζης περιλαμβάνει δύο επαναλήψεις του κύκλου Krebs.

Ηλεκτρονική αλυσίδα μεταφοράς

Μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων αποτελείται από μια σειρά πρωτεϊνών που έχουν την ικανότητα να πραγματοποιούν αντιδράσεις οξείδωσης και μείωσης.

Η διέλευση των ηλεκτρονίων από τα εν λόγω συμπλέγματα πρωτεϊνών μεταφράζεται σε μια βαθμιαία απελευθέρωση ενέργειας που στη συνέχεια χρησιμοποιείται στη δημιουργία χημειομομοτικώς ΑΤΡ. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η τελευταία αντίδραση της αλυσίδας είναι του μη αναστρέψιμου τύπου.

Σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς, οι οποίοι έχουν υποκυτταρικά διαμερίσματα, τα στοιχεία της αλυσίδας μεταφοράς είναι αγκυροβολημένα στη μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Σε προκαρυώτες, στους οποίους δεν υπάρχουν τέτοια διαμερίσματα, τα στοιχεία της αλυσίδας εντοπίζονται στη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου.

Οι αντιδράσεις αυτής της αλυσίδας οδηγούν στον σχηματισμό ΑΤΡ, μέσω της ενέργειας που λαμβάνεται από την μετατόπιση του υδρογόνου από τους μεταφορείς, έως ότου φθάσει στον τελικό αποδέκτη: οξυγόνο, μια αντίδραση που παράγει νερό.

Τάξεις μορίων μεταφορέων

Η αλυσίδα αποτελείται από τρεις παραλλαγές μεταφορέων. Η πρώτη κατηγορία είναι οι φλαβοπρωτεΐνες, που χαρακτηρίζονται από την παρουσία φλαβίνης. Αυτός ο τύπος μεταφορικού μέσου μπορεί να εκτελέσει δύο τύπους αντιδράσεων, τόσο μείωσης όσο και οξείδωσης, εναλλακτικά.

Ο δεύτερος τύπος σχηματίζεται από τα κυτοχρώματα. Αυτές οι πρωτεΐνες έχουν μια ομάδα heme (όπως αυτή της αιμοσφαιρίνης), η οποία μπορεί να έχει διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης.

Η τελευταία κατηγορία μεταφορέων είναι η ουβικινόνη, επίσης γνωστή ως συνένζυμο Q. Αυτά τα μόρια δεν είναι πρωτεΐνες στη φύση..

Οργανισμοί με αερόβια αναπνοή

Οι περισσότεροι ζωντανοί οργανισμοί έχουν αναπνοή αερόβιου τύπου. Είναι χαρακτηριστικό των ευκαρυωτικών οργανισμών (όντα με πραγματικό πυρήνα στα κύτταρα τους, οριοθετημένα από μεμβράνη). Όλα τα ζώα, τα φυτά και οι μύκητες αναπνέουν αερόβια.

Τα ζώα και οι μύκητες είναι ετερότροποι οργανισμοί, πράγμα που σημαίνει ότι το «καύσιμο» που θα χρησιμοποιηθεί στη μεταβολική οδό της αναπνοής πρέπει να καταναλώνεται ενεργά στη διατροφή. Σε αντίθεση με τα φυτά, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να παράγουν τα δικά τους τρόφιμα με τη φωτοσυνθετική οδό.

Ορισμένα γένη προκαρυωτών χρειάζονται επίσης οξυγόνο για την αναπνοή τους. Συγκεκριμένα, υπάρχουν αυστηρά αερόβια βακτήρια - δηλαδή, αναπτύσσονται μόνο σε περιβάλλον με οξυγόνο, όπως ψευδομονάδες.

Άλλα γένη βακτηρίων έχουν τη δυνατότητα να αλλάξουν το μεταβολισμό τους από αερόβια σε αναερόβια ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως η σαλμονέλα. Στα προκαρυωτικά, η αερόβια ή αναερόβια είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για την ταξινόμησή του.

Διαφορές με την αναερόβια αναπνοή

Η αντίθετη διαδικασία αερόβιας αναπνοής είναι η αναερόβια τροπικότητα. Η πιο προφανής διαφορά μεταξύ των δύο είναι η χρήση οξυγόνου ως τελικού αποδέκτη ηλεκτρονίων. Η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί άλλα ανόργανα μόρια ως δέκτες.

Επιπλέον, στην αναερόβια αναπνοή το τελικό προϊόν των αντιδράσεων είναι ένα μόριο που εξακολουθεί να έχει τη δυνατότητα να συνεχίσει την οξείδωση. Για παράδειγμα, το γαλακτικό οξύ που σχηματίζεται στους μύες κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Αντίθετα, τα τελικά προϊόντα αερόβιας αναπνοής είναι το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό.

Υπάρχουν επίσης διαφορές από την άποψη της ενέργειας. Στην αναερόβια οδό, μόνο δύο ΑΤΡ μόρια (που αντιστοιχεί στην γλυκολυτική οδό) συμβαίνουν, ενώ αερόβια αναπνοή το τελικό προϊόν είναι γενικά περίπου 38 μόρια ΑΤΡ - η οποία είναι μια σημαντική διαφορά.

Αναφορές

  1. Campbell, Μ. Κ., & Farrell, S. O. (2011). Βιοχημεία Έκτη έκδοση. Thomson. Brooks / Cole.
  2. Curtis, Η. (2006). Πρόσκληση στη Βιολογία. Έκτη έκδοση. Μπουένος Άιρες: Παναμερικανική ιατρική.
  3. Estrada, E & Aranzábal, Μ. (2002). Άτλας ιστολογίας σπονδυλωτών. Εθνικό Αυτόνομο Πανεπιστήμιο του Μεξικού. Σ. 173.
  4. Hall, Ι. (2011). Συνθήκη Ιατρικής Φυσιολογίας. Νέα Υόρκη: Elsevier Health Sciences.
  5. Harisha, S. (2005). Εισαγωγή στην πρακτική βιοτεχνολογία. Νέο Δελχί: Μέσα Τείχους προστασίας.
  6. Hill, R. (2006). Φυσιολογία των ζώων Μαδρίτη: Παναμερικανική Ιατρική.
  7. Iglesias, Β., Martín, Μ. & Prieto, J. (2007). Βάσεις Φυσιολογίας. Μαδρίτη: Tebar.
  8. Koolman, J., & Röhm, Κ. Η. (2005). Βιοχημεία: κείμενο και άτλας. Ed. Panamericana Medical.
  9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Κείμενο Βιοχημείας για Φοιτητές Ιατρικής. Έκτη έκδοση. Μεξικό: JP Medical Ltd.