AEROBINEN HENGITYS: OMINAISUUDET, VAIHEET JA ORGANISMIT - BIOLOGIA - 2026

Aerobinen hengitys tai aerobinen on biologinen prosessi, johon liittyy energian hankkimisessa orgaanisten molekyylien - pääasiassa glukoosia - sarjalla hapetusreaktiot, jossa lopullinen elektronin vastaanottaja on happi.

Tämä prosessi on läsnä valtaosassa orgaanisia olentoja, erityisesti eukaryootteja. Kaikki eläimet, kasvit ja sienet hengittävät aerobisesti. Lisäksi joillakin bakteereilla on myös aerobista metaboliaa.

Eukaryooteissa solun hengityksen koneet sijaitsevat mitokondrioissa.

Lähde: National Human Genome Research Institute (NHGRI) Bethesdasta, MD, USA, Wikimedia Commonsin kautta

Yleensä energian hankkimisprosessi glukoosimolekyylista jaetaan glykolyysiin (tämä vaihe on yhteinen sekä aerobisissa että anaerobisissa reiteissä), Krebs-sykliin ja elektronin kuljetusketjuun.

Aerobisen hengityksen käsite vastustaa anaerobista hengitystä. Jälkimmäisessä elektronien lopullinen vastaanottaja on toinen epäorgaaninen aine, erilainen kuin happi. Se on tyypillinen joillekin prokaryooteille.

Mikä on happi?

Ennen kuin keskustelemme aerobisesta hengitysprosessista, on välttämätöntä tietää happea-molekyylin tietyt näkökohdat.

Se on kemiallinen elementti, jota edustaa jaksollisessa taulukossa O-kirjain ja atominumero 8. Tavanomaisissa lämpötilan ja paineen olosuhteissa hapella on taipumus sitoutua pareittain, jolloin syntyy dioksyylimolekyyli.

Tämä kaasu, joka koostuu kaksi happiatomia, ei ole väriä, hajua tai makua, ja edustaa kaava O ₂. Ilmakehässä se on näkyvä komponentti, ja sitä tarvitaan useimpien elämänmuotojen ylläpitämiseksi maan päällä.

Hapen kaasumaisen luonteen ansiosta molekyyli pystyy läpäisemään vapaasti solukalvoja - sekä ulkoisen kalvon, joka erottaa solun solunulkoisesta ympäristöstä, että solun ulkopuolisten osastojen kalvot, mukaan lukien mitokondriat.

Hengitysominaisuudet

Solut käyttävät ruokavaliomme kautta nautittuja molekyylejä eräänlaisena hengitystiepolttoaineena.

Soluhengitys on energiaa tuottava prosessi ATP-molekyylien muodossa, jossa hajoavat molekyylit hapettuvat ja elektronien lopullinen vastaanottaja on useimmissa tapauksissa epäorgaaninen molekyyli.

Olennainen ominaisuus, joka sallii hengitysprosessien tapahtua, on elektronin kuljetusketjun läsnäolo. Aerobisessa hengityksessä elektronien lopullinen vastaanottaja on happimolekyyli.

Normaalitilanteessa nämä "polttoaineet" ovat hiilihydraatteja tai hiilihydraatteja ja rasvoja tai lipidejä. Kun vartalo menee epävarmoihin olosuhteisiin ruuan puutteen vuoksi, se turvautuu proteiinien käyttöön yrittääkseen täyttää energiatarpeensa.

Sana hengitys on osa sanastoamme jokapäiväisessä elämässä. Ilman ottoa keuhkoihimme jatkuvissa uloshengitys- ja hengitysjaksoissa kutsumme hengitykseksi.

Biotieteiden muodollisessa yhteydessä tällainen toiminta on kuitenkin ilmaistu ilmauksella. Siksi termiä hengitys viittaa prosesseihin, jotka tapahtuvat solutasolla.

Prosessit (vaiheet)

Aerobisen hengityksen vaiheet sisältävät tarvittavat vaiheet energian uuttamiseksi orgaanisista molekyyleistä - tässä tapauksessa kuvaamme glukoosimolekyylin tapausta hengityspolttoaineena - kunnes se saavuttaa hapen vastaanottajan.

Tämä monimutkainen metabolinen polku on jaettu glykolyysiin, Krebs-kiertoon ja elektronin kuljetusketjuun:

Glykolyysivaiheen

Kuvio 1: glykolyysi vs. glukoneogeneesi. Reaktiot ja entsyymit.

Ensimmäinen vaihe glukoosimonomeerin hajoamisessa on glykolyysi, jota kutsutaan myös glycolysis. Tämä vaihe ei vaadi happea suoraan, ja sitä on läsnä käytännössä kaikissa elävissä asioissa.

Tämän metabolisen reitin tavoitteena on glukoosin pilkkominen kahdeksi pyruvichappomolekyyliksi, jolloin saadaan kaksi nettoenergiamolekyyliä (ATP) ja pelkistetään kaksi NAD ⁺ -molekyyliä.

Hapen läsnä ollessa reitti voi jatkua Krebs-kiertoon ja elektronin kuljetusketjuun. Jos happea puuttuu, molekyylit seuraavat fermentointitietä. Toisin sanoen glykolyysi on yleinen metabolinen polku aerobiseen ja anaerobiseen hengitykseen.

Ennen Krebs-sykliä täytyy pyrruvihapon oksidatiivista dekarboksyloitumista tapahtua. Tätä vaihetta välittää erittäin tärkeä entsyymikompleksi, nimeltään pyruvaattidehydrogenaasi, joka suorittaa edellä mainitun reaktion.

Siksi pyruvaatista tulee asetyyliradikaali, jonka sittemmin vangitsee koentsyymi A, joka vastaa sen kuljettamisesta Krebs-kiertoon.

Krebs-sykli

Krebs-sykli, joka tunnetaan myös nimellä sitruunahapposykli tai trikarboksyylihapposykli, koostuu joukosta biokemiallisia reaktioita, joita katalysoivat tietyt entsyymit, jotka pyrkivät vapauttamaan asetyylikoentsyymissä A varastoituneen kemiallisen energian vähitellen.

Se on polku, joka hapettaa kokonaan pyruvaattimolekyylin ja esiintyy mitokondrioiden matriisissa.

Tämä sykli perustuu sarjaan hapetus- ja pelkistysreaktioita, jotka siirtävät potentiaalienergian elektronien muodossa elementteihin, jotka hyväksyvät ne, erityisesti NAD ⁺ -molekyylin.

Yhteenveto Krebs-jaksosta

Jokainen pyruviinihapon molekyyli hajoaa hiilidioksidiksi ja kaksihiiliseksi molekyyliksi, jota kutsutaan asetyyliryhmäksi. Koentsyymi A: n kanssa liittymisen kanssa (mainittu edellisessä osassa) muodostuu asetyylikoentsyymi A -kompleksi.

Kaksi pyruviinihapon hiiltä saapuvat sykliin, kondensoituu oksaloasetaatin kanssa ja muodostavat kuuden hiilen sitraattimolekyylin. Siten tapahtuu oksidatiivisia vaihereaktioita. Sitraatti palaa al- oksaaliasetaatti jonka teoreettinen tuotannon 2 moolia hiilidioksidia, 3 moolia NADH, 1 FADH _2, ja 1 mooli GTP.

Koska glykolyysiin muodostuu kaksi pyruvaattimolekyyliä, yksi glukoosimolekyyli sisältää kaksi Krebs-syklin kierrosta.

Elektronien kuljetusketju

Elektronikuljetusketju koostuu proteiinisekvenssistä, jolla on kyky suorittaa hapetus- ja pelkistysreaktioita.

Elektronien kulku näiden proteiinikompleksien läpi johtaa asteittaiseen energian vapautumiseen, jota myöhemmin käytetään kemososotiikan ATP: n tuottamiseen. Tärkeää on, että viimeinen ketjureaktio on peruuttamatonta tyyppiä.

Eukaryoottisissa organismeissa, joissa on solun ulkopuolisia osastoja, kuljetinketjun elementit on kiinnitetty mitokondrioiden kalvoon. Prokaryooteissa, joissa näitä osastoja ei ole, ketjun elementit sijaitsevat solun plasmamembraanissa.

Tämän ketjun reaktiot johtavat ATP: n muodostumiseen energian kautta, joka saadaan vedyn syrjäyttämisellä kuljettajien läpi, kunnes se saavuttaa lopullisen vastaanottajan: hapen, reaktion, joka tuottaa vettä.

Kantajamolekyylien luokat

Ketju koostuu kolmesta vaihtoehdosta kuljettimista. Ensimmäiset luokat ovat flavoproteiineja, joille on tunnusomaista flavinin esiintyminen. Tämäntyyppinen kuljetin voi suorittaa vaihtoehtoisesti kahden tyyppisiä reaktioita, sekä pelkistyksen että hapetuksen.

Toinen tyyppi koostuu sytokromeista. Näillä proteiineilla on heemaryhmä (kuten hemoglobiinin oma), joilla voi olla erilaisia ​​hapetustiloja.

Viimeinen kuljetinluokka on ubikinoni, joka tunnetaan myös nimellä koentsyymi Q. Nämä molekyylit eivät ole luonteeltaan proteiineja.

Organismit, joilla on aerobinen hengitys

Suurimmalla osalla eläviä organismeja on aerobinen tyyppi hengitys. Se on tyypillistä eukaryoottisille organismeille (olemuksille, joiden soluissa on tosi ydin, kalvon rajoittamana). Kaikki eläimet, kasvit ja sienet hengittävät aerobisesti.

Eläimet ja sienet ovat heterotrofisia organismeja, mikä tarkoittaa, että "polttoaine", jota käytetään hengityksen aineenvaihdunnassa, on käytettävä aktiivisesti ruokavaliossa. Toisin kuin kasvit, joilla on kyky tuottaa omaa ruokaa fotosynteesin kautta.

Jotkut prokaryoottien suvut tarvitsevat myös happea hengitykseen. Erityisesti on tiukat aerobiset bakteerit - ts. Ne kasvavat vain happea sisältävissä ympäristöissä, kuten pseudomonoissa.

Muilla bakteerisukuilla on kyky muuttaa aineenvaihduntaaan aerobisesta anaerobiseksi ympäristöolosuhteiden perusteella, kuten salmonella. Prokaryooteissa aerobisuus tai anaerobisuus on tärkeä ominaisuus niiden luokittelulle.

Eroja anaerobisesta hengityksestä

Aerobiseen hengitykseen päinvastainen prosessi on anaerobinen tila. Selvin ero näiden kahden välillä on hapen käyttö lopullisena elektroniakseptorina. Anaerobisessa hengityksessä käytetään hyväksyjinä muita epäorgaanisia molekyylejä.

Lisäksi anaerobisessa hengityksessä reaktioiden lopputuote on molekyyli, jolla on edelleen potentiaali jatkaa hapettumista. Esimerkiksi maitohappo muodostui lihaksiin käymisen aikana. Sitä vastoin aerobisen hengityksen lopputuotteet ovat hiilidioksidi ja vesi.

Myös energian kannalta on eroja. Anaerobisessa reitissä tuotetaan vain kaksi ATP-molekyyliä (jotka vastaavat glykolyyttistä reittiä), kun taas aerobisessa hengityksessä lopputuote on yleensä noin 38 ATP-molekyyliä - mikä on merkittävä ero.

Viitteet

1. Campbell, MK, ja Farrell, SO (2011). Biokemia. Kuudes painos. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Kutsu biologiaan. Kuudes painos. Buenos Aires: Amerikkalainen lääketiede.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Selkärankaisten histologian atlas. Meksikon kansallinen autonominen yliopisto. Sivu 173.
4. Hall, J. (2011). Lääketieteellisen fysiologian sopimus. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). Johdanto käytännön bioteknologiaan. Uusi Delhi: Palomuurimedia.
6. Hill, R. (2006). Eläinten fysiologia. Madrid: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Fysiologian perusteet. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemia: teksti ja atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Biokemian teksti lääketieteen opiskelijoille. Kuudes painos. Meksiko: JP Medical Ltd.