АЕРОБНО ДИСАЊЕ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТАДИЈУМИ И ОРГАНИЗМИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Аеробиц дисање или аеробна представља биолошки процес који укључује добијање енергије органских молекула - углавном глукозе - серијом оксидације, где крајњи електрон акцептор је кисеоник.

Овај процес је присутан у огромној већини органских бића, конкретно еукариота. Све животиње, биљке и гљивице дишу аеробно. Уз то, неке бактерије такође показују аеробни метаболизам.

Код еукариота се машина за ћелијско дисање налази у митохондријама.
Извор: Национални институт за истраживање људског генома (НХГРИ) из Бетхесде, др. Мед., САД, путем Викимедиа Цоммонс

Опћенито, процес добијања енергије из молекуле глукозе дијели се на гликолизу (овај корак је чест и у аеробним и у анаеробним путевима), Кребсов циклус и транспортни ланац електрона.

Концепт аеробног дисања супротан је анаеробном дисању. У последњем, крајњи акцептор електрона је друга неорганска супстанца, различита од кисеоника. То је типично за неке прокариоте.

Шта је кисеоник?

Пре него што разговарамо о процесу аеробног дисања, потребно је знати одређене аспекте молекула кисеоника.

То је хемијски елемент представљен у периодичној табели са словом О и атомским бројем 8. У стандардним условима температуре и притиска, кисеоник се веже у паровима, стварајући молекулу диоксигена.

Овај гас, састављен од два атома кисеоника, нема боје, мириса или укуса, а представљена формулом О ₂ . У атмосфери је изразита компонента и неопходна је за одржавање већине животних форми на земљи.

Захваљујући гасовитој природи кисеоника, молекул је у стању да слободно прелази ћелијске мембране - како спољашњу мембрану која одваја ћелију од ванћелијског окружења, тако и мембране субцелијских одељења, укључујући митохондрије.

Респираторне карактеристике

Ћелије користе молекуле које уносимо кроз нашу исхрану као својеврсно респираторно „гориво“.

Ћелијско дисање је процес који ствара енергију, у облику АТП молекула, где молекули који се разграђују подвргавају оксидацији, а крајњи акцептор електрона је, у већини случајева, неоргански молекул.

Битна карактеристика која омогућава да се одвијају поступци дисања је присуство ланца преноса електрона. Код аеробног дисања крајњи акцептор електрона је молекул кисеоника.

У нормалним условима, та „горива“ су угљени хидрати или угљени хидрати и масти или липиди. Како се тело налази у несигурним условима због недостатка хране, прибегава употреби протеина да би задовољило своје енергетске потребе.

Реч дисање је део нашег вокабулара у свакодневном животу. Чин уношења ваздуха у наша плућа, у непрекидним циклусима издисаја и удисаја, називамо дисањем.

Међутим, у формалном контексту наука о животу, таква акција је означена термином вентилација. Стога се термин дисање користи за означавање процеса који се одвијају на ћелијском нивоу.

Процеси (фазе)

Фазе аеробног дисања укључују потребне кораке за извлачење енергије из органских молекула - у овом случају ћемо описати случај молекуле глукозе као респираторно гориво - све док не дође до аксесора за кисеоник.

Овај сложени метаболички пут дели се на гликолизу, Кребсов циклус и ланац транспорта електрона:

Гликолиза

Слика 1: гликолиза вс глуконеогенеза. Укључене реакције и ензими.

Први корак у распаду мономера глукозе је гликолиза, која се такође назива гликолиза. За овај корак није потребан кисеоник директно, а присутан је у практично свим живим бићима.

Циљ овог метаболичког пута је цепање глукозе у два молекула пируичне киселине, добијање два молекула нето енергије (АТП) и смањење два молекула НАД ⁺ .

У присуству кисеоника, пут се може наставити у Кребсовом циклусу и ланцу преноса електрона. У случају да нема кисеоника, молекули би пратили пут ферментације. Другим речима, гликолиза је уобичајени метаболички пут за аеробно и анаеробно дисање.

Пре Кребсовог циклуса, мора се догодити оксидативна декарбоксилација пируичне киселине. Овај корак посредује веома важан ензимски комплекс, назван пируват дехидрогеназа, који изводи горе поменуту реакцију.

Тако, пируват постаје ацетилни радикал који се потом хвата коензимом А, који је одговоран за његово преношење у Кребсов циклус.

Кребсов циклус

Кребсов циклус, такође познат као циклус лимунске киселине или циклус трикарбоксилне киселине, састоји се од низа биохемијских реакција катализираних специфичним ензимима који теже постепеном ослобађању хемијске енергије ускладиштене у ацетил коенциму А.

То је пут који у потпуности оксидира молекул пирувата и јавља се у матриксу митохондрија.

Овај циклус се заснива на низу реакција оксидације и редукције које потенцијалну енергију у облику електрона преносе на елементе који их прихватају, посебно НАД ⁺ молекул .

Резиме Кребсова циклуса

Сваки молекул пируичне киселине се разграђује у угљендиоксид и молекул са два угљеника, познат као ацетил група. Са везом за коензим А (поменут у претходном одељку) формира се ацетилни коензим А.

Два угљеника пируичне киселине улазе у циклус, кондензују се са оксалоацетатом и формирају молекулу шесто-угљеног цитрата. Тако настају реакције оксидативног корака. Цитрат се враћа у оксалоацетат са теоретском производњом 2 мола угљен-диоксида, 3 мола НАДХ, 1 ФАДХ ₂ и 1 мола ГТП-а.

Пошто се у гликолизи формирају два молекула пирувата, један молекул глукозе укључује две обртаје Кребсова циклуса.

Транспортни ланац електрона

Ланац транспорта електрона састоји се од низа протеина који имају способност провођења оксидационих и редукцијских реакција.

Пролазак електрона кроз ове протеинске комплексе доводи до постепеног ослобађања енергије која се хемоосмотицима затим користи у стварању АТП-а. Оно што је важно, последња ланчана реакција је неповратног типа.

У еукариотским организмима, који имају подћелијске коморе, елементи транспортера се сидре на мембрану митохондрија. Код прокариота којима недостају ти одељци, елементи ланца су смештени у плазма мембрани ћелије.

Реакције овог ланца доводе до стварања АТП-а, енергијом добијеном премештањем водоника кроз транспортере, све док не дође до крајњег акцесора: кисеоника, реакције која производи воду.

Класе молекула носача

Ланац се састоји од три варијанте транспортних трака. Прва класа су флавопротеини, за које је карактеристично присуство флавина. Ова врста транспортера може да изврши две врсте реакција, и редукциону и оксидациону.

Други тип чине цитохроми. Ови протеини имају хеме групу (попут хемоглобина), која може представљати различита оксидациона стања.

Последња класа транспортера је убикинон, такође познат као коензим К. Ови молекули нису у природи протеини.

Организми са аеробним дисањем

Већина живих организама има аеробно дисање. Типичан је за еукариотске организме (бића са правим језгром у својим ћелијама, одијељена мембраном). Све животиње, биљке и гљивице дишу аеробно.

Животиње и гљиве су хетеротрофни организми, што значи да се "гориво" које ће се користити у метаболичком путу дисања мора активно трошити у исхрани. За разлику од биљака које имају способност да производе сопствену храну путем фотосинтезе.

Неким родовима прокариота такође је потребан кисеоник за дисање. Точније, постоје строге аеробне бактерије - то јест, расту само у окружењима богатим кисеоником, као што су псеудомоне.

Остали родови бактерија имају способност да промене свој метаболизам из аеробног у анаеробни на основу услова животне средине, као што су салмонеле. За прокариоте је аеробна или анаеробна карактеристика важна за њихову класификацију.

Разлике од анаеробног дисања

Супротан процес аеробног дисања је анаеробни режим. Најочитија разлика између ова два је употреба кисеоника као крајњег акцептора електрона. Анаеробно дисање користи друге неорганске молекуле као акцепторе.

Даље, код анаеробног дисања крајњи продукт реакција је молекул који још увек има потенцијал да настави да оксидује. На пример, млечна киселина која се формира у мишићима током ферментације. Супротно томе, крајњи производи аеробног дисања су угљен диоксид и вода.

Такође постоје разлике са енергетског становишта. У анаеробном путу стварају се само два АТП молекула (што одговара гликолитичком путу), док је код аеробног дисања крајњи производ обично око 38 АТП молекула - што је значајна разлика.

Референце

1. Цампбелл, МК, и Фаррелл, СО (2011). Биохемија. Шесто издање. Тхомсон. Броокс / Цоле.
2. Цуртис, Х. (2006). Позив на биологију. Шесто издање. Буенос Аирес: Панаамеричка медицина.
3. Естрада, Е & Аранзабал, М. (2002). Атлас хистелогије краљежњака. Национални аутономни универзитет у Мексику. Паге 173.
4. Халл, Ј. (2011). Уговор о медицинској физиологији. Нев Иорк: Елсевиер Хеалтх Сциенцес.
5. Харисха, С. (2005). Увод у практичну биотехнологију. Нев Делхи: Медији за заштитни зид.
6. Хилл, Р. (2006). Физиологија животиња. Мадрид: Панаамеричка медицина.
7. Иглесиас, Б., Мартин, М. и Прието, Ј. (2007). Основе физиологије. Мадрид: Тебар.
8. Коолман, Ј., и Рохм, КХ (2005). Биохемија: текст и атлас. Панамерицан Медицал Ед.
9. Васудеван, Д. и Среекумари С. (2012). Текст биохемије за студенте медицине. Шесто издање. Мексико: ЈП Медицал Лтд.