Charakterystyka oddychania tlenowego, stadia i organizmy



The oddychanie tlenowe lub tlenowy jest biologicznym procesem, który polega na pozyskiwaniu energii z cząsteczek organicznych - głównie glukozy - poprzez szereg reakcji utleniania, w których końcowym akceptorem elektronów jest tlen.

Proces ten występuje w ogromnej większości istot organicznych, szczególnie eukariotów. Wszystkie zwierzęta, rośliny i grzyby oddychają tlenowo. Ponadto niektóre bakterie wykazują również metabolizm tlenowy.

Ogólnie proces pozyskiwania energii z cząsteczki glukozy dzieli się na glikolizę (ten etap jest powszechny zarówno w szlakach tlenowych, jak i beztlenowych), cyklu Krebsa i łańcuchu transportu elektronów.

Koncepcja oddychania tlenowego jest przeciwna oddychaniu beztlenowemu. W tym ostatnim końcowym akceptorze elektronów jest inna substancja nieorganiczna, inna niż tlen. Jest to typowe dla niektórych prokariotów.

Indeks

  • 1 Co to jest tlen?
  • 2 Charakterystyka oddychania
  • 3 procesy (etapy)
    • 3.1 Glikoliza
    • 3.2 Cykl Krebsa
    • 3.3 Podsumowanie cyklu Krebsa
    • 3.4 Łańcuch transportu elektronów
    • 3.5 Klasy cząsteczek transportera
  • 4 organizmy z oddychania tlenowego
  • 5 Różnice w oddychaniu beztlenowym
  • 6 referencji

Czym jest tlen?

Przed omówieniem procesu oddychania tlenowego konieczne jest poznanie pewnych aspektów cząsteczki tlenu.

Jest to pierwiastek chemiczny reprezentowany w układzie okresowym z literą O i liczbą atomową 8. W standardowych warunkach temperatury i ciśnienia tlen ma tendencję do wiązania się w pary, dając początek cząsteczce dioksygenatu.

Ten gaz, utworzony przez dwa atomy, to tlen, brakuje mu koloru, zapachu lub smaku i jest reprezentowany wzorem O2. W atmosferze jest ważnym elementem i konieczne jest utrzymanie większości form życia na ziemi.

Dzięki gazowej naturze tlenu molekuła jest w stanie swobodnie przemieszczać się przez błony komórkowe - zarówno błonę zewnętrzną, która oddziela komórkę od środowiska pozakomórkowego, jak i błony przedziałów subkomórkowych, w tym mitochondria.

Charakterystyka oddychania

Komórki wykorzystują cząsteczki, które spożywamy w naszej diecie jako rodzaj „paliwa” oddechowego.

Oddychanie komórkowe jest procesem generującym energię w postaci cząsteczek ATP, w którym ulegające degradacji cząsteczki ulegają utlenieniu, a ostatecznym akceptorem elektronów jest w większości przypadków cząsteczka nieorganiczna.

Istotną cechą, która umożliwia przeprowadzenie procesów oddychania, jest obecność łańcucha transportu elektronów. W oddychaniu tlenowym ostatecznym akceptorem elektronów jest cząsteczka tlenu.

W normalnych warunkach tymi „paliwami” są węglowodany lub węglowodany oraz tłuszcze lub lipidy. Ponieważ organizm wchodzi w niepewne warunki z powodu braku pożywienia, ucieka się do użycia białek, aby zaspokoić swoje energetyczne wymagania.

Słowo oddychanie jest częścią naszego słownictwa w codziennym życiu. Do aktu pobierania powietrza w naszych płucach, w ciągłych cyklach wydechów i inhalacji, nazywamy to oddychaniem.

Jednak w kontekście formalnym nauk biologicznych działanie to jest określane terminem wentylacja. Tak więc termin oddychanie odnosi się do procesów zachodzących na poziomie komórkowym.

Procesy (etapy)

Etapy oddychania tlenowego obejmują etapy niezbędne do wydobycia energii z cząsteczek organicznych - w tym przypadku opiszemy przypadek cząsteczki glukozy jako paliwo oddechowe - aż do osiągnięcia akceptora tlenu.

Ten złożony szlak metaboliczny dzieli się na glikolizę, cykl Krebsa i łańcuch transportu elektronów:

Glukoliza

Pierwszym etapem degradacji monomeru glukozy jest glikoliza, zwana również glikolizą. Ten krok nie wymaga bezpośrednio tlenu i jest obecny praktycznie we wszystkich żywych istotach.

Celem tego szlaku metabolicznego jest rozszczepienie glukozy na dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, uzyskanie dwóch cząsteczek energii netto (ATP) i redukcja dwóch cząsteczek NAD+.

W obecności tlenu trasa może kontynuować się do cyklu Krebsa i łańcucha transportu elektronów. W przypadku braku tlenu cząsteczki podążałyby drogą fermentacji. Innymi słowy, glikoliza jest powszechnym szlakiem metabolicznym oddychania tlenowego i beztlenowego.

Przed cyklem Krebsa zachodzi oksydacyjna dekarboksylacja kwasu pirogronowego. W tym etapie pośredniczy bardzo ważny kompleks enzymatyczny, zwany dehydrogenazą pirogronianową, który przeprowadza wyżej wspomnianą reakcję.

Zatem pirogronian staje się rodnikiem acetylowym, który jest następnie wychwytywany przez koenzym A, odpowiedzialny za transportowanie go do cyklu Krebsa..

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa, znany również jako cykl kwasu cytrynowego lub cykl kwasu trikarboksylowego, składa się z serii reakcji biochemicznych katalizowanych przez specyficzne enzymy, które dążą do stopniowego uwalniania energii chemicznej zmagazynowanej w acetylokoenzymie A.

Jest to szlak, który całkowicie utlenia cząsteczkę pirogronianu i występuje w matrycy mitochondriów.

Cykl ten opiera się na serii reakcji utleniania i redukcji, które przenoszą energię potencjalną w postaci elektronów na elementy, które je akceptują, szczególnie na cząsteczkę NAD.+.

Podsumowanie cyklu Krebsa

Każda cząsteczka kwasu pirogronowego jest rozbijana na dwutlenek węgla i cząsteczkę dwutlenku węgla, znaną jako grupa acetylowa. Po związaniu z koenzymem A (wspomnianym w poprzedniej części) powstaje kompleks acetylokoenzymu A.

Dwa węgle kwasu pirogronowego wchodzą w cykl, skraplają się z szczawiooctanem i tworzą cząsteczkę cytrynianu sześciowęglowego. W ten sposób zachodzą reakcje etapu utleniającego. Cytrynian powraca do szczawiooctanu z teoretyczną produkcją 2 moli dwutlenku węgla, 3 moli NADH, 1 mola FADH2 i 1 mol GTP.

Ponieważ w glikolizie powstają dwie cząsteczki pirogronianu, cząsteczka glukozy obejmuje dwa obroty cyklu Krebsa.

Łańcuch transportu elektronów

Łańcuch transportu elektronów składa się z sekwencji białek, które mają zdolność do przeprowadzania reakcji utleniania i redukcji.

Przejście elektronów przez wspomniane kompleksy białkowe przekłada się na stopniowe uwalnianie energii, która jest następnie wykorzystywana w wytwarzaniu ATP chemosomotycznie. Ważne jest, aby pamiętać, że ostatnia reakcja łańcucha jest typu nieodwracalnego.

W organizmach eukariotycznych, które mają przedziały subkomórkowe, elementy łańcucha transportowego są zakotwiczone w błonie mitochondriów. U prokariontów, którym brakuje takich przedziałów, elementy łańcucha znajdują się w błonie plazmatycznej komórki.

Reakcje tego łańcucha prowadzą do powstania ATP, dzięki energii uzyskanej przez przemieszczenie wodoru przez transportery, aż do osiągnięcia końcowego akceptora: tlenu, reakcji, która wytwarza wodę.

Klasy cząsteczek transportera

Łańcuch składa się z trzech wariantów przenośnika. Pierwszą klasą są flawoproteiny, charakteryzujące się obecnością flawiny. Ten typ przenośnika może wykonywać dwa rodzaje reakcji, zarówno redukcję, jak i utlenianie, alternatywnie.

Drugi typ jest tworzony przez cytochromy. Białka te mają grupę hemową (taką jak hemoglobina), która może mieć różne stany utleniania.

Ostatnią klasą transportera jest ubichinon, znany również jako koenzym Q. Te cząsteczki nie mają charakteru białkowego..

Organizmy z oddychaniem tlenowym

Większość organizmów żywych oddycha tlenem. Jest typowy dla organizmów eukariotycznych (istot z prawdziwym jądrem w komórkach, ograniczonych błoną). Wszystkie zwierzęta, rośliny i grzyby oddychają tlenowo.

Zwierzęta i grzyby są organizmami heterotroficznymi, co oznacza, że ​​„paliwo”, które będzie używane w szlaku metabolicznym oddychania, musi być aktywnie spożywane w diecie. W przeciwieństwie do roślin, które mają zdolność do produkcji własnego pożywienia drogą fotosyntezy.

Niektóre rodzaje prokariotów również potrzebują tlenu do oddychania. W szczególności istnieją ścisłe bakterie tlenowe - to znaczy rosną tylko w środowiskach z tlenem, takich jak pseudomonas.

Inne rodzaje bakterii mają zdolność zmiany metabolizmu z tlenowego na beztlenowy w zależności od warunków środowiskowych, takich jak salmonella. U prokariotów bycie tlenowym lub beztlenowym jest ważną cechą jego klasyfikacji.

Różnice w oddychaniu beztlenowym

Odwrotnym procesem oddychania tlenowego jest modalność beztlenowa. Najbardziej oczywistą różnicą między nimi jest użycie tlenu jako końcowego akceptora elektronów. Oddychanie beztlenowe wykorzystuje inne cząsteczki nieorganiczne jako akceptory.

Ponadto w oddychaniu beztlenowym produktem końcowym reakcji jest cząsteczka, która nadal ma potencjał do dalszego utleniania. Na przykład kwas mlekowy powstały w mięśniach podczas fermentacji. Natomiast końcowymi produktami oddychania tlenowego są dwutlenek węgla i woda.

Istnieją również różnice z punktu widzenia energii. W szlaku beztlenowym wytwarzane są tylko dwie cząsteczki ATP (odpowiadające szlakowi glikolitycznemu), podczas gdy w oddychaniu tlenowym produkt końcowy wynosi zazwyczaj około 38 cząsteczek ATP - co jest znaczącą różnicą.

Referencje

  1. Campbell, M. K., i Farrell, S. O. (2011). Biochemia Szósta edycja. Thomson. Brooks / Cole.
  2. Curtis, H. (2006). Zaproszenie do biologii. Szósta edycja. Buenos Aires: Pan-American Medical.
  3. Estrada, E i Aranzábal, M. (2002). Atlas histologii kręgowców. Narodowy Autonomiczny Uniwersytet Meksyku. S. 173.
  4. Hall, J. (2011). Traktat o fizjologii medycznej. Nowy Jork: Elsevier Health Sciences.
  5. Harisha, S. (2005). Wprowadzenie do praktycznej biotechnologii. New Delhi: Firewall Media.
  6. Hill, R. (2006). Fizjologia zwierząt Madryt: Pan-American Medical.
  7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Podstawy fizjologii. Madryt: Tebar.
  8. Koolman, J. i Röhm, K. H. (2005). Biochemia: tekst i atlas. Ed. Panamericana Medical.
  9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Tekst biochemii dla studentów medycyny. Szósta edycja. Meksyk: JP Medical Ltd.