Mobil respirasjonsprosess, typer og funksjoner



den cellulær respirasjon Det er en prosess som genererer energi i form av ATP (adenosintrifosfat). Deretter styres denne energien til andre cellulære prosesser. Under dette fenomenet gjennomgår molekylene oksidasjon og den endelige elektron-akseptoren er i de fleste tilfeller et uorganisk molekyl.

Naturen til den endelige elektron-akseptoren avhenger av typen av respirasjon av organismen som studeres. I aerobes - som Homo sapiens - er den endelige elektron-akseptoren oksygen. I motsetning til dette kan oksygen være giftig for personer med anaerob respirasjon. I dette siste tilfellet er den endelige akseptoren et uorganisk molekyl som er forskjellig fra oksygen.

Aerob respirasjon er blitt inngående studert av biokjemi og består av to trinn: Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden.

I eukaryotiske organismer er alt maskineri som er nødvendig for åndedrettsvern, inne i mitokondriene, både i mitokondriamatrixen og i membransystemet i denne organellen..

Maskinen består av enzymer som katalyserer reaksjonene i prosessen. Den prokaryote linjen er preget av fravær av organeller; Av denne grunn oppstår respirasjon i spesifikke områder av plasmamembranen som simulerer et miljø som er veldig lik det for mitokondriene..

index

  • 1 Terminologi
  • 2 Hvor skjer mobilnettet??
    • 2.1 Plassering av respirasjon i eukaryoter
    • 2,2 Antall mitokondrier
    • 2.3 Plassering av prokaryotisk respirasjon
  • 3 typer
    • 3.1 Aerobisk åndedrettsvern
    • 3.2 Anerbisk respirasjon
    • 3.3 Eksempler på anaerobe organismer
  • 4 prosess
    • 4.1 Krebs syklusen
    • 4.2 Reaksjoner på Krebs syklusen
    • 4.3 Elektrontransportkjeden
    • 4.4 Kjemosmotisk kobling
    • 4.5 Mengde ATP dannet
  • 5 funksjoner
  • 6 Referanser

terminologi

I feltet fysiologi har begrepet "respirasjon" to definisjoner: lungeskade og cellulær respirasjon. Når vi bruker ordet respirasjon i hverdagen, refererer vi til den første typen.

Lungepusten innebærer tiltrengningen av å inspirere og utløpe, denne prosessen resulterer i utveksling av gasser: oksygen og karbondioksid. Den rette termen for dette fenomenet er "ventilasjon".

I motsetning til dette opptrer cellulær respirasjon - som navnet antyder - inne i celler og er prosessen ansvarlig for å generere energi gjennom en elektrontransportkjede. Denne siste prosessen er den som skal diskuteres i denne artikkelen.

Hvor skjer mobilnettet??

Plassering av respirasjon i eukaryoter

Mobil respirasjon foregår i en kompleks organel som kalles mitokondrier. Strukturelt er mitokondrier 1,5 mikrometer brede og 2 til 8 lange. De er preget av å ha sitt eget genetiske materiale og ved å dividere ved binær fisjon - vestigiale egenskaper ved endosymbiotisk opprinnelse.

De har to membraner, en glatt og en intern med bretter som danner ryggene. Jo mer aktive mitokondriene er, desto flere kamper har den.

Interiøret i mitokondriene kalles mitokondriske matriksen. I dette rommet er enzymer, koenzymer, vann og fosfater som er nødvendige for åndedrettsreaksjoner.

Ytre membranen tillater passasje av de fleste små molekyler. Imidlertid er den indre membranen den som faktisk begrenser passasjen gjennom veldig spesifikke transportører. Gjennomtrengelighet av denne strukturen spiller en grunnleggende rolle i produksjonen av ATP.

Antall mitokondrier

Enzymer og andre komponenter som er nødvendige for cellulær respirasjon, er funnet forankret i membranene og frie i mitokondriell matriksen.

Derfor, celler som krever mer energi, er kjennetegnet ved et høyt antall mitokondria, i motsetning til celler som har kraftbehovet er mindre.

Leverceller har for eksempel i gjennomsnitt 2,500 mitokondrier, mens en muskelcelle (svært metabolisk aktiv) inneholder et mye større antall, og mitokondrier av denne celletypen er større.

I tillegg er disse lokalisert i bestemte områder hvor det er nødvendig med energi, for eksempel rundt spermarkellellumet.

Plassering av prokaryotisk respirasjon

Logisk må prokaryote organismer puste og disse har ikke mitokondrier - eller komplekse organeller som er karakteristiske for eukaryoter. Av denne grunn finner respirasjonsprosessen sted i små invagasjoner av plasmamembranen, analogt med mitokondrier..

typen

Det er to grunnleggende typer respirasjon, avhengig av molekylet som fungerte som den endelige akseptoren til elektronene. Ved aerob åndedrag er akseptoren oksygen, mens den i anaerob respirasjon er et uorganisk molekyl - selv om akseptoren i noen sjeldne tilfeller er et organisk molekyl. Neste vil vi beskrive hver enkelt detalj:

Aerob åndedrettsvern

I organismer med aerob respirasjon er den endelige akseptoren av elektroner oksygen. Trinnene som oppstår er delt inn i Krebs syklusen og elektrontransportkjeden.

Den detaljerte forklaringen av reaksjonene som finner sted i disse biokjemiske veiene vil bli utviklet i følgende avsnitt.

Aneokobisk respirasjon

Den endelige akseptoren består av et annet molekyl enn oksygen. Mengden ATP generert ved anaerob respirasjon avhenger av flere faktorer, inkludert studieorganismen og den anvendte ruten..

Produksjonen av energi er imidlertid alltid større i aerobe åndedrag, siden Krebs-syklusen bare virker delvis, og ikke alle transportmolekyler i kjeden deltar i respirasjon

Av denne grunn er veksten og utviklingen av anaerobe individer betydelig lavere enn aerobic.

Eksempler på anaerobe organismer

I noen organismer er oksygen giftig og kalles strenge anaerober. Det mest kjente eksempelet er bakterien som forårsaker tetanus og botulisme: Clostridium.

I tillegg er det andre organismer som kan alternere mellom aerob og anaerob respirasjon, som kalles fakultative anaerober. Med andre ord bruker de oksygen når det passer dem, og i fravær av det tar de til anaerob respirasjon. For eksempel, den velkjente bakterien Escherichia coli har dette stoffskiftet.

Visse bakterier kan bruke nitration (NO3-) som den endelige akseptoren av elektroner, som for eksempel genren til Pseudo og Bacillus. Dette ionet kan reduseres til nitrittion, nitrogenoksid eller nitrogengass.

I andre tilfeller består den endelige akseptoren av sulfationen (SO42-) som gir hydrogen sulfid og som bruker karbonat til å danne metan. Genus av bakterier Desulfovibrio er et eksempel på denne typen akseptor.

Denne mottakelsen av elektroner i nitrat- og sulfatmolekyler er avgjørende i de biogeokjemiske syklusene av disse forbindelsene - nitrogen og svovel.

prosessen

Glykolyse er en tidligere vei til cellulær respirasjon. Det starter med et glukose molekyl og sluttproduktet er pyruvat, et tre-karbon molekyl. Glykolyse finner sted i cytoplasma av cellen. Dette molekylet må kunne komme inn i mitokondriene for å fortsette dets nedbrytning.

Pyruvat kan diffundere ved konsentrasjonsgradientene inn i organellen gjennom membranens porer. Den endelige destinasjonen vil være matrisen av mitokondriene.

Før du går inn i det første trinnet med cellulær respirasjon, gjennomgår pyruvatmolekylet visse modifikasjoner.

Først reagerer det med et molekyl som kalles koenzym A. Hver pyruvat spaltes inn i karbondioksid og inn i acetylgruppen, som binder til koenzym A, noe som gir opphav til acetylkoenzym A-komplekset..

I denne reaksjonen overføres to elektroner og en hydrogenion til NADP+, gir NADH og katalyseres av den enzymatiske komplekspyruvatdehydrogenase. Reaksjonen trenger en rekke kofaktorer.

Etter denne modifikasjonen begynner de to stadiene innen pusting: Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden.

Krebs syklusen

Krebs syklusen er en av de viktigste sykliske reaksjonene i biokjemi. Det er også kjent i litteraturen som sitronsyre syklus eller trikarboksylsyre syklus (TCA).

Den mottar navnet til ære for sin oppdager: den tyske biokemisten Hans Krebs. I 1953 ble Krebs tildelt Nobelprisen takket være denne oppdagelsen som markerte feltet biokjemi.

Målet med syklusen er den gradvise utgivelsen av energien i acetylkoenzym A. Den består av en rekke oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner som overfører energi til forskjellige molekyler, hovedsakelig til NAD+.

For hver to molekyler acetylkoenzym A som går inn i syklusen, frigjøres fire karbondioksidmolekyler, seks molekyler NADH og to FADH genereres2. CO2 Det slippes ut i atmosfæren som avfallsstoff i prosessen. GTP er også generert.

Siden denne banen deltar i både anabole (molekylssyntese) og katabolske (molekylnedbrytning) prosesser, kalles den "amfibolisk".

Reaksjoner på Krebs syklusen

Syklusen begynner med sammensmelting av et molekyl acetylkoenzym A med et oksaloacetatmolekyl. Denne foreningen resulterer i et seks-karbonmolekyl: citrat. Dermed frigjøres koenzym A. Faktisk blir det gjenbrukt et stort antall ganger. Hvis det er mye ATP i cellen, er dette trinnet hemmet.

Ovennevnte reaksjon trenger energi og er oppnådd ved sammenbrudd av høyenergibinding mellom acetylgruppen og koenzym A.

Citratet passerer til cis aconitato, og skjer med isocitrat av enzymet aconitasa. Det neste trinnet er omdannelse av isokitrat til alfa-ketoglutarat ved dehydrogenert isoksidrat. Dette stadiet er relevant fordi det fører til reduksjon av NADH og utslipp av karbondioksid.

Alfa-ketoglutarat omdannes til succinylko-enzym A, ved alfa-ketoglutarat-dehydrogenase, som bruker de samme kofaktorer som pyruvatkinase. I dette trinnet genereres også NADH og, som det første trinn, blir det hemmet av overskytelsen av ATP.

Det neste produktet er succinat. I produksjonen oppstår dannelsen av GTP. Suksinatet passerer til fumarat. Denne reaksjon gir FADH. Fumaratet blir i sin tur malat og til slutt oksalacetat.

Elektrontransportkjeden

Elektrontransportkjeden tar sikte på å ta elektroner fra forbindelsene som er generert i tidligere trinn, for eksempel NADH og FADH2, som er på et høyt energinivå, og fører dem til et lavere energinivå.

Denne nedgangen i energi foregår trinnvis, det vil si, det skjer ikke bratt. Den består av en rekke trinn der oksidasjonsreduksjonsreaksjoner oppstår.

Hovedkomponentene i kjeden er komplekser dannet av proteiner og enzymer koblet til cytokromer: metalloporfyriner av hemtypen.

Cytokromene er ganske like i form av deres struktur, selv om hver enkelt har en spesiellitet som gjør at den kan utføre sin spesifikke funksjon i kjeden, synger elektroner på forskjellige energinivåer..

Fordelingen av elektroner gjennom luftveiene til lavere nivåer, gir frigjøring av energi. Denne energien kan brukes i mitokondriene for å syntetisere ATP, i en prosess kjent som oksidativ fosforylering.

Kjemosmotisk kobling

I lang tid var mekanismen for dannelse av ATP i kjeden en gåte, til biokjemisten Peter Mitchell foreslo kjemosmotisk kopling.

I dette fenomenet etableres en protongradient gjennom den indre mitokondriamembranen. Energien i dette systemet frigjøres og brukes til å syntetisere ATP.

Mengde ATP dannet

Som vi så, danner ATP ikke direkte i Krebs syklusen, men i elektrontransportkjeden. For hver to elektroner som går fra NADH til oksygen, oppstår syntesen av tre molekyler av ATP. Dette estimatet kan variere litt avhengig av litteraturen som er konsultert.

Tilsvarende, for hver to elektroner som går fra FADH2, to molekyler av ATP dannes.

funksjoner

Hovedfunksjonen til cellulær respirasjon er genereringen av energi i form av ATP for å lede den til cellens funksjoner.

Både dyr og planter krever ekstraksjon av den kjemiske energien i de organiske molekylene de bruker som mat. Når det gjelder grønnsaker, er disse molekylene sukkene som den samme planten syntetiserer med bruk av solenergi i den berømte fotosyntetiske prosessen.

Dyr, derimot, er ikke i stand til å syntetisere sin egen mat. Således bruker heterotrofer mat i kostholdet - for eksempel oss, for eksempel. Oxidasjonsprosessen er ansvarlig for å utvinne energi fra mat.

Vi må ikke forveksle fotosyntesens funksjoner med åndedrettsfunksjonene. Planter, som dyr, puster også. Begge prosessene er komplementære og opprettholder dynamikken i den levende verden.

referanser

  1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Introduksjon til cellebiologi. Ed. Panamericana Medical.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologi: Livet på jorden. Pearson utdanning.
  3. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. biologi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2007). Integrerte prinsipper for zoologi. McGraw-Hill.
  5. Randall, D., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert dyre fysiologi. Macmillan.
  6. Tortora, G.J., Funke, B.R., og Case, C.L. (2007). Introduksjon til mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.
  7. Young, B., Heath, J. W., Lowe, J.S., Stevens, A., & Wheater, P.R. (2000). Funksjonell histologi: tekst og fargeatlas. Harcourt.