Ћелијски процес дисања, типови и функције



Тхе станично дисање то је процес који генерише енергију у облику АТП (аденозин трифосфат). Након тога, ова енергија се усмерава на друге ћелијске процесе. Током овог феномена, молекули се подвргавају оксидацији и коначни акцептор електрона је, у већини случајева, неоргански молекул..

Природа коначног акцептора електрона зависи од типа дисања проучаваног организма. У аеробима - као Хомо сапиенс - коначни акцептор електрона је кисеоник. Насупрот томе, код особа са анаеробним дисањем, кисеоник може бити токсичан. У овом последњем случају, коначни акцептор је неоргански молекул различит од кисеоника.

Аеробна респирација је широко проучавана од стране биохемичара и састоји се од две фазе: Кребсов циклус и ланац транспорта електрона.

Код еукариотских организама, све машине потребне за дисање су унутар митохондрија, како у митохондријском матрици тако иу мембранском систему ове органеле..

Машина се састоји од ензима који катализирају реакције процеса. Прокариотска лоза се карактерише одсуством органела; Из тог разлога, дисање се јавља у специфичним областима плазма мембране које симулирају окружење веома слично окружењу митохондрија..

Индек

  • 1 Терминологи
  • 2 Где се јавља ћелијско дисање??
    • 2.1 Локација дисања код еукариота
    • 2.2 Број митохондрија
    • 2.3. Положај прокариотске респирације
  • 3 Типови
    • 3.1 Аеробна респирација
    • 3.2 Анербична респирација
    • 3.3 Примери анаеробних организама
  • 4 Процесс
    • 4.1 Кребсов циклус
    • 4.2 Реакције Кребсовог циклуса
    • 4.3 Ланац транспорта електрона
    • 4.4 Цхемосмотиц цоуплинг
    • 4.5 Количина формираног АТП-а
  • 5 Функције
  • 6 Референце

Терминологија

У области физиологије, појам "дисање" има две дефиниције: пулмонарно дисање и ћелијско дисање. Када користимо реч респирација у свакодневном животу, говоримо о првом типу.

Дисање плућа укључује дјеловање инспирације и истицања, што доводи до размјене плинова: кисика и угљичног диоксида. Тачан израз за овај феномен је "вентилација".

Насупрот томе, ћелијска респирација се појављује - као што и само име имплицира - унутар ћелија и процес је одговоран за генерисање енергије кроз ланац транспорта електрона. Овај последњи процес ће бити разматран у овом чланку.

Где се јавља ћелијско дисање??

Локација дисања код еукариота

Ћелијско дисање се одвија у комплексној органелу званој митохондрија. Структурно, митохондрије су широке 1,5 микрометра и дугачке 2 до 8. Карактеришу их поседовање сопственог генетског материјала и дељење бинарним фисијама - остатним карактеристикама њиховог ендосимбиотског порекла..

Имају две мембране, једну глатку и једну унутрашњу са прегибима који формирају гребене. Што је митохондрија активнија, то је више грбова.

Унутрашњост митохондрија се назива митохондријска матрица. У овом одељку су ензими, коензими, вода и фосфати неопходни за респираторне реакције.

Спољна мембрана омогућава пролаз већине малих молекула. Међутим, унутрашња мембрана је она која заправо ограничава пролаз кроз врло специфичне транспортере. Пропусност ове структуре има основну улогу у производњи АТП.

Број митохондрија

Ензими и друге компоненте неопходне за ћелијско дисање налазе се усидрене у мембранама и слободне у митохондријској матрици.

Према томе, ћелије које захтевају већу количину енергије карактеришу велики број митохондрија, за разлику од ћелија чија је енергетска потреба нижа.

На пример, ћелије јетре имају, у просеку, 2.500 митохондрија, док мишићна ћелија (веома метаболички активна) садржи много већи број, а митохондрије овог типа ћелија су веће.

Поред тога, они се налазе у специфичним регионима где је потребна енергија, на пример, окружује флагелум сперме.

Локација прокариотске респирације

Логично, прокариотски организми морају дисати, а они немају митохондрије - нити комплексне органеле карактеристичне за еукариоте. Због тога се респираторни процес одвија у малим инвагинацијама плазма мембране, аналогно митохондријима..

Типови

Постоје два основна типа дисања, у зависности од молекула који је деловао као коначни акцептор електрона. У аеробној респирацији акцептор је кисеоник, док је у анаеробном дисању неоргански молекул - иако је у неким ретким случајевима акцептор органски молекул. Следеће ћемо детаљно описати:

Аеробна респирација

У организмима са аеробном респирацијом, коначни акцептор електрона је кисеоник. Кораци који се одвијају су подијељени у Кребсов циклус и ланац транспорта електрона.

Детаљно објашњење реакција које се одвијају у овим биохемијским путевима биће развијено у следећем одељку.

Анецхобиц респиратион

Крајњи акцептор се састоји од молекула који није кисеоник. Количина АТП-а генерисана анаеробним дисањем зависи од неколико фактора, укључујући испитивани организам и пут који се користи..

Међутим, производња енергије је увек већа у аеробној респирацији, пошто Кребсов циклус ради само делимично, а не сви транспортни молекули у ланцу учествују у дисању

Из тог разлога, раст и развој анаеробних појединаца је значајно нижи од аеробика.

Примери анаеробних организама

У неким организмима кисеоник је отрован и називају се стриктни анаероби. Најпознатији пример је бактерија која изазива тетанус и ботулизам: Цлостридиум.

Поред тога, постоје и други организми који могу да се измјењују између аеробног и анаеробног дисања, који се називају факултативни анаероби. Другим речима, користе кисик када им одговара и у одсуству тога они прибегавају анаеробном дисању. На пример, добро позната бактерија Есцхерицхиа цоли има овај метаболизам.

Одређене бактерије могу користити нитратни ион (НО3-) као коначни акцептор електрона, као што су жанрови Псеудомонас и Бациллус. Овај јон се може редуковати до нитритног јона, азотног оксида или гасовитог азота.

У другим случајевима, коначни акцептор се састоји од сулфатног јона (СО42-) који доводи до водоник-сулфида и који користи карбонат у облику метана. Род бактерија Десулфовибрио је пример ове врсте акцептора.

Овај пријем електрона у молекулама нитрата и сулфата је пресудан у биогеокемијским циклусима ових једињења - азота и сумпора.

Процес

Гликолиза је претходни пут до ћелијског дисања. Почиње са молекулом глукозе, а коначни производ је пируват, молекул са три угљеника. Гликолиза се одвија у цитоплазми ћелије. Овај молекул мора бити у стању да уђе у митохондрије да би наставио своју деградацију.

Пируват може да дифундује у градијентима концентрације у органеле, кроз поре мембране. Коначно одредиште ће бити матрица митохондрија.

Пре уласка у први корак ћелијског дисања, молекул пирувата пролази кроз одређене модификације.

Прво, он реагује са молекулом који се зове коензим А. Сваки пируват се цијепа у угљен диоксид и у ацетил групу, која се веже за коензим А, што доводи до комплекса ацетил коензима А..

У овој реакцији, два електрона и један јон водоника се преносе у НАДП+, дајући НАДХ и катализован ензимском комплексном пируват дехидрогеназом. За реакцију је потребан низ кофактора.

Након ове модификације, почињу двије фазе у дисању: Кребсов циклус и ланац транспорта електрона.

Кребсов циклус

Кребсов циклус је једна од најважнијих цикличних реакција у биохемији. У литератури је такође познат као циклус лимунске киселине или циклус трикарбоксилне киселине (ТЦА).

Име добија у част свог проналазача: немачког биохемичара Ханса Кребса. Године 1953. Кребс је добио Нобелову награду захваљујући овом открићу које је обележило поље биохемије.

Циљ циклуса је постепено ослобађање енергије садржане у ацетил коензиму А. Састоји се од низа реакција оксидације и редукције које преносе енергију различитим молекулима, углавном НАД-у.+.

За свака два молекула ацетил коензима А који улазе у циклус, ослобађају се 4 молекула угљендиоксида, генерисано је шест молекула НАДХ и два ФАДХ.2. ЦО2 Он се испушта у атмосферу као отпадна супстанца процеса. Такође се генерише ГТП.

Како овај пут учествује у анаболичким процесима (синтеза молекула) и катаболичким (деградација молекула), назива се "амфиболицним".

Реакције Кребсовог циклуса

Циклус почиње фузијом молекула ацетил коензима А са молекулом оксалоацетата. Овај спој резултира молекулом од шест угљеника: цитрат. Тако се ослобађа коензим А. У ствари, он се поново користи много пута. Ако постоји много АТП у ћелији, овај корак је инхибиран.

Горња реакција треба енергију и добија се разградњом везе високе енергије између ацетилне групе и коензима А.

Цитрат прелази у цис ацонитато и дешава се да га изоцитратира ензим ацонитаса. Следећи корак је конверзија изоцитрата у алфа кетоглутарат са дехидрогенираним изоцитратом. Ова фаза је релевантна јер доводи до смањења НАДХ и ослобађа угљични диоксид.

Алфа кетоглутарат се конвертује у сукцинил коензим А, алфа кетоглутарат дехидрогеназом, која користи исте кофакторе као пируват киназа. У овом кораку, НАДХ се такође генерише и, као почетни корак, инхибира се вишком АТП.

Следећи производ је сукцинат. У својој производњи долази до формирања ГТП. Сукцинат прелази у фумарат. Ова реакција даје ФАДХ. Фумарат, заузврат, постаје малат и на крају оксалацетат.

Ланац транспорта електрона

Ланац за пренос електрона има за циљ да узме електроне из једињења генерисаних у претходним корацима, као што су НАДХ и ФАДХ2, који су на високом енергетском нивоу и воде их на нижи ниво енергије.

Ово смањење енергије одвија се корак по корак, то јест, не догађа се нагло. Састоји се од низа корака у којима се одвијају реакције оксидације и редукције.

Главне компоненте ланца су комплекси које формирају протеини и ензими повезани са цитокромима: металопорфирини хеме типа.

Цитокроми су веома слични по својој структури, мада сваки од њих има посебност која му омогућава да обавља своју специфичну функцију унутар ланца, певајући електроне на различитим нивоима енергије..

Измештање електрона кроз респираторни ланац на ниже нивое производи ослобађање енергије. Ова енергија се може користити у митохондријима за синтезу АТП-а, у процесу који је познат као оксидативна фосфорилација.

Цхемосмотиц цоуплинг

Дуго времена механизам формирања АТП у ланцу био је енигма, све док биохемичар Петер Митцхелл није предложио хемосомотско спрезање.

У овом феномену, протонски градијент се успоставља кроз унутрашњу митохондријску мембрану. Енергија садржана у овом систему се ослобађа и користи за синтезу АТП-а.

Формирана количина АТП-а

Као што смо видели, АТП се не формира директно у Кребсовом циклусу, већ у ланцу транспорта електрона. За свака два електрона који прелазе из НАДХ у кисеоник долази до синтезе три молекула АТП. Ова процјена може варирати овисно о литератури која се користи.

Слично томе, за свака два електрона који прођу из ФАДХ2, формирају се два молекула АТП.

Функције

Главна функција станичне респирације је стварање енергије у облику АТП-а како би се усмјерила на функције ћелије.

И животиње и биљке захтевају вађење хемијске енергије садржане у органским молекулима које користе као храну. У случају поврћа, ови молекули су шећери које иста биљка синтетише са употребом соларне енергије у чувеном фотосинтетском процесу..

Животиње, с друге стране, нису у стању да синтетишу сопствену храну. Тако, хетеротрофи конзумирају храну у исхрани - као што смо ми, на пример. Процес оксидације је одговоран за вађење енергије из хране.

Не смемо мешати функције фотосинтезе са функцијама дисања. Биљке, као и животиње, такође дишу. Оба процеса су комплементарна и одржавају динамику живог света.

Референце

  1. Албертс, Б., & Браи, Д. (2006). Увод у ћелијску биологију. Ед Панамерицана Медицал.
  2. Аудесирк, Т., Аудесирк, Г., & Биерс, Б.Е. (2003). Биологија: Живот на Земљи. Пеарсон едуцатион.
  3. Цуртис, Х., & Сцхнек, А. (2008). Цуртис. Биологи. Ед Панамерицана Медицал.
  4. Хицкман, Ц.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, В.Ц., & Гаррисон, Ц. (2007). Интегрисани принципи зоологије. МцГрав-Хилл.
  5. Рандалл, Д., Бурггрен, В., Френцх, К., & Ецкерт, Р. (2002). Ецкертова физиологија животиња. Мацмиллан.
  6. Тортора, Г.Ј., Функе, Б.Р., & Цасе, Ц.Л. (2007). Увод у микробиологију. Ед Панамерицана Медицал.
  7. Иоунг, Б., Хеатх, Ј.В., Лове, Ј.С., Стевенс, А., & Вхеатер, П.Р. (2000). Функционална хистологија: текст и атлас боја. Харцоурт.