AEROB RESPIRASJON: EGENSKAPER, STADIER OG ORGANISMER - BIOLOGI - 2026

Den aerobe respirasjonen eller den aerobe er en biologisk prosess som innebærer å skaffe energi av organiske molekyler - hovedsakelig glukose - ved en serie oksidasjonsreaksjoner, der den endelige elektronakseptoren er oksygen.

Denne prosessen er til stede i de aller fleste organiske vesener, spesielt eukaryoter. Alle dyr, planter og sopp puster aerobt. I tillegg har noen bakterier også aerob metabolisme.

I eukaryoter er maskineriet for cellulær respirasjon lokalisert i mitokondriene.
Kilde: National Human Genome Research Institute (NHGRI) fra Bethesda, MD, USA, via Wikimedia Commons

Generelt er prosessen med å få energi fra glukosemolekylet delt inn i glykolyse (dette trinnet er vanlig i både de aerobe og anaerobe traseene), Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden.

Konseptet aerob respirasjon er i motsetning til anaerob respirasjon. I sistnevnte er den endelige akseptoren for elektronene et annet uorganisk stoff, forskjellig fra oksygen. Det er typisk for noen prokaryoter.

Hva er oksygen?

Før du diskuterer prosessen med aerob respirasjon, er det nødvendig å kjenne til visse aspekter av oksygenmolekylet.

Det er et kjemisk element som er representert i den periodiske tabellen med bokstaven O, og atomnummeret 8. Under standardbetingelser for temperatur og trykk har oksygen en tendens til å binde seg i par, noe som gir opphav til dioksygenmolekylet.

Denne gassen, som består av to oksygenatomer, har ingen farge, lukt eller smak, og er representert med formelen O ₂ . I atmosfæren er det en fremtredende komponent, og er nødvendig for å opprettholde de fleste livsformer på jorden.

Takket være den gassformige oksygen, er molekylet i stand til fritt å krysse cellemembraner - både den ytre membranen som skiller cellen fra det ekstracellulære miljøet, og membranene i de subcellulære rommene, inkludert mitokondrier.

Respirasjonsegenskaper

Celler bruker molekylene som vi inntar gjennom kostholdet vårt som et slags luftveiene.

Cellulær respirasjon er den energiproducerende prosessen, i form av ATP-molekyler, der molekylene som skal nedbrytes gjennomgår oksidasjon og den endelige akseptoren for elektronene, i de fleste tilfeller, er et uorganisk molekyl.

En vesentlig funksjon som gjør at pusteprosesser kan finne sted er tilstedeværelsen av en elektrontransportkjede. Ved aerob respirasjon er den endelige akseptoren for elektroner oksygenmolekylet.

Under normale forhold er disse "drivstoffene" karbohydrater eller karbohydrater og fett eller lipider. Siden kroppen går under vanskelige forhold på grunn av mangel på mat, benytter den seg til bruk av proteiner for å prøve å tilfredsstille energikravene.

Ordet respirasjon er en del av ordforrådet vårt i hverdagen. Handlingen med å ta luft inn i lungene, i kontinuerlige sykluser med utpust og innånding, kaller vi respirasjon.

Imidlertid, i den formelle konteksten av biovitenskap, er slik handling betegnet med betegnelsen ventilasjon. Dermed brukes betegnelsen respirasjon for å referere til prosesser som foregår på cellenivå.

Prosesser (stadier)

Stadiene av aerob respirasjon involverer de nødvendige trinnene for å trekke ut energi fra organiske molekyler - i dette tilfellet vil vi beskrive tilfellet med glukosemolekylet som luftveier - til det når oksygenacceptoren.

Denne komplekse metabolske veien er delt inn i glykolyse, Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden:

glykolyse

Figur 1: glykolyse vs glukoneogenese. Reaksjoner og enzymer involvert.

Det første trinnet i nedbrytningen av glukosemonomer er glykolyse, også kalt glykolyse. Dette trinnet krever ikke oksygen direkte, og det er til stede i praktisk talt alle levende ting.

Målet med denne metabolske veien er spaltning av glukose til to molekyler av pyruvinsyre, oppnåelse av to nettenergimolekyler (ATP), og redusere to molekyler av NAD ⁺ .

I nærvær av oksygen kan banen fortsette til Krebs-syklusen og elektrontransportkjeden. I tilfelle oksygen er fraværende, ville molekylene følge gjæringsveien. Glykolyse er med andre ord en vanlig metabolsk vei for aerob og anaerob respirasjon.

Før Krebs-syklusen må oksidativ dekarboksylering av pyruvinsyre oppstå. Dette trinnet er mediert av et veldig viktig enzymkompleks, kalt pyruvatdehydrogenase, som utfører den nevnte reaksjon.

Dermed blir pyruvat en acetylradikal som deretter blir fanget opp av koenzym A, som er ansvarlig for å transportere den til Krebs-syklusen.

Krebs sykler

Krebs-syklusen, også kjent som sitronsyresyklusen eller trikarboksylsyresyklusen, består av en serie biokjemiske reaksjoner katalysert av spesifikke enzymer som forsøker å gradvis frigjøre den kjemiske energien som er lagret i acetylkoenzym A.

Det er en vei som oksiderer pyruvatmolekylet fullstendig og forekommer i matokondriene.

Denne syklusen er basert på en serie oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner som overfører potensiell energi i form av elektroner til elementer som aksepterer dem, spesielt NAD ⁺ -molekylet .

Sammendrag av Krebs-syklusen

Hvert molekyl av pyruvinsyre brytes ned til karbondioksid og et to-karbon molekyl, kjent som en acetylgruppe. Med forbindelsen til koenzym A (nevnt i forrige seksjon) dannes acetylkoenzym A-komplekset.

De to karbonatene med pyruvinsyre kommer inn i syklusen, kondenserer med oksaloacetat og danner et seks-karbon sitratmolekyl. Således oppstår oksidative trinnreaksjoner. Sitratet går tilbake til oksaloacetat med en teoretisk produksjon på 2 mol karbondioksid, 3 mol NADH, 1 FADH ₂ og 1 mol GTP.

Siden to pyruvatmolekyler dannes i glykolyse, involverer ett glukosemolekyl to omdreininger av Krebs-syklusen.

Elektrontransportkjede

En elektrontransportkjede består av en sekvens av proteiner som har evnen til å utføre oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner.

Overføring av elektroner gjennom disse proteinkompleksene resulterer i en gradvis frigjøring av energi som deretter blir brukt i generering av ATP av kjemosmotikk. Viktigere er at den siste kjedereaksjonen er av den irreversible typen.

I eukaryote organismer, som har subcellulære rom, er elementene i transportørkjeden forankret til membranen i mitokondriene. I prokaryoter, som mangler disse kamrene, er elementene i kjeden lokalisert i plasmamembranen til cellen.

Reaksjonene i denne kjeden fører til dannelse av ATP, gjennom energien som oppnås ved fortrengning av hydrogen gjennom transportørene, til den når den endelige akseptoren: oksygen, en reaksjon som produserer vann.

Klasser av bærermolekyler

Kjeden består av tre varianter av transportører. Den første klassen er flavoproteiner, preget av tilstedeværelsen av flavin. Denne typen transportører kan utføre to typer reaksjoner, både reduksjon og oksidasjon, alternativt.

Den andre typen består av cytokromer. Disse proteinene har en hemagruppe (som hemoglobin), som kan presentere forskjellige oksidasjonstilstander.

Den siste klassen av transporter er ubikinon, også kjent som koenzym Q. Disse molekylene er ikke proteiner.

Organismer med aerob respirasjon

De fleste levende organismer har aerob respirasjon. Det er typisk for eukaryote organismer (vesener med en ekte kjerne i cellene, avgrenset av en membran). Alle dyr, planter og sopp puster aerobt.

Dyr og sopp er heterotrofiske organismer, noe som betyr at "drivstoffet" som skal brukes i den metabolske respirasjonsveien, må konsumeres aktivt i kostholdet. I motsetning til planter, som har evnen til å produsere sin egen mat via fotosyntesen.

Noen slekter av prokaryoter trenger også oksygen for respirasjonen. Spesielt er det strenge aerobe bakterier - det vil si at de bare vokser i oksygenrike miljøer, for eksempel pseudomonas.

Andre slekter av bakterier har muligheten til å endre metabolismen fra aerob til anaerob basert på miljøforhold, for eksempel salmonella. I prokaryoter er det å være aerob eller anaerob en viktig egenskap for klassifiseringen deres.

Forskjeller fra anaerob respirasjon

Den motsatte prosessen med aerob respirasjon er den anaerobe modusen. Den mest åpenbare forskjellen mellom de to er bruken av oksygen som den endelige elektronakseptor. Anaerob respirasjon bruker andre uorganiske molekyler som akseptorer.

Videre, i anaerob respirasjon er sluttproduktet av reaksjonene et molekyl som fremdeles har potensial til å fortsette å oksidere. For eksempel dannet melkesyre i musklene under gjæringen. I motsetning til dette er sluttproduktene av aerob respirasjon karbondioksid og vann.

Det er også forskjeller fra energisynspunkt. I den anaerobe traseen produseres det bare to ATP-molekyler (tilsvarer den glykolytiske banen), mens sluttproduktet i aerob respirasjon generelt er omtrent 38 ATP-molekyler - noe som er en betydelig forskjell.

referanser

1. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokjemi. Sjette utgave. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Invitasjon til biologi. Sjette utgave. Buenos Aires: Pan-American Medical.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas of Vertebrate Histology. National Autonomous University of Mexico. Side 173.
4. Hall, J. (2011). Traktaten for medisinsk fysiologi. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). En introduksjon til praktisk bioteknologi. New Delhi: Firewall Media.
6. Hill, R. (2006). Dyrefysiologi. Madrid: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Grunnlag for fysiologi. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokjemi: tekst og atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Biokjemitekst for medisinstudenter. Sjette utgave. Mexico: JP Medical Ltd.