Procesi stanične respiracije, vrste i funkcije



stanično disanje to je proces koji generira energiju u obliku ATP (adenozin trifosfat). Nakon toga, ova energija je usmjerena na druge stanične procese. Tijekom ovog fenomena, molekule se podvrgavaju oksidaciji, a konačni akceptor elektrona je, u većini slučajeva, anorganska molekula..

Priroda konačnog akceptora elektrona ovisi o tipu disanja proučavanog organizma. U aerobima - poput Homo sapiensa - konačni akceptor elektrona je kisik. Nasuprot tome, za osobe s anaerobnim disanjem, kisik može biti otrovan. U ovom posljednjem slučaju, konačni akceptor je anorganska molekula različita od kisika.

Aerobna respiracija je široko proučavana od strane biokemičara i sastoji se od dvije faze: Krebsovog ciklusa i lanca prijenosa elektrona.

U eukariota, sve potrebne strojeve dogodi disanje je u mitohondrijima iu mitohondrijske matricu kao u sustavu ovog organela membrane.

Strojevi se sastoje od enzima koji kataliziraju reakcije procesa. Prokariotska linija karakterizirana je odsutnošću organela; Zbog toga dolazi do disanja u specifičnim područjima plazma membrane koja simulira okolinu vrlo sličnu okolini mitohondrija..

indeks

  • 1 Terminologija
  • 2 Gdje se javlja stanično disanje??
    • 2.1 Položaj disanja kod eukariota
    • 2.2 Broj mitohondrija
    • 2.3. Položaj prokariotske respiracije
  • 3 Vrste
    • 3.1 Aerobno disanje
    • 3.2 Anerbično disanje
    • 3.3. Primjeri anaerobnih organizama
  • 4 Proces
    • 4.1 Krebsov ciklus
    • 4.2 Reakcije Krebsova ciklusa
    • 4.3 Lanac prijenosa elektrona
    • 4.4. Chemosmotic coupling
    • 4.5 Količina nastalog ATP-a
  • 5 Funkcije
  • 6 Reference

terminologija

U području fiziologije pojam "disanje" ima dvije definicije: plućno disanje i stanično disanje. Kada u svakodnevnom životu koristimo riječ disanje, govorimo o prvom tipu.

Disanje pluća uključuje djelovanje nadahnuća i isticanja, što rezultira izmjenom plinova: kisika i ugljičnog dioksida. Ispravan izraz za ovu pojavu je "ventilacija".

Nasuprot tome, dolazi do staničnog disanja - kao što i samo ime implicira - unutar stanica i proces je odgovoran za generiranje energije kroz lanac prijenosa elektrona. Ovaj posljednji proces je onaj o kojem će se raspravljati u ovom članku.

Gdje se javlja stanično disanje??

Mjesto disanja kod eukariota

Stanično disanje odvija se u složenoj organelu nazvanoj mitohondriji. Strukturno, mitohondrije su široke 1,5 mikrometra i duge 2 do 8. Karakteriziraju ih vlastiti genetski materijal i dijeljenjem binarnim fisijama - rudarskim svojstvima endosimbiotskog podrijetla..

Imaju dvije membrane, jednu glatku i jednu unutarnju, s naborima koji tvore grebene. Što je mitohondrija aktivnija, to je više grbova.

Unutrašnjost mitohondrija naziva se mitohondrijska matrica. U ovom odjeljku su enzimi, koenzimi, voda i fosfati potrebni za respiratorne reakcije.

Vanjska membrana omogućuje prolaz većine malih molekula. Međutim, unutarnja membrana je ona koja zapravo ograničava prolaz kroz vrlo specifične transportere. Propusnost ove strukture ima temeljnu ulogu u proizvodnji ATP-a.

Broj mitohondrija

Enzimi i druge komponente potrebne za stanično disanje nalaze se usidrene u membranama i slobodne u mitohondrijskom matriksu.

Prema tome, stanice koje zahtijevaju veću količinu energije karakterizirane su velikim brojem mitohondrija, za razliku od stanica čija je energetska potreba niža.

Na primjer, stanice jetre imaju prosječno oko 2500 mitohondrija, a (vrlo aktivni metabolički) mišićnih stanica sadrži veći broj, te mitohondriji ovog tipa stanica su veći.

Osim toga, oni se nalaze u specifičnim područjima gdje je potrebna energija, na primjer, okružuje flagelum spermija.

Mjesto prokariotske respiracije

Logično, prokariotski organizmi trebaju disati i oni nemaju mitohondrije - niti kompleksne organele karakteristične za eukariote. Zbog toga se respiratorni proces odvija u malim invaginacijama plazmatske membrane, analogno mitohondrijima..

vrsta

Postoje dvije osnovne vrste disanja, ovisno o molekuli koja se ponašala kao konačni akceptor elektrona. U aerobnim disanje akceptora kisik, a anaerobna anorganska molekula - iako u nekoliko posebnim slučajevima akceptor je organska molekula. Mi ćemo opisati svaki detaljno:

Aerobna respiracija

U organizmima s aerobnim disanjem, konačni akceptor elektrona je kisik. Koraci koji se odvijaju podijeljeni su na Krebsov ciklus i prijenosni lanac elektrona.

Detaljno objašnjenje reakcija koje se odvijaju u ovim biokemijskim putovima će se razviti u sljedećem odjeljku.

Anehobično disanje

Konačni akceptor sastoji se od molekule koja nije kisik. Količina ATP-a nastala anaerobnim disanjem ovisi o nekoliko čimbenika, uključujući ispitivani organizam i korišteni put..

Međutim, proizvodnja energije je uvijek veća u aerobnog disanja, kao Krebsov ciklus radi samo djelomično, a ne sve molekule lančanog transportera koji su uključeni u disanju

Zbog toga je rast i razvoj anaerobnih pojedinaca značajno niži od aerobika.

Primjeri anaerobnih organizama

U nekim organizmima kisik je otrovan i nazivaju se striktnim anaerobima. Najpoznatiji primjer je bakterija koja uzrokuje tetanus i botulizam: Clostridium.

Osim toga, postoje i drugi organizmi koji se izmjenjuju između aerobnog i anaerobnog disanja, koji se nazivaju fakultativni anaerobi. Drugim riječima, koriste kisik kad im to odgovara i, u odsutnosti toga, pribjegavaju anaerobnom disanju. Na primjer, dobro poznata bakterija Escherichia coli ima taj metabolizam.

Određene bakterije mogu koristiti nitratni ion (NO3-) kao konačni akceptor elektrona, kao što su žanrovi Pseudomonas i bacil. Taj se ion može reducirati na nitritni ion, dušikov oksid ili plinoviti dušik.

U drugim slučajevima, konačni akceptor se sastoji od sulfatnog iona (SO42-) koji dovodi do sumporovodika i koji koristi karbonat u obliku metana. Rod bakterija Desulfovibrio je primjer ove vrste akceptora.

Prijem elektrona u molekulama nitrata i sulfata ključan je u biogeokemijskim ciklusima tih spojeva - dušik i sumpor.

proces

Glikoliza je prethodni put do staničnog disanja. Počinje s molekulom glukoze, a konačni proizvod je piruvat, molekula s tri ugljika. Glikoliza se odvija u citoplazmi stanice. Ova molekula mora biti u stanju ući u mitohondrije da nastavi svoju degradaciju.

Piruvat može difundirati koncentracijskim gradijentima u organele, kroz pore membrane. Konačno odredište bit će matrica mitohondrija.

Prije ulaska u prvi korak staničnog disanja, molekula piruvata podliježe određenim modifikacijama.

Prvo reagira sa molekulom nazivom koenzim A. Svaka piruvata cijepa u ugljični dioksid i acetilne grupe, koji se veže na koenzim, što rezultira koenzim A kompleks aceil.

U ovoj reakciji, dva elektrona i jedan vodikov ion su preneseni u NADP+, što daje NADH i katalizirano enzimatskom kompleksnom piruvat dehidrogenazom. Za reakciju je potreban niz kofaktora.

Nakon ove modifikacije počinju dvije faze disanja: Krebsov ciklus i transportni lanac elektrona.

Krebsov ciklus

Krebsov ciklus je jedna od najvažnijih cikličkih reakcija u biokemiji. U literaturi je također poznat kao ciklus limunske kiseline ili ciklus tricarboksilne kiseline (TCA).

Ime dobiva u čast svog pronalazača: njemačkog biokemičara Hansa Krebsa. Godine 1953. Krebs je dobio Nobelovu nagradu zahvaljujući tom otkriću koje je obilježilo područje biokemije.

Meta ciklus postupno oslobađa energija sadržana u acetil koenzima A. sastoji od niza oksidacije i redukcije se taj prijenos energije na molekule, prvenstveno NAD+.

Za svake dvije molekule acetil koenzima A koje ulaze u ciklus, oslobađaju se četiri molekule ugljičnog dioksida, generiraju se šest molekula NADH i dvije FADH.2. CO2 U atmosferu se ispušta kao otpadna tvar procesa. Također se generira GTP.

Kako ovaj put sudjeluje u anaboličkim procesima (sinteza molekula) i kataboličkim (razgradnja molekula), naziva se "amfibolicnim".

Reakcije Krebsova ciklusa

Ciklus započinje fuzijom molekule acetil koenzima A s molekulom oksaloacetata. Ovaj spoj rezultira molekulom od šest ugljika: citratom. Tako se oslobađa koenzim A. U stvari, on se ponovno upotrebljava velik broj puta. Ako u stanici ima mnogo ATP-a, taj je korak inhibiran.

Gornja reakcija treba energiju i dobiva se razgradnjom visoke energetske veze između acetilne skupine i koenzima A.

Citrat prelazi u cis aconitato, a izocitrat se događa enzimom aconitasa. Sljedeći korak je pretvorba izocitrata u alfa ketoglutarat dehidrogeniranim izocitratom. Ova faza je relevantna jer dovodi do smanjenja NADH i oslobađa ugljični dioksid.

Alfa ketoglutarat se pretvara u sukcinil koenzim A, alfa ketoglutarat dehidrogenazom, koja koristi iste kofaktore kao piruvat kinaza. U ovom koraku se također generira NADH i, kao početni korak, inhibira se viškom ATP.

Sljedeći produkt je sukcinat. U svojoj proizvodnji nastaje GTP. Sukcinat prelazi u fumarat. Ova reakcija daje FADH. Fumarat zauzvrat postaje malat i konačno oksalacetat.

Lanac prijenosa elektrona

Lanac prijenosa elektrona nastoji uzeti elektrone iz spojeva generiranih u prethodnim koracima, kao što su NADH i FADH2, koji su na visokoj energetskoj razini i vode ih na nižu razinu energije.

Ovo smanjenje energije odvija se korak po korak, to jest, ne događa se naglo. Sastoji se od niza koraka gdje se odvijaju oksidacijsko-redukcijske reakcije.

Glavne komponente lanca su kompleksi koje formiraju proteini i enzimi spregnuti s citokromima: metaloporfirini tipa heme.

Citokromi su vrlo slični po svojoj strukturi, iako svaki od njih ima posebnost koja mu omogućuje da obavlja svoju specifičnu funkciju unutar lanca, pjevajući elektrone na različitim energetskim razinama..

Premještanje elektrona kroz dišni lanac na niže razine proizvodi oslobađanje energije. Ta se energija može koristiti u mitohondrijima za sintezu ATP-a, u procesu poznatem kao oksidativna fosforilacija.

Chemosmotic coupling

Dugo vremena mehanizam stvaranja ATP-a u lancu bio je enigma, sve dok biokemičar Peter Mitchell nije predložio kemosomotsko spajanje.

U ovoj pojavi, gradi se protonski gradijent kroz unutarnju mitohondrijsku membranu. Energija sadržana u ovom sustavu se oslobađa i koristi za sintezu ATP-a.

Nastala količina ATP-a

Kao što smo vidjeli, ATP se ne formira izravno u Krebsovom ciklusu, nego u transportnom lancu elektrona. Za svaka dva elektrona koji prelaze iz NADH u kisik, dolazi do sinteze tri molekule ATP-a. Ta procjena može varirati ovisno o literaturi koja se koristi.

Slično tome, za svaka dva elektrona koji prolaze iz FADH-a2, nastaju dvije molekule ATP.

funkcije

Glavna funkcija staničnog disanja je stvaranje energije u obliku ATP-a kako bi se usmjerila na funkcije stanice.

I životinje i biljke zahtijevaju ekstrakciju kemijske energije sadržane u organskim molekulama koje koriste kao hranu. U slučaju povrća, te molekule su šećeri koje ista biljka sintetizira uz korištenje solarne energije u čuvenom fotosintetskom procesu.

Životinje, s druge strane, nisu u stanju sintetizirati vlastitu hranu. Dakle, heterotrofi konzumiraju hranu u prehrani - poput nas, na primjer. Proces oksidacije je odgovoran za vađenje energije iz hrane.

Ne smijemo brkati funkcije fotosinteze s funkcijama disanja. Biljke, kao i životinje, također dišu. Oba procesa su komplementarna i održavaju dinamiku živog svijeta.

reference

  1. Alberts, B., i Bray, D. (2006). Uvod u staničnu biologiju. Ed Panamericana Medical.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., i Byers, B. E. (2003). Biologija: Život na Zemlji. Pearsonovo obrazovanje.
  3. Curtis, H., i Schnek, A. (2008). Curtis. biologija. Ed Panamericana Medical.
  4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2007). Integrirani principi zoologije. McGraw-Hill.
  5. Randall, D., Burggren, W., French, K., i Eckert, R. (2002). Eckertova fiziologija životinja. Macmillan.
  6. Tortora, G.J., Funke, B.R. i Case, C.L. (2007). Uvod u mikrobiologiju. Ed Panamericana Medical.
  7. Young, B., Heath, J.W., Lowe, J.S., Stevens, A., & Wheater, P.R. (2000). Funkcionalna histologija: atlas teksta i boja. Harcourt.