Celluláris légzési folyamat, típusok és funkciók



az sejtes légzés Ez egy olyan folyamat, amely az ATP (adenozin-trifoszfát) formájában energiát generál. Ezt követően ez az energia más sejtfolyamatokra irányul. E jelenség során a molekulák oxidálódnak és a végső elektron-akceptor többnyire szervetlen molekula..

A végső elektron-akceptor jellege a vizsgált szervezet légzésének típusától függ. Az aerobokban - mint a Homo sapiensben - a végső elektron akceptor oxigén. Ezzel szemben az anaerob légzésű személyek esetében az oxigén mérgező lehet. Ebben az utolsó esetben az utolsó akceptor egy szervetlen molekula, amely különbözik az oxigéntől.

Az aerob légzést a biokémikusok széles körben tanulmányozták, és két szakaszból áll: a Krebs-ciklusból és az elektronszállító láncból..

Az eukarióta szervezetekben a légzéshez szükséges összes gép a mitokondriumok belsejében, mind a mitokondriális mátrixban, mind az organelle membránrendszerében van..

A gép olyan enzimekből áll, amelyek katalizálják a folyamat reakcióit. A prokarióta vonalat a organellák hiánya jellemzi; Emiatt a plazma membrán bizonyos területein légzés történik, amely a mitokondriumokhoz hasonló környezetet szimulál..

index

  • 1 Terminológia
  • 2 Hol fordul elő a celluláris légzés??
    • 2.1 A légzés helye az eukariótákban
    • 2.2 A mitokondriumok száma
    • 2.3 A prokarióta légzés helye
  • 3 típus
    • 3.1 Aerob légzés
    • 3.2 Anerbikus légzés
    • 3.3 Az anaerob szervezetek példái
  • 4 Folyamat
    • 4.1 A Krebs-ciklus
    • 4.2 A Krebs-ciklus reakciói
    • 4.3 Az elektronátviteli lánc
    • 4.4 Kemoszmotikus kapcsolás
    • 4.5 A kialakult ATP mennyisége
  • 5 Funkciók
  • 6 Referenciák

terminológia

A fiziológia területén a "légzés" kifejezés két definícióval rendelkezik: tüdő légzés és sejtes légzés. Amikor a légzés szót használjuk a mindennapi életben, az első típusra utalunk.

A tüdő légzése magában foglalja az inspiráló és lejáró tevékenységet, ez a folyamat gázok cseréjét eredményezi: oxigén és szén-dioxid. A jelenség helyes fogalma a "szellőzés".

Ezzel ellentétben a sejtek belélegzése - amint azt a neve is jelzi - a sejtek belsejében történik, és az az eljárás, amely felelős az energia transzport láncon keresztül történő előállításáért. Ez az utolsó folyamat az, amelyet ebben a cikkben tárgyalunk.

Hol keletkezik a celluláris légzés??

A légzés helye az eukariótákban

A sejtes légzés egy komplex organoidban történik, melyet mitokondriumoknak nevezünk. Szerkezetileg a mitokondriumok 1,5 mikrométer szélesek és 2-8 hosszúak. Jellemzőik, hogy saját genetikai anyaguk van, és bináris fissziójukkal - endoszimbiotikus eredetű levágási jellemzőkkel - osztják el őket..

Két membránjuk van, egy sima és egy belső, a bordákkal kialakított hajtásokkal. Minél aktívabbak a mitokondriumok, annál több címer van.

A mitokondriumok belsejét mitokondriális mátrixnak nevezik. Ebben a rekeszben a légúti reakciókhoz szükséges enzimek, koenzimek, víz és foszfátok vannak.

A külső membrán lehetővé teszi a legtöbb kis molekula áthaladását. Azonban a belső membrán az, amely valóban korlátozza az átjutást nagyon specifikus szállítóeszközökön keresztül. Ennek a szerkezetnek az áteresztőképessége alapvető szerepet játszik az ATP előállításában.

A mitokondriumok száma

A sejtek légzéséhez szükséges enzimeket és egyéb komponenseket a membránokban rögzítették és a mitokondriális mátrixban szabadon tartják..

Ezért a nagyobb mennyiségű energiát igénylő sejteket nagyszámú mitokondrium jellemzi, ellentétben az alacsonyabb energiaigényű sejtekkel..

Például a májsejtek átlagosan 2500 mitokondriumot tartalmaznak, míg az izomsejt (nagyon metabolikusan aktív) sokkal nagyobb számot tartalmaz, és az ilyen sejttípus mitokondriumai nagyobbak..

Ezenkívül ezek az egyes régiókban találhatók, ahol energiára van szükség, például a spermium flagellum körül.

A prokarióta légzés helye

Logikusan a prokarióta szervezeteknek lélegezniük kell, és ezek nem rendelkeznek mitokondriumokkal - és az eukariótákra jellemző összetett organellákkal. Emiatt a légzési folyamat a plazmamembrán kis invaginációiban történik, a mitokondriumokhoz hasonlóan..

típus

A légzésnek két alapvető típusa van, attól függően, hogy a molekula melyik az elektronok végső akceptora. Aerob légzésben az akceptor oxigén, míg anaerob légzésben szervetlen molekula - bár néhány ritka esetben az akceptor egy szerves molekula. Ezután részletesen leírjuk mindegyiket:

Aerob légzés

Az aerob légzésű szervezetekben az elektronok utolsó elfogadója az oxigén. A lépések a Krebs-ciklusra és az elektronátviteli láncra oszlanak.

Az ezekben a biokémiai útvonalakban bekövetkező reakciók részletes magyarázatát a következő részben ismertetjük.

Anechobás légzés

A végső akceptor az oxigéntől eltérő molekulából áll. Az anaerob légzés által generált ATP mennyisége számos tényezőtől függ, beleértve a vizsgálati szervezetet és az alkalmazott útvonalat..

Az aerob légzésben azonban mindig nagyobb az energiatermelés, mivel a Krebs-ciklus csak részben működik, és a lánc összes transzportermolekulája nem vesz részt légzésben.

Emiatt az anaerob egyedek növekedése és fejlődése szignifikánsan alacsonyabb, mint az aerobik.

Példák az anaerob szervezetekre

Egyes szervezeteknél az oxigén mérgező, és szigorú anaeroboknak nevezik. A legismertebb példa a tetanust és botulizmust okozó baktérium: Clostridium.

Továbbá vannak olyan szervezetek is, amelyek váltakozhatnak az aerob és az anaerob légzés között, amit fúziós anaeroboknak neveznek. Más szavakkal, oxigént használnak, ha megfelelnek nekik, és anélkül, hogy anaerob légzést alkalmaznak. Például a jól ismert baktérium Escherichia coli ez az anyagcsere.

Bizonyos baktériumok nitrátionokat használhatnak (NO3-) mint az elektronok utolsó elfogadója, mint például a műfajok Pseudomonas és bacilus. Ezt az iont nitrition, nitrogén-oxid vagy nitrogéngáz lehet redukálni.

Más esetekben a végső akceptor a szulfátionból (SO.) Áll42-) amely hidrogén-szulfidot eredményez, és amely karbonátot használ metán előállítására. A baktériumok nemzetsége Desulfovib példa erre az akceptorra.

Az elektronok nitrát- és szulfátmolekulákban történő vétele döntő fontosságú e vegyületek biogeokémiai ciklusaiban - nitrogén és kén.

folyamat

A glikolízis a celluláris légzés egy korábbi útja. Egy glükózmolekulával kezdődik, és a végtermék piruvát, egy három szénatomú molekula. A glikolízis a sejt citoplazmájában történik. Ennek a molekulának képesnek kell lennie arra, hogy belépjen a mitokondriumba, hogy folytassa a lebomlását.

A piruvát koncentrációs gradiensekkel diffundálhat az organellebe a membrán pórusain keresztül. A végső célpont a mitokondriumok mátrixa lesz.

Mielőtt belépne a celluláris légzés első lépcsőjébe, a piruvát-molekula bizonyos módosításokon megy keresztül.

Először a koenzim A. nevű molekulával reagál. Mindegyik piruvátot szén-dioxiddá és acetilcsoportba hasítjuk, amely az A-koenzimhez kötődik, ami az acetil-koenzim-A komplexet eredményezi..

Ebben a reakcióban két elektront és egy hidrogéniont helyezünk át a NADP-be+, NADH-t kapunk, és az enzimatikus komplex piruvát-dehidrogenáz katalizálja. A reakcióhoz kofaktorok sora szükséges.

E módosítás után a légzés két fázisa kezdődik: a Krebs-ciklus és az elektronszállító lánc.

A Krebs-ciklus

A Krebs-ciklus a biokémia egyik legfontosabb ciklikus reakciója. A szakirodalomban is ismert citromsav-ciklus vagy trikarbonsav-ciklus (TCA)..

Nevét a felfedező tiszteletére kapta: a német biokémikus, Hans Krebs. 1953-ban a biokémiai területet jelölő felfedezésnek köszönhetően Krebs nyerte el a Nobel-díjat.

A ciklus célja az A-acetil koenzimben lévő energia fokozatos felszabadulása. Az oxidációs és redukciós reakciók sorozatából áll, amelyek energiát szállítanak különböző molekulákra, főleg a NAD-re.+.

Az acetil-koenzim-A két olyan molekulájához, amelyek a ciklusba lépnek, négy szén-dioxid-molekula szabadul fel, hat NADH-molekulát és két FADH-t generálnak2. A CO2 A folyamat atmoszférába kerül, mint hulladék anyag. GTP is létrejön.

Mivel ez az útvonal anabolikus (molekulaszintézis) és katabolikus (molekuláris lebomlás) folyamatokban vesz részt, az úgynevezett "amfibolikus"..

A Krebs-ciklus reakciói

A ciklus az acetil-koenzim-A molekula egy oxaloacetát-molekulával való fúziójával kezdődik. Ez az összefüggés hat szénatomú molekulát eredményez: citrát. Így az A-koenzim felszabadul, sőt sokszor újra felhasználják. Ha sok aTP van a cellában, ez a lépés megakadályozható.

A fenti reakció energiát igényel, és az acetilcsoport és az A koenzim közötti nagy energiájú kötés bomlásából származik.

A citrát áthalad a cis aconitato-ba, és az aconitasa enzim az izocitratóval történik. A következő lépés az izocitrát alfa-ketoglutaráttá történő átalakítása dehidrogénezett izocitráttal. Ez a szakasz lényeges, mert az NADH csökkenéséhez és a szén-dioxid kibocsátásához vezet.

Az alfa-ketoglutarátot alfa-ketoglutarát-dehidrogenázzal szukcinil-koenzim-A-ra alakítják át, amely ugyanazokat a kofaktorokat használja, mint a piruvát kináz. Ebben a lépésben NADH is keletkezik, és kezdeti lépésként az ATP feleslege gátolja.

A következő termék szukcinát. Termelésében a GTP kialakulása következik be. A szukcinát fumarátba megy. Ez a reakció FADH-t eredményez. A fumarát viszont maláttá és végül oxalacetáttá válik.

Az elektronátviteli lánc

Az elektronátviteli lánc célja, hogy az előző lépésekben előállított vegyületekből elektronokat vegyen, mint például a NADH és az FADH2, amelyek magas energiaszinttel rendelkeznek, és alacsonyabb energiaszintre vezetnek.

Ez az energiafogyasztás lépésről lépésre történik, azaz nem történik hirtelen. Ez egy sor lépést tartalmaz, ahol oxidációs-redukciós reakciók lépnek fel.

A lánc fő összetevői a citokrómokhoz kapcsolt fehérjék és enzimek által képzett komplexek: a hem-típusú metalloporfirinek.

A citokrómok szerkezetük szempontjából meglehetősen hasonlóak, bár mindegyiknek van egy sajátossága, amely lehetővé teszi, hogy a láncon belül sajátos funkcióját végezze el, különböző energiaszinteken énekeljen elektronokat..

Az elektronok elmozdulása a légzési láncon keresztül az alacsonyabb szintre, az energia felszabadulását eredményezi. Ez az energia használható a mitokondriumokban az ATP szintetizálására oxidatív foszforiláció néven ismert folyamatban.

Kemosmotikus kapcsolás

Hosszú ideig az ATP kialakulásának mechanizmusa a láncban rejtély volt, amíg a biokémikus Peter Mitchell a kemoszmotikus kapcsolást javasolta..

Ebben a jelenségben a proton gradiens a belső mitokondriális membránon keresztül jön létre. A rendszerben lévő energia felszabadul és az ATP szintetizálására szolgál.

A kialakult ATP mennyisége

Amint láttuk, az ATP nem közvetlenül a Krebs-ciklusban alakul ki, hanem az elektronátviteli láncban. Az NADH-ról az oxigénre áthaladó két elektronra három ATP molekula szintézise következik be. Ez a becslés kicsit változhat a szakirodalomtól függően.

Hasonlóképpen, az FADH-ból áthaladó két elektron esetében2, két ATP molekula képződik.

funkciók

A celluláris légzés fő funkciója az energiatermelés az ATP formájában, annak irányítása érdekében, hogy az a sejt funkcióihoz igazodjon..

Mind az állatok, mind a növények megkövetelik az élelmiszerekben használt szerves molekulákban lévő kémiai energia kivonását. A zöldségek esetében ezek a molekulák azok a cukrok, amelyeket ugyanaz a növény szintetizál a napenergia felhasználásával a híres fotoszintetikus folyamatban.

Másrészt az állatok nem képesek saját ételüket szintetizálni. Így a heterotrófok táplálékot fogyasztanak az étrendben, mint például mi. Az oxidációs folyamat felelős az élelmiszerekből származó energia kivonásáért.

Nem szabad összekeverni a fotoszintézis funkcióit a légzéssel. A növények, mint az állatok is lélegeznek. Mindkét folyamat komplementer és fenntartja az élővilág dinamikáját.

referenciák

  1. Alberts, B. és Bray, D. (2006). Bevezetés a sejtbiológiába. Ed. Panamericana Medical.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G. és Byers, B. E. (2003). Biológia: Élet a Földön. Pearson-oktatás.
  3. Curtis, H., és Schnek, A. (2008). Curtis. biológia. Ed. Panamericana Medical.
  4. Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W.C. és Garrison, C. (2007). A zoológia integrált elvei. McGraw-Hill.
  5. Randall, D., Burggren, W., francia, K. és Eckert, R. (2002). Eckert állati fiziológia. Macmillan.
  6. Tortora, G. J., Funke, B. R. és Case, C. L. (2007). Bevezetés a mikrobiológiába. Ed. Panamericana Medical.
  7. Young, B., Heath, J. W., Lowe, J.S., Stevens, A. és Wheater, P.R.. Funkcionális szövettan: szöveges és színes atlasz. Harcourt.