Đặc điểm hô hấp hiếu khí, giai đoạn và sinh vật



các hô hấp hiếu khí hoặc hiếu khí là một quá trình sinh học liên quan đến việc thu được năng lượng từ các phân tử hữu cơ - chủ yếu là glucose - thông qua một loạt các phản ứng oxy hóa, trong đó người chấp nhận cuối cùng của các điện tử là oxy.

Quá trình này có mặt trong đại đa số các sinh vật hữu cơ, đặc biệt là sinh vật nhân chuẩn. Tất cả động vật, thực vật và nấm hít thở trên không. Ngoài ra, một số vi khuẩn cũng thể hiện sự trao đổi chất hiếu khí.

Nói chung, quá trình thu nhận năng lượng từ phân tử glucose được chia thành glycolysis (bước này phổ biến trong cả con đường hiếu khí và kỵ khí), chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử.

Khái niệm hô hấp hiếu khí trái ngược với hô hấp yếm khí. Trong phần sau, chất nhận điện tử cuối cùng là một chất vô cơ khác, ngoài oxy. Nó là điển hình của một số prokaryote.

Chỉ số

  • 1 oxy là gì?
  • 2 Đặc điểm của hơi thở
  • 3 quy trình (giai đoạn)
    • 3.1 Glucolysis
    • 3.2 Chu trình Krebs
    • 3.3 Tóm tắt chu trình Krebs
    • 3.4 Chuỗi vận chuyển điện tử
    • 3.5 Các phân tử vận ​​chuyển
  • 4 sinh vật có hô hấp hiếu khí
  • 5 Sự khác biệt với hô hấp yếm khí
  • 6 tài liệu tham khảo

Oxy là gì?

Trước khi thảo luận về quá trình hô hấp hiếu khí, cần phải biết một số khía cạnh của phân tử oxy.

Nó là một nguyên tố hóa học được biểu thị trong bảng tuần hoàn có chữ O và số nguyên tử 8. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, oxy có xu hướng liên kết theo cặp, tạo ra phân tử dioxygen.

Khí này, được hình thành bởi hai nguyên tử là oxy, thiếu màu, mùi hoặc vị, và được thể hiện bằng công thức O2. Trong khí quyển, nó là một thành phần nổi bật và cần duy trì hầu hết các dạng sống trên trái đất.

Nhờ vào tính chất khí của oxy, phân tử có thể tự do đi qua màng tế bào - cả màng ngoài ngăn cách tế bào với môi trường ngoại bào và màng của các khoang dưới tế bào, trong số các ty thể này.

Đặc điểm của hô hấp

Các tế bào sử dụng các phân tử mà chúng ta ăn vào thông qua chế độ ăn uống của chúng ta như một loại "nhiên liệu" hô hấp.

Hô hấp tế bào là quá trình tạo năng lượng, dưới dạng các phân tử ATP, trong đó các phân tử bị thoái hóa trải qua quá trình oxy hóa và là chất nhận cuối cùng của các electron, trong hầu hết các trường hợp, là một phân tử vô cơ.

Một tính năng thiết yếu cho phép thực hiện các quá trình hô hấp là sự hiện diện của chuỗi vận chuyển điện tử. Trong hô hấp hiếu khí, chất nhận điện tử cuối cùng là phân tử oxy.

Trong điều kiện bình thường, những "nhiên liệu" này là carbohydrate hoặc carbohydrate và chất béo hoặc lipid. Khi cơ thể rơi vào tình trạng bấp bênh do thiếu thức ăn, nó phải dùng đến protein để cố gắng thỏa mãn nhu cầu năng lượng của mình.

Hô hấp từ là một phần của từ vựng của chúng ta trong cuộc sống hàng ngày. Đối với hành động lấy không khí trong phổi của chúng ta, trong các chu kỳ thở ra và hít vào liên tục, chúng ta gọi đó là thở.

Tuy nhiên, trong bối cảnh chính thức của khoa học sinh học, hành động này được chỉ định bởi thuật ngữ thông gió. Do đó, thuật ngữ hô hấp được sử dụng để chỉ các quá trình diễn ra ở cấp độ tế bào.

Quy trình (giai đoạn)

Các giai đoạn hô hấp hiếu khí bao gồm các bước cần thiết để trích xuất năng lượng từ các phân tử hữu cơ - trong trường hợp này chúng tôi sẽ mô tả trường hợp phân tử glucose là nhiên liệu hô hấp - cho đến khi đạt được chất nhận oxy.

Con đường trao đổi chất phức tạp này được chia thành glycolysis, chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử:

Glucolysis

Bước đầu tiên cho sự phân hủy của monome glucose là glycolysis, còn được gọi là glycolysis. Bước này không cần oxy trực tiếp, và có mặt trong hầu hết tất cả các sinh vật sống.

Mục tiêu của con đường trao đổi chất này là sự phân cắt glucose thành hai phân tử axit pyruvic, thu được hai phân tử năng lượng ròng (ATP) và khử hai phân tử NAD+.

Với sự hiện diện của oxy, tuyến đường có thể tiếp tục đến chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử. Trong trường hợp không có oxy, các phân tử sẽ đi theo con đường lên men. Nói cách khác, glycolysis là một quá trình trao đổi chất phổ biến của hô hấp hiếu khí và kỵ khí.

Trước chu trình Krebs, phải khử oxi hóa oxy hóa axit pyruvic. Bước này được trung gian bởi một phức hợp enzyme rất quan trọng, được gọi là pyruvate dehydrogenase, thực hiện phản ứng nói trên.

Do đó, pyruvate trở thành một gốc acetyl mà sau đó được coenzyme A, chịu trách nhiệm vận chuyển nó đến chu trình Krebs..

Chu kỳ Krebs

Chu trình Krebs, còn được gọi là chu trình axit citric hoặc chu trình axit tricarboxylic, bao gồm một loạt các phản ứng sinh hóa được xúc tác bởi các enzyme cụ thể tìm cách giải phóng dần năng lượng hóa học được lưu trữ trong acetyl coenzyme A.

Đó là một con đường oxy hóa hoàn toàn phân tử pyruvate và xảy ra trong ma trận của ty thể.

Chu trình này dựa trên một loạt các phản ứng oxy hóa và khử chuyển năng lượng tiềm năng dưới dạng electron sang các nguyên tố chấp nhận chúng, đặc biệt là phân tử NAD.+.

Tóm tắt chu trình Krebs

Mỗi phân tử axit pyruvic bị phá vỡ thành carbon dioxide và một phân tử hai carbon, được gọi là nhóm acetyl. Với sự liên kết với coenzyme A (đã đề cập trong phần trước), phức hợp acetyl coenzyme A được hình thành.

Hai nguyên tử axit pyruvic đi vào chu trình, ngưng tụ với oxaloacetate và tạo thành một phân tử citrate sáu carbon. Do đó, các phản ứng bước oxy hóa xảy ra. Citrate trở lại oxaloacetate với lý thuyết sản xuất 2 mol carbon dioxide, 3 mol NADH, 1 FADH2 và 1 mol GTP.

Vì hai phân tử pyruvate được hình thành trong quá trình glycolysis, một phân tử glucose liên quan đến hai vòng quay của chu trình Krebs.

Chuỗi vận chuyển điện tử

Một chuỗi vận chuyển điện tử bao gồm một chuỗi các protein có khả năng thực hiện các phản ứng oxy hóa và khử.

Sự đi qua của các electron bằng các phức hợp protein đã nói sẽ chuyển thành sự giải phóng dần dần năng lượng mà sau đó được sử dụng trong việc tạo ra ATP về mặt hóa học. Điều quan trọng cần lưu ý là phản ứng cuối cùng của chuỗi là loại không thể đảo ngược.

Trong các sinh vật nhân chuẩn, có các khoang dưới tế bào, các yếu tố của chuỗi vận chuyển được neo vào màng của ty thể. Ở prokaryote, không có các ngăn như vậy, các yếu tố của chuỗi nằm trong màng plasma của tế bào.

Các phản ứng của chuỗi này dẫn đến sự hình thành ATP, bằng năng lượng thu được từ sự dịch chuyển hydro của các chất vận chuyển, cho đến khi nó đạt đến chất nhận cuối cùng: oxy, một phản ứng tạo ra nước.

Các lớp phân tử vận ​​chuyển

Chuỗi bao gồm ba biến thể băng tải. Lớp đầu tiên là flavoprotein, được đặc trưng bởi sự hiện diện của flavin. Loại băng tải này có thể thực hiện hai loại phản ứng, cả khử và oxy hóa, xen kẽ.

Loại thứ hai được hình thành bởi các cytochromes. Những protein này có một nhóm heme (giống như của hemoglobin), có thể có các trạng thái oxy hóa khác nhau.

Lớp vận chuyển cuối cùng là ubiquinone, còn được gọi là coenzyme Q. Những phân tử này không phải là protein trong tự nhiên..

Các sinh vật có hô hấp hiếu khí

Hầu hết các sinh vật sống có một loại hô hấp của loại hiếu khí. Nó là điển hình của sinh vật nhân chuẩn (những sinh vật có nhân thực sự trong tế bào của chúng, được phân định bởi một màng). Tất cả động vật, thực vật và nấm thở trên không.

Động vật và nấm là những sinh vật dị dưỡng, có nghĩa là "nhiên liệu" sẽ được sử dụng trong quá trình trao đổi chất hô hấp phải được tiêu thụ tích cực trong chế độ ăn uống. Trái ngược với thực vật, chúng có khả năng tự sản xuất thức ăn bằng con đường quang hợp.

Một số chi của prokaryote cũng cần oxy cho hơi thở của họ. Cụ thể, có những vi khuẩn hiếu khí nghiêm ngặt - nghĩa là chúng chỉ phát triển trong môi trường có oxy, chẳng hạn như pseudomonas.

Các loại vi khuẩn khác có khả năng thay đổi sự trao đổi chất từ ​​hiếu khí sang kỵ khí tùy thuộc vào điều kiện môi trường, chẳng hạn như salmonella. Ở prokaryote, hiếu khí hoặc kỵ khí là một đặc điểm quan trọng để phân loại.

Sự khác biệt với hô hấp yếm khí

Quá trình ngược lại với hô hấp hiếu khí là phương thức yếm khí. Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa hai loại này là việc sử dụng oxy làm chất nhận điện tử cuối cùng. Hô hấp kỵ khí sử dụng các phân tử vô cơ khác làm chất nhận.

Ngoài ra, trong hô hấp yếm khí, sản phẩm cuối cùng của các phản ứng là một phân tử vẫn có khả năng tiếp tục oxy hóa. Ví dụ, axit lactic hình thành trong cơ bắp trong quá trình lên men. Ngược lại, sản phẩm cuối cùng của hô hấp hiếu khí là carbon dioxide và nước.

Cũng có sự khác biệt từ quan điểm năng lượng. Trong quá trình kỵ khí, chỉ có hai phân tử ATP (tương ứng với con đường glycolytic) được tạo ra, trong khi đó trong quá trình hô hấp hiếu khí, sản phẩm cuối cùng thường có khoảng 38 phân tử ATP - một sự khác biệt đáng kể.

Tài liệu tham khảo

  1. Campbell, M. K., & Farrell, S. O. (2011). Hóa sinh Phiên bản thứ sáu. Thomson. Brooks / Cole.
  2. Curtis, H. (2006). Mời sinh học. Phiên bản thứ sáu. Buenos Aires: Pan-American Medical.
  3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas mô học động vật có xương sống. Đại học tự trị quốc gia Mexico. P. 173.
  4. Hội trường, J. (2011). Hiệp ước sinh lý y tế. New York: Khoa học sức khỏe Elsevier.
  5. Harisha, S. (2005). Giới thiệu về công nghệ sinh học thực tế. New Delhi: Tường lửa truyền thông.
  6. Đồi, R. (2006). Sinh lý động vật Madrid: Y khoa Pan-American.
  7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Cơ sở sinh lý học. Madrid: Thanh.
  8. Koolman, J., & Röhm, K. H. (2005). Hóa sinh: văn bản và tập bản đồ. Ed. Panamericana Y tế.
  9. Vasudevan, D. & Saletumari S. (2012). Văn bản sinh hóa cho sinh viên y khoa. Phiên bản thứ sáu. Mexico: Công ty TNHH Y tế JP.