Quá trình hô hấp tế bào, các loại và chức năng

các hô hấp tế bào đó là một quá trình tạo ra năng lượng dưới dạng ATP (adenosine triphosphate). Sau đó, năng lượng này được hướng đến các quá trình tế bào khác. Trong hiện tượng này, các phân tử trải qua quá trình oxy hóa và chất nhận điện tử cuối cùng, trong hầu hết các trường hợp, là một phân tử vô cơ.

Bản chất của chất nhận điện tử cuối cùng phụ thuộc vào loại hô hấp của sinh vật được nghiên cứu. Trong aerobes - như Homo sapiens - chất nhận điện tử cuối cùng là oxy. Ngược lại, đối với những người có hô hấp yếm khí, oxy có thể gây độc. Trong trường hợp cuối cùng này, người chấp nhận cuối cùng là một phân tử vô cơ khác với oxy.

Hô hấp hiếu khí đã được các nhà hóa sinh nghiên cứu rộng rãi và bao gồm hai giai đoạn: chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử.

Ở sinh vật nhân thực, tất cả các máy móc cần thiết cho quá trình hô hấp diễn ra đều nằm trong ty thể, cả trong ma trận ty thể và trong hệ thống màng của cơ quan này..

Các máy móc bao gồm các enzyme xúc tác các phản ứng của quá trình. Dòng dõi prokaryotic được đặc trưng bởi sự vắng mặt của các bào quan; Vì lý do này, hô hấp xảy ra ở các vùng cụ thể của màng plasma mô phỏng môi trường rất giống với môi trường của ty thể..

Chỉ số

1 thuật ngữ
2 Hô hấp tế bào xảy ra ở đâu??
- 2.1 Vị trí hô hấp ở sinh vật nhân chuẩn
- 2.2 Số lượng ty thể
- 2.3 Vị trí của hô hấp prokaryote
3 loại
- 3.1 Hô hấp hiếu khí
- 3.2 Hô hấp
- 3.3 Ví dụ về sinh vật kỵ khí
4 quá trình
- 4.1 Chu trình Krebs
- 4.2 Phản ứng của chu trình Krebs
- 4.3 Chuỗi vận chuyển điện tử
- 4.4 Khớp nối hóa học
- 4,5 Lượng ATP được hình thành
5 chức năng
6 tài liệu tham khảo

Thuật ngữ

Trong lĩnh vực sinh lý học, thuật ngữ "hô hấp" có hai định nghĩa: hô hấp phổi và hô hấp tế bào. Khi chúng ta sử dụng từ hô hấp trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta đề cập đến loại đầu tiên.

Thở phổi liên quan đến hành động truyền cảm hứng và hết hạn, quá trình này dẫn đến việc trao đổi khí: oxy và carbon dioxide. Thuật ngữ chính xác cho hiện tượng này là "thông gió".

Ngược lại, hô hấp tế bào xảy ra - như tên gọi của nó - bên trong các tế bào và là quá trình chịu trách nhiệm tạo ra năng lượng thông qua chuỗi vận chuyển điện tử. Quá trình cuối cùng này là quá trình sẽ được thảo luận trong bài viết này.

Hô hấp tế bào xảy ra ở đâu??

Vị trí hô hấp ở sinh vật nhân chuẩn

Hô hấp tế bào diễn ra trong một cơ quan phức tạp gọi là ty thể. Về mặt cấu trúc, ty thể có chiều rộng 1,5 micromet và dài từ 2 đến 8. Chúng được đặc trưng bởi có vật liệu di truyền của riêng chúng và bằng cách phân chia bởi phân hạch nhị phân - đặc điểm tiền đình của nguồn gốc nội sinh của chúng.

Chúng có hai màng, một nhẵn và một bên trong có nếp gấp tạo thành các đường vân. Ty thể càng hoạt động mạnh thì càng có nhiều mào.

Phần bên trong của ty thể được gọi là ma trận ty thể. Trong ngăn này là các enzyme, coenzyme, nước và phốt phát cần thiết cho các phản ứng hô hấp.

Màng ngoài cho phép đi qua hầu hết các phân tử nhỏ. Tuy nhiên, màng bên trong là lớp thực sự hạn chế lối đi qua các phương tiện vận chuyển rất cụ thể. Tính thấm của cấu trúc này đóng vai trò cơ bản trong sản xuất ATP.

Số lượng ty thể

Các enzyme và các thành phần khác cần thiết cho quá trình hô hấp tế bào được tìm thấy neo trong màng và tự do trong ma trận ty thể.

Do đó, các tế bào đòi hỏi một lượng năng lượng lớn hơn, được đặc trưng bởi có số lượng ti thể cao, trái ngược với các tế bào có nhu cầu năng lượng thấp hơn.

Ví dụ, các tế bào gan trung bình có 2.500 ty thể, trong khi một tế bào cơ (hoạt động rất trao đổi chất) chứa số lượng lớn hơn nhiều và ty thể của loại tế bào này lớn hơn.

Ngoài ra, chúng được đặt tại các khu vực cụ thể, nơi cần có năng lượng, ví dụ như xung quanh lá cờ tinh trùng.

Vị trí của hô hấp prokaryote

Theo logic, các sinh vật nhân sơ cần phải thở và những sinh vật này không có ty thể - cũng không phải là bào quan phức tạp đặc trưng của sinh vật nhân chuẩn. Vì lý do này, quá trình hô hấp diễn ra trong sự xâm lấn nhỏ của màng plasma, tương tự như ty thể..

Các loại

Có hai loại hô hấp cơ bản, tùy thuộc vào phân tử đóng vai trò là chất nhận cuối cùng của các electron. Trong hô hấp hiếu khí, chất nhận là oxy, trong khi hô hấp kị khí, nó là một phân tử vô cơ - mặc dù trong một số trường hợp hiếm, chất nhận là một phân tử hữu cơ. Tiếp theo chúng tôi sẽ mô tả chi tiết từng cái một:

Hô hấp hiếu khí

Trong các sinh vật có hô hấp hiếu khí, chất nhận điện tử cuối cùng là oxy. Các bước xảy ra được chia thành chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử.

Giải thích chi tiết về các phản ứng xảy ra trong các con đường sinh hóa này sẽ được phát triển trong phần sau.

Hô hấp anechobic

Người chấp nhận cuối cùng bao gồm một phân tử khác với oxy. Lượng ATP được tạo ra bởi hô hấp yếm khí phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm cả sinh vật nghiên cứu và tuyến đường được sử dụng..

Tuy nhiên, việc sản xuất năng lượng luôn lớn hơn trong hô hấp hiếu khí, vì chu trình Krebs chỉ hoạt động một phần và không phải tất cả các phân tử vận chuyển trong chuỗi đều tham gia hô hấp

Vì lý do này, sự tăng trưởng và phát triển của các cá thể kỵ khí thấp hơn đáng kể so với thể dục nhịp điệu.

Ví dụ về sinh vật kỵ khí

Trong một số sinh vật oxy là độc hại và được gọi là anaerobes nghiêm ngặt. Ví dụ nổi tiếng nhất là vi khuẩn gây bệnh uốn ván và ngộ độc: Clostridium.

Ngoài ra, có những sinh vật khác có thể xen kẽ giữa hô hấp hiếu khí và kỵ khí, được gọi là kỵ khí tùy tiện. Nói cách khác, họ sử dụng oxy khi nó phù hợp với họ và trong trường hợp không có nó, họ dùng đến hô hấp yếm khí. Ví dụ, vi khuẩn nổi tiếng Escherichia coli có sự trao đổi chất này.

Một số vi khuẩn có thể sử dụng ion nitrat (NO₃^-) là người chấp nhận cuối cùng của các điện tử, chẳng hạn như các thể loại Pseudomonas và Bacillus. Ion này có thể bị khử thành ion nitrit, oxit nitơ hoặc khí nitơ.

Trong các trường hợp khác, chất nhận cuối cùng bao gồm ion sunfat (SO₄^2-) tạo ra hydro sunfua và sử dụng cacbonat để tạo thành metan. Chi vi khuẩn Desulfovibrio là một ví dụ về loại người chấp nhận này.

Sự tiếp nhận electron này trong các phân tử nitrat và sunfat là rất quan trọng trong các chu trình hóa sinh của các hợp chất này - nitơ và lưu huỳnh.

Quy trình

Glycolysis là một con đường trước đây để hô hấp tế bào. Nó bắt đầu với một phân tử glucose và sản phẩm cuối cùng là pyruvate, một phân tử ba carbon. Glycolysis diễn ra trong tế bào chất của tế bào. Phân tử này phải có khả năng đi vào ty thể để tiếp tục suy thoái.

Pyruvate có thể khuếch tán bằng cách tăng nồng độ vào cơ quan, thông qua các lỗ chân lông của màng. Điểm đến cuối cùng sẽ là ma trận của ty thể.

Trước khi bước vào bước đầu tiên của quá trình hô hấp tế bào, phân tử pyruvate đã trải qua những sửa đổi nhất định.

Đầu tiên, nó phản ứng với một phân tử gọi là coenzyme A. Mỗi pyruvate được phân cắt thành carbon dioxide và vào nhóm acetyl, liên kết với coenzyme A, tạo ra phức hợp acetyl coenzyme A..

Trong phản ứng này, hai electron và một ion hydro được chuyển đến NADP⁺, thu được NADH và được xúc tác bởi phức hợp enzyme pyruvate dehydrogenase. Phản ứng cần một loạt các đồng yếu tố.

Sau khi sửa đổi, hai giai đoạn trong nhịp thở bắt đầu: chu trình Krebs và chuỗi vận chuyển điện tử.

Chu trình Krebs

Chu trình Krebs là một trong những phản ứng tuần hoàn quan trọng nhất trong hóa sinh. Nó cũng được biết đến trong tài liệu là chu trình axit citric hoặc chu kỳ axit tricarboxylic (TCA).

Nó nhận được tên của nó để vinh danh người phát hiện ra nó: nhà hóa sinh người Đức Hans Krebs. Năm 1953, Krebs đã được trao giải thưởng Nobel nhờ phát hiện này đánh dấu lĩnh vực hóa sinh.

Mục tiêu của chu trình là giải phóng dần năng lượng có trong acetyl coenzyme A. Nó bao gồm một loạt các phản ứng oxy hóa và khử chuyển năng lượng đến các phân tử khác nhau, chủ yếu là NAD⁺.

Cứ hai phân tử acetyl coenzyme A đi vào chu kỳ, bốn phân tử carbon dioxide được giải phóng, sáu phân tử NADH và hai FADH được tạo ra₂. CO₂ Nó được phát hành vào khí quyển dưới dạng chất thải của quá trình. GTP cũng được tạo ra.

Vì con đường này tham gia vào cả quá trình đồng hóa (tổng hợp phân tử) và quá trình dị hóa (phân hủy phân tử), nên nó được gọi là "lưỡng tính".

Phản ứng của chu trình Krebs

Chu trình bắt đầu bằng sự hợp nhất của một phân tử acetyl coenzyme A với một phân tử oxaloacetate. Sự kết hợp này dẫn đến một phân tử sáu carbon: citrate. Do đó, coenzyme A được giải phóng. Trên thực tế, nó được tái sử dụng rất nhiều lần. Nếu có nhiều ATP trong tế bào, bước này bị ức chế.

Phản ứng trên cần năng lượng và thu được từ sự phá vỡ liên kết năng lượng cao giữa nhóm acetyl và coenzyme A.

Các citrate truyền đến cis aconitato, và xảy ra với isocitrato bởi enzyme aconitasa. Bước tiếp theo là chuyển đổi isocitrate thành alpha ketoglutarate bằng isocitrate khử nước. Giai đoạn này có liên quan vì nó dẫn đến việc giảm NADH và giải phóng carbon dioxide.

Alpha ketoglutarate được chuyển đổi thành succinyl coenzyme A, bởi alpha ketoglutarate dehydrogenase, sử dụng cùng các cofactors như pyruvate kinase. Trong bước này, NADH cũng được tạo ra và, như bước đầu tiên, nó bị ức chế bởi sự dư thừa ATP.

Các sản phẩm tiếp theo là succinate. Trong sản xuất của nó, sự hình thành của GTP xảy ra. Các succinate truyền đến fumarate. Phản ứng này mang lại FADH. Các fumarate, lần lượt, trở thành malate và cuối cùng là oxalacetate.

Chuỗi vận chuyển điện tử

Chuỗi vận chuyển điện tử nhằm mục đích lấy electron từ các hợp chất được tạo ra trong các bước trước đó, chẳng hạn như NADH và FADH₂, đó là ở mức năng lượng cao, và đưa họ đến mức năng lượng thấp hơn.

Sự giảm năng lượng này diễn ra từng bước, nghĩa là nó không xảy ra đột ngột. Nó bao gồm một loạt các bước xảy ra phản ứng oxy hóa - khử.

Các thành phần chính của chuỗi là các phức hợp được hình thành bởi protein và enzyme kết hợp với cytochromes: metallicoporphyrin của loại heme.

Các cytochrome khá giống nhau về cấu trúc của chúng, mặc dù mỗi loại có một đặc tính cho phép nó thực hiện chức năng cụ thể của nó trong chuỗi, hát các electron ở các mức năng lượng khác nhau..

Sự dịch chuyển của các điện tử thông qua chuỗi hô hấp xuống mức thấp hơn, tạo ra sự giải phóng năng lượng. Năng lượng này có thể được sử dụng trong ty thể để tổng hợp ATP, trong một quá trình được gọi là phosphoryl hóa oxy hóa.

Khớp hóa học

Trong một thời gian dài, cơ chế hình thành ATP trong chuỗi là một bí ẩn, cho đến khi nhà hóa sinh Peter Mitchell đề xuất ghép hóa học.

Trong hiện tượng này, một gradient proton được thiết lập thông qua màng trong ti thể. Năng lượng chứa trong hệ thống này được giải phóng và sử dụng để tổng hợp ATP.

Lượng ATP được hình thành

Như chúng ta đã thấy, ATP không hình thành trực tiếp trong chu trình Krebs, mà trong chuỗi vận chuyển điện tử. Cứ hai electron chuyển từ NADH sang oxy, sự tổng hợp của ba phân tử ATP xảy ra. Ước tính này có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào tài liệu được tư vấn.

Tương tự, cứ hai electron chuyển từ FADH₂, hai phân tử ATP được hình thành.

Chức năng

Chức năng chính của hô hấp tế bào là tạo ra năng lượng dưới dạng ATP để hướng nó đến các chức năng của tế bào.

Cả động vật và thực vật đều yêu cầu chiết xuất năng lượng hóa học có trong các phân tử hữu cơ mà chúng sử dụng làm thực phẩm. Trong trường hợp rau, các phân tử này là các loại đường mà cùng một loại thực vật tổng hợp với việc sử dụng năng lượng mặt trời trong quá trình quang hợp nổi tiếng.

Mặt khác, động vật không thể tự tổng hợp thức ăn. Do đó, dị dưỡng tiêu thụ thực phẩm trong chế độ ăn kiêng - như chúng ta chẳng hạn. Quá trình oxy hóa chịu trách nhiệm trích xuất năng lượng từ thực phẩm.

Chúng ta không được nhầm lẫn các chức năng của quang hợp với hô hấp. Thực vật, giống như động vật, cũng thở. Cả hai quá trình đều bổ sung và duy trì sự năng động của thế giới sống.

Tài liệu tham khảo

Alberts, B., & Bray, D. (2006). Giới thiệu về sinh học tế bào. Ed. Panamericana Y tế.
Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Sinh học: Sự sống trên trái đất. Giáo dục Pearson.
Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Sinh học. Ed. Panamericana Y tế.
Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2007). Nguyên tắc tích hợp của động vật học. Đồi McGraw.
Randall, D., Burggren, W., tiếng Pháp, K., & Eckert, R. (2002). Sinh lý động vật Eckert. Máy xay sinh tố.
Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Giới thiệu về vi sinh. Ed. Panamericana Y tế.
Trẻ, B., Heath, J.W., Lowe, J.S., Stevens, A., & Wheater, P.R. (2000). Mô học chức năng: văn bản và tập bản đồ màu. Harcourt.

Sinh học

« Chức năng thở, các loại và ví dụ thở Đặc điểm thở, quá trình, giai đoạn và giải phẫu phổi »