AEROBNO DIHANJE: ZNAČILNOSTI, STADIJI IN ORGANIZMI - BIOLOGIJA - 2026

Aerobno dihanje ali aerobna je biološki proces, ki vključuje pridobivanje energije organskih molekul - predvsem glukozo - z vrsto reakcijah oksidacije, v kateri ima končni elektronov akceptor kisik.

Ta proces je prisoten pri veliki večini organskih bitij, zlasti evkariotov. Vse živali, rastline in glive dihajo aerobno. Poleg tega nekatere bakterije kažejo tudi aerobno presnovo.

Pri evkariontih se stroji za celično dihanje nahajajo v mitohondrijih.
Vir: Nacionalni inštitut za raziskavo človeškega genoma (NHGRI) iz mesta Bethesda, MD, ZDA, prek Wikimedia Commons

Na splošno je postopek pridobivanja energije iz molekule glukoze razdeljen na glikolizo (ta korak je pogost tako v aerobni kot anaerobni poti), Krebsovem ciklu in elektronski transportni verigi.

Koncept aerobnega dihanja nasprotuje anaerobnemu dihanju. V slednjem je končni sprejemnik elektronov druga anorganska snov, ki se razlikuje od kisika. Značilen je za nekatere prokariote.

Kaj je kisik?

Preden razpravljamo o procesu aerobnega dihanja, je treba poznati nekatere vidike kisikove molekule.

To je kemični element, ki je v periodični tabeli predstavljen s črko O in atomsko številko 8. V standardnih pogojih temperature in tlaka se kisik veže v parih, tako da nastane molekula dioksigena.

Ta plin, sestavljen iz dveh atomov kisika, nima barve, vonja ali okusa in je predstavljen s formulo O ₂ . V ozračju je pomembna sestavina in je potrebna za vzdrževanje večine življenjskih oblik na zemlji.

Zahvaljujoč plinasti naravi kisika je molekula sposobna prosto prečkati celične membrane - tako zunanjo membrano, ki ločuje celico od zunajceličnega okolja, kot tudi membrane podceličnih oddelkov, vključno z mitohondriji.

Lastnosti dihanja

Celice uporabljajo molekule, ki jih zaužijemo s svojo prehrano, kot nekakšno dihalno "gorivo".

Celično dihanje je proces, ki ustvarja energijo, v obliki molekul ATP, pri čemer se molekule, ki jih je treba razgraditi, podvržejo oksidaciji, končni sprejemnik elektronov pa je v večini primerov anorganska molekula.

Bistvena lastnost, ki omogoča dihalne procese, je prisotnost transportne verige elektronov. Pri aerobnem dihanju je končni sprejemnik elektronov molekula kisika.

V normalnih pogojih so ta "goriva" ogljikovi hidrati ali ogljikovi hidrati ter maščobe ali lipidi. Ker se telo zaradi pomanjkanja hrane spusti v negotove razmere, se zateče k uporabi beljakovin, da skuša zadovoljiti svoje energijske potrebe.

Beseda dihanje je del našega besedišča v vsakdanjem življenju. Dejanje zapiranja zraka v naša pljuča, v nenehnih ciklih izdihov in vdihov, imenujemo dihanje.

Vendar v formalnem kontekstu znanosti o življenju takšno delovanje označujemo z izrazom prezračevanje. Tako se izraz dihanje uporablja za označevanje procesov, ki potekajo na celični ravni.

Procesi (faze)

Faze aerobnega dihanja vključujejo korake, potrebne za črpanje energije iz organskih molekul - v tem primeru bomo opisali primer molekule glukoze kot dihalnega goriva - dokler ne pride do sprejemnika kisika.

Ta zapletena metabolična pot je razdeljena na glikolizo, Krebsov cikel in elektronsko transportno verigo:

Glikoliza

Slika 1: glikoliza proti glukoneogenezi. Vključene reakcije in encimi.

Prvi korak pri razgradnji glukoznega monomera je glikoliza, imenovana tudi glikoliza. Ta korak ne potrebuje kisika neposredno, prisoten pa je v skoraj vseh živih stvareh.

Cilj te presnovne poti je cepitev glukoze v dve molekuli pirvične kisline, pridobivanje dveh molekul neto energije (ATP) in reduciranje dveh molekul NAD ⁺ .

Ob prisotnosti kisika lahko pot nadaljujemo do Krebsovega cikla in elektronske transportne verige. Če kisika ni, bi molekule sledile fermentacijski poti. Z drugimi besedami, glikoliza je običajna metabolična pot za aerobno in anaerobno dihanje.

Pred Krebsovim ciklom mora priti do oksidacijske dekarboksilacije pirvične kisline. Ta korak posreduje zelo pomemben encimski kompleks, imenovan piruvat dehidrogenaza, ki izvaja prej omenjeno reakcijo.

Tako piruvat postane acetilni radikal, ki ga pozneje zajame koencim A, ki je odgovoren za njegovo prenašanje v Krebsov cikel.

Krebsov cikel

Krebsov cikel, znan tudi kot cikel citronske kisline ali cikel trikarboksilne kisline, je sestavljen iz niza biokemičnih reakcij, kataliziranih s specifičnimi encimi, ki poskušajo postopoma sprostiti kemično energijo, shranjeno v acetilnem koencimu A.

Gre za pot, ki popolnoma oksidira molekulo piruvata in se pojavi v matriksu mitohondrijev.

Ta cikel temelji na vrsti oksidacijskih in redukcijskih reakcij, ki potencialno energijo v obliki elektronov prenašajo na elemente, ki jih sprejmejo, zlasti na molekulo NAD ⁺ .

Povzetek Krebsovega cikla

Vsaka molekula pirovične kisline se razgradi na ogljikov dioksid in dvo-ogljikovo molekulo, znano kot acetilna skupina. Z zvezo na koencim A (omenjen v prejšnjem razdelku) nastane kompleks acetilni koencim A.

Dva ogljika piruvične kisline vstopata v cikel, kondenzirata z oksaloacetatom in tvorita molekulo šest-ogljikovega citrata. Tako pride do oksidativnih stopničnih reakcij. Citrat se vrne v oksaloacetat s teoretično proizvodnjo 2 molov ogljikovega dioksida, 3 molov NADH, 1 FADH ₂ in 1 mola GTP.

Ker se pri glikolizi tvorita dve molekuli piruvata, ena molekula glukoze vključuje dve vrtljaji Krebsovega cikla.

Transportna veriga elektronov

Elektronsko transportno verigo sestavlja zaporedje beljakovin, ki lahko izvajajo oksidacijske in redukcijske reakcije.

Prehod elektronov skozi te beljakovinske komplekse povzroči postopno sproščanje energije, ki jo kasneje pri ustvarjanju ATP uporabljajo kemoosmotiki. Pomembno je, da je zadnja verižna reakcija nepovratnega tipa.

V evkariontskih organizmih, ki imajo podcelične predelke, so elementi transporterne verige zasidrani na membrani mitohondrijev. V prokariotih, ki nimajo teh predelkov, se elementi verige nahajajo v plazemski membrani celice.

Reakcije te verige vodijo do nastanka ATP, z energijo, pridobljeno s premeščanjem vodika skozi transporterje, dokler ne pride do končnega sprejemnika: kisika, reakcije, ki proizvaja vodo.

Razredi molekul nosilcev

Verigo sestavljajo tri različice transporterjev. Prvi razred so flavoproteini, za katere je značilna prisotnost flavina. Ta vrsta transporterja lahko izvaja dve vrsti reakcij, tako redukcijsko kot oksidacijsko.

Drugo vrsto sestavljajo citokromi. Ti proteini imajo skupino hema (kot hemoglobin), ki lahko predstavlja različna oksidacijska stanja.

Zadnji razred prenašalcev je ubikinon, znan tudi kot koencim Q. Te molekule niso beljakovinske narave.

Organizmi z aerobnim dihanjem

Večina živih organizmov ima dihanje aerobnega tipa. Značilen je za evkariontske organizme (bitja, ki imajo v svojih celicah resnično jedro, ločeno z membrano). Vse živali, rastline in glive dihajo aerobno.

Živali in glive so heterotrofni organizmi, kar pomeni, da je treba v prehrani aktivno porabiti "gorivo", ki bo uporabljeno v metabolični poti dihanja. V nasprotju z rastlinami, ki so sposobne proizvajati svojo hrano s pomočjo fotosinteze.

Nekateri rodovi prokariotov potrebujejo tudi kisik za dihanje. Konkretno obstajajo stroge aerobne bakterije - torej rastejo le v okolju, bogatem s kisikom, na primer psevomonami.

Drugi rodovi bakterij lahko spreminjajo svoj metabolizem iz aerobnega v anaerobni na podlagi okoljskih razmer, kot so salmonele. Za prokariote je pomembna značilnost njihove aerobne ali anaerobne razvrstitve.

Razlike od anaerobnega dihanja

Nasproten postopek aerobnemu dihanju je anaerobni način. Najbolj očitna razlika med obema je uporaba kisika kot končnega sprejemnika elektronov. Pri anaerobnem dihanju kot akceptorji uporabljajo druge anorganske molekule.

Poleg tega je pri anaerobnem dihanju končni produkt reakcij molekula, ki še vedno lahko oksidira. Na primer, mlečna kislina, ki nastane v mišicah med fermentacijo. V nasprotju s tem sta končna produkta aerobnega dihanja ogljikov dioksid in voda.

Razlike so tudi z energijskega vidika. V anaerobni poti nastajata samo dve molekuli ATP (kar ustreza glikolitični poti), medtem ko je pri aerobnem dihanju končno produkt približno 38 molekul ATP - kar je pomembna razlika.

Reference

1. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemija. Šesta izdaja. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Vabilo na biologijo. Šesta izdaja. Buenos Aires: Panaameriška medicina.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas hipologije vretenčarjev. Nacionalna avtonomna univerza v Mehiki. Stran 173.
4. Hall, J. (2011). Pogodba o medicinski fiziologiji. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). Uvod v praktično biotehnologijo. New Delhi: Mediji požarnega zida.
6. Hill, R. (2006). Fiziologija živali. Madrid: Panaameriška medicina.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Osnove fiziologije. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., in Röhm, KH (2005). Biokemija: besedilo in atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Besedilo biokemije za študente medicine. Šesta izdaja. Mehika: JP Medical Ltd.