De cellandningen det är en process som genererar energi i form av ATP (adenosintrifosfat). Därefter riktas denna energi till andra cellulära processer. Under detta fenomen genomgår molekylerna oxidation och den slutliga acceptorn av elektronerna är i de flesta fall en oorganisk molekyl..
Arten av den slutliga elektronacceptorn beror på typen av andning hos den studerade organismen. I aerober - som Homo sapiens - är den slutliga elektronacceptorn syre. Däremot kan syre vara giftigt för anaeroba andningsskydd. I det senare fallet är den slutliga acceptorn en annan oorganisk molekyl än syre..
Aerob andning har studerats ingående av biokemister och består av två steg: Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan..
I eukaryota organismer är alla maskiner som krävs för att andningen ska äga rum inuti mitokondrier, både i mitokondriell matris och i membransystemet i denna organell..
Maskineriet består av enzymer som katalyserar reaktionerna i processen. Den prokaryota släkten kännetecknas av frånvaron av organeller; av denna anledning sker andning i specifika regioner i plasmamembranet som simulerar en miljö som liknar mitokondriernas miljö.
Artikelindex
Inom området fysiologi har termen "andning" två definitioner: lungandning och cellulär andning. När vi använder ordet andetag i vardagen hänvisar vi till den första typen.
Lungandning innefattar inandning och utandning, denna process resulterar i utbyte av gaser: syre och koldioxid. Den rätta termen för detta fenomen är "ventilation".
Däremot sker cellulär andning - som namnet antyder - inuti celler och är processen som ansvarar för att generera energi genom en elektrontransportkedja. Denna sista process är den som kommer att diskuteras i den här artikeln..
Cellandning sker i en komplex organell som kallas mitokondrion. Strukturellt är mitokondrier 1,5 mikrometer breda och 2 till 8 mikrometer långa. De kännetecknas av att de har sitt eget genetiska material och genom att dela med binär fission - vestigiala egenskaper hos deras endosymbiotiska ursprung..
De har två membran, en slät och en invändig med veck som bildar åsarna. Ju mer aktiv mitokondrierna är, desto fler åsar har den.
Det inre av mitokondrion kallas mitokondriell matris. I detta fack finns de enzymer, koenzymer, vatten och fosfater som är nödvändiga för andningsreaktioner.
Det yttre membranet möjliggör passage av de flesta små molekyler. Det är emellertid det inre membranet som faktiskt begränsar passagen genom mycket specifika transportörer. Permeabiliteten för denna struktur spelar en grundläggande roll i produktionen av ATP.
Enzymerna och andra komponenter som är nödvändiga för cellulär andning finns förankrade i membranen och fria i mitokondriell matris..
Därför kännetecknas celler som kräver en större mängd energi av att de har ett stort antal mitokondrier, i motsats till celler vars energibehov är lägre..
Till exempel har leverceller i genomsnitt 2500 mitokondrier, medan en muskelcell (mycket metaboliskt aktiv) innehåller ett mycket högre antal, och mitokondrierna av denna celltyp är större.
Dessutom finns dessa i de specifika regioner där energi behövs, till exempel kring spermiernas flagellum..
Logiskt sett behöver prokaryota organismer andas och de har inte mitokondrier - inte heller komplexa organeller som är karakteristiska för eukaryoter. Av denna anledning sker andningsprocessen i små invaginationer av plasmamembranet, analogt med vad som sker i mitokondrier..
Det finns två grundläggande typer av andning, beroende på molekylen som fungerade som elektronernas slutliga acceptor. I aerob andning är acceptorn syre, medan den i anaerob är en oorganisk molekyl - även om acceptorn i några få specifika fall är en organisk molekyl. Vi kommer att beskriva var och en i detalj nedan:
I aeroba andningsorganismer är den slutliga elektronacceptorn syre. Stegen som inträffar är indelade i Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan.
Den detaljerade förklaringen av reaktionerna som sker på dessa biokemiska vägar kommer att utvecklas i nästa avsnitt.
Den slutliga acceptorn består av en annan molekyl än syre. Mängden ATP som genereras av anaerob andning beror på flera faktorer, inklusive organismen som studeras och den använda vägen..
Energiproduktionen är emellertid alltid högre vid aerob andning, eftersom Krebs-cykeln bara fungerar delvis och inte alla transportmolekyler i kedjan deltar i andningen.
Av denna anledning är tillväxten och utvecklingen av anaeroba individer betydligt mindre än aeroba..
I vissa organismer är syre giftigt och de kallas strikta anaerober. Det mest kända exemplet är det av bakterier som orsakar tetanus och botulism: Clostridium.
Dessutom finns det andra organismer som kan växla mellan aerob och anaerob andning och kallar sig fakultativa anaerober. Med andra ord använder de syre när det passar dem och i avsaknad av det tillgriper de anaerob andning. Till exempel den välkända bakterien Escherichia coli har denna ämnesomsättning.
Vissa bakterier kan använda nitratjonen (NO3-) som slutlig elektronacceptor, såsom släktena av Pseudomonas Y Bacill. Nämnda jon kan reduceras till nitritjon, dikväveoxid eller kvävgas.
I andra fall består den slutliga acceptorn av sulfatjonen (SO4två-) som ger upphov till vätesulfid och använder karbonat för att bilda metan. Släktet av bakterier Desulfovibrio är ett exempel på denna typ av acceptor.
Denna mottagning av elektroner i nitrat- och sulfatmolekyler är avgörande i de biogeokemiska cyklerna för dessa föreningar - kväve och svavel..
Glykolys är en väg före cellulär andning. Det börjar med en glukosmolekyl och slutprodukten är pyruvat, en trekolmolekyl. Glykolys äger rum i cellens cytoplasma. Denna molekyl måste kunna komma in i mitokondrierna för att fortsätta nedbrytningen.
Pyruvat kan diffundera genom koncentrationsgradienter in i organellen genom membranets porer. Slutdestinationen är mitokondriernas matris.
Innan det första steget i cellulär andning genomgår pyruvatmolekylen vissa modifieringar.
Först reagerar det med en molekyl som kallas koenzym A. Varje pyruvat klyvs i koldioxid och acetylgruppen, som binder till koenzym A, vilket ger upphov till aceylkoenzym A-komplexet..
I denna reaktion överförs två elektroner och en vätejon till NADP+, vilket ger NADH och katalyseras av pyruvatdehydrogenasenzymkomplexet. Reaktionen kräver en serie medfaktorer.
Efter denna modifiering börjar de två stegen inom andningen: Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan..
Krebs-cykeln är en av de viktigaste cykliska reaktionerna inom biokemi. Det är också känt i litteraturen som citronsyracykel eller trikarboxylsyracykel (TCA).
Det namnges för att hedra dess upptäckare: den tyska biokemisten Hans Krebs. 1953 tilldelades Krebs Nobelpriset för denna upptäckt som markerade biokemifältet..
Syftet med cykeln är den gradvisa frisättningen av energin i acetylkoenzym A. Den består av en serie oxidations- och reduktionsreaktioner som överför energi till olika molekyler, främst NAD+.
För varje två molekyler acetylkoenzym A som går in i cykeln frigörs fyra koldioxidmolekyler, sex molekyler NADH och två av FADH genereras.två. Kompaniettvå det släpps ut i atmosfären som ett avfall från processen. GTP genereras också.
Eftersom denna väg deltar i både anabola (molekylsyntes) och kataboliska (molekylnedbrytning) processer kallas den "amfibolisk".
Cykeln börjar med fusion av en acetylkoenzym A-molekyl med en oxaloacetatmolekyl. Denna union ger upphov till en sexkolmolekyl: citrat. Således frigörs koenzym A. Det återanvänds faktiskt många gånger. Om det finns mycket ATP i cellen förhindras detta steg.
Ovanstående reaktion kräver energi och erhåller den från brytningen av högenergibindningen mellan acetylgruppen och koenzym A.
Citrat omvandlas till cis-aconitat och omvandlas till isocitrat av enzymet aconitase. Nästa steg är omvandlingen av isocitrat till alfa-ketoglutarat av dehydrerat isocitrat. Detta steg är relevant eftersom det leder till minskning av NADH och frigör koldioxid..
Alfa-ketoglutarat omvandlas till succinylkoenzym A med alfa-ketoglutarat-dehydrogenas, som använder samma kofaktorer som pyruvatkinas. NADH genereras också i detta steg och, som det initiala steget, inhiberas av överskott av ATP..
Nästa produkt är succinat. I sin produktion sker bildandet av GTP. Succinatet blir fumerat. Denna reaktion ger FADH. Fumarat blir i sin tur malat och slutligen oxaloacetat.
Elektrontransportkedjan syftar till att ta elektronerna från de föreningar som genererats i tidigare steg, såsom NADH och FADHtvå, som har en hög energinivå och leder dem till en lägre energinivå.
Denna minskning av energi sker steg för steg, det vill säga den inträffar inte plötsligt. Den består av en serie steg där redoxreaktioner uppstår.
Huvudkomponenterna i kedjan är komplex bildade av proteiner och enzymer kopplade till cytokromer: metalloporfyriner av hemtyp.
Cytokromer är ganska lika när det gäller deras struktur, även om var och en har en specificitet som gör att den kan utföra sin specifika funktion inom kedjan och sjunga elektroner på olika energinivåer..
Elektronernas rörelse genom andningskedjan till lägre nivåer ger frisättning av energi. Denna energi kan användas i mitokondrierna för att syntetisera ATP, i en process som kallas oxidativ fosforylering..
Under lång tid var mekanismen för ATP-bildning i kedjan en gåta tills biokemisten Peter Mitchell föreslog kemosmotisk koppling.
I detta fenomen upprättas en protongradient över det inre mitokondriella membranet. Energin i detta system frigörs och används för att syntetisera ATP.
Som vi såg bildas inte ATP direkt i Krebs-cykeln utan i elektrontransportkedjan. För varannan elektron som passerar från NADH till syre sker syntesen av tre ATP-molekyler. Denna uppskattning kan variera något beroende på den litteratur som konsulterats..
På samma sätt, för varannan elektron som passerar från FADHtvå, två ATP-molekyler bildas.
Huvudfunktionen för cellulär andning är genereringen av energi i form av ATP för att kunna rikta den till cellens funktioner..
Både djur och växter behöver extrahera den kemiska energi som finns i de organiska molekylerna de använder för mat. När det gäller grönsaker är dessa molekyler de sockerarter som växten själv syntetiserar med användning av solenergi i den berömda fotosyntetiska processen..
Djur, å andra sidan, kan inte syntetisera sin egen mat. Således konsumerar heterotrofer mat i kosten - som vi, till exempel. Oxidationsprocessen är ansvarig för att utvinna energi från maten.
Vi bör inte förväxla fotosyntesens funktioner med andningsfunktionerna. Växter, som djur, andas också. Båda processerna kompletterar varandra och bibehåller dynamiken i den levande världen.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.