แอโรบิกลักษณะการหายใจระยะและสิ่งมีชีวิต

การหายใจแบบใช้ออกซิเจน หรือแอโรบิกเป็นกระบวนการทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับการรับพลังงานจากโมเลกุลอินทรีย์ - ส่วนใหญ่กลูโคส - ผ่านชุดของปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ตัวรับสุดท้ายของอิเล็กตรอนคือออกซิเจน.

กระบวนการนี้มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตอินทรีย์ส่วนใหญ่โดยเฉพาะยูคาริโอต สัตว์พืชและเชื้อราทั้งหมดหายใจแอโรบิก นอกจากนี้แบคทีเรียบางชนิดก็มีกระบวนการเผาผลาญแอโรบิก.

โดยทั่วไปกระบวนการรับพลังงานจากโมเลกุลกลูโคสจะถูกแบ่งออกเป็น glycolysis (ขั้นตอนนี้เป็นเรื่องธรรมดาในเส้นทางแอโรบิกและแบบไม่ใช้ออกซิเจน) วงจร Krebs และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน.

แนวคิดของการหายใจแบบแอโรบิคนั้นตรงกันข้ามกับการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน ในตอนหลังตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายเป็นสารอนินทรีย์อื่นนอกเหนือจากออกซิเจน มันเป็นเรื่องปกติของโปรคาริโอตบ้าง.

ดัชนี

• 1 ออกซิเจนคืออะไร?
• 2 ลักษณะของการหายใจ
• 3 กระบวนการ (ขั้นตอน)
  • 3.1 กลูโคส
  • 3.2 Krebs cycle
  • 3.3 สรุปวงจร Krebs
  • 3.4 ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน
  • 3.5 ชั้นเรียนของโมเลกุลขนย้าย
• 4 สิ่งมีชีวิตที่มีระบบหายใจแบบใช้ออกซิเจน
• 5 ความแตกต่างกับการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน
• 6 อ้างอิง

ออกซิเจนคืออะไร?

ก่อนพูดคุยเกี่ยวกับกระบวนการช่วยหายใจแบบแอโรบิคจำเป็นต้องรู้บางแง่มุมของโมเลกุลออกซิเจน.

มันเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่แสดงในตารางธาตุด้วยตัวอักษร O และเลขอะตอม 8 ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานของอุณหภูมิและความดันออกซิเจนมีแนวโน้มที่จะผูกเป็นคู่ทำให้เกิดโมเลกุลไดออกซิน.

ก๊าซนี้ซึ่งเกิดจากสองอะตอมคือออกซิเจนไม่มีสีไม่มีกลิ่นหรือรสชาดและแสดงโดยสูตร O₂. ในชั้นบรรยากาศมันเป็นองค์ประกอบที่โดดเด่นและจำเป็นต่อการดำรงชีวิตส่วนใหญ่ในโลก.

ขอบคุณธรรมชาติของก๊าซออกซิเจนโมเลกุลจึงสามารถเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างอิสระ - ทั้งเยื่อหุ้มชั้นนอกที่แยกเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ของเซลล์ย่อยในหมู่ไมโตคอนเดรีย.

ลักษณะของการหายใจ

เซลล์ใช้โมเลกุลที่เรากลืนเข้าไปในอาหารเพื่อเป็น "เชื้อเพลิง" ทางเดินหายใจ.

Cellular respiration คือกระบวนการสร้างพลังงานในรูปของ ATP molecules ซึ่งโมเลกุลที่จะสลายตัวนั้นเกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันและตัวรับสุดท้ายของอิเล็กตรอนคือในกรณีส่วนใหญ่โมเลกุลอนินทรีย์.

คุณสมบัติที่สำคัญที่ช่วยให้กระบวนการหายใจเป็นไปได้ว่ามีห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ในการหายใจแบบใช้ออกซิเจนตัวรับสุดท้ายของอิเล็กตรอนคือโมเลกุลออกซิเจน.

ภายใต้สภาวะปกติ "เชื้อเพลิง" เหล่านี้คือคาร์โบไฮเดรตหรือคาร์โบไฮเดรตและไขมันหรือไขมัน เมื่อร่างกายเข้าสู่สภาวะล่อแหลมอันเนื่องมาจากการขาดอาหารมันก็หันไปใช้โปรตีนเพื่อตอบสนองความต้องการพลังของมัน.

การหายใจคำเป็นส่วนหนึ่งของคำศัพท์ของเราในชีวิตประจำวัน การกระทำของการรับอากาศในปอดของเราในรอบต่อเนื่องของการหายใจออกและการสูดดมที่เราเรียกว่าการหายใจ.

อย่างไรก็ตามในบริบทที่เป็นทางการของวิทยาศาสตร์ชีวภาพการกระทำนี้ถูกกำหนดโดยคำว่าการระบายอากาศ ดังนั้นการหายใจคำที่ใช้ในการอ้างถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นในระดับเซลล์.

กระบวนการ (ขั้นตอน)

ขั้นตอนของการหายใจแบบแอโรบิคเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่จำเป็นในการดึงพลังงานจากโมเลกุลอินทรีย์ - ในกรณีนี้เราจะอธิบายถึงกรณีของกลูโคสโมเลกุลเป็นเชื้อเพลิงทางเดินหายใจจนกว่าจะถึงตัวรับออกซิเจน.

เส้นทางการเผาผลาญที่ซับซ้อนนี้แบ่งออกเป็น glycolysis, วงจร Krebs และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน:

glycolysis

ขั้นตอนแรกสำหรับการสลายตัวของกลูโคสโมโนเมอร์คือ glycolysis หรือที่เรียกว่า glycolysis ขั้นตอนนี้ไม่ต้องการออกซิเจนโดยตรงและมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด.

เป้าหมายของเส้นทางเมตาบอลิซึมนี้คือความแตกแยกของกลูโคสออกเป็นสองโมเลกุลของกรดไพรรูวิคการได้รับสองโมเลกุลของพลังงานสุทธิ (ATP) และการลดลงของสองโมเลกุลของ NAD⁺.

ในที่ที่มีออกซิเจนเส้นทางสามารถไปยังวงจร Krebs และห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน ในกรณีที่ขาดออกซิเจนโมเลกุลจะไปตามเส้นทางของการหมัก กล่าวอีกนัยหนึ่ง glycolysis เป็นเส้นทางการเผาผลาญทั่วไปของการหายใจแบบใช้ออกซิเจนและแบบไม่ใช้ออกซิเจน.

ก่อนวัฏจักร Krebs ต้องมี oxidative decarboxylation ของกรด pyruvic ขั้นตอนนี้เป็นสื่อกลางที่ซับซ้อนมากโดยเอนไซม์ที่เรียกว่า pyruvate dehydrogenase ซึ่งทำปฏิกิริยาดังกล่าวข้างต้น.

ดังนั้นไพรูเวตจึงกลายเป็นอนุมูลอะซิติลซึ่งถูกจับในภายหลังโดยโคเอนไซม์อะซึ่งรับผิดชอบในการเคลื่อนย้ายไปยังวงจร Krebs.

รอบ Krebs

วงจร Krebs หรือที่เรียกว่าวัฏจักรกรดซิตริกหรือวัฏจักรกรด tricarboxylic ประกอบด้วยชุดของปฏิกิริยาทางชีวเคมีเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์เฉพาะที่พยายามที่จะค่อยๆปล่อยพลังงานเคมีที่เก็บไว้ใน acetyl โคเอนไซม์.

มันเป็นเส้นทางที่ทำให้เกิดการรวมตัวของโมเลกุลไพรูเวตอย่างสมบูรณ์และเกิดขึ้นในเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย.

วงจรนี้ขึ้นอยู่กับชุดของปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดลงที่ถ่ายโอนพลังงานที่มีศักยภาพในรูปแบบของอิเล็กตรอนไปยังองค์ประกอบที่ยอมรับพวกเขาโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุล NAD⁺.

บทสรุปของวงจร Krebs

แต่ละโมเลกุลของกรด pyruvic จะถูกแบ่งออกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และโมเลกุลสองคาร์บอนที่รู้จักกันในชื่อกลุ่มอะเซทิลีน ด้วยการเชื่อมโยงกับโคเอนไซม์ A (ที่กล่าวถึงในหัวข้อก่อนหน้า) acetyl โคเอนไซม์ที่ซับซ้อนจะเกิดขึ้น.

กรด pyruvic ทั้งสองเข้าสู่วัฏจักรควบแน่นด้วย oxaloacetate และสร้างโมเลกุลซิเตรตหกคาร์บอน ดังนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาขั้นตอนออกซิเดชั่น ซิเตรตกลับไปที่ oxaloacetate ด้วยการผลิตเชิงทฤษฎีของ 2 โมลของคาร์บอนไดออกไซด์, 3 โมลของ NADH, 1 ของ FADH₂ และ 1 mol ของ GTP.

เมื่อโมเลกุลสองแห่งของไพรูเวทเกิดขึ้นใน glycolysis กลูโคสโมเลกุลนั้นเกี่ยวข้องกับการหมุนรอบสองรอบของวงจร Krebs.

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนประกอบด้วยลำดับของโปรตีนที่มีความสามารถในการทำปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลด.

ทางเดินของอิเล็กตรอนโดยคอมเพล็กซ์โปรตีนนั้นแปลเป็นพลังงานทีละน้อยซึ่งจะถูกใช้ในการสร้าง ATP chemosomotically มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าปฏิกิริยาสุดท้ายของห่วงโซ่เป็นประเภทกลับไม่ได้.

ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตซึ่งมีช่องเซลล์ subcellular องค์ประกอบของห่วงโซ่การขนส่งจะยึดกับเยื่อหุ้มเซลล์ของไมโทคอนเดรีย ในโปรคาริโอตซึ่งขาดองค์ประกอบดังกล่าวองค์ประกอบของห่วงโซ่จะอยู่ในเมมเบรนพลาสมาของเซลล์.

ปฏิกิริยาของสายโซ่นี้นำไปสู่การก่อตัวของ ATP โดยพลังงานที่ได้จากการกำจัดไฮโดรเจนโดยผู้ขนส่งจนกระทั่งมันไปถึงตัวรับสุดท้าย: ออกซิเจนปฏิกิริยาที่ผลิตน้ำ.

ชั้นเรียนของโมเลกุลขนย้าย

โซ่ประกอบด้วยสามตัวแปรลำเลียง ชั้นแรกคือ flavoproteins โดดเด่นด้วยการปรากฏตัวของ flavin เครื่องลำเลียงชนิดนี้สามารถทำปฏิกิริยาสองประเภททั้งการลดและการออกซิเดชั่.

ประเภทที่สองนั้นเกิดจากไซโตโครม โปรตีนเหล่านี้มีกลุ่ม heme (เช่นเดียวกับฮีโมโกลบิน) ซึ่งสามารถมีสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกัน.

ชั้นสุดท้ายของการขนย้ายคือ ubiquinone หรือที่รู้จักกันในชื่อโคเอ็นไซม์คิวโมเลกุลเหล่านี้ไม่ใช่โปรตีนในธรรมชาติ.

สิ่งมีชีวิตที่มีระบบหายใจแบบใช้ออกซิเจน

สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีการหายใจแบบแอโรบิก มันเป็นเรื่องปกติของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต (สิ่งมีชีวิตที่มีนิวเคลียสที่แท้จริงในเซลล์ของพวกเขาคั่นด้วยเมมเบรน) สัตว์พืชและเชื้อราทั้งหมดหายใจแอโรบิก.

สัตว์และเชื้อราเป็นสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกันซึ่งหมายความว่า "เชื้อเพลิง" ที่จะใช้ในเส้นทางการเผาผลาญของการหายใจจะต้องบริโภคในอาหาร ตรงกันข้ามกับพืชที่มีความสามารถในการผลิตอาหารของตัวเองโดยเส้นทางสังเคราะห์แสง.

โปรคาริโอตบางจำพวกต้องการออกซิเจนในการหายใจ โดยเฉพาะมีแบคทีเรียแอโรบิกที่เข้มงวด - นั่นคือพวกมันเติบโตในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนเช่น pseudomonas เท่านั้น.

แบคทีเรียประเภทอื่นมีความสามารถในการเปลี่ยนเมตาบอลิซึมจากแอโรบิกเป็นแอนแอโรบิกขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเช่นซัลโมเนลล่า ในโปรคาริโอตการแอโรบิคหรือแอนแอโรบิกเป็นลักษณะสำคัญสำหรับการจำแนกประเภท.

ความแตกต่างกับการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน

กระบวนการตรงกันข้ามกับการหายใจแบบใช้ออกซิเจนคือวิธีการแบบไม่ใช้ออกซิเจน ความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุดระหว่างสองคือการใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้าย Anaerobic respiration มีโมเลกุลอนินทรีย์อื่นเป็นตัวรับ.

นอกจากนี้ในการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของปฏิกิริยาเป็นโมเลกุลที่ยังคงมีศักยภาพในการออกซิไดซ์ต่อไป ตัวอย่างเช่นกรดแลคติกที่เกิดขึ้นในกล้ามเนื้อในระหว่างการหมัก ในทางตรงกันข้ามผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการหายใจแบบใช้ออกซิเจนคือคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ.

นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างจากมุมมองพลังงาน ในทางเดินหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนมีเพียงสองโมเลกุลของ ATP (ตรงกับ glycolytic pathway) ที่ถูกสร้างขึ้นในขณะที่การหายใจแบบใช้ออกซิเจนผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายโดยทั่วไปจะมีประมาณ 38 โมเลกุลของ ATP ซึ่งเป็นความแตกต่างที่สำคัญ.

การอ้างอิง

1. Campbell, M. K. , & Farrell, S. O. (2011). ชีวเคมี ฉบับที่หก. ทอมสัน บรูคส์ / โคล.
2. Curtis, H. (2006). ขอเชิญทางชีววิทยา. ฉบับที่หก บัวโนสไอเรส: Pan-American Medical.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). สมุดแผนที่ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง. มหาวิทยาลัยอิสระแห่งชาติเม็กซิโก หน้า 173.
4. Hall, J. (2011). สนธิสัญญาสรีรวิทยาการแพทย์. นิวยอร์ก: วิทยาศาสตร์สุขภาพของเอลส์เวียร์.
5. Harisha, S. (2005). ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีชีวภาพเชิงปฏิบัติ. นิวเดลี: สื่อไฟร์วอลล์.
6. ฮิลล์อาร์ (2549) สรีรวิทยาสัตว์ มาดริด: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B. , Martín, M. & Prieto, J. (2007). ฐานสรีรวิทยา. มาดริด: Tebar.
8. Koolman, J. , & Röhm, K. H. (2005). ชีวเคมี: ข้อความและแผนที่. Ed. Panamericana การแพทย์.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). เนื้อหาวิชาชีวเคมีสำหรับนักศึกษาแพทย์. ฉบับที่หก เม็กซิโก: JP Medical Ltd.