RESPIRAȚIA AEROBĂ: CARACTERISTICI, ETAPE ȘI ORGANISME - BIOLOGIE - 2025

Respirație aerobă sau aerob este un proces biologic care implică obținerea de energie de molecule organice - în principal glucoza - printr - o serie de reacții de oxidare, unde acceptor final de electroni este oxigen.

Acest proces este prezent în marea majoritate a ființelor organice, în special a eucariotei. Toate animalele, plantele și ciupercile respiră aerobic. În plus, unele bacterii prezintă, de asemenea, un metabolism aerob.

În eucariote, utilajul pentru respirație celulară este situat în mitocondrii.
Sursa: National Human Genome Research Institute (NHGRI) din Bethesda, MD, SUA, prin Wikimedia Commons

În general, procesul de obținere a energiei din molecula de glucoză este împărțit în glicoliză (această etapă este comună atât pe căile aerobe, cât și pe cele anaerobe), ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor.

Conceptul de respirație aerobă se opune respirației anaerobe. În acesta din urmă, acceptorul final al electronilor este o altă substanță anorganică, diferită de oxigen. Este tipic pentru unele procariote.

Ce este oxigenul?

Înainte de a discuta despre procesul de respirație aerobă, este necesar să cunoaștem anumite aspecte ale moleculei de oxigen.

Este un element chimic reprezentat în tabelul periodic cu litera O și numărul atomic 8. În condiții standard de temperatură și presiune, oxigenul tinde să se lege în perechi, dând naștere la molecula de dioxigen.

Acest gaz, format din doi atomi de oxigen, nu are culoare, miros sau gust și este reprezentat de formula O ₂ . În atmosferă, este o componentă proeminentă și este necesară pentru a susține cele mai multe forme de viață de pe pământ.

Datorită naturii gazoase a oxigenului, molecula este capabilă să traverseze liber membranele celulare - atât membrana externă care separă celula de mediul extracelular, cât și membranele compartimentelor subcelulare, inclusiv mitocondriile.

Caracteristici de respirație

Celulele folosesc moleculele pe care le ingerăm prin dieta noastră ca un fel de „combustibil” respirator.

Respirația celulară este procesul generator de energie, sub formă de molecule de ATP, unde moleculele care urmează să fie degradate suferă oxidare, iar acceptorul final al electronilor este, în majoritatea cazurilor, o moleculă anorganică.

O caracteristică esențială care permite desfășurarea proceselor de respirație este prezența unui lanț de transport de electroni. În respirația aerobă, acceptorul final pentru electroni este molecula de oxigen.

În condiții normale, acești „combustibili” sunt carbohidrați sau carbohidrați și grăsimi sau lipide. Deoarece organismul intră în condiții precare din cauza lipsei de hrană, recurge la utilizarea proteinelor pentru a încerca să-i satisfacă cerințele de energie.

Cuvântul respirație face parte din vocabularul nostru din viața de zi cu zi. Actul de a lua aer în plămâni, în cicluri continue de exhalații și inhalare, numim respirație.

Cu toate acestea, în contextul formal al științelor vieții, o astfel de acțiune este desemnată de termenul de ventilație. Astfel, termenul de respirație este utilizat pentru a face referire la procesele care au loc la nivel celular.

Procese (etape)

Etapele respirației aerobe implică etapele necesare extragerii energiei din moleculele organice - în acest caz vom descrie cazul moleculei de glucoză drept combustibil respirator - până când ajunge la acceptorul de oxigen.

Această cale metabolică complexă este împărțită în glicoliză, ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor:

glicoliză

Figura 1: glicoliză vs gluconeogeneză. Reacții și enzime implicate.

Primul pas în descompunerea monomerului glucozei este glicoliza, denumită și glicoliză. Acest pas nu necesită în mod direct oxigen și este prezent în practic toate lucrurile vii.

Scopul acestei căi metabolice este scindarea glucozei în două molecule de acid piruvic, obținerea a două molecule de energie netă (ATP) și reducerea a două molecule de NAD ⁺ .

În prezența oxigenului, calea poate continua până la ciclul Krebs și lanțul de transport al electronilor. În cazul în care absența oxigenului, moleculele ar urma calea de fermentare. Cu alte cuvinte, glicoliza este o cale metabolică obișnuită pentru respirația aerobă și anaerobă.

Înainte de ciclul Krebs, trebuie să apară decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic. Această etapă este mediată de un complex enzimatic foarte important, numit piruvat dehidrogenază, care realizează reacția menționată anterior.

Astfel, piruvatul devine un radical acetil care este ulterior capturat de coenzima A, care este responsabil de transportarea acestuia la ciclul Krebs.

Ciclul Krebs

Ciclul Krebs, cunoscut și sub denumirea de ciclul acidului citric sau ciclul acidului tricarboxilic, constă dintr-o serie de reacții biochimice catalizate de enzime specifice care încearcă să elibereze treptat energia chimică stocată în coenzima acetilică A.

Este o cale care oxidează complet molecula de piruvat și apare în matricea mitocondriilor.

Acest ciclu se bazează pe o serie de reacții de oxidare și reducere care transferă energia potențială sub formă de electroni către elemente care le acceptă, în special molecula NAD ⁺ .

Rezumatul ciclului Krebs

Fiecare moleculă de acid piruvic se descompune în dioxid de carbon și o moleculă cu doi carbon, cunoscută sub numele de grupă acetil. Odată cu unirea cu coenzima A (menționată în secțiunea precedentă), se formează un complex de acetil-coenzima A.

Cei doi carboni ai acidului piruvic intră în ciclu, se condensează cu oxaloacetat și formează o moleculă de citrat de șase carbon. Astfel, apar reacții de pas oxidativ. Citratul revine la oxaloacetat cu o producție teoretică de 2 moli de dioxid de carbon, 3 moli de NADH, 1 de FADH ₂ și 1 mol de GTP.

Deoarece două molecule de piruvat se formează în glicoliză, o moleculă de glucoză implică două revoluții ale ciclului Krebs.

Lanț de transport de electroni

Un lanț de transport de electroni este format dintr-o secvență de proteine ​​care au capacitatea de a efectua reacții de oxidare și reducere.

Trecerea electronilor prin aceste complexe proteice are ca rezultat o eliberare treptată de energie care este utilizată ulterior în generarea de ATP de către chimiosmotice. Important este că ultima reacție în lanț este de tip ireversibil.

În organismele eucariote, care au compartimente subcelulare, elementele lanțului transportor sunt ancorate la membrana mitocondriei. În procariote, care nu au aceste compartimente, elementele lanțului sunt localizate în membrana plasmatică a celulei.

Reacțiile acestui lanț duc la formarea ATP, prin energia obținută prin deplasarea hidrogenului prin transportoare, până la atingerea acceptorului final: oxigenul, o reacție care produce apă.

Clase de molecule purtătoare

Lanțul este format din trei variante de transportoare. Prima clasă sunt flavoproteinele, caracterizate prin prezența flavinului. Acest tip de transportor poate efectua, în mod alternativ, două tipuri de reacții, atât de reducere cât și de oxidare.

Al doilea tip este format din citocromuri. Aceste proteine ​​au o grupare heme (precum cea a hemoglobinei), care poate prezenta diferite stări de oxidare.

Ultima clasă de transportor este ubiquinona, cunoscută și sub denumirea de coenzima Q. Aceste molecule nu sunt proteice în natură.

Organisme cu respirație aerobă

Majoritatea organismelor vii au respirație de tip aerobic. Este tipic pentru organismele eucariote (ființe cu un nucleu adevărat în celulele lor, delimitate de o membrană). Toate animalele, plantele și ciupercile respiră aerobic.

Animalele și ciupercile sunt organisme heterotrofe, ceea ce înseamnă că „combustibilul” care va fi utilizat pe calea metabolică a respirației trebuie consumat activ în dietă. Spre deosebire de plante, care au capacitatea de a-și produce propria hrană prin fotosinteză.

Unele genuri de procariote au nevoie și de oxigen pentru respirația lor. Mai exact, există bacterii aerobe stricte - adică cresc numai în medii bogate în oxigen, cum ar fi pseudomonasele.

Alte genuri de bacterii au capacitatea de a-și schimba metabolismul de la aerobic la anaerob, pe baza condițiilor de mediu, cum ar fi salmonelele. În procariote, a fi aerobic sau anaerob este o caracteristică importantă pentru clasificarea lor.

Diferențe de respirația anaerobă

Procesul opus respirației aerobe este modul anaerob. Cea mai evidentă diferență între cei doi este utilizarea oxigenului ca acceptor final al electronilor. Respiratia anaeroba foloseste ca acceptori alte molecule anorganice.

Mai mult, în respirația anaerobă, produsul final al reacțiilor este o moleculă care are încă potențialul de a se oxida în continuare. De exemplu, acidul lactic format în mușchi în timpul fermentației. În schimb, produsele finale ale respirației aerobe sunt dioxidul de carbon și apa.

Există, de asemenea, diferențe din punct de vedere energetic. În calea anaerobă, sunt produse doar două molecule de ATP (corespunzătoare căii glicolitice), în timp ce în respirația aerobă produsul final este în general de aproximativ 38 de molecule de ATP - ceea ce este o diferență semnificativă.

Referințe

1. Campbell, MK și Farrell, SO (2011). Biochimie. Ediția a șasea. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Invitatie la biologie. Ediția a șasea. Buenos Aires: Medical Pan-American.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlasul Histologiei Vertebratelor. Universitatea Națională Autonomă din Mexic Pagina 173.
4. Hall, J. (2011). Tratat de fiziologie medicală. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). O introducere în biotehnologie practică. New Delhi: Firewall Media.
6. Hill, R. (2006). Fiziologia animalelor. Madrid: Medical Pan-American.
7. Iglesias, B., Martín, M. și Prieto, J. (2007). Bazele fiziologiei. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biochimie: text și atlas. Editura Medicală Panamericană.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Text de biochimie pentru studenții medicali. Ediția a șasea. Mexic: JP Medical Ltd.