AEROBIK SOLUNUM: ÖZELLIKLER, AŞAMALAR VE ORGANIZMALAR - BIYOLOJI - 2024

Aerobik solunum esas olarak glikoz - - son elektron alıcı oksijen olduğu oksidasyon reaksiyonları, bir dizi ya da aerobik organik moleküllerin enerji elde içeren biyolojik bir süreçtir.

Bu süreç, organik varlıkların büyük çoğunluğunda, özellikle ökaryotlarda mevcuttur. Tüm hayvanlar, bitkiler ve mantarlar aerobik olarak nefes alır. Ek olarak, bazı bakteriler de aerobik metabolizma sergiler.

Ökaryotlarda hücresel solunum için mekanizma mitokondriye yerleştirilmiştir.
Kaynak: Ulusal İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü (NHGRI), Bethesda, MD, ABD, Wikimedia Commons aracılığıyla

Genel olarak, glikoz molekülünden enerji elde etme süreci glikoliz (bu adım hem aerobik hem de anaerobik yollarda yaygındır), Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri olarak ikiye ayrılır.

Aerobik solunum kavramı, anaerobik solunuma karşıdır. İkincisinde, elektronların son alıcısı, oksijenden farklı bir başka inorganik maddedir. Bazı prokaryotların tipik bir örneğidir.

Oksijen nedir?

Aerobik solunum sürecini tartışmadan önce, oksijen molekülünün belirli yönlerini bilmek gerekir.

Periyodik tabloda O harfi ve atom numarası 8 ile temsil edilen kimyasal bir elementtir. Standart sıcaklık ve basınç koşulları altında, oksijen çiftler halinde bağlanarak dioksijen molekülünü meydana getirme eğilimindedir.

İki oksijen atomundan oluşan bu gazın rengi, kokusu veya tadı yoktur ve O ₂ formülüyle temsil edilir . Atmosferde önemli bir bileşendir ve yeryüzündeki çoğu yaşam formunu sürdürmek için gereklidir.

Oksijenin gaz halindeki yapısı sayesinde molekül, hücre zarlarını serbestçe geçebilir - hem hücreyi hücre dışı ortamdan ayıran dış zar, hem de mitokondri dahil olmak üzere hücre altı bölmelerin zarları.

Solunum özellikleri

Hücreler, diyetimiz aracılığıyla sindirdiğimiz molekülleri bir tür solunum “yakıtı” olarak kullanır.

Hücresel solunum, parçalanacak moleküllerin oksidasyona uğradığı ve elektronların son alıcısının çoğu durumda inorganik bir molekül olduğu ATP molekülleri formundaki enerji üreten süreçtir.

Solunum işlemlerinin gerçekleşmesine izin veren temel bir özellik, bir elektron taşıma zincirinin varlığıdır. Aerobik solunumda, elektronlar için son alıcı oksijen molekülüdür.

Normal koşullar altında, bu "yakıtlar" karbonhidratlar veya karbonhidratlar ve yağlar veya lipitlerdir. Vücut, besin eksikliği nedeniyle tehlikeli koşullara girdiğinde, enerji taleplerini karşılamaya çalışmak için protein kullanımına başvurur.

Solunum kelimesi, günlük yaşamdaki kelime dağarcığımızın bir parçasıdır. Sürekli ekshalasyon ve inhalasyon döngülerinde akciğerlerimize hava alma eylemine solunum diyoruz.

Bununla birlikte, yaşam bilimlerinin resmi bağlamında, bu tür eylem havalandırma terimi ile tanımlanır. Bu nedenle, solunum terimi, hücresel düzeyde gerçekleşen süreçleri ifade etmek için kullanılır.

Süreçler (aşamalar)

Aerobik solunum aşamaları, oksijen alıcısına ulaşana kadar organik moleküllerden enerji elde etmek için gerekli adımları içerir - bu durumda glikoz molekülünün durumunu solunum yakıtı olarak tanımlayacağız - oksijen alıcısına ulaşana kadar.

Bu karmaşık metabolik yol, glikoliz, Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri olarak ikiye ayrılır:

Glikoliz

Şekil 1: glikoliz ve glukoneojenez. İlgili reaksiyonlar ve enzimler.

Glikoz monomerinin parçalanmasındaki ilk adım, glikoliz olarak da adlandırılan glikolizdir. Bu adım doğrudan oksijene ihtiyaç duymaz ve hemen hemen tüm canlılarda mevcuttur.

Bu metabolik yolun amacı, glikozun iki pirüvik asit molekülüne bölünmesi, iki net enerji molekülü (ATP) elde edilmesi ve iki NAD ⁺ molekülünün azaltılmasıdır .

Oksijen varlığında, yol Krebs döngüsüne ve elektron taşıma zincirine devam edebilir. Oksijenin olmaması durumunda, moleküller fermantasyon yolunu izleyecektir. Başka bir deyişle, glikoliz, aerobik ve anaerobik solunum için ortak bir metabolik yoldur.

Krebs döngüsünden önce, piruvik asidin oksidatif dekarboksilasyonu gerçekleşmelidir. Bu aşamaya, yukarıda bahsedilen reaksiyonu gerçekleştiren piruvat dehidrojenaz adı verilen çok önemli bir enzim kompleksi aracılık eder.

Böylece piruvat, daha sonra onu Krebs döngüsüne taşımaktan sorumlu olan koenzim A tarafından yakalanan bir asetil radikali haline gelir.

Krebs döngüsü

Sitrik asit döngüsü veya trikarboksilik asit döngüsü olarak da bilinen Krebs döngüsü, asetil koenzim A'da depolanan kimyasal enerjiyi kademeli olarak serbest bırakmaya çalışan belirli enzimler tarafından katalize edilen bir dizi biyokimyasal reaksiyondan oluşur.

Piruvat molekülünü tamamen oksitleyen ve mitokondri matriksinde meydana gelen bir yoldur.

Bu döngü, elektron formundaki potansiyel enerjiyi onları kabul eden elementlere, özellikle NAD ⁺ molekülüne aktaran bir dizi oksidasyon ve indirgeme reaksiyonuna dayanır .

Krebs döngüsünün özeti

Her piruvik asit molekülü, karbondioksite ve asetil grubu olarak bilinen iki karbonlu bir moleküle parçalanır. Koenzim A ile birleşmeyle (önceki bölümde bahsedilmiştir) asetil koenzim A kompleksi oluşur.

İki piruvik asit karbonu döngüye girer, oksaloasetat ile yoğunlaşır ve altı karbonlu bir sitrat molekülü oluşturur. Böylece, oksidatif adım reaksiyonları meydana gelir. Sitrat, teorik olarak 2 mol karbon dioksit, 3 mol NADH, 1 FADH ₂ ve 1 mol GTP üretimi ile oksaloasetata geri döner .

Glikolizde iki piruvat molekülü oluştuğundan, bir glikoz molekülü Krebs döngüsünün iki devrini içerir.

Elektron taşıma zinciri

Bir elektron taşıma zinciri, oksidasyon ve indirgeme reaksiyonlarını gerçekleştirme kabiliyetine sahip bir protein dizisinden oluşur.

Elektronların bu protein komplekslerinden geçişi, daha sonra kemoozmotikler tarafından ATP'nin oluşturulmasında kullanılan kademeli bir enerji salınımı ile sonuçlanır. Önemli olarak, son zincir reaksiyonu geri döndürülemez tiptedir.

Hücre altı bölmeleri olan ökaryotik organizmalarda, taşıyıcı zincirinin elemanları mitokondrinin zarına tutturulur. Bu bölmelerden yoksun olan prokaryotlarda, zincirin elemanları hücrenin plazma zarında bulunur.

Bu zincirin reaksiyonları, hidrojenin taşıyıcılar aracılığıyla yer değiştirmesiyle elde edilen enerji yoluyla ATP'nin oluşumuna yol açar, ta ki nihai alıcıya ulaşana kadar: oksijen, su üreten bir reaksiyon.

Taşıyıcı molekül sınıfları

Zincir, üç çeşit konveyörden oluşur. Birinci sınıf, flavin varlığı ile karakterize edilen flavoproteinlerdir. Bu tip taşıyıcı, alternatif olarak hem indirgeme hem de oksidasyon olmak üzere iki tip reaksiyon gerçekleştirebilir.

İkinci tip sitokromlardan oluşur. Bu proteinler, farklı oksidasyon durumları gösterebilen bir hem grubuna (hemoglobininki gibi) sahiptir.

Taşıyıcının son sınıfı, koenzim Q olarak da bilinen ubikinondur. Bu moleküller doğada protein değildir.

Aerobik solunumu olan organizmalar

Çoğu canlı organizmanın aerobik tipte solunumu vardır. Ökaryotik organizmalar için tipiktir (hücrelerinde gerçek bir çekirdeğe sahip, bir zarla sınırlanmış varlıklar). Tüm hayvanlar, bitkiler ve mantarlar aerobik olarak nefes alır.

Hayvanlar ve mantarlar heterotrofik organizmalardır, yani solunumun metabolik yolunda kullanılacak "yakıt" diyette aktif olarak tüketilmelidir. Fotosentez yoluyla kendi besinlerini üretme kabiliyetine sahip olan bitkilerin aksine.

Bazı prokaryot cinsleri de solunum için oksijene ihtiyaç duyar. Spesifik olarak, katı aerobik bakteriler vardır - yani sadece psödomonas gibi oksijen bakımından zengin ortamlarda büyürler.

Diğer bakteri türleri, metabolizmalarını salmonellae gibi çevresel koşullara bağlı olarak aerobikten anaerobiye değiştirme yeteneğine sahiptir. Prokaryotlarda aerobik veya anaerobik olmaları, sınıflandırılmaları için önemli bir özelliktir.

Anaerobik solunumdan farklılıklar

Aerobik solunuma zıt süreç anaerobik moddur. İkisi arasındaki en belirgin fark, son elektron alıcısı olarak oksijenin kullanılmasıdır. Anaerobik solunum, diğer inorganik molekülleri alıcı olarak kullanır.

Ayrıca, anaerobik solunumda reaksiyonların son ürünü, hala oksitlenmeye devam etme potansiyeline sahip bir moleküldür. Örneğin fermantasyon sırasında kaslarda laktik asit oluşur. Aksine, aerobik solunumun son ürünleri karbondioksit ve sudur.

Enerji açısından da farklılıklar vardır. Anaerobik yolda, sadece iki ATP molekülü üretilir (glikolitik yola karşılık gelir), aerobik solunumda ise son ürün genellikle yaklaşık 38 ATP molekülüdür - bu önemli bir farktır.

Referanslar

1. Campbell, MK ve Farrell, SO (2011). Biyokimya. Altıncı baskı. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Biyolojiye Davet. Altıncı baskı. Buenos Aires: Pan-Amerikan Tıp.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Omurgalı Histolojisi Atlası. Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi. Sayfa 173.
4. Hall, J. (2011). Tıbbi Fizyoloji Antlaşması. New York: Elsevier Sağlık Bilimleri.
5. Harisha, S. (2005). Pratik Biyoteknolojiye Giriş. Yeni Delhi: Güvenlik Duvarı Ortamı.
6. Hill, R. (2006). Hayvan Fizyolojisi. Madrid: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Fizyolojinin Temelleri. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J. ve Röhm, KH (2005). Biyokimya: metin ve atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. ve Sreekumari S. (2012). Tıp Öğrencileri için Biyokimya Metni. Altıncı baskı. Meksika: JP Medical Ltd.