AEROB ANDNING: EGENSKAPER, STADIER OCH ORGANISMER - BIOLOGI - 2025

Den aeroba andningen eller aerob är en biologisk process som involverar att erhålla energi av organiska molekyler - främst glukos - genom en serie oxidationsreaktioner, där den slutliga elektronacceptorn är syre.

Denna process finns i de allra flesta organiska varelser, särskilt eukaryoter. Alla djur, växter och svampar andas aerobt. Dessutom uppvisar vissa bakterier också aerob metabolism.

I eukaryoter finns maskinerna för cellulär andning i mitokondrierna.
Källa: National Human Genome Research Institute (NHGRI) från Bethesda, MD, USA, via Wikimedia Commons

I allmänhet är processen för att erhålla energi från glukosmolekylen uppdelad i glykolys (detta steg är vanligt i både de aeroba och anaeroba vägarna), Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan.

Begreppet aerob andning motsätter sig anaerob andning. I det senare är elektronernas slutliga acceptor en annan oorganisk substans som skiljer sig från syre. Det är typiskt för några prokaryoter.

Vad är syre?

Innan processen för aerob andning diskuteras, är det nödvändigt att känna till vissa aspekter av syremolekylen.

Det är ett kemiskt element som representeras i den periodiska tabellen med bokstaven O och atomnumret 8. Under normala förhållanden för temperatur och tryck tenderar syre att binda parvis, vilket ger upphov till dioxygenmolekylen.

Denna gas, som består av två syreatomer, har ingen färg, lukt eller smak, och representeras av formeln O ₂ . I atmosfären är det en framstående komponent och är nödvändig för att upprätthålla de flesta livsformer på jorden.

Tack vare syrgasens gasformiga natur kan molekylen fritt korsa cellmembranen - både det yttre membranet som skiljer cellen från den extracellulära miljön och membranen i de subcellulära facken, inklusive mitokondrier.

Andningsegenskaper

Celler använder molekylerna som vi äter via vår diet som ett slags andningsbränsle.

Cellulär andning är den energiproducerande processen, i form av ATP-molekyler, där molekylerna som ska brytas ned genomgår oxidation och den slutliga acceptorn för elektronerna är i de flesta fall en oorganisk molekyl.

En viktig funktion som gör att andningsprocesser kan äga rum är närvaron av en elektrontransportkedja. Vid aerob andning är den slutliga acceptorn för elektroner syre-molekylen.

Under normala förhållanden är dessa "bränslen" kolhydrater eller kolhydrater och fetter eller lipider. Eftersom kroppen går i osäkra förhållanden på grund av brist på mat, tillämpar den användningen av proteiner för att försöka tillfredsställa sina energibehov.

Ordet andning är en del av vårt ordförråd i vardagen. Handlingen att ta luft in i våra lungor, i kontinuerliga cykler av utandningar och inandningar, kallar vi andning.

I det formella sammanhanget för livsvetenskaper betecknas emellertid sådana åtgärder av termen ventilation. Således används termen andning för att hänvisa till processer som sker på cellnivå.

Processer (steg)

Stegen med aerob andning involverar de nödvändiga stegen för att extrahera energi från organiska molekyler - i detta fall kommer vi att beskriva fallet med glukosmolekylen som andningsbränsle - tills den når syreacceptorn.

Denna komplexa metabolsväg är uppdelad i glykolys, Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan:

glycolysis

Figur 1: glykolys kontra glukoneogenes. Reaktioner och enzymer involverade.

Det första steget i nedbrytningen av glukosmonomer är glykolys, även kallad glykolys. Detta steg kräver inte syre direkt, och det finns i praktiskt taget alla levande saker.

Målet med denna metabola väg är klyvningen av glukos i två molekyler av pyruvinsyra, erhållande av två nettenergimolekyler (ATP) och reducera två molekyler av NAD ⁺ .

I närvaro av syre kan vägen fortsätta till Krebs-cykeln och elektrontransportkedjan. Om syre är frånvarande skulle molekylerna följa jäsningsvägen. Med andra ord är glykolys en vanlig metabolsväg för aerob och anaerob andning.

Före Krebs-cykeln måste oxidativ dekarboxylering av pyruvinsyra ske. Detta steg förmedlas av ett mycket viktigt enzymkomplex, kallad pyruvatdehydrogenas, som genomför den ovannämnda reaktionen.

Således blir pyruvat en acetylradikal som därefter fångas upp av koenzym A, som ansvarar för att transportera den till Krebs-cykeln.

Krebs cykel

Krebs-cykeln, även känd som citronsyrecykeln eller trikarboxylsyracykeln, består av en serie biokemiska reaktioner katalyserade av specifika enzymer som försöker gradvis frigöra den kemiska energin lagrad i acetylkoenzym A.

Det är en väg som fullständigt oxiderar pyruvatmolekylen och förekommer i mitokondriens matris.

Denna cykel är baserad på en serie oxidations- och reduktionsreaktioner som överför potentiell energi i form av elektroner till element som accepterar dem, särskilt NAD ⁺ -molekylen .

Sammanfattning av Krebs-cykeln

Varje molekyl av pyruvinsyra bryts ned i koldioxid och en två-kolmolekyl, känd som en acetylgrupp. Med föreningen till koenzym A (nämns i föregående avsnitt) bildas acetylkoenzym A-komplexet.

De två kolhydraten av pyruvinsyra går in i cykeln, kondenseras med oxaloacetat och bildar en sexkol citratmolekyl. Således inträffar oxidativa stegreaktioner. Citratet återgår till oxalacetat med en teoretisk framställning av 2 mol av koldioxid, 3 mol av NADH, 1 av FADH _2, och 1 mol av GTP.

Eftersom två pyruvatmolekyler bildas i glykolys, involverar en glukosmolekyl två varv av Krebs-cykeln.

Elektron transport kedja

En elektrontransportkedja består av en sekvens av proteiner som har förmågan att utföra oxidations- och reduktionsreaktioner.

Passering av elektroner genom dessa proteinkomplex resulterar i en gradvis frigörelse av energi som sedan används för att generera ATP av kemoosmotik. Det är viktigt att den sista kedjereaktionen är av den irreversibla typen.

I eukaryota organismer, som har subcellulära fack, förankras elementen i transportkedjan till membranet i mitokondrierna. I prokaryoter, som saknar dessa fack, finns elementen i kedjan i cellens plasmamembran.

Reaktionerna i denna kedja leder till bildandet av ATP, genom energin som erhålls genom förskjutning av väte genom transportörerna, tills den når den slutliga acceptorn: syre, en reaktion som producerar vatten.

Klasser av bärarmolekyler

Kedjan består av tre varianter av transportörer. Den första klassen är flavoproteiner, kännetecknade av närvaron av flavin. Denna typ av transporter kan utföra två typer av reaktioner, både reduktion och oxidation, alternativt.

Den andra typen består av cytokromer. Dessa proteiner har en hemgrupp (som hemoglobin), som kan uppvisa olika oxidationstillstånd.

Den sista klassen av transporter är ubikinon, även känt som koenzym Q. Dessa molekyler är inte av protein.

Organismer med aerob andning

De flesta levande organismer har aerob typ av andning. Det är typiskt för eukaryota organismer (varelser med en verklig kärna i sina celler, avgränsade av ett membran). Alla djur, växter och svampar andas aerobt.

Djur och svampar är heterotrofa organismer, vilket innebär att "bränslet" som kommer att användas i den metabola andningsvägen måste aktivt konsumeras i kosten. Till skillnad från växter, som har förmågan att producera sin egen mat via fotosyntes.

Vissa släktingar av prokaryoter behöver också syre för deras andning. Specifikt finns det strikta aeroba bakterier - det vill säga de växer bara i syre-rika miljöer, till exempel pseudomonas.

Andra släkter av bakterier har förmågan att ändra sin ämnesomsättning från aerob till anaerob baserat på miljöförhållanden, såsom salmonella. I prokaryoter är aerob eller anaerob viktigt för deras klassificering.

Skillnader från anaerob andning

Den motsatta processen med aerob andning är det anaeroba läget. Den mest uppenbara skillnaden mellan de två är användningen av syre som den slutliga elektronacceptorn. Anaerob andning använder andra oorganiska molekyler som acceptorer.

Vidare, i anaerob andning, är reaktionens slutprodukt en molekyl som fortfarande har potential att fortsätta att oxidera. Till exempel, mjölksyra som bildas i musklerna under jäsning. Däremot är slutprodukterna av aerob andning koldioxid och vatten.

Det finns också skillnader ur energisynpunkt. I den anaeroba vägen produceras endast två ATP-molekyler (motsvarande den glykolytiska vägen), medan slutprodukten i aerob andning generellt är cirka 38 ATP-molekyler - vilket är en betydande skillnad.

referenser

1. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokemi. Sjätte upplagan. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Inbjudan till biologi. Sjätte upplagan. Buenos Aires: Pan-American Medical.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas of Vertebrate Histology. National Autonomous University of Mexico. Sida 173.
4. Hall, J. (2011). Fördraget om medicinsk fysiologi. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). En introduktion till praktisk bioteknik. New Delhi: Firewall Media.
6. Hill, R. (2006). Djurfysiologi. Madrid: Pan-American Medical.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Grunder för fysiologi. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokemi: text och atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Biokemitekst för medicinska studenter. Sjätte upplagan. Mexiko: JP Medical Ltd.