AEROBNO DISANJE: KARAKTERISTIKE, STADIJI I ORGANIZMI - BIOLOGIJA - 2026

Aerobni disanje ili aerobna je biološki proces koji uključuje dobivanje energije organske molekule - uglavnom glukoza - serijom reakcijama oksidacije, pri čemu je krajnji elektron akceptor je kisik.

Taj je proces prisutan u velikoj većini organskih bića, konkretno eukariota. Sve životinje, biljke i gljivice dišu aerobno. Uz to, neke bakterije pokazuju i aerobni metabolizam.

U eukariota je mehanizam za stanično disanje smješten u mitohondrijama.

Izvor: Nacionalni institut za istraživanje ljudskog genoma (NHGRI) iz Bethesde, MD, SAD, putem Wikimedia Commons

Općenito, proces dobivanja energije iz molekule glukoze dijeli se na glikolizu (ovaj je korak čest i u aerobnom i u anaerobnom putu), Krebsov ciklus i transportni lanac elektrona.

Koncept aerobnog disanja suprotan je anaerobnom disanju. U potonjem, krajnji akceptor elektrona je druga anorganska tvar, različita od kisika. Tipično je za neke prokariote.

Što je kisik?

Prije nego što raspravljamo o procesu aerobnog disanja, potrebno je znati određene aspekte molekule kisika.

To je kemijski element predstavljen u periodičnoj tablici slovom O i atomskim brojem 8. U standardnim uvjetima temperature i tlaka kisik se veže u parovima, stvarajući molekulu dioksigena.

Taj plin, sastavljen od dva atoma kisika, nema boju, miris ili okus, a predstavljen je formulom O ₂. U atmosferi je istaknuta komponenta i neophodna je za održavanje većine životnih formi na zemlji.

Zahvaljujući plinovitoj prirodi kisika, molekula je sposobna slobodno prelaziti stanične membrane - kako vanjsku membranu koja razdvaja stanicu od izvanćelijskog okruženja, tako i membrane subcelijskih odjeljaka, uključujući mitohondrije.

Respiratorne karakteristike

Stanice koriste molekule koje unosimo u prehranu kao svojevrsno respiratorno „gorivo“.

Stanično disanje je proces stvaranja energije, u obliku ATP molekula, pri čemu se molekuli koji se razgrađuju podvrgavaju oksidaciji, a krajnji akceptor elektrona je u većini slučajeva anorganska molekula.

Bitna značajka koja omogućuje da se odvijaju postupci disanja je prisustvo lanca transporta elektrona. U aerobnom disanju konačni akceptor elektrona je molekula kisika.

U normalnim uvjetima, ta "goriva" su ugljikohidrati ili ugljikohidrati i masti ili lipidi. Kako tijelo prolazi u nesigurnim uvjetima zbog nedostatka hrane, pribjegava se upotrebi proteina kako bi zadovoljilo svoje energetske potrebe.

Riječ disanje dio je našeg rječnika u svakodnevnom životu. Čin unošenja zraka u naša pluća, u neprekidnim ciklusima izdisaja i udisaja, nazivamo disanjem.

Međutim, u formalnom kontekstu nauka o životu, takvo se djelovanje naziva pojmom ventilacija. Stoga se izraz disanje koristi za označavanje procesa koji se odvijaju na staničnoj razini.

Procesi (faze)

Stadiji aerobnog disanja uključuju korake potrebne za izvlačenje energije iz organskih molekula - u ovom slučaju opisat ćemo slučaj molekule glukoze kao dišnog goriva - sve dok ne dođe do akceptiča kisika.

Ovaj složeni metabolički put dijeli se na glikolizu, Krebsov ciklus i lanac transporta elektrona:

glikoliza

Slika 1: glikoliza vs glukoneogeneza. Uključene reakcije i enzimi.

Prvi korak u razgradnji glukoznog monomera je glikoliza, koja se naziva i glikoliza. Za ovaj korak nije potreban kisik izravno, a prisutan je u gotovo svim živim bićima.

Cilj ovog metaboličkog puta je cijepanje glukoze u dvije molekule piruične kiseline, dobivanje dvije molekule neto energije (ATP) i smanjenje dvije molekule NAD ⁺.

Uz prisustvo kisika, put se može nastaviti Krebsovim ciklusom i lancem prijenosa elektrona. U slučaju da kisika nema, molekule bi slijedile fermentacijski put. Drugim riječima, glikoliza je uobičajeni metabolički put za aerobno i anaerobno disanje.

Prije Krebsova ciklusa mora se dogoditi oksidativna dekarboksilacija piruične kiseline. Ovaj korak posreduje vrlo važan enzimski kompleks, nazvan piruvat dehidrogenaza, koji provodi gore spomenutu reakciju.

Dakle, piruvat postaje acetilni radikal koji se potom hvata koenzimom A, koji je odgovoran za njegovo prenošenje u Krebsov ciklus.

Krebsov ciklus

Krebsov ciklus, poznat i kao ciklus limunske kiseline ili ciklus trikarboksilne kiseline, sastoji se od niza biokemijskih reakcija kataliziranih specifičnim enzimima koji nastoje postepeno otpustiti kemijsku energiju pohranjenu u acetil koencimu A.

To je put koji u potpunosti oksidira molekulu piruvata i javlja se u matriksu mitohondrija.

Ovaj se ciklus temelji na nizu reakcija oksidacije i redukcije koje potencijalnu energiju u obliku elektrona prenose na elemente koji ih prihvaćaju, posebno NAD ⁺ molekulu.

Sažetak Krebsova ciklusa

Svaka molekula piruične kiseline razgrađuje se u ugljični dioksid i molekulu s dva ugljika, poznatu kao acetilna skupina. Sa vezom na koenzim A (spomenut u prethodnom odjeljku) nastaje kompleks acetilni koenzim A.

Dva ugljika piruične kiseline ulaze u ciklus, kondenziraju se s oksaloacetatom i tvore molekulu šesto-ugljičnog citrata. Tako nastaju reakcije oksidativnog koraka. Citrat se vraća u oksaloacetat s teoretskom produkcijom 2 mola ugljičnog dioksida, 3 mola NADH, 1 FADH ₂ i 1 mola GTP-a.

Budući da se u glikolizi stvaraju dvije molekule piruvata, jedna molekula glukoze uključuje dva okretaja Krebsova ciklusa.

Transportni lanac elektrona

Lanac transporta elektrona sastoji se od niza proteina koji imaju sposobnost provođenja oksidacijskih i redukcijskih reakcija.

Prolazak elektrona kroz ove proteinske komplekse dovodi do postupnog oslobađanja energije koja se kemoosmoticima koristi u stvaranju ATP-a. Važno je da je posljednja lančana reakcija nepovratnog tipa.

U eukariotskim organizmima, koji imaju subcelijske odjeljke, elementi transportera lanca usidreni su na membrani mitohondrija. Kod prokariota kojima nedostaju ti odjeljci, elementi lanca nalaze se u plazma membrani stanice.

Reakcije ovog lanca dovode do stvaranja ATP-a, energijom dobivenom premještanjem vodika kroz transportere, sve dok ne dođe do krajnjeg akceptora: kisika, reakcije koja proizvodi vodu.

Klase molekula nosača

Lanac se sastoji od tri varijante transportnih traka. Prva klasa su flavoproteini, karakterizirana prisutnošću flavina. Ova vrsta transportera može provesti dvije vrste reakcija, i redukcijsku i oksidacijsku.

Drugi tip čine citohromi. Ti proteini imaju skupinu hema (poput hemoglobina), koja može predstavljati različita stanja oksidacije.

Posljednja klasa transportera je ubikinon, također poznat kao koenzim Q. Te molekule nisu u prirodi bjelančevine.

Organizmi sa aerobnim disanjem

Većina živih organizama ima disanje aerobnog tipa. Tipičan je za eukariotske organizme (bića s pravom jezgrom u svojim stanicama koja su ograničena membranom). Sve životinje, biljke i gljivice dišu aerobno.

Životinje i gljive su heterotrofni organizmi, što znači da se "gorivo" koje će se koristiti u metaboličkom putu disanja mora aktivno trošiti u prehrani. Za razliku od biljaka koje imaju mogućnost proizvodnje vlastite hrane fotosintezom.

Neki rodovi prokariota također trebaju kisik za disanje. Naime, postoje stroge aerobne bakterije - to jest, rastu samo u okruženjima bogatim kisikom, poput pseudomona.

Ostali rodovi bakterija imaju sposobnost promjene metabolizma iz aerobnog u anaerobni na temelju okolišnih uvjeta, poput salmonele. Za prokariote je važno aerobno ili anaerobno obilježje za njihovo klasificiranje.

Razlike od anaerobnog disanja

Suprotan proces aerobnog disanja je anaerobni način rada. Najočiglednija razlika između njih je uporaba kisika kao krajnjeg akceptora elektrona. Anaerobno disanje koristi druge anorganske molekule kao akceptore.

Nadalje, u anaerobnom disanju krajnji produkt reakcija je molekula koja još uvijek ima potencijal nastaviti oksidirati. Na primjer, mliječna kiselina koja se formirala u mišićima tijekom fermentacije. Suprotno tome, krajnji proizvodi aerobnog disanja su ugljični dioksid i voda.

Postoje i razlike s energetskog stajališta. U anaerobnom putu stvaraju se samo dvije ATP molekule (što odgovara glikolitičkom putu), dok je u aerobnom disanju krajnji proizvod obično oko 38 ATP molekula - što je značajna razlika.

Reference

1. Campbell, MK, i Farrell, SO (2011). Biokemija. Šesto izdanje. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Poziv na biologiju. Šesto izdanje. Buenos Aires: Panaamerički medicinski.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas hipologije kralježnjaka. Nacionalno autonomno sveučilište u Meksiku. Stranica 173.
4. Hall, J. (2011). Ugovor o medicinskoj fiziologiji. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). Uvod u praktičnu biotehnologiju. New Delhi: Mediji vatrozida.
6. Hill, R. (2006). Fiziologija životinja. Madrid: Panaamerički medicinski.
7. Iglesias, B., Martín, M. i Prieto, J. (2007). Osnove fiziologije. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., i Röhm, KH (2005). Biokemija: tekst i atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. i Sreekumari S. (2012). Tekst biokemije za studente medicine. Šesto izdanje. Meksiko: JP Medical Ltd.