AEROB LÉGZÉS: JELLEMZŐK, STÁDIUMOK ÉS SZERVEZETEK - BIOLÓGIA - 2026

Az aerob légzés vagy az aerob egy biológiai folyamat, amely magában foglalja a szerves molekulák - elsősorban a glükóz - energiájának eljuttatását oxidációs reakciók sorozatával, ahol a végső elektronakceptor oxigén.

Ez a folyamat a legtöbb szerves lényben, különösen az eukariótákban fordul elő. Minden állat, növény és gombák aerob módon lélegzik. Ezenkívül egyes baktériumok aerob metabolizmust mutatnak.

Az eukariótákban a sejtek légzésének gépei a mitokondriumokban találhatók.

Forrás: Nemzeti Humán Genom Kutató Intézet (NHGRI), MD, Bethesda, USA, a Wikimedia Commons segítségével

Általában az energia nyerésének a folyamata a glükózmolekulából fel van osztva glikolízisre (ez a lépés mind az aerob, mind az anaerob úton egyaránt jellemző), a Krebsi ciklusra és az elektronszállító láncra.

Az aerob légzés fogalma ellentétben áll az anaerob légzéssel. Az utóbbiban az elektronok végső elfogadója egy másik szervetlen anyag, különbözik az oxigéntől. Ez jellemző néhány prokariótára.

Mi az oxigén?

Az aerob légzés folyamatának megbeszélése előtt meg kell ismerni az oxigénmolekula bizonyos aspektusait.

Ez egy kémiai elem, amelyet a periódusos rendszerben O betűvel és 8 atomszámmal ábrázolnak. Szabványos hőmérsékleti és nyomásviszonyok mellett az oxigén hajlamos párokba kötődni, és így dioxigén molekulát képez.

Ez a gáz, amely két oxigénatomot tartalmaz, nincs szín, szag vagy íz, és általános képletű O ₂. A légkörben ez kiemelkedő alkotóelem, és a földi legtöbb életforma fenntartásához szükséges.

Az oxigén gáznemű természetének köszönhetően a molekula képes szabadon átjutni a sejtmembránokon - mind a külső membránon, amely elválasztja a sejtet az extracelluláris környezettől, mind a szubcelluláris rekeszek membránjain, beleértve a mitokondriumokat.

Légzési jellemzők

A sejtek egyfajta légzési „üzemanyagként” használják azokat a molekulákat, amelyeket táplálkozásunk során veszünk be.

A sejtek légzése az ATP-molekulák formájában létrejövő energiageneráló folyamat, ahol a lebontandó molekulák oxidáción mennek keresztül, és az elektronok végső akceptorja a legtöbb esetben szervetlen molekula.

A légzés folyamatának alapvető eleme az elektronszállító lánc jelenléte. Aerob légzés esetén az elektronok végső elfogadója az oxigén molekula.

Normál körülmények között ezek a "tüzelőanyagok" szénhidrátok vagy szénhidrátok, zsírok vagy lipidek. Mivel a test táplálékhiány miatt bizonytalan helyzetbe kerül, a fehérjék használatával próbál kielégíteni energiaigényét.

A légzés szó a mindennapi élet szókincsének része. A levegőnek a tüdőbe történő bejuttatását, folyamatos kilégzés és belégzés ciklusán keresztül, légzésnek hívjuk.

Az élettudományok formális összefüggésében azonban az ilyen cselekedetet a szellőzés jelenti. Így a légzés fogalmát a sejtszintű folyamatokra utaljuk.

Folyamatok (szakaszok)

Az aerob légzés szakaszai tartalmazzák a szükséges lépéseket az energiának a szerves molekulákból történő kinyerésére - ebben az esetben a glükózmolekulát légúti üzemanyagként írjuk le - mindaddig, amíg az el nem éri az oxigén-elfogadót.

Ez a komplex metabolikus út fel van osztva glikolízisre, Krebs-ciklusra és az elektronszállító láncra:

glikolízis

1. ábra: glikolízis vs. glükoneogenezis. Reakciók és enzimek.

A glükóz-monomer lebontásának első lépése a glikolízis, amelyet glikolízisnek is neveznek. Ez a lépés közvetlenül nem igényel oxigént, és gyakorlatilag minden élőlényben megtalálható.

Ennek a metabolikus útnak a célja a glükóz hasítása két piruvasav-molekulává, két nettó energia molekula (ATP) előállítása és két NAD ⁺ molekula redukálása.

Oxigén jelenlétében az út folytatódhat a Krebsi ciklushoz és az elektronszállító lánchoz. Ha nincs oxigén, a molekulák a fermentációs útvonalon haladnak. Más szavakkal, a glikolízis az aerob és anaerob légzés általános metabolikus útja.

A Krebs-ciklus előtt a piruvsav oxidatív dekarboxilezésének meg kell történnie. Ezt a lépést egy nagyon fontos enzimkomplex, az úgynevezett piruvát dehidrogenáz közvetíti, amely végrehajtja a fent említett reakciót.

Így a piruvát acetilcsoporttá válik, amelyet később az A koenzim fog el, amely felelős annak Krebs-ciklusba történő szállításáért.

Krebs-ciklus

A Krebsz-ciklus, más néven citromsav- vagy trikarbonsav-ciklus, olyan biokémiai reakciók sorozatából áll, amelyeket speciális enzimek katalizálnak, amelyek célja az A acetil-koenzimben tárolt kémiai energia fokozatos felszabadítása.

Ez egy olyan út, amely teljes mértékben oxidálja a piruvát molekulát, és a mitokondriumok mátrixában fordul elő.

Ez a ciklus egy sor oxidációs és redukciós reakción alapul, amelyek elektronok formájában továbbítják a potenciális energiát az azokat elfogadó elemekre, különösen a NAD ⁺ molekulára.

A Krebs-ciklus összefoglalása

Mindegyik pirótsav-molekula széndioxiddá és egy kétszénű molekulává bomlik, az acetilcsoport néven ismert. Az A koenzimmel való összekapcsolódással (az előző szakaszban említettem) az A acetil-koenzim komplex képződik.

A piruvsav két szénatomja belép a ciklusba, kondenzálódik oxaloacetáttal és hat széntartalmú molekulát képez. Így oxidatív lépésreakciók fordulnak elő. A citrát visszatér oxálacetát elméleti termelés 2 mól szén-dioxid, 3 mól NADH, 1 FADH ₂ és 1 mól GTP.

Mivel a glikolízis során két piruvát molekula képződik, egy glükóz molekula a Kreb-ciklus két fordulatát tartalmazza.

Elektronszállító lánc

Az elektronszállító lánc olyan fehérjék sorozatából áll, amelyek képesek oxidációs és redukciós reakciókat végrehajtani.

Az elektronok ezen fehérjekomplexeken való áthaladása az energia fokozatos felszabadulását eredményezi, amelyet később az ATP előállításához felhasználnak a kemoemotikumok. Fontos szempont, hogy az utolsó láncreakció visszafordíthatatlan típusú.

Az eukarióta szervezetekben, amelyek szubcelluláris rekeszek vannak, a transzporter lánc elemei a mitokondriumok membránjához vannak rögzítve. A prokariótákban, amelyekben nincsenek ezek a rekeszek, a lánc elemei a sejt plazmamembránjában helyezkednek el.

Ennek a láncnak a reakciói az ATP képződéséhez vezetnek a hidrogénnek a transzporterekön történő kiszorításával nyert energián keresztül, amíg el nem éri a végső akceptort: ​​oxigént. Ez egy olyan reakció, amely vizet termel.

Hordozó molekulák osztályai

A lánc háromféle szállítószalagból áll. Az első osztály a flavoproteinek, amelyeket flavin jelenléte jellemez. Az ilyen típusú transzporter kétféle típusú reakciót hajthat végre, egyaránt redukciót és oxidációt.

A második típust citokrómok alkotják. Ezeknek a fehérjéknek olyan hemcsoportja van (mint a hemoglobiné), amelyek különböző oxidációs állapotokat mutathatnak be.

A transzporter utolsó osztálya az ubiquinon, más néven Q koenzim. Ezeknek a molekuláknak a természetében nincs fehérje.

Aerob légzéssel működő szervezetek

A legtöbb élő szervezet aerob típusú légzéssel rendelkezik. Ez jellemző az eukarióta szervezetekre (valódi sejtmaggal rendelkező lények a sejtekben, amelyeket membrán határol). Minden állat, növény és gombák aerob módon lélegzik.

Az állatok és gombák heterotróf organizmusok, ami azt jelenti, hogy a légzés anyagcseréjében használt "üzemanyagot" aktívan kell fogyasztani az étrendben. Ellentétben a növényekkel, amelyek képesek saját élelmüket fotoszintézis útján előállítani.

Néhány prokarióta nemzetségnek oxigénre van szüksége a légzéshez. Pontosabban vannak szigorú aerob baktériumok - vagyis csak oxigénben gazdag környezetben, például pszeudomonaszban nőnek fel.

A baktériumok más nemzetségei - például a salmonellaektől függően - képesek megváltoztatni anyagcseréjüket aerobról anaerobra, környezeti körülmények alapján. A prokariótákban az aerob vagy anaerob képesség fontos jellemzője osztályozásuknak.

Különbségek az anaerob légzéstől

Az aerob légzés ellenkezője az anaerob mód. A legnyilvánvalóbb különbség a kettő között az oxigén felhasználása a végső elektronakceptorként. Az anaerob légzés más szervetlen molekulákat alkalmaz elfogadóként.

Ezen túlmenően, az anaerob légzés során a reakciók végterméke egy olyan molekula, amely továbbra is képes tovább oxidálni. Például az erjedés során az izmokban képződött tejsav. Ezzel szemben az aerob légzés végtermékei a szén-dioxid és a víz.

Vannak különbségek az energia szempontjából is. Az anaerob úton csak két ATP-molekulát állítanak elő (ami megfelel a glikolitikus útvonalnak), míg az aerob légzés során a végtermék általában körülbelül 38 ATP-molekulát tartalmaz - ez szignifikáns különbség.

Irodalom

1. Campbell, MK és Farrell, SO (2011). Biokémia. Hatodik kiadás. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Meghívó a biológiához. Hatodik kiadás. Buenos Aires: Pánamerikai orvostudomány.
3. Estrada, E és Aranzábal, M. (2002). Gerinces szövettani atlasz. Mexikói Nemzeti Autonóm Egyetem. 173. oldal.
4. Hall, J. (2011). Az orvosi élettani szerződés. New York: Elsevier Health Sciences.
5. Harisha, S. (2005). Bevezetés a gyakorlati biotechnológiához. Újdelhi: Tűzfal média.
6. Hill, R. (2006). Állatok élettana. Madrid: Pánamerikai Orvostudomány.
7. Iglesias, B., Martín, M. és Prieto, J. (2007). A fiziológia alapjai. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J. és Röhm, KH (2005). Biokémia: szöveg és atlasz. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. és Sreekumari S. (2012). Biokémiai szöveg orvostanhallgatók számára. Hatodik kiadás. Mexikó: JP Medical Ltd.