Hücresel solunum süreci, çeşitleri ve fonksiyonları



hücresel solunum ATP (adenozin trifosfat) şeklinde enerji üreten bir işlemdir. Daha sonra, bu enerji diğer hücresel işlemlere yönlendirilir. Bu fenomen sırasında moleküller oksidasyona uğrar ve son elektron alıcısı çoğu durumda inorganik bir moleküldür.

Son elektron alıcısının doğası, çalışılan organizmanın solunum türüne bağlıdır. Aerobik - Homo sapiens gibi - son elektron alıcısı oksijendir. Buna karşılık, anaerobik solunum ile bireyler için oksijen toksik olabilir. Bu son durumda, son alıcı, oksijenden farklı bir inorganik moleküldür.

Aerobik solunum, biyokimyacılar tarafından geniş çapta incelenmiştir ve iki aşamadan oluşur: Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri.

Ökaryotik organizmalarda, solunumun gerçekleşmesi için gerekli olan tüm makinalar, hem mitokondriyal matristeki hem de bu organelinin membran sisteminde mitokondri içindedir..

Makine, prosesin reaksiyonlarını katalize eden enzimlerden oluşur. Prokaryotik soy, organellerin yokluğu ile karakterize edilir; Bu nedenle solunum, mitokondriye çok benzeyen bir ortamı simüle eden plazma zarının belirli bölgelerinde gerçekleşir..

indeks

  • 1 Terminoloji
  • 2 Hücresel solunum nerede meydana gelir??
    • 2.1 Ökaryotlarda solunumun yeri
    • 2.2 Mitokondri sayısı
    • 2.3 Prokaryotik solunumun yeri
  • 3 Türleri
    • 3.1 Aerobik solunum
    • 3.2 Anerbik solunum
    • 3.3 Anaerobik organizma örnekleri
  • 4 İşlem
    • 4.1 Krebs döngüsü
    • 4.2 Krebs döngüsünün reaksiyonları
    • 4.3 Elektron taşıma zinciri
    • 4.4 Kemosmotik bağlanma
    • 4.5 ATP'nin miktarı
  • 5 İşlev
  • 6 Kaynakça

terminoloji

Fizyoloji alanında, "solunum" teriminin iki tanımı vardır: pulmoner solunum ve hücresel solunum. Günlük yaşamda solunum kelimesini kullandığımızda ilk tipe atıfta bulunuruz..

Akciğer solunumu ilham verici ve süresi dolmuş eylemini içerir, bu işlem gaz değiş tokuşuyla sonuçlanır: oksijen ve karbondioksit. Bu fenomen için doğru terim "havalandırma" dır..

Buna karşılık, hücresel solunum, adından da anlaşılacağı gibi hücrelerin içinde oluşur ve bir elektron taşıma zinciri yoluyla enerji üretmekten sorumlu olan süreçtir. Bu son süreç bu makalede tartışılacak olan süreçtir..

Hücresel solunum nerede meydana gelir??

Ökaryotlarda solunumun yeri

Hücresel solunum, mitokondri adı verilen karmaşık bir organelde gerçekleşir. Yapısal olarak, mitokondri 1.5 mikrometre genişliğinde ve 2 ila 8 uzunluğundadır. Kendi genetik maddelerine sahip olmaları ve endosimbiyotik kökenlerinin ikili bölünme - kayıtsal özelliklerine bölünmeleri ile karakterize edilirler..

Biri pürüzsüz diğeri sırtları oluşturan kıvrımlara sahip iki membranı vardır. Mitokondri ne kadar aktif olursa, o kadar fazla tepe yapar..

Mitokondrinin iç kısmına mitokondriyal matris denir. Bu bölmede solunum reaksiyonları için gerekli enzimler, koenzimler, su ve fosfatlar bulunur..

Dış membran, çoğu küçük molekülün geçişine izin verir. Bununla birlikte, iç membran, gerçekten çok özel taşıyıcılar arasından geçişi sınırlayan zardır. Bu yapının geçirgenliği ATP üretiminde temel bir rol oynar.

Mitokondri sayısı

Hücresel solunum için gerekli olan enzimler ve diğer bileşenler, zarlara bağlanır ve mitokondriyal matriks içinde serbest bulunur..

Bu nedenle, daha fazla enerji gerektiren hücreler, enerji ihtiyacı düşük olan hücrelerin aksine, yüksek miktarda mitokondriya sahip olmaları ile karakterize edilir..

Örneğin, karaciğer hücreleri ortalama olarak 2.500 mitokondriye sahipken, bir kas hücresi (çok metabolik olarak aktif) çok daha fazla sayıda içerir ve bu hücre tipindeki mitokondri daha büyüktür..

Ek olarak, bunlar, örneğin sperm flagellumu çevreleyen enerjinin gerekli olduğu belirli bölgelerde bulunur..

Prokaryotik solunumun yeri

Mantıksal olarak, prokaryotik organizmaların nefes alması gerekir ve bunların ökaryotlara özgü mitokondri ya da kompleks organelleri yoktur. Bu nedenle solunum işlemi, mitokondriye benzer şekilde, plazma zarının küçük invagasyonlarında gerçekleşir..

tip

Elektronların son alıcısı olarak hareket eden moleküle bağlı olarak iki temel solunum tipi vardır. Aerobik solunumda alıcı oksijendir, anaerobik solunumda ise inorganik bir moleküldür - bazı nadir durumlarda alıcı organik bir moleküldür. Daha sonra her birini ayrıntılı olarak açıklayacağız:

Aerobik solunum

Aerobik solunum yapan organizmalarda elektronların son alıcısı oksijendir. Ortaya çıkan adımlar Krebs döngüsüne ve elektron taşıma zincirine bölünmüştür..

Bu biyokimyasal yollarda meydana gelen reaksiyonların ayrıntılı açıklaması aşağıdaki bölümde geliştirilecektir..

Yankısız solunum

Son alıcı, oksijen dışındaki bir molekülden oluşur. Anaerobik solunum tarafından üretilen ATP miktarı, çalışma organizması ve kullanılan yol dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır..

Bununla birlikte, enerji üretimi aerobik solunumda her zaman daha fazladır, çünkü Krebs döngüsü sadece kısmen çalışır ve zincirdeki tüm taşıyıcı moleküller solunumda yer almaz

Bu nedenle, anaerobik bireylerin büyümesi ve gelişimi aerobikten önemli ölçüde düşüktür..

Anaerobik organizma örnekleri

Bazı organizmalarda oksijen toksiktir ve katı anaeroblar olarak adlandırılır. En iyi bilinen örnek tetanoz ve botulizme neden olan bakteridir: Clostridium.

Ek olarak, aerobik ve anaerobik solunum arasında değişen, fakültatif anaerob olarak adlandırılan başka organizmalar da vardır. Başka bir deyişle, onlara uygun olduğunda oksijen kullanırlar ve yokluğunda anaerobik solunumlara başvururlar. Örneğin, iyi bilinen bakteri Escherichia coli Bu metabolizmaya sahip.

Bazı bakteriler nitrat iyonu kullanabilir (NO3-türler gibi elektronların son alıcısı olarak Pseudomonas ve basil. Bu iyon nitrit iyonu, azot oksit veya azot gazına indirgenebilir.

Diğer durumlarda, son alıcı sülfat iyonundan (SO) oluşur.42-hidrojen hidrojen sülfite neden olur ve metan oluşturmak için karbonat kullanır. Bakteri cinsi Desulfovıbrıo bu tür alıcıya bir örnek.

Nitrat ve sülfat moleküllerinde elektron alımı, bu bileşiklerin biyojeokimyasal döngüleri için çok önemlidir - azot ve kükürt.

süreç

Glikoliz, hücresel solunum için önceki bir yoldur. Bir glikoz molekülü ile başlar ve nihai ürün, üç karbonlu bir molekül olan piruvattır. Glikoliz, hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Bu molekül bozulmaya devam edebilmesi için mitokondriya girebilmelidir..

Piruvat, konsantrasyon gradyanları ile zarın gözeneklerinden organel içine yayılabilir. Son hedef mitokondri matrisi olacak.

Hücresel solunumun ilk basamağına girmeden önce, piruvat molekülü bazı değişikliklere uğrar.

İlk olarak, koenzim A adı verilen bir molekülle reaksiyona girer. Her piruvat, asetil koenzim A kompleksine yol açan koenzim A'ya bağlanan asetil grubuna karbon dioksit ve parçalanır..

Bu reaksiyonda, iki elektron ve bir hidrojen iyonu NADP'ye aktarılır+, NADH'i verir ve enzimatik kompleks piruvat dehidrojenaz ile katalize edilir. Reaksiyon bir dizi kofaktöre ihtiyaç duyar.

Bu değişiklikten sonra, solunumdaki iki aşama başlar: Krebs döngüsü ve elektron taşıma zinciri.

Krebs döngüsü

Krebs döngüsü biyokimyadaki en önemli döngüsel reaksiyonlardan biridir. Literatürde ayrıca sitrik asit döngüsü veya trikarboksilik asit döngüsü (TCA) olarak da bilinir..

Alman biyokimyacı Hans Krebs: keşfi onuruna adını alır. 1953 yılında, biyokimya alanını belirleyen bu keşif sayesinde Krebs Nobel Ödülü'ne layık görüldü..

Döngünün amacı, asetil koenzim A'da bulunan enerjinin kademeli olarak serbest bırakılmasıdır. Enerjiyi farklı moleküllere, özellikle de NAD'ye aktaran bir dizi oksidasyon ve indirgeme reaksiyonundan oluşur.+.

Dört karbon dioksit molekülü döngüsüne giren her iki asetil koenzim A molekülü için, altı NADH ve iki FADH molekülü üretilir.2. CO2 Sürecin atık maddesi olarak atmosfere salınır. GTP de üretilir.

Bu yol hem anabolik (molekül sentezi) hem de katabolik (molekül bozulması) işlemlerine katıldığı için buna "amfibolik" denir..

Krebs döngüsünün reaksiyonları

Döngü, bir asetil koenzim A molekülünün bir oksaloasetat molekülü ile birleştirilmesiyle başlar. Bu birleşme altı karbonlu bir molekülle sonuçlanır: sitrat. Böylece koenzim A serbest bırakılır, aslında çok sayıda tekrar kullanılır. Hücrede çok fazla ATP varsa, bu adım inhibe edilir.

Yukarıdaki reaksiyon enerjiye ihtiyaç duyar ve asetil grubu ile koenzim A arasındaki yüksek enerji bağının parçalanmasından elde edilir..

Sitrat cis aconitato'ya geçer ve aconitasa enzimi tarafından isocitrato'ya gelir. Bir sonraki adım, hidrojene edilmiş izositrat ile izositratın alfa ketoglutatata dönüştürülmesidir. Bu aşama önemlidir çünkü NADH'nin azalmasına neden olur ve karbondioksit salgılar.

Alfa ketoglutarat, piruvat kinaz ile aynı kofaktörleri kullanan alfa ketoglutarat dehidrojenaz ile süksinil koenzim A'ya dönüştürülür. Bu adımda, NADH da üretilir ve ilk adım olarak ATP fazlalığı tarafından inhibe edilir.

Bir sonraki ürün süksinattır. Üretiminde GTP oluşumu meydana gelir. Süksinat fumarat için geçer. Bu reaksiyon FADH verir. Fumarat sırayla malaya dönüşür ve sonunda oksalacetat olur..

Elektron taşıma zinciri

Elektron taşıma zinciri, NADH ve FADH gibi önceki adımlarda üretilen bileşiklerden elektron almayı amaçlar.2, Bu yüksek bir enerji seviyesindedir ve onları daha düşük bir enerji seviyesine yönlendirir..

Enerjideki bu düşüş, adım adım gerçekleşir, yani aniden gerçekleşmez. Yükseltgenme-indirgenme reaksiyonlarının meydana geldiği bir dizi basamaktan oluşur..

Zincirin ana bileşenleri proteinler ve sitokromlara bağlı enzimler tarafından oluşturulan komplekslerdir: heme tipindeki metaloprofirinler.

Sitokromlar, yapıları bakımından oldukça benzerdir, ancak her biri, farklı enerji seviyelerinde elektronlar söyleyerek zincir içinde kendi özel işlevini yerine getirmesini sağlayan bir özelliğe sahiptir..

Elektronların solunum zincirinden daha düşük seviyelere kayması, enerji salınımını sağlar. Bu enerji, mitokondride ATP'yi oksidatif fosforilasyon olarak bilinen bir işlemde sentezlemek için kullanılabilir..

Kemosmotik bağlanma

Biyokimyacı Peter Mitchell kemosmotik eşleşmeyi önerene kadar, uzun süre zincirde ATP oluşum mekanizması gizemli idi..

Bu fenomende, iç mitokondriyal zar boyunca bir proton gradyanı oluşturulur. Bu sistemde bulunan enerji serbest bırakılır ve ATP'yi sentezlemek için kullanılır..

Oluşturulan ATP miktarı

Gördüğümüz gibi, ATP doğrudan Krebs döngüsünde değil, elektron taşıma zincirinde oluşuyor. NADH'den oksijene geçen her iki elektron için, üç ATP molekülünün sentezi meydana gelir. Bu tahmin, danışılan literatüre bağlı olarak biraz değişebilir.

Benzer şekilde, FADH'den geçen her iki elektron için2, iki ATP molekülü oluşur..

fonksiyonlar

Hücresel solunumun asıl işlevi, hücrenin işlevlerine yönlendirmek için ATP formundaki enerji üretimidir..

Hem hayvanlar hem de bitkiler, gıda olarak kullandıkları organik moleküllerde bulunan kimyasal enerjinin çıkarılmasını gerektirir. Sebzeler söz konusu olduğunda, bu moleküller, aynı bitkinin ünlü fotosentetik işleminde güneş enerjisi kullanımıyla sentezlediği şekerlerdir..

Öte yandan, hayvanlar kendi yiyeceklerini sentezleyememektedir. Böylece, heterotroflar örneğin bizim gibi diyette yiyecekleri tüketir. Oksidasyon işlemi yiyeceklerden enerji elde etmekten sorumludur..

Fotosentez fonksiyonlarını solunum fonksiyonlarıyla karıştırmamalıyız. Hayvanlar gibi bitkiler de nefes alır. Her iki süreç de tamamlayıcıdır ve yaşayan dünyanın dinamiklerini korur.

referanslar

  1. Alberts, B., ve Bray, D. (2006). Hücre biyolojisine giriş. Ed. Panamericana Medical.
  2. Audesirk, T., Audesirk, G., ve Byers, B. E. (2003). Biyoloji: Yeryüzündeki Yaşam. Pearson eğitimi.
  3. Curtis, H. ve Schnek, A. (2008). Curtis. biyoloji. Ed. Panamericana Medical.
  4. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., ve Garrison, C. (2007). Entegre zooloji prensipleri. McGraw-Hill.
  5. Randall, D., Burggren, W., Fransız, K., & Eckert, R. (2002). Eckert hayvan fizyolojisi. Macmillan.
  6. Tortora, G.J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Mikrobiyolojiye giriş. Ed. Panamericana Medical.
  7. Young, B., Heath, J.W., Lowe, J.S., Stevens, A., & Wheater, P.R. (2000). İşlevsel histoloji: metin ve renk atlası. Harcourt.