תהליך נשימה נייד, סוגים ופונקציות

ה הנשימה הסלולרית זה תהליך שיוצר אנרגיה בצורה של ATP (אדנוזין טריפוספט). לאחר מכן, אנרגיה זו מכוונת לתהליכים תאיים אחרים. במהלך התופעה, המולקולות עוברות חמצון, ומקביל האלקטרון הסופי הוא, ברוב המקרים, מולקולה לא אורגנית.

אופי הקבלה האלקטרונית הסופית תלוי בסוג הנשימה של האורגניזם שנחקר. ב Aerobes - כמו הומו סאפיינס - acceptor הסופי electron הוא חמצן. לעומת זאת, עבור אנשים עם נשימה אנאירובית, חמצן יכול להיות רעיל. במקרה האחרון, המקבל הסופי הוא מולקולה אנאורגנית שונה מחמצן.

הנשימה האירובית נחקרה באופן נרחב על ידי ביוכימאים והיא מורכבת משני שלבים: מחזור קרבס ורשת התחבורה האלקטרונית.

אאוקריוטים, כל המנגנון הנחוץ להתרחש נשימה הוא בתוך המיטוכונדריה הן מטריקס המיטוכונדריה כמו במערכת של ממברנות אברון זה.

המנגנון מורכב מאנזימים המזרזים את תגובות התהליך. השושלת הפרוקארית מאופיינת בהיעדרם של האברונים; מסיבה זו, הנשימה מתרחשת באזורים ספציפיים של קרום הפלזמה המדמה סביבה דומה מאוד לזו של המיטוכונדריה..

אינדקס

• 1 טרמינולוגיה
• 2 היכן מתרחשת הנשימה התאית??
  • 2.1 מיקום הנשימה באוקריוטים
  • 2.2 מספר המיטוכונדריה
  • 2.3 מיקום הנשימה הפרוקריוטית
• 3 סוגים
  • 3.1 נשימה אירובית
  • 3.2 נשימה אנרבית
  • 3.3 דוגמאות לאורגניזמים אנאירוביים
• 4 תהליך
  • 4.1 מחזור קרבס
  • 4.2 תגובות של מחזור קרבס
  • 4.3 רשת התחבורה האלקטרונית
  • 4.4 צימוד כימותרטי
  • 4.5 כמות ATP נוצרה
• 5 פונקציות
• 6 הפניות

טרמינולוגיה

בתחום הפיזיולוגיה, למונח "נשימה" יש שתי הגדרות: נשימה ריאתית ונשימה תאית. כאשר אנו משתמשים במילה הנשמה בחיי היומיום, אנו מתייחסים לסוג הראשון.

נשימה ריאות כרוכה בפעולה של השראה ופוגע, תהליך זה גורם בחילופי גזים: חמצן ופחמן דו חמצני. המונח הנכון לתופעה זו הוא "אוורור".

לעומת זאת, הנשימה הסלולרית מתרחשת - כפי שהשם מרמז - בתוך התאים, והיא התהליך האחראי להפקת אנרגיה באמצעות שרשרת הובלה אלקטרונית. תהליך אחרון זה הוא זה שיידונו במאמר זה.

היכן מתרחשת הנשימה התאית??

מיקום הנשימה באוקריוטים

הנשימה הסלולארית מתרחשת באורגנל מורכב הנקרא מיטוכונדריה. מבחינה מבנית, המיטוכונדריה היא ברוחב 1.5 מיקרומטר וברוחב של 2 עד 8. הן מאופיינות בחומר גנטי משלהן, והן על ידי חלוקה על ידי ביקוע בינארי - מאפייני שרידים ממוצאם האנדוסימביוטי.

יש להם שתי ממברנות, אחת חלקה ואחת פנימית עם קפלים היוצרים את הרכסים. ככל שהמיטוכונדריה פעילה יותר, כך יש לה יותר קסטות.

הפנים של המיטוכונדריה נקרא מטריקס המיטוכונדריה. בתא זה נמצאים האנזימים, הקואנזימים, המים והפוספטים הנחוצים לתגובות נשימה.

הקרום החיצוני מאפשר מעבר של רוב המולקולות הקטנות. עם זאת, הממברנה הפנימית היא זו שמגבילה למעשה את המעבר דרך מובילים ספציפיים מאוד. חדירות של מבנה זה ממלא תפקיד בסיסי בייצור של ATP.

מספר המיטוכונדריה

האנזימים ורכיבים אחרים הדרושים לנשימה תאית נמצאים מעוגנים בקרומים ומשוחררים במטריצה ​​המיטוכונדריאלית.

לכן, תאים הדורשים כמות גדולה יותר של אנרגיה, מאופיינים על ידי מספר גבוה של המיטוכונדריה, בניגוד לתאים אשר דרישת האנרגיה שלהם נמוכה יותר.

לדוגמה, תאים בכבד יש בממוצע כ 2500 המיטוכונדריה, תוך תא השריר (מאוד פעיל מבחינה מטבולית) מכיל מספר גדול יותר, ואת המיטוכונדריה של תאים מסוג זה הם גדולים יותר.

בנוסף, אלה ממוקמים באזורים ספציפיים שבהם האנרגיה נדרשת, למשל סביב הדגלום זרע.

מיקום הנשימה הפרוקריוטית

באופן הגיוני, אורגניזמים פרוקריוטים צריכים לנשום ואין להם מיטוכונדריה - ולא אורגניזמים מורכבים האופייניים לאוקריוטים. מסיבה זו, תהליך הנשימה מתרחש בתוך invaginations קטן של קרום פלזמה, באופן דומה המיטוכונדריה..

סוגים

ישנם שני סוגים בסיסיים של הנשימה, בהתאם למולקולה שפעלה כמקבל הסופי של האלקטרונים. בשנת acceptor נשימה אירובית היא החמצן, ואילו אנאירובי הוא מולקולה אורגנית - אם כי במספר מקרים ספציפיים את המקבל הוא מולקולה אורגנית. הבא נתאר כל אחד מהם בפירוט:

נשימה אירובית

באורגניזמים עם נשימה אירובית, המקבל הסופי של האלקטרונים הוא חמצן. השלבים המתרחשים מחולקים למחזור קרבס ולרשת הובלת האלקטרונים.

ההסבר המפורט לתגובות המתרחשות במסלולים ביוכימיים אלה יפורסם בסעיף הבא.

הנשימה אנכובי

הקבלה הסופית מורכבת ממולקולה שאינה חמצן. כמות ATP הנוצרת על ידי נשימה אנאירובית תלויה במספר גורמים, כולל האורגניזם המחקר ואת המסלול המשמש..

עם זאת, ייצור אנרגיה היא תמיד גבוה נשימה אירובית, כמו מחזור קרבס עובד רק באופן חלקי ולא כל מולקולות שרשרת המסוע מעורבות נשימה

מסיבה זו, הצמיחה והפיתוח של אנשים אנאירוביים נמוך משמעותית מארובי.

דוגמאות לאורגניזמים אנאירוביים

בחלק מן האורגניזמים חמצן רעיל ונקראים אנאירוב קפדני. הדוגמה הידועה ביותר היא החיידק שגורם טטנוס בוטוליזם: קלוסטרידיום.

בנוסף, ישנם אורגניזמים אחרים שיכולים לסירוגין בין הנשימה האירובית והאנאירובית, הנקראים אנאירוביות פקולטטיביות. במילים אחרות, הם משתמשים בחמצן כאשר הוא מתאים להם ובהעדרם הם נוטים לנשום אנאירובית. לדוגמה, החיידק ידוע Escherichia coli יש מטבוליזם זה.

חיידקים מסוימים יכולים להשתמש יון חנקתי (NO₃^-) כמו acceptor הסופי של אלקטרונים, כגון ז 'אנרים של פסודומונס ו באסילוס. יון זה יכול להיות מופחת יון ניטריט, תחמוצת חנקן או גז חנקן.

במקרים אחרים, הסופי acceptor מורכב של יון סולפט (SO₄^2-) אשר יוצר מימן גופרתי אשר משתמש פחמתי כדי ליצור מתאן. סוג החיידקים Desulfovibrio היא דוגמה לסוג זה של acceptor.

הקבלה של אלקטרונים במולקולות חנקתי וגופרתי היא חיונית במחזורי הביוגיאוכימיים של תרכובות אלה - חנקן וגופרית.

תהליך

הגליקוליזה היא נתיב קודם לנשימה תאית. זה מתחיל עם מולקולה גלוקוז המוצר הסופי הוא pyruvate, מולקולה שלושה פחמן. הגליקוליזה מתרחשת בציטופלסמה של התא. מולקולה זו חייבת להיות מסוגלת להיכנס למיטוכונדריה כדי להמשיך בהידרדרותה.

Pyrovate יכול לפזר על ידי ריכוז gradients לתוך האברנל, דרך הנקבוביות של הממברנה. היעד הסופי יהיה מטריצת המיטוכונדריה.

לפני הכניסה לשלב הראשון של הנשימה הסלולרית, מולקולת pyruvate עובר שינויים מסוימים.

ראשית הוא מגיב עם א-אנזים שנקרא מולקולה פירובט כל בקע לדו-תחמוצת הפחמן קבוצת אצטיל, אשר נקשר האנזים, וכתוצאה מכך קואנזים A aceil מורכב.

בתגובה זו, שני אלקטרונים ואחד מימן יון מועברים NADP⁺, מניב NADH והוא מזרז על ידי אנזימטי מורכב pyruvate dehydrogenase. התגובה צריכה סדרה של cofactors.

לאחר שינוי זה, שני השלבים בתוך הנשימה מתחילים: מחזור קרבס ורשת התחבורה האלקטרונית.

מחזור קרבס

מחזור קרבס הוא אחד התגובות המעגליות החשובות ביותר בביוכימיה. זה ידוע גם בספרות כמו מחזור חומצת לימון או מחזור tricarboxylic חומצה (TCA).

הוא מקבל את שמו לכבוד המגלה שלו: הביוכימאי הגרמני הנס קרבס. ב -1953 זכה קרבס בפרס נובל בזכות תגלית זו שסימנה את תחום הביוכימיה.

מחזור היעד הוא לשחרר את האנרגיה בהדרגה כלולה א-אנזים אצטיל הוא מורכב מסדרה של תגובות חמצון והפחתת מעבירי אנרגיה למולקולות, בעיקר NAD⁺.

עבור כל שתי מולקולות של קואנזים אצטיל A אשר נכנסים למחזור ארבעה מולקולות פחמן דו חמצני משתחררים, שש מולקולות של NADH ושניים של FADH נוצרים₂. המפקד₂ הוא משוחרר לאטמוספרה כחומר פסולת של התהליך. GTP נוצר גם.

כמו מסלול זה משתתף הן אנבוליים (מולקולה סינתזה) ו catabolic (מולקולה השפלה) תהליכים, זה נקרא "amphibolic".

תגובות של מחזור קרבס

מחזור מתחיל עם היתוך של מולקולה של קואנזים A אצטיל A עם מולקולה oxaloacetate. איחוד זה גורם למולקולה של שש פחמן: ציטראט. לכן, קואנזים A הוא שוחרר.למעשה, הוא עשה בה שימוש חוזר מספר רב של פעמים. אם יש הרבה ATP בתא, צעד זה הוא מעוכב.

התגובה הנ"ל זקוקה לאנרגיה ומתקבלת מהתמוטטות הקשר האנרגטי הגבוה בין קבוצת האסטיל לקואנזים A.

ציטראט עובר aconitato cis, ו קורה isocitrato על ידי אנזים aconitasa. השלב הבא הוא ההמרה של isocitrate אל ketoglutarate אלפא ידי isocitrate dehydrogenated. שלב זה רלוונטי משום שהוא מוביל להפחתת NADH ומשחרר פחמן דו חמצני.

אלפא ketoglutarate מומרת coccyme succinyl A, על ידי אלפא ketoglutarate dehydrogenase, אשר משתמש cofactors אותו כמו kyase pyruvate. בשלב זה, NADH נוצר גם, כמו הצעד הראשוני, הוא מעוכב על ידי עודף של ה- ATP.

המוצר הבא הוא succinate. בייצור שלה, היווצרות של GTP מתרחשת. הסקסין עובר לפומראטים. תגובה זו מניבה FADH. הפומאראט, בתורו, הופך למלטה ולבסוף אוקסלצטטט.

שרשרת התחבורה האלקטרונית

שרשרת התחבורה אלקטרונים שואפת לקחת אלקטרונים מן תרכובות שנוצר בשלבים הקודמים, כגון NADH ו FADH₂, כי הם ברמת אנרגיה גבוהה, ולהוביל אותם לרמה אנרגיה נמוכה יותר.

ירידה זו באנרגיה מתרחשת צעד אחר צעד, כלומר, זה לא קורה פתאום. זה מורכב מסדרה של צעדים בהם מתרחשות תגובות הפחתת חמצון.

המרכיבים העיקריים של הרשת הם קומפלקסים שנוצרו על ידי חלבונים ואנזימים מצמידים cytochromes: metalloporphyrins של סוג heme.

ציטוכרומים דומים למדי במונחים של המבנה שלהם, למרות שלכל אחד יש תכונה מסוימת המאפשרת לו לבצע את הפונקציה הספציפית שלו בתוך השרשרת, לשיר אלקטרונים ברמות אנרגיה שונות..

עקירה של אלקטרונים דרך שרשרת הנשימה לרמות נמוכות יותר, מייצרת את שחרור האנרגיה. אנרגיה זו יכולה לשמש המיטוכונדריה כדי לסנתז ATP, בתהליך המכונה זרחון חמצוני.

צימוד כימותרטי

במשך זמן רב מנגנון המנגנון של ה- ATP בשרשרת היה חידה, עד שהביוכימאי פיטר מיטשל הציע צימוד כימותרטי.

בתופעה זו, שיפוע פרוטון נוצר באמצעות קרום המיטוכונדריה הפנימית. האנרגיה הכלולה במערכת זו משוחררת ומשמשת לסינתזה של ה- ATP.

כמות ATP נוצר

כפי שראינו, ATP אינו יוצר ישירות במחזור קרבס, אלא בשרשרת ההולכה של האלקטרון. עבור כל שני אלקטרונים שעוברים מ NADH לחמצן, סינתזה של שלוש מולקולות של ATP מתרחשת. אומדן זה עשוי להשתנות מעט בהתאם לספרות הנדונה.

באופן דומה, עבור כל שני אלקטרונים שעוברים מן FADH₂, שתי מולקולות של ATP נוצרות.

פונקציות

הפונקציה העיקרית של הנשימה הסלולרית היא הדור של אנרגיה בצורה של ה- ATP כדי לכוון אותו לתפקודי התא.

גם בעלי חיים וצמחים דורשים לחילוץ האנרגיה הכימית הכלולה במולקולות האורגניות המשמשות כמזון. במקרה של ירקות, מולקולות אלה הם הסוכרים כי אותו צמח מסנתז עם השימוש באנרגיה סולארית בתהליך פוטוסינתטי המפורסם.

בעלי חיים, לעומת זאת, אינם מסוגלים לסנתז את המזון שלהם. כך, ההטרוטרופים צורכים מזון בתזונה - כמונו, למשל. תהליך החמצון אחראי לחילוץ אנרגיה ממזון.

אסור לנו לבלבל את הפונקציות של הפוטוסינתזה עם אלה של הנשימה. צמחים, כמו חיות, גם לנשום. שני התהליכים משלימים ומתחזקים את הדינמיקה של העולם החי.

הפניות

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). מבוא לביולוגיה של התא. אד פנמריקנה מדיקל.
2. אודסירק, ט, אודסירק, ג., וביירס, ב. (2003). ביולוגיה: חיים על פני כדור הארץ. חינוך פירסון.
3. קרטיס, ח ', ושנק, א. (2008). קרטיס. ביולוגיה. אד פנמריקנה מדיקל.
4. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2007). עקרונות משולבים של זואולוגיה. מקגרו היל.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert פיזיולוגיה של בעלי חיים. מקמילן.
6. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). מבוא למיקרוביולוגיה. אד פנמריקנה מדיקל.
7. יאנג, ב ', Heath, J.W., Lowe, J.S., סטיבנס, A., & Wheater, P.R. (2000). היסטולוגיה תפקודית: טקסט וצבע אטלס. הארקורט.