Respirația aerobă

Definiție

Respirația aerobă este procesul prin care organismele folosesc oxigenul pentru a transforma combustibilul, cum ar fi grăsimile și zaharurile, în energie chimică. În schimb, respirația anaerobă nu folosește oxigenul.

Respirația este folosită de toate celulele pentru a transforma combustibilul în energie care poate fi folosită pentru a alimenta procesele celulare. Produsul respirației este o moleculă numită adenozin trifosfat (ATP), care utilizează energia stocată în legăturile sale de fosfat pentru a alimenta reacțiile chimice. Aceasta este adesea denumită „moneda” celulei.

Respirația aerobă este mult mai eficientă și produce ATP mult mai rapid decât respirația anaerobă. Acest lucru se datorează faptului că oxigenul este un excelent acceptor de electroni pentru reacțiile chimice implicate în generarea ATP.

Aerobă vs. anaerobă

Similitudini

Atât respirația aerobă, cât și cea anaerobă sunt metode de generare a energiei. De asemenea, ambele încep în același mod, cu procesul de glicoliză. „Glicoliza” înseamnă literalmente „scindarea zahărului” și implică descompunerea unei molecule de zahăr în două molecule mai mici.

În procesul de glicoliză, se consumă două molecule de ATP și se produc patru. Acest lucru duce la un câștig net de două molecule de ATP produse pentru fiecare moleculă de zahăr descompusă prin glicoliză. Aici se termină asemănările dintre respirația aerobă și anaerobă.

În celulele care au oxigen și în care respirația aerobă poate continua, o moleculă de zahăr este descompusă în două molecule de piruvat. În celulele care nu au oxigen, molecula de zahăr este descompusă în alte forme, cum ar fi lactatul.

Diferențe

După glicoliză, diferite chimii de respirație pot lua câteva căi diferite:

• Celulele care folosesc respirația aerobă își continuă lanțul de transfer de electroni într-un proces extrem de eficient care sfârșește prin a produce 38 de molecule de ATP din fiecare moleculă de zahăr.
• Celulele care sunt lipsite de oxigen, dar care nu folosesc în mod normal respirația anaerobă, cum ar fi propriile noastre celule musculare, pot lăsa produsele finale ale glicolizei pe loc, obținând doar doi ATP pentru fiecare moleculă de zahăr pe care o scindă. Aceasta este o metodă ineficientă de obținere a energiei prin respirație.
• Celulele care sunt făcute pentru respirația anaerobă, cum ar fi multe tipuri de bacterii, pot continua lanțul de transfer de electroni pentru a extrage mai multă energie din produsele finale ale glicolizei.

După glicoliză, celulele care nu folosesc oxigenul pentru respirație, dar continuă cu un tren de transport al electronilor pot folosi un acceptor de electroni diferit, cum ar fi sulfatul sau nitratul, pentru a duce mai departe reacția lor.

Aceste procese reprezintă un tip de respirație anaerobă numit „fermentare”. Unele tipuri de reacții de fermentare produc alcool și dioxid de carbon. Acesta este modul în care se fac băuturile alcoolice și pâinea.

Respirația aerobă, pe de altă parte, trimite piruvatul rămas de la glicoliză pe o cale chimică foarte diferită, ale cărei etape sunt discutate în detaliu mai jos.

Etapele respirației aerobe

Ecuația generală

Ecuația respirației aerobe descrie reactanții și produsele tuturor etapelor sale, inclusiv glicoliza. Această ecuație este:

1 glucoză + 6 O2 → 6 CO2+ 6 H2O + 38 ATP

În rezumat, 1 moleculă de glucoză cu șase atomi de carbon și 6 molecule de oxigen sunt transformate în 6 molecule de dioxid de carbon, 6 molecule de apă și 38 de molecule de ATP. Reacțiile respirației aerobe pot fi împărțite în patru etape, descrise mai jos.

Glicoliza

Glicoliza este prima etapă a respirației aerobe și are loc în citoplasma celulei. Ea presupune scindarea unei molecule de zahăr cu șase atomi de carbon în 2 molecule de piruvat cu trei atomi de carbon. Acest proces creează două molecule de ATP.

Ecuația generală este următoarea:

C6H12O6 + 2 ADP + 2 PI + 2 NAD+ → 2 piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

Acest proces reduce cofactorul NAD+ la NADH. Acest lucru este important, deoarece mai târziu, în procesul de respirație celulară, NADH va alimenta formarea a mult mai mult ATP prin lanțul de transport al electronilor din mitocondrii.

În etapa următoare, piruvatul este prelucrat pentru a-l transforma în combustibil pentru ciclul acidului citric, folosind procesul de decarboxilare oxidativă.

Descărboxilarea oxidativă a piruvatului

2 (Piruvat- + Coenzima A + NAD+ → Acetil CoA + CO2 + NADH)

Descărboxilarea oxidativă, denumită uneori reacția de legătură sau reacția de tranziție, este legătura dintre glicoliză și ciclul acidului citric. Piruvatul este transferat în matricea mitocondrială prin intermediul unei proteine cunoscute sub numele de piruvat translocaza. Aici, piruvatul este combinat cu coenzima A pentru a elibera o moleculă de dioxid de carbon și a forma acetil-CoA.

Această reacție de tranziție este importantă deoarece acetil-CoA este un combustibil ideal pentru ciclul acidului citric, care poate, la rândul său, să alimenteze procesul de fosforilare oxidativă din mitocondrii, care produce cantități uriașe de ATP.

În această reacție se creează, de asemenea, mai mult NADH. Aceasta înseamnă mai mult combustibil pentru a crea mai mult ATP mai târziu în procesul de respirație celulară.

Ciclul acidului citric

Ciclul acidului citric, numit și ciclul acidului tricarboxilic sau ciclul Krebs, este o serie de reacții redox care începe cu acetil CoA. Aceste reacții au loc în matricea mitocondriilor din celulele eucariote. În celulele procariote, ele au loc în citoplasmă. Reacția generală este următoarea:

2 (ACETIL COA + 3 NAD+ + FAD + ADP + PI → CO2 + 3 NADH + FADH2 + ATP + H+ + COENZIMĂ A)

Reacția are loc de două ori pentru fiecare moleculă de glucoză, deoarece există două piruvate și, prin urmare, două molecule de Acetil CoA generate pentru a intra în ciclul acidului citric.

Se creează atât NADH, cât și FADH2 – un alt purtător de electroni pentru lanțul de transport al electronilor. Toate NADH și FADH2 create în etapele precedente intră acum în joc în procesul de fosforilare oxidativă.

În rezumat, pentru fiecare rundă a ciclului, doi carboni intră în reacție sub formă de acetil CoA. Aceștia produc două molecule de dioxid de carbon. Reacțiile generează trei molecule de NADH și o moleculă de FADH. Se produce o moleculă de ATP.

Fosforilarea oxidativă

Fosforilarea oxidativă este etapa primară de furnizare de energie a respirației aerobe. Ea folosește membranele pliate din cadrul mitocondriilor celulei pentru a produce cantități uriașe de ATP.

34 (ADP + PI+ NADH + 1/2 O2 + 2H+ → ATP + NAD+ + 2 H2O)

În acest proces, NADH și FADH2 donează electronii pe care i-au obținut din glucoză în timpul etapelor anterioare ale respirației celulare lanțului de transport al electronilor din membrana mitocondriei.

Clanțul de transport al electronilor este format dintr-un număr de complexe proteice care sunt încorporate în membrana mitocondrială, inclusiv complexul I, Q, complexul III, citocromul C și complexul IV.

Toate acestea servesc în cele din urmă la trecerea electronilor de la nivelurile energetice superioare la cele inferioare, culegând energia eliberată în acest proces. Această energie este folosită pentru a alimenta pompele de protoni, care alimentează formarea ATP.

La fel ca pompa de sodiu-potasiu a membranei celulare, pompele de protoni ale membranei mitocondriale sunt folosite pentru a genera un gradient de concentrație care poate fi folosit pentru a alimenta alte procese.

Protonii care sunt transportați de-a lungul membranei folosind energia recoltată de la NADH și FADH2 „vor” să treacă prin proteinele de canal din zona lor de concentrație mare în zona lor de concentrație mică.

În mod specific, proteinele de canal sunt sinteze ATP, care sunt enzime care produc ATP. Atunci când protonii trec prin ATP sinteza, ei conduc formarea ATP.

Acest proces este motivul pentru care mitocondriile sunt denumite „centralele energetice ale celulei”. Lanțul de transport de electroni al mitocondriilor realizează aproape 90% din tot ATP-ul produs de celulă prin descompunerea alimentelor.

Aceasta este, de asemenea, etapa care necesită oxigen. Fără molecule de oxigen care să accepte electronii epuizați de la capătul lanțului de transport al electronilor, electronii ar da înapoi, iar procesul de creare a ATP nu ar putea continua.

Respirația aerobă și pierderea în greutate

Respirația aerobă este procesul prin care multe celule, inclusiv a noastră, produc energie folosind alimente și oxigen. De asemenea, dă naștere la dioxid de carbon, de care corpul nostru trebuie apoi să scape.

Respirația aerobă este motivul pentru care avem nevoie atât de hrană, cât și de oxigen, deoarece ambele sunt necesare pentru a produce ATP care permite celulelor noastre să funcționeze. Inspirăm O2 și expirăm același număr de molecule de CO2. De unde provine atomul de carbon? Vine de la alimentele, cum ar fi zahărul și grăsimile, pe care le-ați mâncat.

De asemenea, acesta este motivul pentru care respirați mai greu și mai repede în timp ce efectuați activități de ardere a caloriilor. Corpul dumneavoastră folosește atât oxigenul, cât și zahărul într-un ritm mai rapid decât în mod normal și produce mai mult ATP pentru a vă alimenta celulele, împreună cu mai mult produs rezidual CO2.

Deși celulele noastre folosesc în mod normal oxigenul pentru respirație, atunci când folosim ATP mai repede decât primim molecule de oxigen la celulele noastre, celulele noastre pot efectua respirația anaerobă pentru a-și satisface nevoile pentru câteva minute.

Fapt amuzant: acumularea de lactat din respirația anaerobă este unul dintre motivele pentru care mușchii se pot simți dureroși după exerciții fizice intense!

Funcția respirației aerobe

Respirația aerobă furnizează energie pentru a alimenta toate procesele celulare. Reacțiile produc ATP, care este apoi utilizat pentru a alimenta alte funcții de susținere a vieții, inclusiv creșterea, repararea și întreținerea. De exemplu, ATP alimentează t acțiunea pompei sodiu-potasiu, care ne permite să ne mișcăm, să gândim și să percepem lumea din jurul nostru. ATP alimentează acțiunile multor enzime și acțiunile a nenumărate alte proteine care susțin viața!

Quiz

Bibliografie

.