PERNAFASAN AEROBIK: CIRI, PERINGKAT DAN ORGANISMA - BIOLOGI - 2025

The respirasi aerobik atau aerobik adalah proses biologi yang melibatkan mendapatkan tenaga molekul organik - terutamanya glukosa - oleh satu siri tindak balas pengoksidaan, di mana penerima elektron terakhir adalah oksigen.

Proses ini terdapat di sebilangan besar makhluk organik, khususnya eukariota. Semua haiwan, tumbuhan, dan kulat bernafas secara aerobik. Selain itu, sebilangan bakteria juga menunjukkan metabolisme aerobik.

Di eukariota, mesin untuk pernafasan selular terletak di mitokondria.
Sumber: Institut Penyelidikan Genom Manusia Nasional (NHGRI) dari Bethesda, MD, Amerika Syarikat, melalui Wikimedia Commons

Secara amnya, proses mendapatkan tenaga dari molekul glukosa dibahagikan kepada glikolisis (langkah ini biasa berlaku di kedua-dua laluan aerobik dan anaerob), kitaran Krebs dan rantai pengangkutan elektron.

Konsep respirasi aerobik bertentangan dengan respirasi anaerob. Yang terakhir, akseptor akhir elektron adalah bahan anorganik lain, berbeza dengan oksigen. Ini adalah tipikal bagi beberapa prokariota.

Apa itu oksigen?

Sebelum membincangkan proses pernafasan aerobik, perlu mengetahui aspek tertentu molekul oksigen.

Ini adalah unsur kimia yang ditunjukkan dalam jadual berkala dengan huruf O, dan nombor atom 8. Dalam keadaan suhu dan tekanan standard, oksigen cenderung mengikat berpasangan, sehingga menimbulkan molekul dioksigen.

Gas ini, terdiri dari dua atom oksigen, tidak memiliki warna, bau atau rasa, dan diwakili oleh formula O ₂ . Di atmosfera, ia adalah komponen yang menonjol, dan diperlukan untuk mengekalkan kebanyakan bentuk kehidupan di bumi.

Berkat sifat gas beroksigen, molekul dapat menyeberangi membran sel secara bebas - kedua membran luar yang memisahkan sel dari persekitaran ekstraselular, dan membran petak subselular, termasuk mitokondria.

Ciri-ciri pernafasan

Sel menggunakan molekul yang kita makan melalui makanan kita sebagai sejenis "bahan bakar" pernafasan.

Respirasi sel adalah proses penjanaan tenaga, dalam bentuk molekul ATP, di mana molekul yang akan mengalami degradasi mengalami pengoksidaan dan akseptor akhir elektron, dalam kebanyakan kes, adalah molekul anorganik.

Ciri penting yang membolehkan proses pernafasan berlaku adalah adanya rantai pengangkutan elektron. Dalam pernafasan aerobik, akseptor akhir untuk elektron adalah molekul oksigen.

Dalam keadaan normal, "bahan bakar" ini adalah karbohidrat atau karbohidrat dan lemak atau lipid. Oleh kerana tubuh berada dalam keadaan tidak menentu kerana kekurangan makanan, ia memerlukan penggunaan protein untuk berusaha memenuhi permintaan tenaganya.

Kata respirasi adalah sebahagian daripada perbendaharaan kata kita dalam kehidupan seharian. Tindakan mengambil udara ke paru-paru kita, dalam kitaran pernafasan dan penyedutan yang berterusan, kita memanggil pernafasan.

Walau bagaimanapun, dalam konteks sains kehidupan formal, tindakan sedemikian ditentukan oleh istilah ventilasi. Oleh itu, istilah respirasi digunakan untuk merujuk kepada proses yang berlaku di peringkat sel.

Proses (peringkat)

Tahap pernafasan aerobik melibatkan langkah-langkah yang diperlukan untuk mengekstrak tenaga dari molekul organik - dalam hal ini kita akan menerangkan kes molekul glukosa sebagai bahan bakar pernafasan - sehingga ia sampai ke penerima oksigen.

Jalur metabolik kompleks ini dibahagikan kepada glikolisis, kitaran Krebs, dan rantai pengangkutan elektron:

Glikolisis

Gambar 1: glikolisis vs glukoneogenesis. Tindak balas dan enzim yang terlibat.

Langkah pertama dalam pemecahan monomer glukosa adalah glikolisis, juga disebut glikolisis. Langkah ini tidak memerlukan oksigen secara langsung, dan ia terdapat di hampir semua makhluk hidup.

Objektif jalan metabolik ini adalah pembelahan glukosa menjadi dua molekul asid piruvik, memperoleh dua molekul tenaga bersih (ATP) dan mengurangkan dua molekul NAD ⁺ .

Dengan adanya oksigen, jalan boleh terus ke kitaran Krebs dan rantai pengangkutan elektron. Sekiranya oksigen tidak ada, molekul akan mengikuti jalan fermentasi. Dengan kata lain, glikolisis adalah jalan metabolik yang biasa untuk pernafasan aerobik dan anaerob.

Sebelum kitaran Krebs, dekarboksilasi oksidatif asid piruvik mesti berlaku. Langkah ini dimediasi oleh kompleks enzim yang sangat penting, yang disebut piruvate dehydrogenase, yang melakukan reaksi di atas.

Oleh itu, piruvat menjadi radikal asetil yang kemudian ditangkap oleh koenzim A, yang bertanggungjawab untuk mengangkutnya ke kitaran Krebs.

Kitaran Krebs

Kitaran Krebs, juga dikenali sebagai kitaran asid sitrik atau kitaran asid trikarboksilat, terdiri daripada rangkaian tindak balas biokimia yang dikatalisis oleh enzim tertentu yang berusaha untuk secara beransur-ansur melepaskan tenaga kimia yang tersimpan dalam asetil koenzim A.

Ini adalah jalan yang mengoksidakan sepenuhnya molekul piruvat dan berlaku di matriks mitokondria.

Kitaran ini didasarkan pada rangkaian tindak balas pengoksidaan dan pengurangan yang memindahkan tenaga berpotensi dalam bentuk elektron ke unsur-unsur yang menerimanya, terutama molekul NAD ⁺ .

Ringkasan kitaran Krebs

Setiap molekul asid piruvik dipecah menjadi karbon dioksida dan molekul dua karbon, yang dikenali sebagai kumpulan asetil. Dengan penyatuan untuk koenzim A (disebutkan di bahagian sebelumnya) kompleks asetil koenzim A terbentuk.

Dua karbon pyruvic acid memasuki kitaran, mengembun dengan oksaloasetat, dan membentuk molekul sitrat enam karbon. Oleh itu, tindak balas langkah oksidatif berlaku. Sitrat kembali ke oksaloasetat dengan penghasilan teori 2 mol karbon dioksida, 3 mol NADH, 1 mol FADH ₂ dan 1 mol GTP.

Oleh kerana dua molekul piruvat terbentuk dalam glikolisis, satu molekul glukosa melibatkan dua putaran kitaran Krebs.

Rangkaian pengangkutan elektron

Rantai pengangkutan elektron terdiri daripada urutan protein yang mempunyai keupayaan untuk melakukan reaksi pengoksidaan dan pengurangan.

Peralihan elektron melalui kompleks protein ini menghasilkan pembebasan tenaga secara beransur-ansur yang kemudiannya digunakan dalam penghasilan ATP oleh chemoosmotics. Yang penting, tindak balas rantai terakhir adalah jenis yang tidak dapat dipulihkan.

Dalam organisma eukariotik, yang mempunyai petak subselular, unsur-unsur rantai transporter berlabuh pada membran mitokondria. Dalam prokariota, yang kekurangan petak ini, unsur-unsur rantai terletak di membran plasma sel.

Reaksi rantai ini membawa kepada pembentukan ATP, melalui tenaga yang diperoleh dengan anjakan hidrogen melalui pengangkut, hingga sampai pada penerima akhir: oksigen, suatu reaksi yang menghasilkan air.

Kelas molekul pembawa

Rantai ini terdiri daripada tiga varian penghantar. Kelas pertama adalah flavoprotein, yang dicirikan oleh kehadiran flavin. Pengangkut jenis ini boleh melakukan dua jenis tindak balas, baik pengurangan dan pengoksidaan, sebagai alternatif.

Jenis kedua terdiri daripada sitokrom. Protein ini mempunyai kumpulan heme (seperti hemoglobin), yang dapat menunjukkan keadaan pengoksidaan yang berbeza.

Kelas transporter terakhir adalah ubiquinone, juga dikenali sebagai koenzim Q. Molekul-molekul ini bukan protein.

Organisma dengan pernafasan aerobik

Sebilangan besar organisma hidup mempunyai pernafasan jenis aerobik. Ini khas untuk organisma eukariotik (makhluk dengan inti yang benar di dalam sel mereka, dibatasi oleh membran). Semua haiwan, tumbuhan, dan kulat bernafas secara aerobik.

Haiwan dan kulat adalah organisme heterotrofik, yang bermaksud bahawa "bahan bakar" yang akan digunakan dalam jalur metabolisme pernafasan mesti dikonsumsi secara aktif dalam makanan. Berbeza dengan tanaman, yang mempunyai kemampuan untuk menghasilkan makanan mereka sendiri melalui fotosintesis.

Beberapa genera prokariota juga memerlukan oksigen untuk pernafasannya. Secara khusus, terdapat bakteria aerobik yang ketat - iaitu, mereka hanya tumbuh di persekitaran yang kaya dengan oksigen, seperti pseudomonas.

Generasi bakteria lain mempunyai kemampuan untuk mengubah metabolisme mereka dari aerobik ke anaerobik berdasarkan keadaan persekitaran, seperti salmonellae. Dalam prokariota, menjadi aerobik atau anaerob adalah ciri penting bagi klasifikasi mereka.

Perbezaan dari pernafasan anaerob

Proses yang bertentangan dengan pernafasan aerobik adalah mod anaerobik. Perbezaan yang paling jelas antara keduanya adalah penggunaan oksigen sebagai akseptor elektron akhir. Respirasi anaerob menggunakan molekul anorganik lain sebagai akseptor.

Selanjutnya, dalam pernafasan anaerob produk akhir tindak balas adalah molekul yang masih berpotensi untuk terus mengoksidasi. Contohnya, asid laktik terbentuk pada otot semasa penapaian. Sebaliknya, produk akhir respirasi aerobik adalah karbon dioksida dan air.

Terdapat juga perbezaan dari sudut pandangan tenaga. Di jalur anaerob, hanya dua molekul ATP yang dihasilkan (sesuai dengan jalur glikolitik), sementara dalam pernafasan aerobik, produk akhir umumnya sekitar 38 molekul ATP - yang merupakan perbezaan yang ketara.

Rujukan

1. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Biokimia. Edisi keenam. Thomson. Brooks / Cole.
2. Curtis, H. (2006). Jemputan ke Biologi. Edisi keenam. Buenos Aires: Perubatan Pan-Amerika.
3. Estrada, E & Aranzábal, M. (2002). Atlas Histologi Vertebrata. Universiti Autonomi Negara Mexico. Halaman 173.
4. Hall, J. (2011). Perjanjian Fisiologi Perubatan. New York: Sains Kesihatan Elsevier.
5. Harisha, S. (2005). Pengenalan kepada Bioteknologi Praktikal. New Delhi: Media Firewall.
6. Hill, R. (2006). Fisiologi Haiwan. Madrid: Perubatan Pan-Amerika.
7. Iglesias, B., Martín, M. & Prieto, J. (2007). Asas Fisiologi. Madrid: Tebar.
8. Koolman, J., & Röhm, KH (2005). Biokimia: teks dan atlas. Panamerican Medical Ed.
9. Vasudevan, D. & Sreekumari S. (2012). Teks Biokimia untuk Pelajar Perubatan. Edisi keenam. Mexico: JP Medical Ltd.