ANG PAGHINGA NG CELLULAR: PROSESO, URI AT PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang cellular respiratory ay isang proseso na bumubuo ng enerhiya sa anyo ng ATP (adenosine triphosphate). Mamaya, ang enerhiya na ito ay nakadirekta sa iba pang mga proseso ng cellular. Sa panahon ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang mga molekula ay sumasailalim sa oksihenasyon at ang pangwakas na tumatanggap ng mga elektron ay, sa karamihan ng mga kaso, isang diorganikong molekula.

Ang likas na katangian ng pangwakas na tumatanggap ng elektron ay nakasalalay sa uri ng paghinga ng pinag-aralan na organismo. Sa mga aerobes - tulad ng Homo sapiens - ang panghuling tumatanggap ng elektron ay oxygen. Sa kaibahan, para sa anaerobic respirator oxygen ay maaaring nakakalason. Sa huling kaso, ang pangwakas na tumatanggap ay isang tulagay na molekula maliban sa oxygen.

Pinagmulan: Ni Darekk2, mula sa Wikimedia Commons

Ang Aerobic na paghinga ay malawak na pinag-aralan ng mga biochemists at binubuo ng dalawang yugto: ang Krebs cycle at ang electron chain chain.

Sa mga eukaryotic na organismo, ang lahat ng makinarya na kinakailangan para sa paghinga na maganap ay nasa loob ng mitochondria, kapwa sa mitochondrial matrix at sa lamad na sistema ng organelle na ito.

Ang makinarya ay binubuo ng mga enzyme na nagpapagaling sa mga reaksyon ng proseso. Ang linya ng prokaryotic ay nailalarawan sa pamamagitan ng kawalan ng mga organelles; Para sa kadahilanang ito, ang paghinga ay nangyayari sa mga tukoy na rehiyon ng lamad ng plasma na gayahin ang isang kapaligiran na katulad ng sa mitochondria.

Terminolohiya

Sa larangan ng pisyolohiya, ang salitang "paghinga" ay may dalawang kahulugan: pulmonary respiratory at cellular respiration. Kapag ginagamit natin ang salitang hininga sa pang-araw-araw na buhay, tinutukoy namin ang unang uri.

Ang pulmonary respiratory comprises ang pagkilos ng paghinga sa loob at labas, ang prosesong ito ay nagreresulta sa pagpapalitan ng mga gas: oxygen at carbon dioxide. Ang tamang termino para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay "bentilasyon."

Sa kaibahan, nangyayari ang paghinga ng cellular - tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan nito - sa loob ng mga cell at ang proseso na namamahala sa pagbuo ng enerhiya sa pamamagitan ng isang chain ng transportasyon ng elektron. Ang huling proseso na ito ay ang tatalakayin sa artikulong ito.

Saan nangyayari ang paghinga ng cellular?

Lokasyon ng paghinga sa mga eukaryotes

Mitochondria

Ang paghinga ng cellular ay naganap sa isang kumplikadong organel na tinatawag na mitochondria. Sa istruktura, ang mitochondria ay 1.5 microns ang lapad at 2 hanggang 8 microns ang haba. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng kanilang sariling genetic material at sa pamamagitan ng paghati sa pamamagitan ng binary fission - mga vestigial na katangian ng kanilang endosymbiotic na pinagmulan.

Mayroon silang dalawang lamad, isang makinis at panloob na may mga folds na bumubuo ng mga tagaytay. Ang mas aktibong mitochondria, mas maraming mga tagaytay nito.

Ang loob ng mitochondrion ay tinatawag na mitochondrial matrix. Sa kompartimento na ito ay ang mga enzymes, coenzymes, tubig at pospeyt na kinakailangan para sa mga reaksyon sa paghinga.

Pinapayagan ng panlabas na lamad ang pagpasa ng karamihan sa mga maliliit na molekula. Gayunpaman, ito ang panloob na lamad na aktwal na pinipigilan ang daanan sa pamamagitan ng napaka-tiyak na mga transporter. Ang pagkamatagusin ng istraktura na ito ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa paggawa ng ATP.

Bilang ng mitochondria

Ang mga enzyme at iba pang mga sangkap na kinakailangan para sa paghinga ng cellular ay matatagpuan na naka-angkla sa mga lamad at libre sa mitochondrial matrix.

Samakatuwid, ang mga cell na nangangailangan ng isang mas malaking dami ng enerhiya ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang mataas na bilang ng mitochondria, sa kaibahan sa mga cell na ang kinakailangan ng enerhiya ay mas mababa.

Halimbawa, ang mga selula ng atay ay, sa average, 2,500 mitochondria, habang ang isang selula ng kalamnan (napaka-aktibo sa metaboliko) ay naglalaman ng isang mas mataas na bilang, at ang mitochondria ng ganitong uri ng cell ay mas malaki.

Bilang karagdagan, ang mga ito ay matatagpuan sa mga tukoy na rehiyon kung saan kinakailangan ang enerhiya, halimbawa na nakapaligid sa flagellum ng tamud.

Lokasyon ng prokaryotic respirasyon

Ang lohikal, ang mga prokaryotic na organismo ay kailangang huminga at wala silang mitochondria - ni ang kumplikadong mga organelles na katangian ng eukaryotes. Para sa kadahilanang ito, ang proseso ng paghinga ay nagaganap sa maliit na mga panunukso ng lamad ng plasma, nang magkatulad kung paano ito nangyayari sa mitochondria.

Mga Uri

Mayroong dalawang pangunahing mga uri ng paghinga, depende sa molekula na kumilos bilang pangwakas na tumatanggap ng mga electron. Sa aerobic na paghinga ang tumatanggap ay oxygen, habang sa anaerobic ito ay isang tulagay na molekula - bagaman sa ilang mga tiyak na kaso ang tumatanggap ay isang organikong molekula. Ilalarawan namin ang bawat isa nang detalyado sa ibaba:

Aerobic na paghinga

Sa mga aerobic respiratory organism, ang panghuling tatanggap para sa mga electron ay oxygen. Ang mga hakbang na nagaganap ay nahahati sa Krebs cycle at ang electron chain chain.

Ang detalyadong paliwanag ng mga reaksyon na nagaganap sa mga biochemical pathways ay bubuo sa susunod na seksyon.

Anerobic na paghinga

Ang panghuling tatanggap ay binubuo ng isang molekula maliban sa oxygen. Ang halaga ng ATP na nabuo ng anaerobic respiratory ay nakasalalay sa ilang mga kadahilanan, kabilang ang organismo sa ilalim ng pag-aaral at ruta na ginamit.

Gayunpaman, ang produksyon ng enerhiya ay palaging mas mataas sa aerobic respirasyon, dahil ang siklo ng Krebs ay gumagana lamang ng bahagyang at hindi lahat ng mga molekulang transporter sa kadena ay nakikilahok sa paghinga.

Para sa kadahilanang ito, ang paglago at pag-unlad ng mga anaerobic indibidwal ay makabuluhang mas mababa kaysa sa mga aerobic.

Mga halimbawa ng mga anaerobic organismo

Sa ilang mga organismo ang oxygen ay nakakalason at tinawag silang mahigpit na anaerobes. Ang pinakamahusay na kilalang halimbawa ay ang bakterya na nagdudulot ng tetanus at botulism: Clostridium.

Bilang karagdagan, mayroong iba pang mga organismo na maaaring pumalit sa pagitan ng aerobic at anaerobic respirasyon, na tinatawag na facultative anaerobes. Sa madaling salita, gumagamit sila ng oxygen kapag nababagay sa kanila at kung wala ito, nag-resort sila sa anaerobic respirasyon. Halimbawa, ang kilalang bakterya na Escherichia coli ay nagtataglay ng metabolismo na ito.

Ang ilang bakterya ay maaaring gumamit ng nitrate na ion (NO ₃ ^- ) bilang pangwakas na tumatanggap ng elektron, tulad ng genera Pseudomonas at Bacillus. Ang nasabing ion ay maaaring mabawasan sa nitrite ion, nitrous oxide o nitrogen gas.

Sa iba pang mga kaso, ang panghuling tatanggap ay binubuo ng sulfate ion (KAYA ₄ ^2- ) na nagbibigay ng pagtaas sa hydrogen sulfide at ginagamit ang carbonate upang mabuo ang mitein. Ang Desulfovibrio genus ng bakterya ay isang halimbawa ng ganitong uri ng pagtanggap.

Ang pagtanggap ng mga elektron sa mga nitrat na nitrate at sulpate ay mahalaga sa mga biogeochemical cycle ng mga compound na ito - nitrogen at asupre.

Proseso

Ang Glycolysis ay isang landas bago ang paghinga ng cellular. Nagsisimula ito sa isang molekula ng glucose at ang produkto ng pagtatapos ay pyruvate, isang molekulang tatlong-carbon. Ang glycolysis ay nagaganap sa cytoplasm ng cell. Ang molekulang ito ay dapat na makapasok sa mitochondria upang ipagpatuloy ang pagkasira nito.

Ang Pyruvate ay maaaring magkalat sa pamamagitan ng mga gradients ng konsentrasyon sa organelle, sa pamamagitan ng mga pores ng lamad. Ang panghuling patutunguhan ay ang matrix ng mitochondria.

Bago ipasok ang unang hakbang ng paghinga ng cellular, ang molekula ng pyruvate ay sumasailalim sa ilang mga pagbabago.

Una, ito ay tumugon sa isang molekula na tinatawag na coenzyme A. Ang bawat pyruvate ay dumidikit sa carbon dioxide at ng acetyl group, na nagbubuklod sa coenzyme A, na nagbibigay ng pagtaas sa aceyl coenzyme A complex.

Sa reaksyong ito, ang dalawang elektron at isang hydrogen ion ay inilipat sa NADP ⁺ , na nagbubunga ng NADH at ito ay nabalisa ng pyruvate dehydrogenase enzyme complex. Ang reaksyon ay nangangailangan ng isang serye ng mga cactactor.

Matapos ang pagbabago na ito, nagsisimula ang dalawang yugto sa loob ng paghinga: ang ikot ng Krebs at ang chain ng transportasyon ng elektron.

Ang Krebs cycle

Ang Krebs cycle ay isa sa pinakamahalagang mga siklo na reaksyon sa biochemistry. Kilala din ito sa panitikan bilang citric acid cycle o tricarboxylic acid cycle (TCA).

Ito ay pinangalanan matapos ang tagahanap nito: ang Aleman na biochemist na si Hans Krebs. Noong 1953, si Krebs ay iginawad sa Nobel Prize para sa pagtuklas na ito na minarkahan ang larangan ng biochemistry.

Ang layunin ng ikot ay ang unti-unting paglabas ng enerhiya na nilalaman sa acetyl coenzyme A. Binubuo ito ng isang serye ng oksihenasyon at pagbabawas ng mga reaksyon na naglilipat ng enerhiya sa iba't ibang mga molekula, pangunahin NAD ⁺ .

Para sa bawat dalawang acetyl coenzyme Isang molekula na pumapasok sa ikot, apat na molekula ng carbon dioxide ang pinakawalan, anim na molekula ng NADH at dalawa sa FADH ₂ ay nabuo . Ang CO ₂ ay pinakawalan sa kapaligiran bilang isang basura na sangkap mula sa proseso. Nabuo rin ang GTP.

Habang ang landas na ito ay nakikilahok sa parehong mga anabolic (synthesis ng molekula) at mga catabolic (pagbulusok ng molekula), tinawag itong "amphibolic".

Mga reaksyon ng cycle ng Krebs

Ang ikot ay nagsisimula sa pagsasanib ng isang acetyl coenzyme Isang molekula na may isang molekol na oxaloacetate. Ang unyon na ito ay nagbibigay ng isang anim na carbon molekula: citrate. Kaya, pinakawalan ang coenzyme A. Sa katunayan, ito ay muling ginagamit. Kung mayroong sobrang ATP sa cell, ang hakbang na ito ay hinarang.

Ang reaksyon sa itaas ay nangangailangan ng enerhiya at nakukuha ito mula sa pagsira sa mataas na enerhiya na bono sa pagitan ng pangkat na acetyl at coenzyme A.

Ang Citrate ay nai-convert sa cis aconitate, at pinalitan sa isocitrate ng enzyme aconitase. Ang susunod na hakbang ay ang pag-convert ng isocitrate sa alpha ketoglutarate ng dehydrogenated isocitrate. Ang yugtong ito ay may kaugnayan dahil humahantong ito sa pagbawas ng NADH at pinakawalan ang carbon dioxide.

Ang Alpha ketoglutarate ay na-convert sa succinyl coenzyme A sa pamamagitan ng alpha ketoglutarate dehydrogenase, na gumagamit ng parehong cofactors bilang pyruvate kinase. Ang NADH ay nabuo din sa hakbang na ito at, bilang paunang hakbang, ay hinarang ng labis na ATP.

Ang susunod na produkto ay succinate. Sa paggawa nito, nangyayari ang pagbuo ng GTP. Ang mga succinate ay nagbabago sa fumarate. Ang reaksyon na ito ay nagbubunga ng FADH. Ang fumarate, naman, ay nagiging malate at sa wakas ay oxaloacetate.

Ang chain ng transportasyon ng elektron

Ang layunin ng chain ng transportasyon ng elektron ay ang pagkuha ng mga electron mula sa mga compound na nabuo sa mga nakaraang hakbang, tulad ng NADH at FADH ₂ , na nasa isang mataas na antas ng enerhiya, at pamunuan sila sa isang mas mababang antas ng enerhiya.

Ang pagbaba ng enerhiya ay tumatagal ng hakbang-hakbang, iyon ay, hindi ito nangyayari nang bigla. Binubuo ito ng isang serye ng mga hakbang kung saan nagaganap ang mga reaksyon ng redox.

Ang mga pangunahing sangkap ng chain ay mga kumplikadong nabuo ng mga protina at enzymes na isinama sa mga cytochromes: heme-type metalloporphyrins.

Ang mga cytochromes ay magkatulad na katulad sa mga tuntunin ng kanilang istraktura, bagaman ang bawat isa ay may isang katiyakan na nagbibigay-daan sa ito upang maisagawa ang tiyak na pag-andar nito sa loob ng chain, ang pagkanta ng mga electron sa iba't ibang mga antas ng enerhiya.

Ang paggalaw ng mga electron sa pamamagitan ng chain ng paghinga sa mas mababang antas, ay nagpapalabas ng enerhiya. Ang enerhiya na ito ay maaaring magamit sa mitochondria upang synthesize ang ATP, sa isang proseso na kilala bilang oxidative phosphorylation.

Ang pagsasama-sama ng Chemosmotic

Sa loob ng mahabang panahon ang mekanismo ng pagbuo ng ATP sa kadena ay isang enigma, hanggang sa iminumungkahi ng biochemist na si Peter Mitchell na pagsasama-sama ng chemosmotic.

Sa ganitong kababalaghan, ang isang proton gradient ay itinatag sa buong panloob na mitochondrial membrane. Ang enerhiya na nilalaman sa system na ito ay pinakawalan at ginagamit upang synthesize ang ATP.

Nabuo ang ATP na nabuo

Tulad ng nakita namin, ang ATP ay hindi direkta na bumubuo sa Krebs cycle, ngunit sa electron chain chain. Para sa bawat dalawang elektron na dumadaan mula sa NADH hanggang oxygen, nangyayari ang synthesis ng tatlong ATP molekula. Ang pagtatantya na ito ay maaaring magkakaiba depende sa panitikan na kinonsulta.

Katulad nito, para sa bawat dalawang elektron na pumasa mula sa FADH ₂ , nabuo ang dalawang molekulang ATP.

Mga Tampok

Ang pangunahing pag-andar ng cellular respiratory ay ang henerasyon ng enerhiya sa anyo ng ATP upang makapagturo ito sa mga pag-andar ng cell.

Ang parehong mga hayop at halaman ay kailangang kunin ang enerhiya ng kemikal na nilalaman sa mga organikong molekula na ginagamit nila para sa pagkain. Sa kaso ng mga gulay, ang mga molekula na ito ay ang mga asukal na ang halaman mismo ay synthesize sa paggamit ng solar na enerhiya sa sikat na proseso ng fotosintesis.

Ang mga hayop, sa kabilang banda, ay hindi may kakayahang synthesizing ang kanilang sariling pagkain. Kaya, ang heterotrophs ay kumonsumo ng pagkain sa diyeta - tulad ng sa amin, halimbawa. Ang proseso ng oksihenasyon ay nasa singil ng pagkuha ng enerhiya mula sa pagkain.

Hindi natin dapat malito ang mga pag-andar ng fotosintesis sa mga paghinga. Ang mga halaman, tulad ng mga hayop, ay humihinga din. Ang parehong mga proseso ay pantulong at mapanatili ang dinamika ng buhay na mundo.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Panimula sa cell biology. Panamerican Medical Ed.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biology: Buhay sa Lupa. Edukasyon sa Pearson.
3. Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Curtis. Biology. Panamerican Medical Ed.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2007). Ang mga pinagsamang prinsipyo ng zoology. McGraw-Hill.
5. Randall, D., Burggren, W., French, K., & Eckert, R. (2002). Eckert hayop pisyolohiya. Macmillan.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, & Kaso, CL (2007). Panimula sa microbiology. Panamerican Medical Ed.
7. Bata, B., Heath, JW, Lowe, JS, Stevens, A., & Wheater, PR (2000). Functional histology: teksto at atlas na kulay. Harcourt.