Γνωρίστε τον ορισμό και τα στάδια της αερόβιας αναπνοής

Η διαδικασία της αναπνοής ή κοινώς γνωστή ως αναπνοή είναι πολύ σημαντική για τα έμβια όντα, ειδικά για να είναι σε θέση να διατηρήσει την επιβίωσή της, μία από τις οποίες είναι να μπορεί να πάρει ενέργεια. Στη διαδικασία παραγωγής ενέργειας, η αναπνοή χωρίζεται σε 2 μορφές: αερόβια αναπνοή και αναερόβια αναπνοή. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο είναι η εξάρτησή τους από το οξυγόνο. Η αερόβια αναπνοή είναι μια διαδικασία αναπνοής που απαιτεί οξυγόνο, ενώ η αναερόβια αναπνοή δεν απαιτεί οξυγόνο. Η ενέργεια που παράγεται από αυτήν τη διαδικασία θα μας βοηθήσει στις καθημερινές μας δραστηριότητες.

Σε αυτήν την περίπτωση, θα συζητήσουμε περαιτέρω για την αερόβια αναπνοή, ξεκινώντας από την κατανόηση, μέχρι τα στάδια της.

Αεροβική αναπνοή

Λίγο για την αναπνοή, η αναπνοή είναι μια διαδικασία μείωσης, οξείδωσης και αποσύνθεσης, είτε μπορεί να χρησιμοποιήσει οξυγόνο είτε όχι, η οποία θα μετατρέψει σύνθετες οργανικές ενώσεις σε απλούστερες ενώσεις, και συνοδεύεται επίσης από τη διαδικασία απελευθέρωσης κάποιας ενέργειας στη μορφή ATP (Adenosine Tri Phosphate) . Η μορφή ενέργειας που παράγεται από αυτή τη διαδικασία προέρχεται από χημική δυναμική ενέργεια με τη μορφή χημικών δεσμών.

Εν τω μεταξύ, μπορούμε να ερμηνεύσουμε την αερόβια αναπνοή ως αντίδραση στη διάσπαση των ενώσεων γλυκόζης που απαιτούν βοήθεια οξυγόνου. Οξυγόνο εδώ έχει ένα ρόλο στη σύλληψη ηλεκτρονίων τα οποία θα αντιδράσει στη συνέχεια με ιόντα υδρογόνου και παράγουν νερό (H 2 O). Αυτή η εκδήλωση θα λάβει χώρα στο σώμα μας, σε δύο σημεία, δηλαδή το κυτταρόπλασμα (πραγματοποιείται γλυκόλυση)

Πηγή εικόνας: genome.gov

και μιτοχόνδρια (η εξέλιξη της οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης, ο κύκλος krebs και η μεταφορά ηλεκτρονίων). 

Πηγή εικόνας: tribunnewswiki.com

Στάδια αερόβιας αναπνοής

Αφού μάθουμε τι είναι η αερόβια αναπνοή, τώρα είναι η ώρα να μάθουμε πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία αναπνοής και τι είδους αποτελέσματα θα έχουμε. Αρχικά, ας δούμε ένα παράδειγμα αντίδρασης στην αερόβια αναπνοή που μοιάζει με αυτό:

C 6 H 12 O 6   + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O + Ενέργεια (38 ATP)

Για περισσότερες λεπτομέρειες, μπορούμε να δούμε τον ακόλουθο πίνακα:

Στάδια Εισαγωγή Προϊόν
Γλυκόλυση (κυτταρόπλασμα) Γλυκόζη 2 Πυρουβικό οξύ, 2 NADH, 2 ATP
Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση (μιτοχονδριακή μήτρα) 2 Πυρουβικό οξύ 2 Acetyl Co-A, 2 CO 2 , 2 NADH
Κύκλος Krebs (Μιτοχονδριακό Matrix) 2 Ακετυλο Co-A 4 CO 2 , 6 NADH, 2 FADH 2 , 2 ATP
Μεταφορά ηλεκτρονίων (εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη) 10 NADH, 2 FADH 2 34 ATP, 6 H 2 O

Γλυκόλυση

Σε αυτή τη διαδικασία, η γλυκόζη (6 άτομα άνθρακα) διασπάται σε πυρουβικό οξύ (3 άτομα άνθρακα). Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα σε δύο τύπους αντιδράσεων, Endergonic (απαιτεί ATP) και Exergonic (παράγει ATP). Σε αυτό το στάδιο θα παραχθούν 2 ATP, 2 Pyruvic Acid και 2 NADH, το προκύπτον πυρουβικό οξύ θα χρησιμοποιηθεί ως συστατικό στην επόμενη διαδικασία, δηλαδή οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση.

Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση

Η οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση μπορεί επίσης να αναφέρεται ως ενδιάμεση αντίδραση επειδή η οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση είναι μια αντίδραση πριν από την είσοδο στο επόμενο στάδιο, δηλαδή τον Κύκλο Krebs. Η διαδικασία οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης βρίσκεται στα μιτοχόνδρια, ακριβώς στη μιτοχονδριακή μήτρα. Στη διαδικασία οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης, 1 πυρουβικό οξύ γίνεται 1 ακετυλο Co-A.

Στο στάδιο της γλυκόλυσης, η ποσότητα μιας ένωσης γλυκόζης θα παράγει 2 πυρουβικό οξύ, με αποτέλεσμα να σχηματιστεί επίσης 2 ακετύλιο Co-A, αυτή η διαδικασία απαιτεί επίσης συνένζυμο-Α που θα παράγει 2 NADH από το NAD +.

2 Μόρια Acetyl Co-A θα προχωρήσουν στο επόμενο στάδιο, δηλαδή ο Κύκλος Krebs.

Κύκλος Krebs

Αυτός ο κύκλος αναφέρεται επίσης συχνά ως κύκλος κιτρικού οξέος, επειδή σε αυτό το στάδιο η αρχική ένωση παράγεται με τη μορφή κιτρικού οξέος. Ο τόπος όπου λαμβάνουν χώρα τα στάδια του Κύκλου Krebs είναι στη μιτοχονδριακή μήτρα.

Το αποτέλεσμα του κύκλου Krebs είναι μια ένωση που χρησιμεύει ως πάροχος σκελετού άνθρακα για τη σύνθεση άλλων ενώσεων, 3 NADH, 1 FADH 2 και 1 ATP για κάθε μεμονωμένο πυρουβικό οξύ. 

Δεδομένου ότι η προηγούμενη εισαγωγή υπόστρωμα ήταν 2 Ακετυλ Οο-Α για κάθε μόριο των ενώσεων γλυκόζης, τα αποτελέσματα που λαμβάνονται από τον κύκλο του Krebs σε αυτή τη διαδικασία της αναπνοής είναι 2 ΑΤΡ, 6 NADH, και 2 FADH 2 .

Μία ακόμη ένωση που σχηματίζεται σε αυτή τη διαδικασία είναι το CO 2 , μία προέρχεται από τη διαδικασία σχηματισμού NADH από το NAD + το οποίο παράγει 2 κομμάτια CO 2 , επειδή χρησιμοποιείται 2 Acetyl Co-A, θα σχηματιστεί 4 CO 2 .

Μπορούμε να συμπεράνουμε, τα αποτελέσματα της διαδικασίας του κύκλου Krebs είναι 2 ATP, 4 CO 2 , 6 NADH και 2 FADH 2 . Η επόμενη διαδικασία είναι η ηλεκτρονική μεταφορά που θα μετατρέψει τις ενώσεις NADH και FADH 2 που παρήχθησαν στο προηγούμενο στάδιο σε ATP έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον οργανισμό.

Μεταφορά ηλεκτρονίων

Η μεταφορά ηλεκτρονίων ή η οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι το στάδιο όπου τα NADH και FADH 2 μετατρέπονται σε ενέργεια με τη μορφή ATP έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον οργανισμό. Ο τόπος όπου λαμβάνει χώρα το στάδιο μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι στα μιτοχόνδρια, ακριβώς στην εσωτερική μεμβράνη (cristae) των μιτοχονδρίων.

Για κάθε 1 μόριο του NADH παράγει 3 ATP και κάθε 1 μόριο του FADH 2 παράγει 2 ATP. Τότε ποια είναι η συνολική ποσότητα ATP που παράγεται; Για να μπορέσουμε να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση, ας μετρήσουμε μαζί:

Η ποσότητα του NADH που δημιουργήθηκε από τα προηγούμενα στάδια είναι:

Επεξεργάζομαι, διαδικασία Αριθμός NADH
Γλυκόλυση 2 NADH
Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση 2 NADH
Κύκλος Krebs 6 NADH

Από την προηγούμενη διαδικασία λαμβάνουμε 10 NADH, επειδή 1 μόριο NADH παράγει 3 ATP, τότε το συνολικό ATP που λαμβάνεται είναι:

10 NADH x 3 ATP = 30 ATP

Εν τω μεταξύ, η ποσότητα FADH 2 που λαμβάνουμε από τον κύκλο krebs είναι 2 μόρια του FADH 2. Εάν 1 μόριο FADH 2 παράγει 2 ATP, τότε το συνολικό ATP που λαμβάνουμε από το FADH 2 είναι 4 ATP.

Εάν προσθέσουμε το 4 ATP που λαμβάνουμε από τη διαδικασία Glycolition και τον Κύκλο Krebs, τότε το συνολικό ATP που παράγεται στη διαδικασία αερόβιας αναπνοής είναι:

2 ATP + 2 ATP + 30 ATP + 4 ATP = 38 ATP

Ωστόσο, στη διαδικασία γλυκόλυσης, υπάρχει μια διαδικασία μετακίνησης από το κυτόπλασμα στην επόμενη διαδικασία, δηλαδή μεταφορά ηλεκτρονίων που συμβαίνει στα μιτοχόνδρια. Αυτή η διαδικασία μεταφοράς απαιτεί 2 ενέργεια ATP. Έτσι, το καθαρό ATP που παράγεται είναι 36 ATP.

συμπέρασμα

Από τις 4 διαδικασίες που περνούν στην αερόβια αναπνοή, θα έχουμε ένα αποτέλεσμα ή έναν τύπο στη μορφή:

C 6 H 12 O 6   + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O + Ενέργεια (38 ATP)

Ωστόσο, 2 ATP θα χρησιμοποιηθούν για τη διαδικασία μετάβασης από το κυτταρόπλασμα στα μιτοχόνδρια, έτσι ώστε το τελικό αποτέλεσμα ATP να είναι 36 ATP, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το σώμα μας ως πηγή ενέργειας για καθημερινές δραστηριότητες. Ολόκληρη η διαδικασία της αερόβιας αναπνοής συμβαίνει στο σώμα μας, πιο συγκεκριμένα στα κύτταρα μας, δηλαδή στο  κυτταρόπλασμα (πραγματοποιείται γλυκόλυση) και στα μιτοχόνδρια (λαμβάνει χώρα οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση, ο κύκλος krebs και η μεταφορά ηλεκτρονίων). Που μετατρέπει τη γλυκόζη ως πηγή ενέργειας για το ανθρώπινο σώμα.

Αυτά είναι τα πάντα για την αερόβια αναπνοή που πρέπει να γνωρίζετε. Έχετε απορίες σχετικά με αυτό; Γράψτε την ερώτησή σας στη στήλη σχολίων και μην ξεχάσετε να μοιραστείτε αυτές τις γνώσεις!