호기성 호흡 주로 글루코스 - - 최종 전자 수용체가 산소 인 산화 된 일련의 반응에 의해 호기성 또는 유기 분자의 에너지를 획득하는 것을 포함 생물학적 과정이다.
이 과정은 대부분의 유기체, 특히 진핵 생물에 존재합니다. 모든 동물, 식물 및 곰팡이는 호기 호흡을합니다. 또한 일부 박테리아는 호기성 대사를 나타냅니다.
진핵 생물에서 세포 호흡 기계는 미토콘드리아에 있습니다.
출처 : 미국 메릴랜드 주 베데스다의 NHGRI (National Human Genome Research Institute), Wikimedia Commons를 통해
일반적으로 포도당 분자에서 에너지를 얻는 과정은 해당 과정 (이 단계는 호기성 및 혐기성 경로 모두에서 일반적 임), Krebs주기 및 전자 수송 사슬로 나뉩니다.
호기성 호흡의 개념은 혐기성 호흡과 반대입니다. 후자에서 전자의 최종 수용체는 산소와 다른 또 다른 무기 물질입니다. 일부 원핵 생물의 전형입니다.
산소 란?
호기성 호흡 과정을 논의하기 전에 산소 분자의 특정 측면을 알아야합니다.
주기율표에서 문자 O와 원자 번호 8로 표시되는 화학 원소입니다. 온도와 압력의 표준 조건에서 산소는 쌍으로 결합하여 이산 소 분자를 생성하는 경향이 있습니다.
두 개의 산소 원자로 구성된이 가스는 색, 냄새 또는 맛이 없으며 화학식 O 2로 표시됩니다 . 대기에서 그것은 눈에 띄는 구성 요소이며 지구상의 대부분의 생명체를 유지하는 데 필요합니다.
산소의 기체 특성 덕분에 분자는 세포막을 자유롭게 통과 할 수 있습니다. 세포를 세포 외 환경에서 분리하는 외막과 미토콘드리아를 포함한 세포 하 구획의 막 모두입니다.
호흡 특성
세포는 우리가 식단을 통해 섭취하는 분자를 일종의 호흡기 "연료"로 사용합니다.
세포 호흡은 ATP 분자 형태의 에너지 생성 과정으로 분해되는 분자가 산화되고 전자의 최종 수용체는 대부분의 경우 무기 분자입니다.
호흡 과정이 일어나도록하는 필수 기능은 전자 수송 사슬의 존재입니다. 호기성 호흡에서 전자의 최종 수용체는 산소 분자입니다.
정상적인 조건에서 이러한 "연료"는 탄수화물 또는 탄수화물과 지방 또는 지질입니다. 몸이 식량 부족으로 불안정한 상태에 들어가면, 에너지 요구를 충족시키기 위해 단백질을 사용합니다.
호흡이라는 단어는 일상 생활에서 우리 어휘의 일부입니다. 호흡과 호흡의 연속적인주기에서 공기를 폐로 가져가는 행위를 호흡이라고합니다.
그러나 생명 과학의 공식적인 맥락에서 그러한 행동은 환기라는 용어로 지정됩니다. 따라서 호흡이라는 용어는 세포 수준에서 발생하는 과정을 나타내는 데 사용됩니다.
프로세스 (단계)
호기성 호흡의 단계는 유기 분자에서 에너지를 추출하는 데 필요한 단계를 포함합니다.이 경우 포도당 분자가 산소 수용체에 도달 할 때까지 호흡 연료로 사용됩니다.
이 복잡한 대사 경로는 해당 과정, 크렙스 회로 및 전자 수송 사슬로 나뉩니다.
당분 해
그림 1 : 해당 과정과 포도당 형성. 관련된 반응과 효소.
포도당 단량체 분해의 첫 번째 단계는 해당 과정이라고도하는 해당 과정입니다. 이 단계는 산소를 직접 필요로하지 않으며 거의 모든 생물체에 존재합니다.
이 대사 경로의 목적은 포도당을 두 분자의 피루브산으로 분해하여 두 개의 순 에너지 분자 (ATP)를 얻고 두 분자의 NAD +를 감소시키는 것 입니다.
산소의 존재 하에서 경로는 Krebs주기와 전자 수송 사슬로 계속 될 수 있습니다. 산소가없는 경우 분자는 발효 경로를 따릅니다. 즉, 해당 과정은 호기성 및 혐기성 호흡을위한 일반적인 대사 경로입니다.
크렙스 사이클 이전에 피루브산의 산화 적 탈 카르 복실 화가 일어나야합니다. 이 단계는 앞서 언급 한 반응을 수행하는 pyruvate dehydrogenase라고하는 매우 중요한 효소 복합체에 의해 매개됩니다.
따라서, 피루 베이트는 아세틸 라디칼이되며, 이후에 코엔자임 A에 의해 포획되며, 이는이를 크렙스 회로로 운반하는 역할을합니다.
크렙스 사이클
구연산 회로 또는 트리 카르 복실 산 회로라고도 알려진 크렙스 회로는 아세틸 코엔자임 A에 저장된 화학 에너지를 점진적으로 방출하려는 특정 효소에 의해 촉매되는 일련의 생화학 반응으로 구성됩니다.
피루 베이트 분자를 완전히 산화시키는 경로이며 미토콘드리아의 기질에서 발생합니다.
이 순환은 전자의 형태로 위치 에너지를 수용하는 원소, 특히 NAD + 분자로 전달하는 일련의 산화 및 환원 반응을 기반으로합니다 .
크렙스 사이클 요약
피루브산의 각 분자는 이산화탄소와 아세틸 그룹으로 알려진 2 개의 탄소 분자로 분해됩니다. 코엔자임 A (이전 섹션에서 언급)와의 결합으로 아세틸 코엔자임 A 복합체가 형성됩니다.
피루브산의 두 탄소는 순환에 들어가 옥 살로 아세테이트와 응축되어 6 탄소 구연산염 분자를 형성합니다. 따라서 산화 단계 반응이 발생합니다. 구연산염은 2 몰의 이산화탄소, 3 몰의 NADH, 1 개의 FADH 2 및 1 몰의 GTP 의 이론적 생성과 함께 옥 살로 아세테이트로 전환됩니다 .
두 개의 피루 베이트 분자가 해당 과정에서 형성되기 때문에 하나의 포도당 분자는 크렙스 사이클의 두 번의 회전을 포함합니다.
전자 수송 사슬
전자 수송 사슬은 산화 및 환원 반응을 수행하는 능력을 가진 일련의 단백질로 구성됩니다.
이러한 단백질 복합체를 통한 전자의 통과는 에너지의 점진적인 방출을 초래하며, 이는 이후 화학 작용제에 의한 ATP 생성에 사용됩니다. 중요한 것은 마지막 연쇄 반응이 비가 역적 유형이라는 것입니다.
세포 내 구획을 가진 진핵 생물에서 수송 사슬의 요소는 미토콘드리아의 막에 고정됩니다. 이러한 구획이없는 원핵 생물에서는 사슬의 요소가 세포의 원형질막에 위치합니다.
이 사슬의 반응은 최종 수용체 인 산소 (물을 생성하는 반응)에 도달 할 때까지 수송 체를 통한 수소의 치환으로 얻은 에너지를 통해 ATP의 형성으로 이어집니다.
캐리어 분자의 종류
체인은 세 가지 종류의 컨베이어로 구성됩니다. 첫 번째 부류는 플라 빈의 존재를 특징으로하는 플라 보 단백질입니다. 이 유형의 운반체는 환원과 산화의 두 가지 유형의 반응을 번갈아 수행 할 수 있습니다.
두 번째 유형은 사이토 크롬으로 구성됩니다. 이 단백질은 다른 산화 상태를 나타낼 수있는 헴 그룹 (헤모글로빈과 같은)을 가지고 있습니다.
마지막 종류의 수송 체는 코엔자임 Q라고도 알려진 유비 퀴논입니다.이 분자들은 자연적으로 단백질이 아닙니다.
호기성 호흡을하는 유기체
대부분의 살아있는 유기체는 호기성 호흡을합니다. 그것은 진핵 생물의 전형입니다 (세포에 실제 핵이 있고 막으로 구분됨). 모든 동물, 식물 및 곰팡이는 호기 호흡을합니다.
동물과 균류는 종속 영양 유기체이며, 이는 호흡의 대사 경로에 사용될 "연료"가 식단에서 적극적으로 소비되어야 함을 의미합니다. 광합성을 통해 자신의 음식을 생산하는 능력을 가진 식물과는 대조적입니다.
일부 원핵 생물 속은 호흡을 위해 산소가 필요합니다. 특히, 엄격한 호기성 박테리아가 있습니다. 즉, 슈도모나스와 같이 산소가 풍부한 환경에서만 자랍니다.
다른 속의 박테리아는 살모넬라와 같은 환경 조건에 따라 신진 대사를 호기성에서 혐기성으로 변화시키는 능력을 가지고 있습니다. 원핵 생물에서 호기성 또는 혐기성은 분류에 중요한 특성입니다.
혐기성 호흡과의 차이점
호기성 호흡의 반대 과정은 무산소 모드입니다. 둘 사이의 가장 분명한 차이점은 최종 전자 수용체로 산소를 사용한다는 것입니다. 혐기성 호흡은 다른 무기 분자를 수용체로 사용합니다.
더욱이, 혐기성 호흡에서 반응의 최종 생성물은 여전히 산화를 계속할 가능성이있는 분자입니다. 예를 들어, 발효 중에 근육에 젖산이 형성됩니다. 대조적으로, 호기성 호흡의 최종 생성물은 이산화탄소와 물입니다.
에너지 관점에서도 차이가 있습니다. 혐기성 경로에서는 2 개의 ATP 분자 만 생성되며 (해당 경로에 해당), 호기성 호흡에서는 일반적으로 약 38 개의 ATP 분자가 생성되며 이는 상당한 차이입니다.
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