세포 호흡 과정, 유형 및 기능



그 세포 호흡 ATP (adenosine triphosphate)의 형태로 에너지를 생성하는 과정입니다. 이어서,이 에너지는 다른 세포 과정으로 향하게됩니다. 이 현상 동안 분자는 산화를 겪고 최종 전자 억 셉터는 대부분의 경우 무기 분자.

최종 전자 수용체의 성질은 연구 된 유기체의 호흡 유형에 달려있다. 호모 사피엔스 (Homo sapiens)와 같은 호르몬 (aerobes)에서 최종 전자 수용체는 산소입니다. 대조적으로, 혐기성 호흡을하는 개인의 경우 산소가 유독 할 수 있습니다. 이 마지막 경우에서, 최종 수용체는 산소와 다른 무기 분자이다.

호기성 호흡은 생화학 자들에 의해 널리 연구되어 왔고 두 단계로 이루어져있다 : 크렙스주기와 전자 전달 사슬.

진핵 생물에서 호흡이 일어나기 위해 필요한 모든 기계류는 미토콘드리아 기질과이 기질 세포의 막 시스템에서 미토콘드리아 내부에 존재합니다..

기계는 공정의 반응을 촉매하는 효소로 구성됩니다. 원핵 혈통은 세포 기관이 없다는 특징이있다. 이러한 이유로, 호흡은 미토콘드리아와 매우 유사한 환경을 시뮬레이션하는 원형질막의 특정 영역에서 발생합니다..

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  • 1 용어
  • 2 세포 호흡은 어디에서 발생합니까??
    • 2.1 진핵 생물에서의 호흡 위치
    • 2.2 미토콘드리아의 수
    • 2.3 원핵 호흡의 위치
  • 3 가지 유형
    • 3.1 호흡 호흡
    • 3.2 호흡 호흡
    • 3.3 혐기성 유기체의 예
  • 4 프로세스
    • 4.1 크렙스주기
    • 4.2 Krebs주기의 반응
    • 4.3 전자 수송 사슬
    • 4.4 화학 침투 결합
    • 4.5 형성되는 ATP의 양
  • 5 기능
  • 6 참고 문헌

전문 용어

생리학 분야에서 "호흡"이라는 용어는 폐 호흡과 세포 호흡이라는 두 가지 정의를 가지고 있습니다. 우리가 일상 생활에서 호흡이라는 말을 사용할 때, 우리는 첫 번째 유형.

폐 호흡은 감동과 만료의 작용을 포함하며,이 과정은 산소와 이산화탄소의 가스 교환을 초래합니다. 이 현상에 대한 정확한 용어는 "환기".

대조적으로, 세포 호흡은 이름에서 알 수 있듯이 세포 내부에서 발생하며 전자 전달 체인을 통해 에너지를 생성하는 과정입니다. 이 마지막 프로세스는이 기사에서 논의 될 프로세스입니다..

세포 호흡은 어디에서 발생합니까??

진핵 생물에서의 호흡 위치

세포 호흡은 미토콘드리아라는 복잡한 세포 소기관에서 일어납니다. 구조적으로, 미토콘드리아는 1.5 마이크로 미터 너비이고 길이는 2 ~ 8 미터입니다. 그것들은 그들 자신의 유전 물질을 가지고 있고, 이원 분열로 나누어서 - 그들의 내 생체 내 기원의 흔적 특징을 특징으로한다.

그들은 두 개의 멤브레인을 가지고 있는데 하나는 매끄 럽고 하나는 내부가 주름을 만들어 융기를 형성합니다. 미토콘드리아가 활동적 일수록 더 많은 볏이있다..

미토콘드리아의 내부는 미토콘드리아 기질이라고합니다. 이 구획에는 호흡 반응에 필요한 효소, 보효소, 물 및 인산염이 있습니다.

외부 막은 대부분의 작은 분자의 통과를 허용합니다. 그러나, 내막은 실제로 매우 특정한 운반자를 통과하는 것을 제한하는 막이다. 이 구조의 투과성은 ATP 생산에 기본적인 역할을한다..

미토콘드리아의 수

세포 호흡에 필요한 효소 및 기타 구성 요소는 막에 고정되어 있으며 미토콘드리아 기질에서 자유롭게 발견됩니다.

따라서 더 많은 양의 에너지를 필요로하는 세포는 에너지 요구량이 낮은 세포와 달리 높은 수의 미토콘드리아를 갖는 것이 특징이다.

예를 들어, 간세포는 평균 2,500 개의 미토콘드리아를 가지고있는 반면, 근육 세포 (매우 대사 적으로 활성 인)는 훨씬 더 많은 수를 포함하고 있으며,이 세포 유형의 미토콘드리아는 더 크다..

또한, 이들은 에너지가 요구되는 특정 부위, 예를 들면 정자 편모를 둘러싼 다.

원핵 호흡의 위치

논리적으로 원핵 생물은 숨을 쉬어야하며 미토콘드리아가 없으며 진핵 세포의 특징 인 복잡한 세포 소기관도 없습니다. 이런 이유로, 호흡 과정은 미토콘드리아와 유사하게 원형질막의 작은 invagination에서 일어난다..

유형

전자의 최종 수용체 역할을하는 분자에 따라 호흡에는 기본적으로 두 가지 유형이 있습니다. 호기성 호흡에서 수용체는 산소이고 혐기성 호흡에서는 무기 분자입니다. 일부 드문 경우에서 수용체는 유기 분자입니다. 다음은 각각에 대해 자세히 설명합니다.

에어로빅 호흡

호기성 호흡을하는 유기체에서 전자의 최종 수용체는 산소입니다. 발생하는 단계는 크렙스주기와 전자 전달 사슬로 나뉘어진다.

이 생화학 적 경로에서 일어나는 반응에 대한 자세한 설명은 다음 절에서 개발 될 것이다..

소아 성 호흡

최종 수용체는 산소 이외의 분자로 구성됩니다. 혐기성 호흡에 의해 생성 된 ATP의 양은 연구 유기체와 사용 된 경로를 포함한 여러 요인에 달려 있습니다..

그러나 크렙스주기가 부분적으로 만 작용하고 사슬 내의 모든 전달 분자가 호흡에 참여하지 않기 때문에 호기성 호흡에서 에너지 생성이 항상 더 크다.

이러한 이유로 혐기성 개체의 성장과 발달은 에어로빅보다 현저히 낮습니다.

혐기성 유기체의 예

일부 유기체에서는 산소가 독성이 있으며 엄격한 혐기성 균이라고합니다. 가장 잘 알려진 예는 파상풍과 보툴리누스 중독을 일으키는 박테리아입니다 : 클로스 트리 디움.

또한 호기성과 혐기성 호흡을 번갈아 할 수있는 다른 유기체가 있으며, 통성 혐기성 균이라고합니다. 다시 말하면 산소를 사용하기 때문에 산소를 사용합니다. 산소가 없으면 혐기성 호흡에 의존합니다. 예를 들어, 잘 알려진 세균 대장균 이 신진 대사가있다..

특정 박테리아는 질산 이온 (NO3-)의 장르와 같은 전자의 최종 수용자로서 슈도모나스 및 바실러스. 이 이온은 아질산염 이온, 아산화 질소 또는 질소 가스로 환원 될 수 있습니다..

다른 경우, 최종 수용체는 황산 이온 (SO42-이는 황화수소를 발생시키고 탄산염을 사용하여 메탄을 형성한다. 박테리아 속 데술 포비 빌리 오 이 수용체 유형의 예입니다..

질산염과 황산염 분자에서의 이러한 전자의 수용은 질소와 황의 화합물의 생지 화학적 순환에서 결정적이다.

프로세스

글리콜 분해는 세포 호흡에 대한 이전 경로입니다. 포도당 분자로 시작하고 최종 생성물은 3 탄소 분자 인 피루 베이트입니다. 당 분해는 세포의 세포질에서 일어난다. 이 분자는 분해를 계속하기 위해 미토콘드리아에 들어갈 수 있어야합니다..

피루 베이트는 멤브레인의 기공을 통해 세포 내로 농도 구배에 의해 확산 될 수 있습니다. 최종 목적지는 미토콘드리아의 모체가 될 것입니다..

세포 호흡의 첫 번째 단계에 들어가기 전에, 피루브산 분자는 특정 변형을 겪습니다.

먼저, 코엔자임 A라는 분자와 반응합니다. 각 피루 베이트는 이산화탄소와 아세틸기로 분해되어 코엔자임 A에 결합하여 아세틸 코엔자임 A 복합체를 생성합니다..

이 반응에서, 2 개의 전자와 1 개의 수소 이온이 NADP로 전달된다+, NADH를 생성하고 효소 복합체 피루 베이트 탈수소 효소에 의해 촉매된다. 반응에는 일련의 보조 인자가 필요하다..

이 수정 후 호흡 내 두 단계가 시작됩니다 : Krebs주기와 전자 전달 사슬.

크렙스주기

Krebs주기는 생화학에서 가장 중요한 순환 반응 중 하나입니다. 또한, 시트르산 순환 또는 트리 카르 복실 산 사이클 (TCA).

발견자를 기리기 위해 그 이름을받습니다 : 독일의 생화학 자 Hans Krebs. 1953 년 Krebs는이 발견으로 인해 생화학 분야에서 노벨상을 수상했습니다..

대상주기가 점차 NAD 주로 분자에 에너지를 전달 이것은 산화 환원 반응의 일련의 구성 아세틸 코엔자임 A에 포함 된 에너지를 방출한다+.

4 개의 이산화탄소 분자가 방출되는 사이클에 들어가는 아세틸 보효소 A 2 분자마다 6 개의 NADH 분자와 2 개의 FADH 분자가 생성됩니다2. CO2 그것은 프로세스의 폐기물로 대기 중에 배출됩니다. GTP도 생성됩니다..

이 경로는 단백 동화 (분자 합성)와 이화 (분자 분해) 과정에 모두 관여하기 때문에 "각질".

Krebs주기의 반응

사이클은 아세틸 코엔자임 A의 분자와 옥살로 아세테이트 분자의 융합으로 시작됩니다. 이 조합은 6 탄소 분자를 생성합니다 : 구연산염. 따라서, 코엔자임 A가 방출되고, 실제로는 많은 횟수로 재사용된다. 세포에 ATP가 많이 존재하면이 단계는 금지됩니다..

상기 반응은 에너지를 필요로하며, 아세틸 기와 조효소 A 사이의 고 에너지 결합의 분해로부터 얻어진다.

구연산염은 cis aconitato를지나 aconitasa 효소에 의해 isocitrato가 발생합니다. 다음 단계는 탈수 소화 이소 시트르산 (dehydrogenated isocitrate)에 의한 아이소 사이 티레이트 (isocitrate)의 알파 케토글 루타 레이트 (alpha ketoglutarate) 로의 전환이다. 이 단계는 NADH를 감소시키고 이산화탄소를 방출하기 때문에 관련이있다.

알파 케 토글 루타 레이트는 알파 케토 글루 타르 산 탈수소 효소 (alpha ketoglutarate dehydrogenase)에 의해 석시 닐 코엔자임 에이 (succinyl coenzyme A)로 전환되며, 이는 파이 루 베이트 키나아제와 동일한 보조 인자를 사용한다. 이 단계에서는 NADH도 생성되며, 초기 단계로서 ATP의 과다에 의해 저해된다.

다음 제품은 숙신산입니다. 생산 과정에서 GTP가 형성됩니다. 숙시 네이트는 푸마 레이트로 이동한다. 이 반응은 FADH를 산출한다. 푸마 레이트는 차례로 말산염이되고 최종적으로 옥살산.

전자 수송 사슬

전자 전달 체인은 이전 단계에서 생성 된 화합물, 예를 들어 NADH 및 FADH로부터 전자를 취하는 것을 목표로합니다2, 높은 에너지 수준에 있고, 낮은 에너지 수준으로 이끈다..

에너지의 이러한 감소는 단계적으로 발생합니다. 즉 갑자기 발생하지 않습니다. 그것은 산화 - 환원 반응이 일어나는 일련의 단계들로 구성된다..

사슬의 주성분은 단백질과 효소가 사이토 크롬과 결합한 복합체이다 : 헴 유형의 메탈로 포르피린.

시토크롬은 그 구조가 매우 유사하지만, 각 전자는 서로 다른 에너지 준위에서 전자를 노래하면서 사슬 내에서 특정 기능을 수행 할 수있는 특이성을 가지고 있습니다..

호흡 사슬을 통해 전자가 하위 레벨로 이동하면 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 산화 적 인산화로 알려진 과정에서 ATP를 합성하기 위해 미토콘드리아에서 사용될 수 있습니다..

화학 침투 결합

오래 동안 생화학 자 피터 미첼 (Peter Mitchell)이 화학적 결합 (chemosmotic coupling)을 제안 할 때까지 사슬에서 ATP를 형성하는 메커니즘은 수수께끼였다..

이 현상에서는 내부 미토콘드리아 막을 통해 양성자 기울기가 형성됩니다. 이 시스템에 포함 된 에너지는 방출되어 ATP를 합성하는데 사용됩니다.

형성된 ATP의 양

우리가 보았 듯이, ATP는 크렙스 (Krebs)주기에서 직접적으로 형성되는 것이 아니라 전자 전달 체인에서 형성됩니다. NADH에서 산소로 통과하는 두 개의 전자마다 3 분자의 ATP가 합성됩니다. 이 견적은 참고 문헌에 따라 약간 다를 수 있습니다..

비슷하게, FADH에서 통과하는 두 개의 전자2, 2 분자의 ATP가 형성된다.

기능들

세포 호흡의 주요 기능은 ATP 형태의 에너지를 세포의 기능으로 유도하는 것입니다.

동물과 식물 모두 음식으로 사용되는 유기 분자에 포함 된 화학 에너지를 추출해야합니다. 채소의 경우,이 분자는 유명한 광합성 과정에서 동일한 식물이 태양 에너지를 사용하여 합성하는 당.

반면에 동물은 자신의 음식을 합성 할 수 없습니다. 따라서 종속 영양 세균은 우리와 같은식이 요법에서 음식을 섭취합니다. 산화 과정은 음식에서 에너지를 추출하는 역할을합니다..

우리는 광합성의 기능과 호흡의 기능을 혼동해서는 안됩니다. 동물처럼 식물도 호흡합니다. 두 프로세스 모두 보완 적이며 살아있는 세계의 역 동성을 유지합니다..

참고 문헌

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