El proceso de respirar
La respiración aeróbica se refiere al proceso en el que las células, con la participación del oxígeno y mediante la catálisis de enzimas, oxidan y descomponen completamente la materia orgánica como los azúcares, produciendo dióxido de carbono y agua, y liberando una gran cantidad. de energía al mismo tiempo. La respiración aeróbica es la principal forma de respiración en animales y plantas superiores, por lo que la respiración generalmente se refiere a la respiración aeróbica. El lugar principal donde las células realizan la respiración aeróbica es la mitocondria. En general, la glucosa es la sustancia más utilizada en la respiración aeróbica.
Todo el proceso de la respiración aeróbica se puede dividir en tres etapas: En la primera etapa, una molécula de glucosa se descompone en dos moléculas de piruvato, produciendo una pequeña cantidad de hidrógeno (representado por [H]) y liberando una pequeña cantidad de energía. Esta etapa se lleva a cabo en la matriz citoplasmática; en la segunda etapa, el piruvato se descompone en dióxido de carbono e hidrógeno mediante una serie de reacciones y se libera una pequeña cantidad de energía. Esta etapa se lleva a cabo en las mitocondrias; en la tercera etapa, el hidrógeno producido en las dos primeras etapas sufre una serie de reacciones y se combina con el oxígeno para formar agua, liberando al mismo tiempo una gran cantidad de energía. Esta etapa también tiene lugar en las mitocondrias. Cada reacción química en las tres etapas anteriores está catalizada por una enzima diferente. En un cuerpo vivo, después de que 1 mol de glucosa se oxida y descompone completamente, se liberan 2870 kJ de energía * * *, de los cuales aproximadamente 1161 kJ de energía se almacenan en ATP y el resto de la energía se pierde en forma de energía térmica. .
La principal forma de respiración biológica es la respiración aeróbica. Entonces, ¿pueden los organismos respirar sin oxígeno? Los científicos han descubierto mediante investigaciones que las células de los organismos vivos pueden realizar otro tipo de respiración, la respiración anaeróbica, en condiciones anaeróbicas.
La respiración anaeróbica generalmente se refiere al proceso en el que las células descomponen la materia orgánica, como la glucosa, en productos de oxidación incompleta en condiciones anaeróbicas, y liberan una pequeña cantidad de energía mediante la catálisis de enzimas. Para las plantas superiores, los animales superiores y los humanos, este proceso se llama respiración anaeróbica. Si se utiliza para microorganismos (como bacterias del ácido láctico y levaduras), habitualmente se denomina fermentación. El lugar donde las células realizan la respiración anaeróbica es la matriz citoplasmática. ¿Por qué las manzanas huelen a vino después de estar almacenadas durante mucho tiempo? Las plantas superiores pueden respirar anaeróbicamente durante un corto período de tiempo en condiciones de inundación, descomponer la glucosa en alcohol y dióxido de carbono y liberar una pequeña cantidad de energía para adaptarse a condiciones ambientales anóxicas. Cuando los animales superiores y los humanos realizan ejercicios extenuantes, aunque los movimientos respiratorios y la circulación sanguínea mejoran considerablemente, todavía no pueden satisfacer la demanda de oxígeno de los músculos esqueléticos. En este momento, los músculos esqueléticos sufrirán respiración anaeróbica. El ácido láctico se produce por respiración anaeróbica en animales superiores y humanos. Además, algunos órganos de las plantas superiores también pueden producir ácido láctico durante la respiración anaeróbica, como los tubérculos de patata y de remolacha azucarera. Todo el proceso de la respiración anaeróbica se puede dividir en dos etapas: la primera etapa es exactamente igual a la primera etapa de la respiración aeróbica; la segunda etapa, el piruvato se descompone en etanol y dióxido de carbono o ácido láctico bajo la catálisis de diferentes enzimas. Cada reacción química en las dos etapas anteriores está catalizada por una enzima diferente. Durante la respiración anaeróbica, la energía liberada por la descomposición oxidativa de la glucosa es mucho menor que la energía liberada por la respiración aeróbica. Por ejemplo, después de descomponer 1 mol de glucosa en ácido láctico, * * * se liberan 196,65 kJ de energía, de los cuales 61,08 kJ se almacenan en ATP y el resto se pierde en forma de energía térmica.
Respiración anaeróbica y aeróbica:
En la antigüedad, no había oxígeno en la atmósfera terrestre. Los microorganismos en ese momento estaban adaptados para sobrevivir en condiciones anaeróbicas, por lo que estos microorganismos (microorganismos anaeróbicos obligados) carecían de enzimas oxidativas en sus cuerpos y todavía solo podían sobrevivir en condiciones anaeróbicas. Con la aparición de plantas verdes en la tierra, apareció oxígeno en la atmósfera y aparecieron en el cuerpo microorganismos aeróbicos con sistemas de enzimas respiratorias aeróbicas. Se puede observar que la respiración aeróbica se desarrolla sobre la base de la respiración anaeróbica. Aunque la principal forma de respiración en los organismos vivos hoy en día es la respiración aeróbica, todavía conservan la capacidad de respirar anaeróbicamente. Del análisis anterior, podemos ver que existe una clara diferencia entre la respiración anaeróbica y la respiración aeróbica.
Aunque los procesos de la respiración anaeróbica y la respiración aeróbica son obviamente diferentes, no son completamente diferentes.
De la glucosa al piruvato, esta etapa es exactamente la misma, excepto que a partir del piruvato, se forman diferentes productos a lo largo de diferentes caminos: en condiciones aeróbicas, el piruvato se oxida completamente y se descompone en dióxido de carbono y agua, y todo el proceso libera más energía. liberado en condiciones anaeróbicas, el piruvato se descompone en alcohol y dióxido de carbono, o se convierte en ácido láctico, y todo el proceso libera menos energía.
La importancia de la respiración:
Para los organismos vivos, la respiración tiene un significado fisiológico muy importante, que se refleja principalmente en los dos aspectos siguientes: Primero, la respiración puede proporcionar vida a los organismos vivos. La actividad proporciona energía. Parte de la energía liberada por la respiración se convierte en energía térmica y se disipa, y la otra parte se almacena en ATP. Cuando el ATP se descompone bajo la acción de enzimas, la energía almacenada se libera para diversas actividades vitales de los organismos, como la división celular, el crecimiento de las plantas, la absorción de elementos minerales, la contracción muscular, la transmisión de impulsos nerviosos, etc. En segundo lugar, el proceso respiratorio puede proporcionar materia prima para la síntesis de otros compuestos en el cuerpo. Algunos productos intermedios producidos durante la respiración pueden usarse como materia prima para la síntesis de algunos compuestos importantes en el cuerpo. Por ejemplo, el piruvato, un producto intermedio de la descomposición de la glucosa, es la materia prima para la síntesis de aminoácidos.