Πώς τα κύτταρα συλλαμβάνουν ενέργεια που απελευθερώνεται από την κυτταρική αναπνοή;

Περιεχόμενο

• TL · DR (Πολύ μακρύ;
• Τα είδη των κυττάρων που χρησιμοποιούν τη γλυκόζη για την ενέργεια
• Η κυτταρική αναπνοή επιτρέπει στους οργανισμούς να συλλαμβάνουν ενέργεια γλυκόζης
• Η κυτταρική αναπνοή ξεκινά με το σπάσιμο της γλυκόζης σε δύο μέρη
• Ποια από τα Cells Organelles απελευθερώνει ενέργεια που αποθηκεύεται στα τρόφιμα;
• Ο κύκλος του κιτρικού οξέος παράγει ένζυμα για κυτταρική αναπνοή
• Η ηλεκτρονική αλυσίδα μεταφοράς συλλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας από την κυτταρική αναπνοή
• Το μόριο ATP αποθηκεύει ενέργεια κυτταρικής αναπνοής στα δεσμά του φωσφορικού

Οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούν μια ενεργειακή αλυσίδα στην οποία τα φυτά παράγουν τρόφιμα που τα ζώα και άλλοι οργανισμοί χρησιμοποιούν για την ενέργεια. Η κύρια διαδικασία που παράγει τα τρόφιμα είναι φωτοσύνθεση στα φυτά και η κύρια μέθοδος μετατροπής της τροφής στην ενέργεια είναι η κυτταρική αναπνοή.

TL · DR (Πολύ μακρύ;

Το μόριο μεταφοράς ενέργειας που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα είναι ATP. Η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής μετατρέπει το μόριο ΑϋΡ σε ΑΤΡ, όπου αποθηκεύεται η ενέργεια. Αυτό γίνεται μέσω της διαδικασίας τριών σταδίων της γλυκόλυσης, του κύκλου του κιτρικού οξέος και της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η κυτταρική αναπνοή διασπάται και οξειδώνει τη γλυκόζη για να σχηματίσει μόρια ΑΤΡ.

Κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, τα φυτά συλλάβουν την φωτεινή ενέργεια και την χρησιμοποιούν για να τροφοδοτήσουν χημικές αντιδράσεις στα φυτικά κύτταρα. Η φωτεινή ενέργεια επιτρέπει στα φυτά να συνδυάζουν άνθρακα από διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα με υδρογόνο και οξυγόνο από το ύδωρ προς σχηματισμό γλυκόζη.

Στην κυτταρική αναπνοή, οργανισμοί όπως τα ζώα τρώνε τρόφιμα που περιέχουν γλυκόζη και διασπούν τη γλυκόζη σε ενέργεια, διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό αποβάλλονται από τον οργανισμό και η ενέργεια αποθηκεύεται σε ένα μόριο που ονομάζεται τριφωσφορική αδενοσίνη ή ATP. Το μόριο μεταφοράς ενέργειας που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα είναι το ΑΤΡ και παρέχει την ενέργεια για όλες τις άλλες δραστηριότητες κυττάρων και οργανισμών.

Τα είδη των κυττάρων που χρησιμοποιούν τη γλυκόζη για την ενέργεια

Οι ζωντανοί οργανισμοί είναι είτε μονοκύτταρα προκαρυωτικά ή ευκαρυωτών, που μπορεί να είναι μονοκύτταρα ή πολύκυτταρα. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι οι προκαρυώτες έχουν μια απλή κυτταρική δομή χωρίς πυρήνα ή οργανίδια κυττάρων. Τα ευκαρυωτικά έχουν πάντα έναν πυρήνα και πιο πολύπλοκες κυτταρικές διεργασίες.

Μονοκυτταρικοί οργανισμοί αμφοτέρων των τύπων μπορούν να χρησιμοποιήσουν διάφορες μεθόδους για την παραγωγή ενέργειας και πολλοί χρησιμοποιούν κυτταρική αναπνοή επίσης. Τα προηγμένα φυτά και τα ζώα είναι όλα ευκαρυωτικά και χρησιμοποιούν κυτταρική αναπνοή σχεδόν αποκλειστικά. Τα φυτά χρησιμοποιούν φωτοσύνθεση για να συλλάβουν ενέργεια από τον ήλιο, αλλά στη συνέχεια αποθηκεύουν το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας με τη μορφή γλυκόζης.

Τόσο τα φυτά όσο και τα ζώα χρησιμοποιούν τη γλυκόζη που παράγεται από τη φωτοσύνθεση ως μία ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ.

Η κυτταρική αναπνοή επιτρέπει στους οργανισμούς να συλλαμβάνουν ενέργεια γλυκόζης

Η φωτοσύνθεση παράγει γλυκόζη, αλλά η γλυκόζη είναι απλώς ένας τρόπος αποθήκευσης της χημικής ενέργειας και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας από τα κύτταρα. Η συνολική διαδικασία φωτοσύνθεσης μπορεί να συνοψιστεί στον ακόλουθο τύπο:

6CO₂ + 12Η₂O + ενέργεια φωτός → ντο₆H₁₂Ο₆ + 6Ο₂ + 6Η₂Ο

Τα φυτά χρησιμοποιούν τη φωτοσύνθεση για να μετατρέψουν ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ σε χημική ενέργεια και αποθηκεύουν τη χημική ενέργεια στη γλυκόζη. Μια δεύτερη διαδικασία είναι απαραίτητη για τη χρήση της αποθηκευμένης ενέργειας.

Η κυτταρική αναπνοή μετατρέπει τη χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στη γλυκόζη σε χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στο μόριο ΑΤΡ. Το ATP χρησιμοποιείται από όλα τα κύτταρα για να τροφοδοτήσει το μεταβολισμό τους και τις δραστηριότητές τους. Τα μυϊκά κύτταρα είναι μεταξύ των ειδών των κυττάρων που χρησιμοποιούν τη γλυκόζη για ενέργεια αλλά μετατρέπουν πρώτα την ΑΤΡ.

Η συνολική χημική αντίδραση για κυτταρική αναπνοή έχει ως εξής:

ντο₆H₁₂Ο₆ + 6Ο₂ → 6CO₂ + 6Η₂Ο + μόρια ΑΤΡ

Τα κύτταρα διασπούν τη γλυκόζη κάτω από διοξείδιο του άνθρακα και νερό ενώ παράγουν ενέργεια που αποθηκεύουν σε μόρια ΑΤΡ. Στη συνέχεια χρησιμοποιούν την ενέργεια ATP για δραστηριότητες όπως μυϊκές συμβάσεις. Η πλήρης διαδικασία κυτταρικής αναπνοής έχει τρία στάδια.

Η κυτταρική αναπνοή ξεκινά με το σπάσιμο της γλυκόζης σε δύο μέρη

Η γλυκόζη είναι ένας υδατάνθρακας με έξι άτομα άνθρακα. Κατά τη διάρκεια του πρώτου σταδίου της διαδικασίας κυτταρικής αναπνοής που ονομάζεται γλυκόλυση, το κύτταρο σπάει τα μόρια γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, ή μορίων τριών ατόμων άνθρακα. Για να ξεκινήσει η διαδικασία παίρνει ενέργεια έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν δύο μόρια ΑΤΡ από τα αποθέματα των κυττάρων.

Στο τέλος της διαδικασίας, όταν δημιουργούνται τα δύο μόρια πυροσταφυλικού, απελευθερώνεται ενέργεια και αποθηκεύεται σε τέσσερα μόρια ΑΤΡ. Η γλυκόλυση χρησιμοποιεί δύο μόρια ΑΤΡ και παράγει τέσσερα για κάθε επεξεργασμένο μόριο γλυκόζης. Το καθαρό κέρδος είναι δύο μόρια ΑΤΡ.

Ποια από τα Cells Organelles απελευθερώνει ενέργεια που αποθηκεύεται στα τρόφιμα;

Η γλυκόλυση ξεκινάει στο κυτταρόπλασμα κυττάρων, αλλά η διαδικασία αναπνοής κυττάρων λαμβάνει χώρα κυρίως στο μιτοχόνδρια. Τα είδη των κυττάρων που χρησιμοποιούν γλυκόζη για την ενέργεια περιλαμβάνουν σχεδόν κάθε κύτταρο του ανθρώπινου σώματος με εξαίρεση τα εξειδικευμένα κύτταρα όπως τα κύτταρα του αίματος.

Τα μιτοχόνδρια είναι μικρά οργανικά δεσμευμένα με μεμβράνη και είναι τα εργοστάσια κυττάρων που παράγουν ΑΤΡ. Έχουν μια ομαλή εξωτερική μεμβράνη και μια πολύ διπλωμένη εσωτερική μεμβράνη όπου συμβαίνουν οι αντιδράσεις κυτταρικής αναπνοής.

Οι αντιδράσεις αρχίζουν στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων για να παράγουν μια ενεργειακή κλίση στην εσωτερική μεμβράνη. Οι επακόλουθες αντιδράσεις που αφορούν τη μεμβράνη παράγουν την ενέργεια που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μορίων ΑΤΡ.

Ο κύκλος του κιτρικού οξέος παράγει ένζυμα για κυτταρική αναπνοή

Το πυροσταφυλικό που παράγεται από τη γλυκόλυση δεν είναι το τελικό προϊόν της κυτταρικής αναπνοής. Ένα δεύτερο στάδιο επεξεργάζεται τα δύο μόρια πυροσταφυλικού σε άλλη ενδιάμεση ουσία που ονομάζεται ακετυλ CoA. Το ακετυλ CoA εισέρχεται στον κύκλο του κιτρικού οξέος και τα άτομα άνθρακα από το αρχικό μόριο γλυκόζης μετατρέπονται πλήρως σε CO₂. Η ρίζα του κιτρικού οξέος ανακυκλώνεται και συνδέεται με ένα νέο μόριο ακετυλικού CoA για να επαναληφθεί η διαδικασία.

Η οξείδωση των ατόμων άνθρακα παράγει δύο ακόμη μόρια ΑΤΡ και μετατρέπει τα ένζυμα NAD⁺ και FAD να NADH και FADH₂. Τα μετατρεφόμενα ένζυμα χρησιμοποιούνται στο τρίτο και τελευταίο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής όπου δρουν ως δότες ηλεκτρονίων για την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Τα μόρια ΑΤΡ συλλαμβάνουν μέρος της παραγόμενης ενέργειας, αλλά η πλειονότητα της χημικής ενέργειας παραμένει στα μόρια NADH. Οι αντιδράσεις κύκλου κιτρικού οξέος λαμβάνουν χώρα μέσα στα μιτοχόνδρια.

Η ηλεκτρονική αλυσίδα μεταφοράς συλλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας από την κυτταρική αναπνοή

ο αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ΚΑΙ ΤΑ ΛΟΙΠΑ) αποτελείται από μια σειρά ενώσεων που βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια από το NADH και το FADH₂ ένζυμα που παράγονται από τον κύκλο του κιτρικού οξέος για την άντληση πρωτονίων στη μεμβράνη.

Σε μια αλυσίδα αντιδράσεων, τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας από NADH και FADH₂ περνούν κάτω από τη σειρά των ενώσεων ETC με κάθε στάδιο να οδηγεί σε χαμηλότερη κατάσταση ενέργειας ηλεκτρονίων και να αντλούνται πρωτόνια διαμέσου της μεμβράνης.

Στο τέλος των αντιδράσεων ETC, τα μόρια οξυγόνου δέχονται τα ηλεκτρόνια και σχηματίζουν μόρια νερού. Η ενέργεια των ηλεκτρονίων που προέρχεται αρχικά από τη διάσπαση και την οξείδωση του μορίου γλυκόζης έχει μετατραπεί σε a βαθμίδα ενέργειας πρωτονίων μέσω της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων.

Επειδή υπάρχει μια ανισορροπία των πρωτονίων στην εσωτερική μεμβράνη, τα πρωτόνια δοκιμάζουν μια δύναμη να διαχέονται στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων. Ένα ένζυμο που ονομάζεται Συνθετάση ΑΤΡ ενσωματώνεται στη μεμβράνη και δημιουργεί ένα άνοιγμα, επιτρέποντας στα πρωτόνια να κινηθούν πίσω στην μεμβράνη.

Όταν τα πρωτόνια διέρχονται από το άνοιγμα της συνθετάσης ΑΤΡ, το ένζυμο χρησιμοποιεί την ενέργεια από τα πρωτόνια για να δημιουργήσει μόρια ΑΤΡ. Ο όγκος της ενέργειας από την κυτταρική αναπνοή συλλαμβάνεται σε αυτό το στάδιο και αποθηκεύεται σε 32 μόρια ΑΤΡ.

Το μόριο ATP αποθηκεύει ενέργεια κυτταρικής αναπνοής στα δεσμά του φωσφορικού

Το ΑΤΡ είναι ένα πολύπλοκο οργανικό χημικό με μια βάση αδενίνης και τρεις φωσφορικές ομάδες. Η ενέργεια αποθηκεύεται στους δεσμούς που συγκρατούν τις φωσφορικές ομάδες. Όταν ένα κύτταρο χρειάζεται ενέργεια, σπάει έναν από τους δεσμούς των φωσφορικών ομάδων και χρησιμοποιεί τη χημική ενέργεια για να δημιουργήσει νέους δεσμούς σε άλλες κυτταρικές ουσίες. Το μόριο ΑΤΡ γίνεται διφωσφορική αδενοσίνη ή ADP.

Στην κυτταρική αναπνοή, η ενέργεια που απελευθερώνεται χρησιμοποιείται για την προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας στο ADP. Η προσθήκη της φωσφορικής ομάδας συλλαμβάνει την ενέργεια από τη γλυκόλυση, τον κύκλο κιτρικού οξέος και τη μεγάλη ποσότητα ενέργειας από το ETC. Τα προκύπτοντα μόρια ΑΤΡ μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον οργανισμό για δραστηριότητες όπως η κίνηση, η αναζήτηση τροφής και η αναπαραγωγή.