Περιεχόμενο
- Κυτταρική εξισορρόπηση αναπνοής
- Γλυκόλυση
- Η αντίδραση της γέφυρας
- Ο κύκλος του Krebs
- Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
Κυτταρική αναπνοή είναι το άθροισμα των διαφόρων βιοχημικών μέσων που χρησιμοποιούν οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί για να εκχυλίσουν ενέργεια από τα τρόφιμα, συγκεκριμένα γλυκόζη μόρια.
Η διαδικασία κυτταρικής αναπνοής περιλαμβάνει τέσσερα βασικά στάδια ή βήματα: Γλυκόλυση, η οποία εμφανίζεται σε όλους τους οργανισμούς, προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά. ο αντίδραση γέφυρας, η οποία περιβάλλει τη σκηνή για αερόβια αναπνοή. και το Κύκλος Krebs και το αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, εξαρτώμενες από οξυγόνο οδούς που εμφανίζονται σε αλληλουχία στα μιτοχόνδρια.
Τα βήματα της κυτταρικής αναπνοής δεν συμβαίνουν με την ίδια ταχύτητα και το ίδιο σύνολο αντιδράσεων μπορεί να προχωρήσει με διαφορετικούς ρυθμούς στον ίδιο οργανισμό σε διαφορετικούς χρόνους. Για παράδειγμα, ο ρυθμός γλυκόλυσης στα μυϊκά κύτταρα αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια έντονων αναερόβιος άσκηση, η οποία προκαλεί «χρέος οξυγόνου», αλλά τα βήματα αερόβιας αναπνοής δεν επιταχύνουν αισθητά εκτός αν η άσκηση εκτελείται σε ένα αερόβιο επίπεδο έντασης "pay-as-you-go".
Κυτταρική εξισορρόπηση αναπνοής
Ο πλήρης τύπος κυτταρικής αναπνοής φαίνεται ελαφρώς διαφορετικός από την πηγή στην πηγή, ανάλογα με το τι επιλέγουν οι συγγραφείς να συμπεριλάβουν ως σημαντικά αντιδραστήρια και προϊόντα. Για παράδειγμα, πολλές πηγές παραλείπουν τους φορείς μεταφοράς ηλεκτρονίων NAD+/ NADH και FAD2+/ FADH2 από τον βιοχημικό ισολογισμό.
Συνολικά, η γλυκόζη του μορίου ζάχαρης των έξι ατόμων άνθρακα μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό παρουσία οξυγόνου για να δώσει 36 έως 38 μόρια ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη, το "νόμισμα ενέργειας" των κυττάρων). Αυτή η χημική εξίσωση αντιπροσωπεύεται από την ακόλουθη εξίσωση:
ντο6H12Ο6 + 6 Ο2 → 6 CO2 + 12 Η2O + 36 ΑΤΡ
Γλυκόλυση
Το πρώτο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής είναι γλυκόλυση, το οποίο είναι ένα σύνολο δέκα αντιδράσεων που δεν απαιτούν οξυγόνο και επομένως εμφανίζεται σε κάθε ζωντανό κύτταρο. Οι προκαρυώτες (από τους τομείς Βακτήρια και Αρχαία), χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά τη γλυκόλυση, ενώ οι ευκαρυώτες (ζώα, μύκητες, ρίζες και φυτά) το χρησιμοποιούν κυρίως ως τραπέζι για τις ενεργειακά αποδοτικότερες αντιδράσεις αερόβιας αναπνοής.
Η γλυκόλυση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Στην «επενδυτική φάση» της διεργασίας, δύο ΑΤΡ καταναλώνονται καθώς δύο φωσφορικά προστίθενται στο παράγωγο γλυκόζης πριν χωριστούν σε δύο ενώσεις τριών ατόμων άνθρακα. Αυτά μετασχηματίζονται σε δύο μόρια του πυροσταφυλικό, 2 NADH και τέσσερα ATP για ένα καθαρό κέρδος δύο ATP.
Η αντίδραση της γέφυρας
Το δεύτερο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, το μετάβαση ή αντίδραση γέφυρας, παίρνει λιγότερη προσοχή από την υπόλοιπη κυτταρική αναπνοή. Όπως υποδηλώνει το όνομα, ωστόσο, δεν θα υπήρχε κανένας τρόπος να φτάσουμε από τη γλυκόλυση στις αερόβιες αντιδράσεις πέρα από αυτό.
Σε αυτή την αντίδραση, η οποία συμβαίνει στα μιτοχόνδρια, τα δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος από τη γλυκόλυση μετατρέπονται σε δύο μόρια ακετυλο-συνενζύμου Α (ακετυλο-ΟοΑ), με δύο μόρια CO2 παράγονται ως μεταβολικά απόβλητα. Δεν παράγεται ATP.
Ο κύκλος του Krebs
Ο κύκλος του Krebs δεν παράγει πολλή ενέργεια (δύο ATP), αλλά συνδυάζοντας το μόριο δύο ατόμων άνθρακα με ακετυλο-ΟοΑ με το οξαλοξικό μόριο τεσσάρων ατόμων άνθρακα και κυκλοφορώντας το προκύπτον προϊόν μέσω μίας σειράς μεταβάσεων που αποκόπτουν το μόριο πίσω στο οξαλοξεικό, παράγει οκτώ NADH και δύο FADH2, ένας άλλος φορέας ηλεκτρονίων (τέσσερις NADH και ένας FADH2 ανά μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στην κυτταρική αναπνοή στη γλυκόλυση).
Αυτά τα μόρια είναι απαραίτητα για την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και κατά τη διάρκεια της σύνθεσης τους, τέσσερις επιπλέον CO2 τα μόρια αποβάλλονται από το κελί ως απόβλητα.
Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
Το τέταρτο και τελικό στάδιο της κυτταρικής αναπνοής είναι εκεί όπου γίνεται η "δημιουργία" μείζονος ενέργειας. Τα ηλεκτρόνια που φέρουν οι NADH και FADH2 τραβιέται από αυτά τα μόρια με ένζυμα στη μιτοχονδριακή μεμβράνη και χρησιμοποιείται για να οδηγήσει μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση, όπου μια ηλεκτροχημική βαθμίδωση που οδηγείται από την απελευθέρωση των προαναφερθέντων ηλεκτρονίων εξουσιοδοτεί την προσθήκη μορίων φωσφορικών σε ADP για την παραγωγή ΑΤΡ.
Οξυγόνο απαιτείται για αυτό το βήμα, καθώς είναι ο τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων στην αλυσίδα. Αυτό δημιουργεί το H2Ω, έτσι αυτό το βήμα είναι όπου προέρχεται το νερό στην κυτταρική εξίσωση αναπνοής.
Σε αυτό το στάδιο παράγονται 32 έως 34 μόρια ΑΤΡ, ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο αθροίζεται η ενεργειακή απόδοση. Ετσι η κυτταρική αναπνοή αποδίδει συνολικά 36 έως 38 ATP: 2 + 2 + (32 ή 34).