Oddychanie komórkowe u ludzi

Zawartość

• Krótki przegląd
• Energia jest magazynowana w wiązaniach fosforanowych ATP
• Glikoliza przygotowuje drogę do utleniania
• Lokalizacja
• Cykl kwasu cytrynowego Krebsa wytwarza dawców elektronów
• Łańcuch transportu elektronów wytwarza większość cząsteczek ATP
• Oddychanie komórkowe u ludzi to prosta koncepcja ze złożonymi procesami

Oddychanie komórkowe ma na celu przekształcenie glukozy z pożywienia w energię.

Komórki rozkładają glukozę w szeregu złożonych reakcji chemicznych i łączą produkty reakcji z tlenem w celu magazynowania energii adenozynotrifosforan (ATP) cząsteczki. Cząsteczki ATP są wykorzystywane do zasilania komórek i działają jako uniwersalne źródło energii dla organizmów żywych.

Krótki przegląd

Oddychanie komórkowe u ludzi rozpoczyna się w układzie pokarmowym i oddechowym. Jedzenie jest trawione w jelitach i przekształcane w glukozę. Tlen jest absorbowany w płucach i magazynowany w czerwonych krwinkach. Glukoza i tlen przemieszczają się do organizmu przez układ krążenia, aby dotrzeć do komórek, które potrzebują energii.

Komórki wykorzystują glukozę i tlen z układu krążenia do produkcji energii. Dostarczają produkt odpadowy, dwutlenek węgla, z powrotem do czerwonych krwinek, a dwutlenek węgla jest uwalniany do płuc przez płuca.

Podczas gdy układ trawienny, oddechowy i krążeniowy odgrywają główną rolę w oddychaniu człowieka, oddychanie na poziomie komórkowym odbywa się wewnątrz komórek i w mitochondria komórek. Proces można podzielić na trzy odrębne etapy:

W ogólnej reakcji oddychania komórkowego powstaje każda cząsteczka glukozy 36 lub 38 cząsteczek ATP, w zależności od typu komórki. Oddychanie komórkowe u ludzi jest procesem ciągłym i wymaga ciągłego dostarczania tlenu. W przypadku braku tlenu proces oddychania komórkowego zatrzymuje się przy glikolizie.

Energia jest magazynowana w wiązaniach fosforanowych ATP

Celem oddychania komórkowego jest wytwarzanie cząsteczek ATP przez utlenianie glukozy.

Na przykład komórkowa formuła oddychania do produkcji 36 cząsteczek ATP z cząsteczki glukozy to C.₆H.₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂Energia O + (cząsteczki 36ATP). Cząsteczki ATP magazynują energię w swoich trzech wiązania grupy fosforanowej.

Energia wytwarzana przez komórkę jest przechowywana w wiązaniu trzeciej grupy fosforanowej, która jest dodawana do cząsteczek ATP podczas procesu oddychania komórkowego. Gdy energia jest potrzebna, trzecie wiązanie fosforanowe jest zrywane i wykorzystywane do reakcji chemicznych komórek. Na difosforan adenozyny Zostaje cząsteczka (ADP) z dwiema grupami fosforanowymi.

Podczas oddychania komórkowego energia z procesu utleniania jest wykorzystywana do zmiany cząsteczki ADP z powrotem na ATP poprzez dodanie trzeciej grupy fosforanowej. Cząsteczka ATP jest ponownie gotowa do zerwania tego trzeciego wiązania w celu uwolnienia energii do wykorzystania przez komórkę.

Glikoliza przygotowuje drogę do utleniania

W glikolizie sześciowęglowa cząsteczka glukozy jest dzielona na dwie części, tworząc dwie pirogronian cząsteczki w szeregu reakcji. Po wejściu cząsteczki glukozy do komórki, każda z dwóch trójwęglowych połówek otrzymuje dwie grupy fosforanowe w dwóch oddzielnych etapach.

Po pierwsze, dwie cząsteczki ATP fosforylat dwie połówki cząsteczki glukozy przez dodanie do każdej grupy fosforanowej. Następnie enzymy dodają jeszcze jedną grupę fosforanową do każdej z połówek cząsteczki glukozy, w wyniku czego powstają dwie trójwęglowe połówki cząsteczki, każda z dwiema grupami fosforanowymi.

W dwóch końcowych i równoległych seriach reakcji dwie fosforylowane trójwęglowe połówki oryginalnej cząsteczki glukozy tracą swoje grupy fosforanowe, tworząc dwie cząsteczki pirogronianowe. Ostateczne rozszczepienie cząsteczki glukozy uwalnia energię, która jest wykorzystywana do dodawania grup fosforanowych do cząsteczek ADP i tworzenia ATP.

Każda połowa cząsteczki glukozy traci swoje dwie grupy fosforanowe i wytwarza cząsteczkę pirogronianową i dwie cząsteczki ATP.

Lokalizacja

Glikoliza zachodzi w cytozolu komórkowym, ale reszta procesu oddychania komórkowego przechodzi do mitochondria. Glikoliza nie wymaga tlenu, ale po przeniesieniu pirogronianu do mitochondriów tlen jest potrzebny na wszystkich dalszych etapach.

Mitochondria to fabryki energii, które przepuszczają tlen i pirogronian przez ich zewnętrzną błonę, a następnie pozwalają produktom reakcji dwutlenek węgla i ATP z powrotem do komórki i dalej do układu krążenia.

Cykl kwasu cytrynowego Krebsa wytwarza dawców elektronów

Cykl kwasu cytrynowego to seria kołowych reakcji chemicznych, które generują NADH i FADH₂ molekuły. Te dwa związki wchodzą w kolejny etap oddychania komórkowego, łańcuch transportu elektronówi przekaż początkowe elektrony użyte w łańcuchu. Powstały NAD⁺ a związki FAD są przywracane do cyklu kwasu cytrynowego w celu ich zamiany z powrotem na pierwotny NADH i FADH₂ formy i poddane recyklingowi.

Kiedy trójwęglowe cząsteczki pirogronianu wchodzą do mitochondriów, tracą jedną ze swoich cząsteczek węgla, tworząc dwutlenek węgla i związek dwuwęglowy. Ten produkt reakcji następnie utlenia się i łączy z koenzym A tworząc dwa acetylo CoA molekuły. W trakcie cyklu kwasu cytrynowego związki węgla są łączone ze związkiem czterowęglowym z wytworzeniem cytrynianu sześciowęglowego.

W szeregu reakcji cytrynian uwalnia dwa atomy węgla jako dwutlenek węgla i wytwarza 3 NADH, 1 ATP i 1 FADH₂ molekuły. Pod koniec procesu cykl ponownie stanowi pierwotny związek czterowęglowy i rozpoczyna się od nowa. Reakcje zachodzą we wnętrzu mitochondriów oraz w NADH i FADH₂ cząsteczki biorą następnie udział w łańcuchu transportu elektronów na wewnętrznej błonie mitochondriów.

Łańcuch transportu elektronów wytwarza większość cząsteczek ATP

Łańcuch transportu elektronów składa się z czterech kompleksy białkowe znajduje się na wewnętrznej błonie mitochondriów. NADH przekazuje elektrony do pierwszego kompleksu białkowego, podczas gdy FADH₂ przekazuje elektrony do drugiego kompleksu białkowego. Kompleksy białkowe przenoszą elektrony w dół łańcucha transportowego w serii redukcji-utleniania lub redoks reakcje

Energia jest uwalniana na każdym etapie redoks, a każdy kompleks białkowy wykorzystuje ją do pompowania protony przez błonę mitochondrialną do przestrzeni międzybłonowej między błoną wewnętrzną i zewnętrzną. Elektrony przechodzą do czwartego i końcowego kompleksu białkowego, gdzie cząsteczki tlenu działają jako końcowe akceptory elektronów. Dwa atomy wodoru łączą się z atomem tlenu, tworząc cząsteczki wody.

Gdy wzrasta stężenie protonów poza błoną wewnętrzną, an gradient energii ustala się, dążąc do przyciągania protonów z powrotem przez błonę do strony o niższym stężeniu protonu. Enzym błony wewnętrznej o nazwie Syntaza ATP oferuje protonom przejście z powrotem przez błonę wewnętrzną.

Gdy protony przechodzą przez syntazę ATP, enzym wykorzystuje energię protonu do zmiany ADP na ATP, przechowując energię protonu z łańcucha transportu elektronów w cząsteczkach ATP.

Oddychanie komórkowe u ludzi to prosta koncepcja ze złożonymi procesami

Złożone procesy biologiczne i chemiczne, które składają się na oddychanie na poziomie komórkowym, obejmują enzymy, pompy protonowe i białka oddziałujące na poziomie molekularnym w bardzo skomplikowany sposób. Podczas gdy wkłady glukozy i tlenu są prostymi substancjami, enzymy i białka nie są.

Przegląd glikolizy, cyklu Krebsa lub cyklu kwasu cytrynowego i łańcucha transferu elektronów pomaga wykazać, jak oddychanie komórkowe działa na poziomie podstawowym, ale faktyczne działanie tych etapów jest znacznie bardziej złożone.

Opis procesu oddychania komórkowego jest prostszy na poziomie koncepcyjnym. Ciało pobiera składniki odżywcze i tlen i w razie potrzeby rozdziela glukozę z pożywienia i tlenu do poszczególnych komórek. Komórki utleniają cząsteczki glukozy, aby wytworzyć energię chemiczną, dwutlenek węgla i wodę.

Energia jest wykorzystywana do dodania trzeciej grupy fosforanowej do cząsteczki ADP w celu utworzenia ATP, a dwutlenek węgla jest wydalany przez płuca. Energia ATP z trzeciego wiązania fosforanowego jest wykorzystywana do zasilania innych funkcji komórki. W ten sposób oddychanie komórkowe stanowi podstawę wszystkich innych czynności człowieka.