Клетките са микроскопични, многофункционални контейнери, които представляват най-малките неделими жизнени единици в това, че проявяват възпроизводство, метаболизъм и други "подобни на живота" качества. Всъщност, тъй като прокариотните организми (членове на домейните за класификация на бактерии и археи) почти винаги се състоят от една клетка, много самостоятелни клетки са буквално живи.
Клетките използват молекула, наречена аденозин трифосфат или АТФ, като източник на гориво. Прокариоти разчитайте единствено на гликолиза - разграждането на глюкозата до пируват - като път за синтезиране на АТФ; този процес дава общо 2 АТФ на молекула глюкоза.
За разлика, еукариоти - животни, растения и гъби - те са много по-големи и притежават далеч по-сложни отделни клетки от прокариотите, което прави гликолизата сама по себе си неадекватна за техните енергийни нужди. Ето къде клетъчно дишане, пълното разграждане на глюкозата в присъствието на молекулярен кислород (O2) във въглероден диоксид (CO2) и вода (H2O), за да образува ATP, влиза.
Прочетете повече за това какво представлява клетъчното дишане.
Терминология на клетъчния метаболизъм
Процесът на клетъчно дишане протича при еукариотите и технически обхваща гликолизата Цикъл на Кребс и електронна транспортна верига (ETC). Това е така, защото всичко клетките първоначално третират глюкозата по един и същи начин - като я прокарат чрез гликолиза. След това, в прокариотите, пируватът може да влезе само във ферментация, което позволява гликолизата да продължи "нагоре" чрез регенериране на междинен продукт, наречен NAD+.
Тъй като еукариотите могат да използват кислород, въглеродните молекули на пирувата влизат в цикъла на Кребс като ацетил CoA и в крайна сметка напускат ETC като въглероден диоксид (CO2). Интересните продукти на клетъчното дишане са 34 до 36 АТФ, които се генерират в цикъла на Кребс и ETC заедно - двете части на клетъчното дишане, които се броят като аеробни ("с кислород") дишане.
Реакциите на клетъчното дишане
Пълната, балансирана реакция на целия процес на клетъчно дишане може да бъде представена от:
° С6З.12О6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 Н2O + ~ 38 ATP
Само гликолизата, форма на анаеробно дишане, която се появява в цитоплазмата, се състои от реакцията:
° С6З.12О6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 СН3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 Н2О
При еукариотите, a реакция на преход в митохондриите генерира ацетил коензим А (ацетил КоА) за цикъла на Кребс:
2 СН3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 коензим A → 2 ацетил CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
CO2 след това влиза в цикъла на Кребс чрез присъединяване към оксалоацетат.
Етапи на клетъчно дишане
Клетъчното дишане започва с гликолиза, поредица от 10 реакции, в които е молекулата на глюкозата фосфорилиран два пъти (т.е. има две фосфатни групи, прикрепени към различни въглероди), използвайки 2 АТФ и след това се разделя на две тривъглеродни съединения, които всеки добив 2 АТФ по пътя към образуването на пируват. По този начин гликолизата доставя 2 ATP директно на молекула глюкоза, както и две молекули на електронния носител NADH, който има силна роля надолу по веригата в ETC.
В цикъла на Кребс CO2 и съединението с четири въглерода оксалоацетат се съединяват, за да образуват шествъглеродната молекула цитрат. Цитратът се редуцира постепенно отново до оксалоацетат, отделяйки двойка CO2 молекули и също така генерира 2 ATP на CO2 молекула, влизаща в цикъла, или 4 ATP на глюкоза молекула далеч нагоре по течението. По-важното е, че общо 6 NADH и 2 FADH2 (друг електронен носител) се синтезират.
И накрая, електроните на NADH и FADH2 (т.е. техните водородни атоми) се отделят от ензимите от електронната транспортна верига и се използват за захранване на свързването на фосфати към ADP, като се получават много АТФ - около 32 общо. В тази стъпка също се отделя вода. По този начин максималният добив на АТФ от клетъчното дишане от гликолизата, цикъла на Кребс и ETC е 2 + 4 + 32 = 38 АТФ на молекула глюкоза.
Прочетете повече за четирите етапа на клетъчното дишане.