Четири етапа на клетъчно дишане

Клетъчно дишане е сумата от различните биохимични средства, които еукариотните организми използват за извличане енергия от храната, по-специално глюкоза молекули.

Процесът на клетъчно дишане включва четири основни етапа или етапа: Гликолиза, който се среща във всички организми, прокариотни и еукариотни; на мостова реакция, който спира сцената за аеробно дишане; и Цикъл на Кребс и електронна транспортна верига, зависими от кислорода пътища, които се срещат последователно в митохондриите.

Стъпките на клетъчното дишане не се случват с еднаква скорост и един и същ набор от реакции могат да протичат с различна скорост в един и същ организъм по различно време. Например, очаква се скоростта на гликолиза в мускулните клетки да се увеличи значително по време на интензивно анаеробни упражнение, което води до "кислороден дълг", но стъпките на аеробното дишане не се ускоряват значително, освен ако упражненията не се извършват на аеробно ниво на интензивност "плати като отидеш".

Пълният формула за клетъчно дишане изглежда малко по-различно от източника до източника, в зависимост от това, което авторите избират да включат като значими реактиви и продукти. Например, много източници пропускат електронните носители NAD⁺/ NADH и FAD²⁺/ FADH2 от биохимичния баланс.

Като цяло, шествъглеродната молекула захар се превръща във въглероден диоксид и вода в присъствието на кислород, за да даде 36 до 38 молекули АТФ (аденозин трифосфат, общоприродната "енергийна валута" на клетките). Това химично уравнение е представено от следното уравнение:

° С₆Н₁₂О₆ + 6 O.₂ → 6 CO₂ + 12 Н₂O + 36 ATP

Първият етап на клетъчното дишане е гликолиза, което представлява набор от десет реакции, които не изискват кислород и следователно се срещат във всяка жива клетка. Прокариотите (от домейните Бактерии и Археи, наричани по-рано "архебактерии") използват гликолиза почти изключително, като има предвид, че еукариотите (животни, гъби, протести и растения) го използват главно като сервиращ маса за по-енергийно доходоносните реакции на аеробно дишане.

Гликолизата се извършва в цитоплазмата. Във "инвестиционната фаза" на процеса се консумират два АТФ, тъй като два фосфата се добавят към глюкозното производно, преди да се раздели на две тривъглеродни съединения. Те се трансформират в две молекули на пируват, 2 NADH и четири ATP за a нетна печалба от два ATP.

Вторият етап на клетъчното дишане, преход или мостова реакция, получава по-малко внимание от останалото клетъчно дишане. Както подсказва името обаче, няма да има начин да се стигне от гликолизата до аеробните реакции отвъд нея.

В тази реакция, която протича в митохондриите, двете молекули пируват от гликолизата се превръщат в две молекули ацетил коензим А (ацетил КоА), с две молекули CO₂ произведени като метаболитни отпадъци. Не се произвежда АТФ.

The Цикъл на Кребс не генерира много енергия (два ATP), но чрез комбиниране на двувъглеродната молекула ацетил КоА с четири-въглеродната молекула оксалоацетат и циклиране полученият продукт чрез серия от преходи, които подрязват молекулата обратно към оксалоацетат, той генерира осем NADH и два FADH₂, друг електронен носител (четири NADH и един FADH₂ на молекула глюкоза, постъпваща в клетъчното дишане при гликолиза).

Тези молекули са необходими за електронна транспортна верига, а в процеса на синтеза им, още четири CO₂ молекулите се отделят от клетката като отпадъци.

Четвъртият и последен етап на клетъчното дишане е мястото, където се извършва основното „създаване“ на енергия. Електроните, носени от NADH и FADH₂ се изтеглят от тези молекули от ензимите в митохондриална мембрана и се използва за задвижване на процес, наречен окислително фосфорилиране, при който електрохимичен градиент, задвижван от освободеното от гореспоменатите електрони засилва добавянето на фосфатни молекули към ADP, за да произведе ATP.

Кислород е необходим за тази стъпка, тъй като той е последният електронен акцептор във веригата. Това създава H₂О, така че тази стъпка е мястото, откъдето идва водата в уравнението на клетъчното дишане.

Като цяло в тази стъпка се генерират 32 до 34 молекули АТФ, в зависимост от това как се сумира енергийният добив. Поради това клетъчното дишане дава общо 36 до 38 АТФ: 2 + 2 + (32 или 34).