Причината да ядете е в крайна сметка да създадете молекула, наречена ATP (аденозин трифосфат), така че вашите клетки да имат средствата да се захранват, а оттам и вие. И не случайно, причината да дишате е, че кислородът е необходим, за да се получи максималното количество клетъчна енергия от предшествениците на глюкоза молекули в тази храна.
Процесът, който човешките клетки използват за генериране на АТФ, се нарича клетъчно дишане. Резултатът е създаването на 36 до 38 АТФ на молекула глюкоза. Състои се от поредица от етапи, започващи в клетъчната цитоплазма и преминаващи към митохондриите, „електроцентралите“ на еукариотните клетки. Двата процеса, произвеждащи АТФ, могат да се разглеждат като гликолиза (анаеробната част), последвана от аеробно дишане (частта, изискваща кислород).
Какво е АТФ?
Химически, ATP е a нуклеотид. Нуклеотидите също са градивните елементи на ДНК. Всички нуклеотиди се състоят от пет въглеродна захарна част, азотна основа и една до три фосфатни групи. Основата може да бъде или аденин (А), цитозин (С), гуанин (G), тимин (Т) или урацил (U). Както можете да разберете от името му, основата в АТФ е аденин и съдържа три фосфатни групи.
Когато ATP е "изграден", неговият непосредствен предшественик е ADP (аденозин дифосфат), което само по себе си идва AMP (аденозин монофосфат). Единствената разлика между двете е третата фосфатна група, прикрепена към фосфатно-фосфатната "верига" в ADP. Отговорният ензим се нарича АТФ синтаза.
Когато АТФ е "изразходван" от клетката, името на реакцията АТФ към АДФ е хидролиза, тъй като водата се използва за разкъсване на връзката между двете крайни фосфатни групи. Просто уравнение за реформиране на АТР от неговите нуклеотидни роднини е ADP + Pi, или дори AMP + 2 Pi. където Pi е неорганичен (т.е. не е прикрепен към молекула, съдържаща въглерод) фосфат.
Клетъчна енергия в еукариотите: клетъчно дишане
Клетъчното дишане се случва само при еукариотите, които са многоклетъчните, по-големи и по-сложни отговори на природата на едноклетъчните прокариоти. Хората са сред първите, докато бактериите населяват вторите. Процесът се развива на четири етапа: гликолиза, който се среща и при прокариотите и не се нуждае от кислород; на мостова реакция; и двата реакционни комплекта аеробно дишане, Цикъл на Кребс и електронна транспортна верига.
Гликолиза
За да започне гликолиза, молекулата на глюкозата, която е дифузирана в клетката през плазмената мембрана, има фосфат, прикрепен към един от нейните въглеродни атоми. След това се пренарежда във фруктозна молекула, в който момент втора фосфатна група е прикрепена към различен въглероден атом. Получената двойно фосфорилирана молекула от шест въглерода се разделя на две молекули с три въглерода. Тази фаза струва два ATP.
Втората част на гликолизата продължава с три въглеродни молекули, които се пренареждат в поредица от стъпки пируват, докато междувременно се добавят два фосфата и след това и четирите се отстраняват и се добавят към ADP за образуване ATP. Тази фаза произвежда четири АТФ,което прави нетния добив на гликолиза два АТФ.
Цикъл на Кребс
Мостовата реакция в митохондриите подготвя молекулата на пирувата за действие, като отстранява един от нейните въглероди и два кислорода, за да даде ацетат, който след това се добавя към коензим А за образуване на ацетил CoA.
Двувъглеродният ацетил КоА се добавя към молекула с четири въглерода, оксалоацетат, за да стартират реакциите. Получената шествъглеродна молекула в крайна сметка се редуцира до оксалоацетат (следователно "цикъл" в заглавието; реагентът също е продукт). В процеса, две АТФ и 10 молекули, известни като електрононосители (осем NADH и два FADH2) се произвеждат.
Електронна транспортна верига
Във финалната фаза на клетъчното дишане и втората аеробна фаза се използват различни високоенергийни електронни носители. Електроните им се отнемат от ензимите, вградени в митохондриалната мембрана, а енергията им е такава използва се за засилване на добавянето на фосфатни групи към ADP за образуване на ATP, процес, наречен окислителен фосфорилиране. Кислородът е последният електронен акцептор в крайна сметка.
Резултатът е 32 до 34 АТФ, което означава, че добавяйки по два АТФ от гликолизата и цикъла на Кребс, клетъчното дишане произвежда 36 до 38 АТФ на молекула глюкоза.