Buňky jsou mikroskopické, víceúčelové nádoby, které představují nejmenší nedělitelné jednotky života v tom, že projevují reprodukci, metabolismus a další „realistické“ vlastnosti. Ve skutečnosti, protože prokaryotické organismy (členové klasifikačních domén Bacteria a Archaea) téměř vždy sestávají z jedné buňky, mnoho samostatných buněk je doslova naživu.
Buňky využívají jako zdroj paliva molekulu zvanou adenosintrifosfát neboli ATP. Prokaryotes spoléhat pouze na glykolýza - rozklad glukózy na pyruvát - jako cesta k syntéze ATP; tento proces poskytuje celkem 2 ATP na molekulu glukózy.
V porovnání, eukaryoty - zvířata, rostliny a houby - jsou oba mnohem větší a mají mnohem složitější jednotlivé buňky než prokaryota, takže samotná glykolýza není dostatečná pro jejich energetické potřeby. To je tam kde buněčné dýchání, úplný rozklad glukózy v přítomnosti molekulárního kyslíku (O2) na oxid uhličitý (CO.)2) a voda (H2O) vytvořit ATP, přijde.
Přečtěte si více o tom, co je buněčné dýchání.
Terminologie buněčného metabolismu
Proces buněčného dýchání probíhá u eukaryot a technicky zahrnuje glykolýzu Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec (ETC). To je proto, že Všechno buňky zpočátku zacházejí s glukózou stejným způsobem - tím, že ji procházejí glykolýzou. Potom u prokaryot může pyruvát vstoupit pouze do fermentace, což umožňuje glykolýze pokračovat „proti proudu“ prostřednictvím regenerace meziproduktu zvaného NAD+.
Protože eukaryota mohou používat kyslík, molekuly uhlíku pyruvátu vstupují do Krebsova cyklu jako acetyl CoA a nakonec opouštějí ETC jako oxid uhličitý (CO2). Zajímavé produkty buněčné dýchání jsou 34 až 36 ATP, které se generují v Krebsově cyklu a ETC společně - dvě části buněčné dýchání, které se počítají jako aerobní („s kyslíkem“) dýchání.
Reakce buněčného dýchání
Kompletní, vyvážená reakce celého procesu buněčného dýchání může být reprezentována:
C6H12Ó6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 hodin2O + ~ 38 ATP
Samotná glykolýza, forma anaerobního dýchání, ke kterému dochází v cytoplazmě, spočívá v reakci:
C6H12Ó6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2Ó
U eukaryot, a přechodová reakce v mitochondriích generuje acetyl koenzym A (acetyl CoA) pro Krebsův cyklus:
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 koenzym A → 2 acetyl CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
CO2 poté vstupuje do Krebsova cyklu spojením s oxaloacetátem.
Fáze buněčného dýchání
Buněčné dýchání začíná glykolýzou, sérií 10 reakcí, ve kterých je molekula glukózy fosforylovaný dvakrát (to znamená, že má dvě fosfátové skupiny připojené na různých uhlících) za použití 2 ATP a poté rozdělen na dvě tři uhlíkové sloučeniny, které každý výtěžek 2 ATP na cestě k tvorbě pyruvátu. Glykolýza tedy dodává 2 ATP přímo na molekulu glukózy a také dvě molekuly elektronového nosiče NADH, který má v ETC silnou roli po proudu.
V Krebsově cyklu CO2 a sloučeninu se čtyřmi uhlíky oxaloacetát spojte se a vytvořte molekulu se šesti uhlíky citrát. Citrát se postupně znovu redukuje na oxaloacetát, přičemž se odstraní pár CO2 molekuly a také generování 2 ATP na CO2 molekula vstupující do cyklu, nebo 4 ATP na glukózu molekula daleko proti proudu. Ještě důležitější je celkem 6 NADH a 2 FADH2 (další elektronový nosič) jsou syntetizovány.
Nakonec elektrony NADH a FADH2 (tj. jejich atomy vodíku) jsou odstraněny enzymy transportního řetězce elektronů a použity k napájení připojení fosfátů k ADP, čímž se získá spousta ATP - celkem asi 32. V tomto kroku se také uvolňuje voda. Maximální výtěžek ATP buněčného dýchání z glykolýzy, Krebsova cyklu a ETC je tedy 2 + 4 + 32 = 38 ATP na molekulu glukózy.
Přečtěte si více o čtyřech stádiích buněčného dýchání.