Důvod, proč jíte, je nakonec vytvořit molekulu zvanou ATP (adenosintrifosfát), aby vaše buňky měly prostředky k tomu, aby poháněly samy sebe, a tedy i vás. Důvodem, který dýcháte, není náhoda, že kyslík je potřebný k získání maximálního množství buněčné energie z prekurzorů glukóza molekuly v tom jídle.
Proces, který lidské buňky používají ke generování ATP, se nazývá buněčné dýchání. Výsledkem je tvorba 36 až 38 ATP na molekulu glukózy. Skládá se z řady fází, počínaje buněčnou cytoplazmou a přechodem do mitochondrií, „elektráren“ eukaryotických buněk. Na dva procesy produkující ATP lze pohlížet jako na glykolýzu (anaerobní část), po které následuje aerobní dýchání (část vyžadující kyslík).
Co je ATP?
Chemicky je ATP a nukleotid. Nukleotidy jsou také stavebními kameny DNA. Všechny nukleotidy se skládají z pětikarbonové cukerné části, dusíkaté báze a jedné až tří fosfátových skupin. Bází může být buď adenin (A), cytosin (C), guanin (G), thymin (T) nebo uracil (U). Jak můžete vidět z jeho názvu, základ v ATP je adenin a obsahuje tři fosfátové skupiny.
Když je ATP „postaveno“, je jeho bezprostředním předchůdcem ADP (adenosindifosfát), který sám pochází AMP (adenosinmonofosfát). Jediný rozdíl mezi nimi je třetí fosfátová skupina připojená k fosfát-fosfátovému „řetězci“ v ADP. Odpovědný enzym se nazývá ATP syntáza.
Když buňka „utratí“ ATP, je název reakce ATP na ADP hydrolýza, jako voda se používá k přerušení vazby mezi dvěma koncovými fosfátovými skupinami. Jednoduchá rovnice pro reformování ATP od jejích nukleotidových příbuzných je ADP + Pi, nebo dokonce AMP + 2 Pi. kde Pi je anorganický (tj. nepřipojený k molekule obsahující uhlík) fosfát.
Buněčná energie v eukaryotech: buněčné dýchání
Buněčné dýchání se vyskytuje pouze u eukaryot, které jsou mnohobuněčnou, větší a složitější odpovědí přírody na jednobuněčné prokaryoty. Lidé jsou mezi prvními, zatímco bakterie osídlují druhé. Proces probíhá ve čtyřech fázích: glykolýza, který se také vyskytuje u prokaryot a nevyžaduje kyslík; the mostní reakce; a dvě reakční sady aerobního dýchání, Krebsův cyklus a elektronový transportní řetězec.
Glykolýza
Pro zahájení glykolýzy má molekula glukózy, která difundovala do buňky přes plazmatickou membránu, fosfát připojený k jednomu ze svých atomů uhlíku. Poté se přeskupí na molekulu fruktózy, kde je druhá fosfátová skupina připojena k jinému atomu uhlíku. Výsledná dvojnásobně fosforylovaná molekula se šesti uhlíky se rozdělí na dvě molekuly se třemi uhlíky. Tato fáze stojí dva ATP.
Druhá část glykolýzy probíhá tak, že se tři uhlíkové molekuly přeskupují v řadě kroků pyruvát, zatímco se mezitím přidají dva fosfáty a poté se všechny čtyři odstraní a přidají se k ADP za vzniku ATP. Tato fáze produkuje čtyři ATP,čistý výnos glykolýzy činí dva ATP.
Krebsův cyklus
Můstková reakce v mitochondriích připraví molekulu pyruvátu k činnosti odstraněním jednoho z jejích uhlíků a dvou kyslíků za vzniku acetátu, který se poté připojí k koenzym A za vzniku acetyl CoA.
Acetyl CoA se dvěma uhlíky se přidá k molekule se čtyřmi uhlíky, oxaloacetátu, aby proběhly reakce. Výsledná molekula se šesti uhlíky se nakonec redukuje na oxaloacetát (odtud tedy „cyklus“; reaktant je také produkt). V procesu jsou dvě ATP a 10 molekul známých jako elektronové nosiče (osm NADH a dva FADH2) jsou produkovány.
Elektronový transportní řetězec
V závěrečné fázi buněčného dýchání a druhé aerobní fázi se používají různé vysokoenergetické nosiče elektronů. Jejich elektrony jsou odstraněny enzymy zabudovanými v mitochondriální membráně a jejich energie je používá se k napájení přidání fosfátových skupin k ADP za vzniku ATP, procesu zvaného oxidační fosforylace. Nakonec je kyslík konečným akceptorem elektronů.
Výsledkem je 32 až 34 ATP, což znamená, že po přidání dvou ATP z glykolýzy a Krebsova cyklu buněčné dýchání produkuje 36 až 38 ATP na molekulu glukózy.