Živé organismy tvoří energetický řetězec, ve kterém rostliny produkují potravu, kterou zvířata a jiné organismy používají pro energii. Hlavním procesem, který produkuje jídlo, je fotosyntéza v rostlinách a hlavní metodou přeměny potravy na energii je buněčné dýchání.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Molekula pro přenos energie použitá buňkami je ATP. Proces buněčného dýchání převádí molekulu ADP na ATP, kde se ukládá energie. K tomu dochází prostřednictvím třístupňového procesu glykolýzy, cyklu kyseliny citrónové a řetězce přenosu elektronů. Buněčné dýchání se štěpí a oxiduje glukózu za vzniku molekul ATP.
Během fotosyntézy rostliny zachycují světelnou energii a používají ji k napájení chemických reakcí v rostlinných buňkách. Světelná energie umožňuje rostlinám kombinovat uhlík z oxidu uhličitého ve vzduchu s vodíkem a kyslíkem z vody glukóza.
v buněčné dýchání, organismy, jako jsou zvířata, konzumují potraviny obsahující glukózu a štěpí glukózu na energii, oxid uhličitý a vodu. Oxid uhličitý a voda jsou vylučovány z organismu a energie je ukládána v molekule zvané
Druhy buněk, které používají glukózu pro energii
Živé organismy jsou buď jednobuněčné prokaryoty nebo eukaryoty, které mohou být jednobuněčné nebo vícebuněčné. Hlavní rozdíl mezi nimi spočívá v tom, že prokaryoty mají jednoduchou buněčnou strukturu bez jader nebo buněčných organel. Eukaryoty vždy mají jádro a složitější buněčné procesy.
Jednobuněčné organismy obou typů mohou k výrobě energie používat několik metod a mnohé také používají buněčné dýchání. Pokročilé rostliny a zvířata jsou všichni eukaryoti a používají buněčné dýchání téměř výlučně. Rostliny pomocí fotosyntézy zachycují energii ze slunce, ale většinu této energie poté ukládají ve formě glukózy.
Rostliny i zvířata používají glukózu produkovanou fotosyntézou jako Zdroj energie.
Buněčné dýchání umožňuje organizmům zachytit energii glukózy
Fotosyntéza produkuje glukózu, ale glukóza je jen způsob skladování chemické energie a nemohou ji buňky přímo využívat. Celkový proces fotosyntézy lze shrnout do následujícího vzorce:
6CO2 + 12 hodin2O + světelná energie → C6H12Ó6 + 6O2 + 6 hodin2Ó
Rostliny používají ke konverzi fotosyntézu světelná energie do chemické energie a ukládají chemickou energii v glukóze. K využití uložené energie je zapotřebí druhý proces.
Buněčné dýchání převádí chemickou energii uloženou v glukóze na chemickou energii uloženou v molekule ATP. ATP je používán všemi buňkami k napájení jejich metabolismu a jejich aktivit. Svalové buňky patří mezi druhy buněk, které využívají glukózu jako energii, ale nejdříve ji přeměňují na ATP.
Celková chemická reakce na buněčné dýchání je následující:
C6H12Ó6 + 6O2 → 6CO2 + 6 hodin2O + ATP molekuly
Buňky štěpí glukózu na oxid uhličitý a vodu a produkují energii, kterou ukládají v molekulách ATP. Energii ATP pak využívají k činnostem, jako je kontrakce svalů. Kompletní proces buněčného dýchání má tři etapy.
Buněčné dýchání začíná rozbitím glukózy na dvě části
Glukóza je sacharid se šesti atomy uhlíku. Během první fáze procesu buněčného dýchání tzv glykolýza, buňka rozdělí molekuly glukózy na dvě molekuly pyruvátu nebo molekuly se třemi uhlíky. K zahájení procesu je zapotřebí energie, takže jsou použity dvě molekuly ATP z rezerv buňky.
Na konci procesu, když se vytvoří dvě molekuly pyruvátu, se uvolní energie a uloží se do čtyř molekul ATP. Glykolýza používá dvě molekuly ATP a produkuje čtyři pro každou zpracovanou molekulu glukózy. Čistým ziskem jsou dvě molekuly ATP.
Který z organel buňky uvolňuje energii uloženou v potravinách?
Glykolýza začíná v buněčné cytoplazmě, ale proces buněčného dýchání probíhá hlavně v mitochondrie. Mezi druhy buněk, které využívají glukózu jako energii, patří téměř každá buňka v lidském těle, s výjimkou vysoce specializovaných buněk, jako jsou krvinky.
Mitochondrie jsou malé organely vázané na membránu a jsou to továrny na buňky, které produkují ATP. Mají hladkou vnější membránu a vysoce složené vnitřní membrána kde probíhají buněčné respirační reakce.
Reakce nejprve probíhají uvnitř mitochondrií, aby se vytvořil energetický gradient přes vnitřní membránu. Následné reakce zahrnující membránu produkují energii použitou k vytvoření molekul ATP.
Cyklus kyseliny citronové produkuje enzymy pro buněčné dýchání
Pyruvát produkovaný glykolýzou není konečným produktem buněčného dýchání. Druhá fáze zpracovává dvě molekuly pyruvátu na další meziprodukt zvaný acetyl CoA. Acetyl CoA vstupuje do cyklus kyseliny citronové a atomy uhlíku z původní molekuly glukózy jsou zcela převedeny na CO2. The kyselina citronová kořen se recykluje a naváže se na novou molekulu acetyl CoA, aby se postup opakoval.
Oxidace atomů uhlíku produkuje další dvě molekuly ATP a převádí enzymy NAD+ a FAD do NADH a FADH2. Převedené enzymy se používají ve třetí a poslední fázi buněčného dýchání, kde působí jako donory elektronů pro transportní řetězec elektronů.
Molekuly ATP zachycují část vyrobené energie, ale většina chemické energie zůstává v molekulách NADH. Reakce cyklu kyseliny citronové probíhají uvnitř mitochondrií.
Elektronový transportní řetězec zachycuje většinu energie z buněčného dýchání
The elektronový transportní řetězec (ATD) je tvořen řadou sloučenin umístěných na vnitřní membráně mitochondrií. Používá elektrony z NADH a FADH2 enzymy produkované cyklem kyseliny citronové k pumpování protonů přes membránu.
V řetězci reakcí jsou vysokoenergetické elektrony z NADH a FADH2 jsou předávány řadou sloučenin ETC, přičemž každý krok vede ke stavu nižší energie elektronů a protony jsou čerpány přes membránu.
Na konci ETC reakcí molekuly kyslíku přijímají elektrony a tvoří molekuly vody. Energie elektronů původně pocházející z štěpení a oxidace molekuly glukózy byla přeměněna na a gradient protonové energie přes vnitřní membránu mitochondrií.
Protože existuje nerovnováha protonů přes vnitřní membránu, protony zažívají sílu difundovat zpět do nitra mitochondrií. Enzym zvaný ATP syntáza je zabudován do membrány a vytváří otvor, který umožňuje protonům pohybovat se zpět přes membránu.
Když protony procházejí otvorem ATP syntázy, enzym využívá energii z protonů k vytvoření molekul ATP. Převážná část energie z buněčného dýchání je zachycena v této fázi a je uložena ve 32 molekulách ATP.
Molekula ATP uchovává buněčnou respirační energii ve svých fosfátových vazbách
ATP je komplexní organická chemická látka s adeninovou bází a třemi fosfátovými skupinami. Energie se ukládá ve vazbách, které drží fosfátové skupiny. Když buňka potřebuje energii, rozbije jednu z vazeb fosfátových skupin a pomocí chemické energie vytvoří nové vazby v jiných buněčných látkách. Molekula ATP se stává adenosindifosfát nebo ADP.
U buněčného dýchání se uvolněná energie používá k přidání fosfátové skupiny k ADP. Přidání fosfátové skupiny zachycuje energii z glykolýzy, cyklu kyseliny citronové a velké množství energie z ETC. Výsledné molekuly ATP mohou být organismem použity k činnostem, jako je pohyb, hledání potravy a reprodukce.