Ο ρόλος των ενζύμων στην κυτταρική αναπνοή

Κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία με την οποία τα κύτταρα μετατρέπουν τη γλυκόζη (ένα σάκχαρο) σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Στη διαδικασία, η ενέργεια με τη μορφή ενός μορίου ονομάζεται τριφωσφορική αδενοσίνη, ή ATP, κυκλοφορεί. Επειδή απαιτείται οξυγόνο για την ενεργοποίηση αυτής της αντίδρασης, η κυτταρική αναπνοή θεωρείται επίσης ένας τύπος «Καύση» αντίδραση όπου ένα οργανικό μόριο (γλυκόζη) οξειδώνεται ή καίγεται, απελευθερώνοντας ενέργεια στο επεξεργάζομαι, διαδικασία.

Τα κύτταρα απαιτούν ενέργεια ATP για να εκτελέσουν όλες τις απαραίτητες λειτουργίες για τη ζωή. Αλλά πόσο ATP χρειαζόμαστε; Εάν τα δικά μας κύτταρα δεν αντικαθιστούσαν συνεχώς το ATP μέσω της κυτταρικής αναπνοής, θα χρησιμοποιούσαμε σχεδόν ολόκληρο το σωματικό μας βάρος σε ATP σε μία ημέρα.

Η κυτταρική αναπνοή πραγματοποιείται σε τρία βήματα: γλυκόλυση, τον κύκλο κιτρικού οξέος και οξειδωτική φωσφορυλίωση.

Ένζυμα είναι πρωτεΐνες που καταλύουν, ή επηρεάζουν το ρυθμό, των χημικών αντιδράσεων χωρίς να έχουν αλλοιωθεί στη διαδικασία. Ειδικά ένζυμα καταλύουν κάθε κυτταρική αντίδραση.

Ο κύριος ρόλος των ενζύμων κατά τη διάρκεια της αντίδρασης αναπνοής είναι να βοηθήσει στη μεταφορά ηλεκτρονίων από το ένα μόριο στο άλλο. Αυτές οι μεταφορές ονομάζονται αντιδράσεις «redox», όπου η απώλεια ηλεκτρονίων από ένα μόριο (οξείδωση) πρέπει να συμπίπτει με την προσθήκη ηλεκτρονίων σε άλλη ουσία (αναγωγή).

Αυτό το πρώτο βήμα της αντίδρασης αναπνοής λαμβάνει χώρα στο κυτόπλασμαή υγρό του κυττάρου. Η γλυκόλυση αποτελείται από εννέα ξεχωριστές χημικές αντιδράσεις, καθεμία από τις οποίες καταλύεται από ένα συγκεκριμένο ένζυμο.

Οι βασικοί παράγοντες της γλυκόλυσης είναι το ένζυμο αφυδρογονάση και ένα συνένζυμο (μη πρωτεϊνικός βοηθός) που ονομάζεται NAD +. Η αφυδροδενγενάση οξειδώνει τη γλυκόζη απογυμνώνοντας δύο ηλεκτρόνια από αυτήν και μεταφέροντάς τα στο NAD +. Στη διαδικασία η γλυκόζη «χωρίζεται» σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, τα οποία συνεχίζουν την αντίδραση.

Το δεύτερο βήμα της αντίδρασης αναπνοής λαμβάνει χώρα μέσα σε ένα οργανικό κύτταρο που ονομάζεται μιτοχόνδρια, που λόγω του ρόλου τους στην παραγωγή ATP ονομάζονται «εργοστάσια παραγωγής ενέργειας» για το κελί.

Λίγο πριν ξεκινήσει ο κύκλος του κιτρικού οξέος, το πυροσταφυλικό «καλλωπίζεται» για την αντίδραση μετατρέπεται σε μια ουσία υψηλής ενέργειας που ονομάζεται ακετύλιο συνένζυμο Α ή ακετυλο-ΟοΑ.

Τα συγκεκριμένα ένζυμα που βρίσκονται στα μιτοχόνδρια στηρίζουν τις πολλές αντιδράσεις που συνθέτουν το κιτρικό οξύ κύκλος (επίσης γνωστός ως κύκλος Krebs) με την αναδιάταξη των χημικών δεσμών και τη συμμετοχή σε περισσότερους redox αντιδράσεις.

Με την ολοκλήρωση αυτού του σταδίου, τα μόρια που φέρουν ηλεκτρόνια φεύγουν από τον κύκλο του κιτρικού οξέος και ξεκινούν το τρίτο στάδιο.

Το τελευταίο βήμα της αντίδρασης αναπνοής, που ονομάζεται επίσης το αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, είναι όπου η απόδοση ενέργειας εμφανίζεται για το κελί. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου το οξυγόνο οδηγεί μια αλυσίδα κίνησης ηλεκτρονίων κατά μήκος της μεμβράνης των μιτοχονδρίων. Αυτή η μεταφορά ηλεκτρονίων ενισχύει την ικανότητα του ενζύμου ΑΤΡ συνθάσης να παράγει 38 μόρια ΑΤΡ.