Τέσσερα στάδια κυτταρικής αναπνοής

Κυτταρική αναπνοή είναι το άθροισμα των διαφόρων βιοχημικών μέσων που χρησιμοποιούν οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί ενέργεια από το φαγητό, συγκεκριμένα γλυκόζη μόρια.

Η διαδικασία κυτταρικής αναπνοής περιλαμβάνει τέσσερα βασικά στάδια ή βήματα: Γλυκόλυση, που εμφανίζεται σε όλους τους οργανισμούς, προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά. ο αντίδραση γέφυρας, που καθορίζει το στάδιο για αερόβια αναπνοή · και το Κύκλος Krebs και το αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, εξαρτώμενες από οξυγόνο οδούς που εμφανίζονται διαδοχικά στα μιτοχόνδρια.

Τα βήματα της κυτταρικής αναπνοής δεν συμβαίνουν με την ίδια ταχύτητα και το ίδιο σύνολο αντιδράσεων μπορεί να προχωρήσει με διαφορετικούς ρυθμούς στον ίδιο οργανισμό σε διαφορετικούς χρόνους. Για παράδειγμα, ο ρυθμός γλυκόλυσης στα μυϊκά κύτταρα αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια έντονης έντασης αναερόβιος άσκηση, η οποία δημιουργεί ένα "χρέος οξυγόνου", αλλά τα βήματα της αερόβιας αναπνοής δεν επιταχύνουν αισθητά, εκτός εάν η άσκηση εκτελείται σε αερόβιο επίπεδο "pay-as-you-go".

Το πλήρες τύπος κυτταρικής αναπνοής φαίνεται ελαφρώς διαφορετικό από πηγή σε πηγή, ανάλογα με το τι επιλέγουν οι συγγραφείς να συμπεριλάβουν ως ουσιαστικά αντιδραστήρια και προϊόντα. Για παράδειγμα, πολλές πηγές παραλείπουν τους φορείς ηλεκτρονίων NAD⁺/ NADH και FAD²⁺/ FADH2 από τον ισολογισμό βιοχημικών.

Συνολικά, το μόριο σακχάρου έξι ατόμων άνθρακα μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό παρουσία οξυγόνου για να δώσει 36 έως 38 μόρια ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη, το "ενεργειακό νόμισμα" των κυττάρων σε ολόκληρη τη φύση). Αυτή η χημική εξίσωση αντιπροσωπεύεται από την ακόλουθη εξίσωση:

ντο₆Η₁₂Ο₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 12 Ω₂O + 36 ATP

Το πρώτο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής είναι γλυκόλυση, που είναι ένα σύνολο δέκα αντιδράσεων που δεν απαιτούν οξυγόνο και ως εκ τούτου εμφανίζεται σε κάθε ζωντανό κύτταρο. Οι προκαρυώτες (από τους τομείς Bacteria and the Archaea, παλαιότερα αποκαλούμενοι "archaebacteria") χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά τη γλυκόλυση, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι ευκαρυωτικοί (ζώα, μύκητες, προστατευτικά και φυτά) το χρησιμοποιούν κυρίως ως ρυθμιστές τραπεζιού για τους πιο ενεργητικά κερδοφόρους αντιδράσεις του αερόβια αναπνοή.

Η γλυκόλυση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Στην «επενδυτική φάση» της διαδικασίας, δύο ΑΤΡ καταναλώνονται καθώς δύο φωσφορικά άλατα προστίθενται στο παράγωγο γλυκόζης πριν διαιρεθεί σε δύο ενώσεις τριών-άνθρακα. Αυτά μετατρέπονται σε δύο μόρια πυροσταφυλικό, 2 NADH και τέσσερα ATP για ένα καθαρό κέρδος δύο ATP.

Το δεύτερο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, το μετάβαση ή αντίδραση γέφυρας, λαμβάνει λιγότερη προσοχή από την υπόλοιπη κυτταρική αναπνοή. Όπως υποδηλώνει το όνομα, ωστόσο, δεν θα υπήρχε τρόπος να περάσουμε από τη γλυκόλυση στις αερόβιες αντιδράσεις πέρα ​​από αυτό.

Σε αυτήν την αντίδραση, η οποία εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια, τα δύο πυροσταφυλικά μόρια από γλυκόλυση μετατρέπονται σε δύο μόρια ακετυλο συνενζύμου Α (ακετυλο CoA), με δύο μόρια CO₂ παράγεται ως μεταβολικά απόβλητα. Δεν παράγεται ATP.

ο Κύκλος Krebs δεν παράγει πολλή ενέργεια (δύο ATP), αλλά συνδυάζοντας το μόριο δύο ατόμων άνθρακα ακετύλιο CoA με το οξαλικό οξικό άλας τεσσάρων άνθρακα και το προκύπτον προϊόν μέσω μιας σειράς μεταβάσεων που κόβουν το μόριο πίσω σε οξαλοξικό, παράγει οκτώ NADH και δύο FADH₂, ένας άλλος φορέας ηλεκτρονίων (τέσσερις NADH και ένας FADH₂ ανά μόριο γλυκόζης που εισέρχεται στην κυτταρική αναπνοή κατά τη γλυκόλυση).

Αυτά τα μόρια είναι απαραίτητα για το αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, και κατά τη διάρκεια της σύνθεσής τους, τέσσερα ακόμη CO₂ Τα μόρια αποβάλλονται από το κύτταρο ως απόβλητο.

Το τέταρτο και τελευταίο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής είναι εκεί όπου γίνεται η κύρια «δημιουργία» ενέργειας. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από NADH και FADH₂ τραβιέται από αυτά τα μόρια από ένζυμα στο μιτοχονδριακή μεμβράνη και χρησιμοποιείται για να οδηγήσει μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση, όπου μια ηλεκτροχημική βαθμίδα καθοδηγείται από Η απελευθέρωση των προαναφερθέντων ηλεκτρονίων ενισχύει την προσθήκη μορίων φωσφορικού στο ADP για παραγωγή ATP.

Οξυγόνο απαιτείται για αυτό το βήμα, καθώς είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων στην αλυσίδα. Αυτό δημιουργεί Η₂Ο, λοιπόν, αυτό το βήμα είναι από πού προέρχεται το νερό στην εξίσωση κυτταρικής αναπνοής.

Συνολικά, 32 έως 34 μόρια ΑΤΡ παράγονται σε αυτό το βήμα, ανάλογα με τον τρόπο που αθροίζεται η απόδοση ενέργειας. Ετσι η κυτταρική αναπνοή αποδίδει συνολικά 36 έως 38 ATP: 2 + 2 + (32 ή 34).