Ο λόγος που τρώτε είναι να δημιουργήσετε τελικά ένα μόριο που ονομάζεται ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) έτσι ώστε τα κελιά σας να έχουν τα μέσα για την εξουσία τους, και ως εκ τούτου εσείς μαζί. Και όχι παρεμπιπτόντως, ο λόγος που αναπνέετε είναι ότι απαιτείται οξυγόνο για να λάβετε τη μέγιστη ποσότητα κυτταρικής ενέργειας από τους προδρόμους του γλυκόζη μόρια σε αυτό το φαγητό.
Η διαδικασία που χρησιμοποιούν τα ανθρώπινα κύτταρα για τη δημιουργία ΑΤΡ ονομάζεται κυτταρική αναπνοή. Έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία 36 έως 38 ATP ανά μόριο γλυκόζης. Αποτελείται από μια σειρά σταδίων, που ξεκινούν από το κυτταρόπλασμα των κυττάρων και μετακινούνται στα μιτοχόνδρια, τους «σταθμούς παραγωγής ενέργειας» των ευκαρυωτικών κυττάρων. Οι δύο διεργασίες παραγωγής ΑΤΡ μπορούν να θεωρηθούν ως γλυκόλυση (το αναερόβιο μέρος) ακολουθούμενη από αερόβια αναπνοή (το μέρος που απαιτεί οξυγόνο).
Τι είναι το ATP;
Χημικά, το ATP είναι ένα νουκλεοτίδιο. Τα νουκλεοτίδια είναι επίσης τα δομικά στοιχεία του DNA. Όλα τα νουκλεοτίδια αποτελούνται από ένα τμήμα σακχάρου πέντε ατόμων άνθρακα, μια άζωτο βάση και μία έως τρεις φωσφορικές ομάδες. Η βάση μπορεί να είναι είτε αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G), θυμίνη (Τ) ή ουρακίλη (U). Όπως μπορείτε να διακρίνετε από το όνομά του, η βάση στο ATP είναι αδενίνη και περιέχει τρεις φωσφορικές ομάδες.
Όταν το ATP είναι "κατασκευασμένο", ο άμεσος πρόδρομος είναι ADP (διφωσφορική αδενοσίνη)από το οποίο προέρχεται AMP (μονοφωσφορική αδενοσίνη). Η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο είναι η τρίτη φωσφορική ομάδα που συνδέεται με την «αλυσίδα» φωσφορικών-φωσφορικών στην ADP. Το υπεύθυνο ένζυμο ονομάζεται συνθετάση ΑΤΡ.
Όταν το ATP "ξοδεύεται" από το κελί, το όνομα αντίδρασης ATP to ADP είναι υδρόλυση, καθώς χρησιμοποιείται νερό για τη διάσπαση του δεσμού μεταξύ των δύο τερματικών φωσφορικών ομάδων. Μια απλή εξίσωση για τη μεταρρύθμιση του ATP από τους νουκλεοτιδικούς συγγενείς της είναι το ADP + PΕγώή ακόμα και AMP + 2 PΕγώ. όπου PΕγώ είναι ανόργανο (δηλαδή, δεν συνδέεται με ένα μόριο που περιέχει άνθρακα) φωσφορικό.
Κυτταρική Ενέργεια σε Ευκαρυώτες: Κυτταρική Αναπνοή
Η κυτταρική αναπνοή συμβαίνει μόνο σε ευκαρυωτικά, τα οποία είναι η πολυκύτταρη, μεγαλύτερη και πιο περίπλοκη απάντηση της φύσης στα μονοκύτταρα προκαρυωτικά. Οι άνθρωποι είναι μεταξύ των πρώτων, ενώ τα βακτήρια κατοικούν στο δεύτερο. Η διαδικασία ξεδιπλώνεται σε τέσσερα στάδια: γλυκόλυση, η οποία εμφανίζεται επίσης σε προκαρυωτικά και δεν απαιτεί οξυγόνο. ο αντίδραση γέφυρας; και τα δύο σύνολα αντίδρασης αερόβιας αναπνοής, το Κύκλος Krebs και το αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.
Γλυκόλυση
Για να ξεκινήσει η γλυκόλυση, ένα μόριο γλυκόζης που έχει διαχέεται στο κύτταρο κατά μήκος της μεμβράνης πλάσματος έχει ένα φωσφορικό προσκολλημένο σε ένα από τα άτομα του άνθρακα. Στη συνέχεια αναδιατάσσεται σε ένα μόριο φρουκτόζης, οπότε μια δεύτερη φωσφορική ομάδα συνδέεται με ένα διαφορετικό άτομο άνθρακα. Το προκύπτον διπλά φωσφορυλιωμένο μόριο έξι-άνθρακα χωρίζεται σε δύο μόρια τριών-άνθρακα. Αυτή η φάση κοστίζει δύο ATP.
Το δεύτερο μέρος της γλυκόλυσης προχωρά με τα μόρια τριών άνθρακα να αναδιατάσσονται σε μια σειρά βημάτων πυροσταφυλικό, ενώ στο μεταξύ, προστίθενται δύο φωσφορικά άλατα και ακολούθως και τα τέσσερα απομακρύνονται και προστίθενται στο ADP για σχηματισμό ATP. Αυτή η φάση παράγει τέσσερα ATP,κάνοντας την καθαρή απόδοση της γλυκόλυσης δύο ATP.
Κύκλος Krebs
Η αντίδραση γέφυρας στα μιτοχόνδρια προετοιμάζει το πυροσταφυλικό μόριο έτοιμο για δράση αφαιρώντας έναν από τους άνθρακες και δύο οξυγόνα για να δώσει οξικό, το οποίο στη συνέχεια προσαρτάται συνένζυμο Α για να σχηματίσει ακετύλιο CoA.
Το δύο-άνθρακα ακετύλιο CoA προστίθεται σε ένα μόριο τεσσάρων άνθρακα, οξαλοξικό, για να ξεκινήσει η αντίδραση. Το προκύπτον μόριο έξι-άνθρακα τελικά ανάγεται σε οξαλοξικό (εξ ου και «κύκλος» στον τίτλο. ένα αντιδραστήριο είναι επίσης ένα προϊόν). Στη διαδικασία, δύο μόρια ATP και 10 είναι γνωστά ως φορείς ηλεκτρονίων (οκτώ NADH και δύο FADH2) παράγονται.
Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων
Στην τελική φάση της κυτταρικής αναπνοής και στη δεύτερη αερόβια φάση, χρησιμοποιούνται οι διάφοροι φορείς ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας. Τα ηλεκτρόνια τους αφαιρούνται από ένζυμα που είναι ενσωματωμένα στη μιτοχονδριακή μεμβράνη και η ενέργειά τους είναι χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει την προσθήκη φωσφορικών ομάδων στο ADP για να σχηματίσει ATP, μια διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση. Το οξυγόνο είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων στο τέλος.
Το αποτέλεσμα είναι 32 έως 34 ATP, που σημαίνει ότι, προσθέτοντας δύο ATP το καθένα από τη γλυκόλυση και τον κύκλο Krebs, η κυτταρική αναπνοή παράγει 36 έως 38 ΑΤΡ ανά μόριο γλυκόζης.