Οι ζωντανοί οργανισμοί σχηματίζουν μια ενεργειακή αλυσίδα στην οποία τα φυτά παράγουν τρόφιμα που χρησιμοποιούν ζώα και άλλοι οργανισμοί για ενέργεια. Η κύρια διαδικασία που παράγει τρόφιμα είναι φωτοσύνθεση στα φυτά και η κύρια μέθοδος μετατροπής της τροφής σε ενέργεια είναι η κυτταρική αναπνοή.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Το μόριο μεταφοράς ενέργειας που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα είναι ATP. Η διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής μετατρέπει το μόριο ADP σε ATP, όπου αποθηκεύεται η ενέργεια. Αυτό γίνεται μέσω της διαδικασίας τριών σταδίων της γλυκόλυσης, του κύκλου κιτρικού οξέος και της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η κυτταρική αναπνοή χωρίζει και οξειδώνει τη γλυκόζη για να σχηματίσει μόρια ΑΤΡ.
Κατά τη διάρκεια της φωτοσύνθεσης, τα φυτά συλλαμβάνουν ελαφριά ενέργεια και τη χρησιμοποιούν για την τροφοδότηση χημικών αντιδράσεων στα φυτικά κύτταρα. Η ελαφριά ενέργεια επιτρέπει στα φυτά να συνδυάζουν άνθρακα από διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα με υδρογόνο και οξυγόνο από το νερό για να σχηματιστούν γλυκόζη.
Σε κυτταρική αναπνοή, οργανισμοί όπως τα ζώα τρώνε τρόφιμα που περιέχουν γλυκόζη και διαλύουν τη γλυκόζη σε ενέργεια, διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό αποβάλλονται από τον οργανισμό και η ενέργεια αποθηκεύεται σε ένα μόριο που ονομάζεται τριφωσφορική αδενοσίνη ή ATP. Το μόριο μεταφοράς ενέργειας που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα είναι ATP και παρέχει την ενέργεια για όλες τις άλλες δραστηριότητες κυττάρων και οργανισμών.
Τα είδη κυττάρων που χρησιμοποιούν γλυκόζη για ενέργεια
Οι ζωντανοί οργανισμοί είναι είτε μονοκύτταρα προκαρυώτες ή ευκαρυωτικά, που μπορεί να είναι μονοκύτταρα ή πολυκύτταρα. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι τα προκαρυωτικά έχουν μια απλή κυτταρική δομή χωρίς πυρήνα ή κυτταρικά οργανίδια. Οι ευκαρυώτες έχουν πάντα ένα πυρήνας και πιο περίπλοκες κυτταρικές διαδικασίες.
Οι μονοκύτταροι οργανισμοί και των δύο τύπων μπορούν να χρησιμοποιούν διάφορες μεθόδους για την παραγωγή ενέργειας και πολλοί χρησιμοποιούν επίσης κυτταρική αναπνοή. Τα προηγμένα φυτά και ζώα είναι όλα ευκαρυωτικά και χρησιμοποιούν κυτταρική αναπνοή σχεδόν αποκλειστικά. Τα φυτά χρησιμοποιούν τη φωτοσύνθεση για να συλλάβουν ενέργεια από τον ήλιο, αλλά στη συνέχεια αποθηκεύουν το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας με τη μορφή γλυκόζης.
Τόσο τα φυτά όσο και τα ζώα χρησιμοποιούν τη γλυκόζη που παράγεται από τη φωτοσύνθεση ως ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ.
Η κυτταρική αναπνοή επιτρέπει στους οργανισμούς να συλλαμβάνουν ενέργεια γλυκόζης
Η φωτοσύνθεση παράγει γλυκόζη, αλλά η γλυκόζη είναι απλώς ένας τρόπος αποθήκευσης χημικής ενέργειας και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας από τα κύτταρα. Η συνολική διαδικασία φωτοσύνθεσης μπορεί να συνοψιστεί στον ακόλουθο τύπο:
6CO2 + 12Η2Ο + ελαφριά ενέργεια → ντο6Η12Ο6 + 6O2 + 6Η2Ο
Τα φυτά χρησιμοποιούν τη φωτοσύνθεση για μετατροπή ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΣ σε χημική ενέργεια και αποθηκεύουν τη χημική ενέργεια σε γλυκόζη. Απαιτείται μια δεύτερη διαδικασία για την αξιοποίηση της αποθηκευμένης ενέργειας.
Η κυτταρική αναπνοή μετατρέπει τη χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στη γλυκόζη σε χημική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο μόριο ATP. Το ATP χρησιμοποιείται από όλα τα κύτταρα για να τροφοδοτήσει το μεταβολισμό και τις δραστηριότητές τους. Τα μυϊκά κύτταρα είναι μεταξύ των ειδών των κυττάρων που χρησιμοποιούν γλυκόζη για ενέργεια, αλλά τη μετατρέπουν σε ATP πρώτα.
Η συνολική χημική αντίδραση για την κυτταρική αναπνοή έχει ως εξής:
ντο6Η12Ο6 + 6O2 → 6CO2 + 6Η2Μόρια O + ATP
Τα κύτταρα διασπώνουν τη γλυκόζη σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό ενώ παράγουν ενέργεια που αποθηκεύουν σε μόρια ATP. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούν την ενέργεια ATP για δραστηριότητες όπως συστολή μυών. Η πλήρης διαδικασία κυτταρικής αναπνοής έχει τρία στάδια.
Η κυτταρική αναπνοή ξεκινά με τη διάσπαση της γλυκόζης σε δύο μέρη
Η γλυκόζη είναι ένας υδατάνθρακας με έξι άτομα άνθρακα. Κατά το πρώτο στάδιο της διαδικασίας κυτταρικής αναπνοής που ονομάζεται γλυκόλυση, το κύτταρο διασπά τα μόρια γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, ή μόρια τριών-άνθρακα. Για να ξεκινήσει η διαδικασία χρειάζεται ενέργεια, έτσι χρησιμοποιούνται δύο μόρια ATP από τα αποθέματα του κυττάρου.
Στο τέλος της διαδικασίας, όταν δημιουργούνται τα δύο πυροσταφυλικά μόρια, η ενέργεια απελευθερώνεται και αποθηκεύεται σε τέσσερα μόρια ΑΤΡ. Η γλυκόλυση χρησιμοποιεί δύο μόρια ΑΤΡ και παράγει τέσσερα για κάθε μόριο γλυκόζης που υποβάλλεται σε επεξεργασία. Το καθαρό κέρδος είναι δύο μόρια ATP.
Ποιο από τα Organelles ενός κυττάρου απελευθερώνει ενέργεια που αποθηκεύεται στα τρόφιμα;
Η γλυκόλυση ξεκινά στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων, αλλά η διαδικασία αναπνοής των κυττάρων λαμβάνει χώρα κυρίως στο μιτοχόνδρια. Τα είδη των κυττάρων που χρησιμοποιούν γλυκόζη για ενέργεια περιλαμβάνουν σχεδόν κάθε κύτταρο στο ανθρώπινο σώμα με εξαίρεση τα εξαιρετικά εξειδικευμένα κύτταρα, όπως τα κύτταρα του αίματος.
Τα μιτοχόνδρια είναι μικρές μεμβράνες που συνδέονται με οργανίδια και είναι τα εργοστάσια κυττάρων που παράγουν ATP. Έχουν μια λεία εξωτερική μεμβράνη και πολύ διπλωμένη εσωτερική μεμβράνη όπου λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις κυτταρικής αναπνοής.
Οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα πρώτα μέσα στα μιτοχόνδρια για να παράγουν ενεργειακή κλίση στην εσωτερική μεμβράνη. Οι επακόλουθες αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τη μεμβράνη παράγουν την ενέργεια που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μορίων ΑΤΡ.
Ο κύκλος του κιτρικού οξέος παράγει ένζυμα για κυτταρική αναπνοή
Το πυροσταφυλικό που παράγεται από τη γλυκόλυση δεν είναι το τελικό προϊόν της κυτταρικής αναπνοής. Ένα δεύτερο στάδιο επεξεργάζεται τα δύο πυροσταφυλικά μόρια σε μια άλλη ενδιάμεση ουσία που ονομάζεται ακετυλο CoA. Το ακετύλιο CoA εισέρχεται στο κύκλος του κιτρικού οξέος και τα άτομα άνθρακα από το αρχικό μόριο γλυκόζης μετατρέπονται πλήρως σε CO2. ο κιτρικό οξύ Η ρίζα ανακυκλώνεται και συνδέεται με ένα νέο μόριο ακετυλο CoA για να επαναληφθεί η διαδικασία.
Η οξείδωση των ατόμων άνθρακα παράγει δύο ακόμη μόρια ATP και μετατρέπει τα ένζυμα NAD+ και FAD σε ΝΑΝΤ και FADH2. Τα μετατρεπόμενα ένζυμα χρησιμοποιούνται στο τρίτο και τελευταίο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής όπου δρουν ως δότες ηλεκτρονίων για την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων.
Τα μόρια ATP συλλαμβάνουν μέρος της παραγόμενης ενέργειας, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της χημικής ενέργειας παραμένει στα μόρια NADH. Οι αντιδράσεις του κύκλου του κιτρικού οξέος λαμβάνουν χώρα μέσα στα μιτοχόνδρια.
Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων συλλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας από την αναπνοή των κυττάρων
ο αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ΚΑΙ ΤΑ ΛΟΙΠΑ) αποτελείται από μια σειρά ενώσεων που βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια από το NADH και το FADH2 ένζυμα που παράγονται από τον κύκλο κιτρικού οξέος για την άντληση πρωτονίων κατά μήκος της μεμβράνης.
Σε μια αλυσίδα αντιδράσεων, τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας από NADH και FADH2 περνούν κάτω από τη σειρά ενώσεων ETC με κάθε βήμα να οδηγεί σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση ηλεκτρονίων και τα πρωτόνια να αντλούνται κατά μήκος της μεμβράνης.
Στο τέλος των αντιδράσεων ETC, τα μόρια οξυγόνου δέχονται τα ηλεκτρόνια και σχηματίζουν μόρια νερού. Η ενέργεια ηλεκτρονίων που προήλθε αρχικά από τη διάσπαση και την οξείδωση του μορίου γλυκόζης έχει μετατραπεί σε α ενεργειακή κλίση πρωτονίων κατά μήκος της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων.
Επειδή υπάρχει μια ανισορροπία των πρωτονίων κατά μήκος της εσωτερικής μεμβράνης, τα πρωτόνια βιώνουν μια δύναμη να διαχέονται πίσω στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων. Ένα ένζυμο που ονομάζεται Σύνθεση ATP ενσωματώνεται στη μεμβράνη και δημιουργεί ένα άνοιγμα, επιτρέποντας στα πρωτόνια να κινηθούν πίσω κατά μήκος της μεμβράνης.
Όταν τα πρωτόνια περνούν από το άνοιγμα συνθετάσης ΑΤΡ, το ένζυμο χρησιμοποιεί την ενέργεια από τα πρωτόνια για να δημιουργήσει μόρια ΑΤΡ. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας από την κυτταρική αναπνοή συλλαμβάνεται σε αυτό το στάδιο και αποθηκεύεται σε 32 μόρια ATP.
Το μόριο ATP αποθηκεύει ενέργεια κυτταρικής αναπνοής στους δεσμούς φωσφορικού άλατός του
Το ATP είναι μια σύνθετη οργανική χημική ουσία με βάση αδενίνης και τρεις φωσφορικές ομάδες. Η ενέργεια αποθηκεύεται στους δεσμούς που συγκρατούν τις φωσφορικές ομάδες. Όταν ένα κύτταρο χρειάζεται ενέργεια, σπάει έναν από τους δεσμούς των φωσφορικών ομάδων και χρησιμοποιεί τη χημική ενέργεια για να δημιουργήσει νέους δεσμούς σε άλλες κυτταρικές ουσίες. Το μόριο ATP γίνεται διφωσφορική αδενοσίνη ή ADP.
Στην κυτταρική αναπνοή, η απελευθερωμένη ενέργεια χρησιμοποιείται για την προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας στο ADP. Η προσθήκη της ομάδας φωσφορικών αποτυπώνει την ενέργεια από τη γλυκόλυση, τον κύκλο του κιτρικού οξέος και τη μεγάλη ποσότητα ενέργειας από το ETC. Τα προκύπτοντα μόρια ATP μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τον οργανισμό για δραστηριότητες όπως η κίνηση, η αναζήτηση τροφής και αναπαραγωγής.
