Kuinka solut sieppaavat soluhengityksen vapauttamaa energiaa?

Elävät organismit muodostavat energiaketjun, jossa kasvit tuottavat ruokaa, jota eläimet ja muut organismit käyttävät energiaksi. Tärkein prosessi, joka tuottaa ruokaa, on fotosynteesi kasveissa ja pääasiallinen menetelmä ruoan muuntamiseksi energiaksi on soluhengitys.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Solujen käyttämä energiansiirtomolekyyli on ATP. Soluhengitysprosessi muuntaa molekyylin ADP ATP: ksi, johon energia varastoidaan. Tämä tapahtuu glykolyysin kolmivaiheisen prosessin, sitruunahapposyklin ja elektroninsiirtoketjun kautta. Soluhengitys jakaa ja hapettaa glukoosin muodostaen ATP-molekyylejä.

Fotosynteesin aikana kasvit sieppaavat valoenergiaa ja käyttävät sitä kemiallisten reaktioiden aikaansaamiseksi kasvisoluissa. Valoenergian avulla kasvit voivat yhdistää ilmassa olevan hiilidioksidin hiilen vedyn ja vedestä saatavan hapen kanssa muodostaen glukoosi.

Sisään soluhengitys, organismit, kuten eläimet, syövät glukoosia sisältävää ruokaa ja hajottavat glukoosin energiaksi, hiilidioksidiksi ja vedeksi. Hiilidioksidi ja vesi poistetaan organismista ja energia varastoidaan molekyyliin, jota kutsutaan

Elävät organismit ovat joko yksisoluisia prokaryootit tai eukaryootit, joka voi olla yksisoluinen tai monisoluinen. Suurin ero näiden kahden välillä on se, että prokaryooteilla on yksinkertainen solurakenne, jossa ei ole ydintä tai soluorganelleja. Eukaryooteilla on aina a ydin ja monimutkaisemmat soluprosessit.

Molempien tyyppiset yksisoluiset organismit voivat käyttää useita menetelmiä energian tuottamiseen, ja monet käyttävät myös soluhengitystä. Edistyneet kasvit ja eläimet ovat kaikki eukaryootteja, ja he käyttävät soluhengitystä lähes yksinomaan. Kasvit käyttävät fotosynteesiä sieppaamaan auringosta tulevaa energiaa, mutta varastoivat sitten suurimman osan energiasta glukoosin muodossa.

Sekä kasvit että eläimet käyttävät fotosynteesistä tuotettua glukoosia energian lähde.

Fotosynteesi tuottaa glukoosia, mutta glukoosi on vain tapa varastoida kemiallista energiaa, eikä solut voi käyttää sitä suoraan. Koko fotosynteesiprosessi voidaan tiivistää seuraavalla kaavalla:

6CO₂ + 12H₂O + valoenergia → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Kasvit käyttävät muuntamiseen fotosynteesiä valoenergia kemialliseen energiaan ja ne varastoivat kemiallisen energian glukoosiin. Toinen prosessi tarvitaan varastoidun energian hyödyntämiseksi.

Soluhengitys muuntaa glukoosiin varastoidun kemiallisen energian ATP-molekyyliin varastoituneeksi kemialliseksi energiaksi. Kaikki solut käyttävät ATP: tä aineenvaihdunnan ja toiminnan tehostamiseen. Lihassolut ovat sellaisia ​​soluja, jotka käyttävät glukoosia energiaksi, mutta muuttavat sen ensin ATP: ksi.

Soluhengityksen kemiallinen kokonaisreaktio on seuraava:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP-molekyylit

Solut hajottavat glukoosin hiilidioksidiksi ja vedeksi samalla kun ne tuottavat energiaa, jota ne varastoivat ATP-molekyyleihin. Sitten he käyttävät ATP-energiaa esimerkiksi lihasten supistumiseen. Täydellinen soluhengitysprosessi on kolme vaihetta.

Glukoosi on hiilihydraatti, jossa on kuusi hiiliatomia. Ensimmäisen vaiheen soluhengitysprosessia kutsutaan glykolyysi, solu hajottaa glukoosimolekyylit kahteen pyruvaatti- tai kolmihiilimolekyyliin. Prosessin aloittaminen vie energiaa, joten käytetään kahta ATP-molekyyliä solun varastoista.

Prosessin lopussa, kun kaksi pyruvaattimolekyyliä luodaan, energia vapautuu ja varastoituu neljään ATP-molekyyliin. Glykolyysi käyttää kahta ATP-molekyyliä ja tuottaa neljä kutakin käsiteltyä glukoosimolekyyliä kohti. Nettovoitto on kaksi ATP-molekyyliä.

Glykolyysi alkaa solun sytoplasmassa, mutta solujen hengitysprosessi tapahtuu pääasiassa mitokondrioita. Sellaiset solut, jotka käyttävät glukoosia energiaksi, sisältävät melkein kaikki ihmiskehon solut lukuun ottamatta pitkälle erikoistuneita soluja, kuten verisoluja.

Mitokondriot ovat pieniä kalvoon sitoutuneita organelleja ja ne ovat solutehtaita, jotka tuottavat ATP: tä. Niillä on sileä ulkokalvo ja erittäin taitettu sisäkalvo missä soluhengitysreaktiot tapahtuvat.

Reaktiot tapahtuvat ensin mitokondrioiden sisällä tuottamaan energiagradientti sisäkalvon poikki. Myöhemmät kalvoon liittyvät reaktiot tuottavat ATP-molekyylien luomiseen käytetyn energian.

Glykolyysillä tuotettu pyruvaatti ei ole soluhengityksen lopputuote. Toinen vaihe käsittelee kaksi pyruvaattimolekyyliä toiseksi välituotteeksi, jota kutsutaan asetyyli CoA. Asetyyli-CoA tulee sitruunahapposykli ja alkuperäisen glukoosimolekyylin hiiliatomit muuttuvat kokonaan CO: ksi₂. sitruunahappo juuri kierrätetään ja linkitetään uuteen asetyyli-CoA-molekyyliin prosessin toistamiseksi.

Hiiliatomien hapettuminen tuottaa vielä kaksi ATP-molekyyliä ja muuntaa entsyymit NAD⁺ ja FAD NADH ja FADH₂. Muunnettuja entsyymejä käytetään soluhengityksen kolmannessa ja viimeisessä vaiheessa, jossa ne toimivat elektronin luovuttajina elektronin siirtoketjussa.

ATP-molekyylit sieppaavat osan tuotetusta energiasta, mutta suurin osa kemiallisesta energiasta jää NADH-molekyyleihin. Sitruunahapposyklin reaktiot tapahtuvat mitokondrioiden sisällä.

elektronien siirtoketju (JNE) koostuu sarjasta yhdisteitä, jotka sijaitsevat mitokondrioiden sisäkalvolla. Se käyttää NADH: n ja FADH: n elektroneja₂ sitruunahapposyklin tuottamat entsyymit protonien pumppaamiseksi membraanin läpi.

Reaktioketjussa NADH: n ja FADH: n korkean energian elektronit₂ siirretään eteenpäin sarja ETC-yhdisteitä, joista jokainen vaihe johtaa alempaan elektronienergiatilaan ja protoneja pumpataan kalvon yli.

ETC-reaktioiden lopussa happimolekyylit hyväksyvät elektronit ja muodostavat vesimolekyylejä. Alun perin glukoosimolekyylin hajoamisesta ja hapettumisesta tuleva elektronienergia on muutettu a protonienergiagradientti mitokondrioiden sisäkalvon poikki.

Koska sisäkalvon poikki on protonien epätasapaino, protonit kokevat voiman diffundoitua takaisin mitokondrioiden sisäosiin. Entsyymi nimeltä ATP-syntaasi on upotettu kalvoon ja luo aukon, jolloin protonit voivat liikkua takaisin kalvon poikki.

Kun protonit kulkevat ATP-syntaasin aukon läpi, entsyymi käyttää protoneista tulevaa energiaa ATP-molekyylien luomiseen. Suurin osa soluhengityksestä tulevasta energiasta siepataan tässä vaiheessa ja varastoidaan 32 ATP-molekyyliin.

ATP on monimutkainen orgaaninen kemikaali, jolla on adeniiniemäs ja kolme fosfaattiryhmää. Energia varastoidaan fosfaattiryhmiä pitäviin sidoksiin. Kun solu tarvitsee energiaa, se rikkoo yhden fosfaattiryhmän sidoksesta ja käyttää kemiallista energiaa uusien sidosten luomiseen muihin soluaineisiin. ATP-molekyylistä tulee adenosiinidifosfaatti tai ADP.

Soluhengityksessä vapautunutta energiaa käytetään fosfaattiryhmän lisäämiseen ADP: hen. Fosfaattiryhmän lisääminen sieppaa glykolyysin, sitruunahapposyklin ja suuren määrän energiaa ETC: stä. Elimistö voi käyttää saatuja ATP-molekyylejä esimerkiksi liikkumiseen, ruoan etsimiseen ja lisääntymiseen.