Stanice su mikroskopski, višenamjenski spremnici koji predstavljaju najmanje nedjeljive jedinice života u tome što pokazuju reprodukciju, metabolizam i druge "životne" osobine. Zapravo, budući da se prokariotski organizmi (članovi domena klasifikacije Bacteria i Archaea) gotovo uvijek sastoje od jedne stanice, mnoge su samostalne stanice doslovno žive.
Stanice koriste molekulu koja se naziva adenozin trifosfat ili ATP kao izvor goriva. Prokarioti oslanjati se isključivo na glikoliza - razgradnja glukoze na piruvat - kao put do sinteze ATP-a; ovaj postupak daje ukupno 2 ATP po molekuli glukoze.
U kontrastu, eukarioti - životinje, biljke i gljive - i daleko su veće i posjeduju daleko složenije pojedinačne stanice od prokariota, što samo glikolizu čini neodgovarajućom za njihove energetske potrebe. To je gdje stanično disanje, potpuna razgradnja glukoze u prisutnosti molekularnog kisika (O2) u ugljikov dioksid (CO2) i vode (H2O) da formira ATP, ulazi.
Pročitajte više o tome što je stanično disanje.
Terminologija staničnog metabolizma
Proces staničnog disanja događa se u eukariota i tehnički obuhvaća glikolizu Krebsov ciklus i lanac prijenosa elektrona (ETC). Ovo je zbog svi stanice u početku tretiraju glukozu na isti način - prolazeći je kroz glikolizu. Tada u prokariotima piruvat može ući samo u fermentaciju, što omogućava glikolizu da se nastavi "uzvodno" regeneracijom intermedijera nazvanog NAD+.
Budući da eukarioti mogu koristiti kisik, molekule ugljika piruvata ulaze u Krebsov ciklus kao acetil CoA i na kraju izlaze iz ETC-a kao ugljični dioksid (CO2). Proizvodi staničnog disanja od interesa su 34 do 36 ATP koji se generiraju u Krebsovom ciklusu i ETC zajedno - dva dijela staničnog disanja koja se računaju kao aerobni ("s kisikom") disanje.
Reakcije staničnog disanja
Kompletnu, uravnoteženu reakciju cjelokupnog staničnog procesa disanja možemo predstaviti:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ~ 38 ATP
Sama glikoliza, oblik anaerobnog disanja koji se javlja u citoplazmi, sastoji se od reakcije:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pja → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2O
U eukariota, a reakcija prijelaza u mitohondrijima stvara acetil koenzim A (acetil CoA) za Krebsov ciklus:
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 koenzima A → 2 acetil CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
CO2 zatim ulazi u Krebsov ciklus pridruživanjem oksaloacetatu.
Faze staničnog disanja
Stanično disanje započinje glikolizom, serijom od 10 reakcija u kojima je molekula glukoze fosforilirani dva puta (to jest, ima dvije fosfatne skupine povezane na različite ugljike) koristeći 2 ATP, a zatim se podijeli u dva spoja s tri ugljika koji svaki prinos 2 ATP na putu ka stvaranju piruvata. Tako glikoliza opskrbljuje 2 ATP izravno po molekuli glukoze, kao i dvije molekule elektronskog nosača NADH, koji ima snažnu ulogu nizvodno u ETC-u.
U Krebsovom ciklusu CO2 i spoj s četiri ugljika oksaloacetat pridruže se oblikujući molekulu od šest ugljika citrat. Citrat se postupno ponovno reducira u oksaloacetat, odvajajući par CO2 molekula i također generira 2 ATP po CO2 molekula koja ulazi u ciklus, ili 4 ATP po glukozi molekula daleko uzvodno. Još važnije, ukupno 6 NADH i 2 FADH2 (još jedan nosač elektrona) se sintetiziraju.
Napokon, elektroni NADH i FADH2 (to jest njihovi atomi vodika) oduzimaju se enzimima iz lanca za transport elektrona i koriste se za snažno vezivanje fosfata na ADP, dajući puno ATP - ukupno oko 32. U ovom se koraku također oslobađa voda. Stoga je maksimalni prinos ATP-a staničnim disanjem iz glikolize, Krebsovog ciklusa i ETC-a 2 + 4 + 32 = 38 ATP po molekuli glukoze.
Pročitajte više o četiri faze staničnog disanja.