Razlog zašto jedete je da u konačnici stvorite molekulu tzv ATP (adenozin trifosfat) tako da vaše stanice imaju sredstva da se napajaju, a time i vi. I ne slučajno, razlog zašto dišete je taj što je kisik potreban da bi se dobila maksimalna količina stanične energije iz prekursora glukoza molekule u toj hrani.
Proces koji ljudske stanice koriste za stvaranje ATP-a naziva se staničnim disanjem. Rezultat je stvaranje 36 do 38 ATP po molekuli glukoze. Sastoji se od niza faza, počevši od stanične citoplazme i krećući se do mitohondrija, "elektrana" eukariotskih stanica. Dva postupka stvaranja ATP-a mogu se promatrati kao glikoliza (anaerobni dio) praćena aerobnim disanjem (dio koji zahtijeva kisik).
Što je ATP?
Kemijski, ATP je nukleotid. Nukleotidi su također gradivni blokovi DNA. Svi se nukleotidi sastoje od dijela šećera s pet ugljika, dušične baze i jedne do tri fosfatne skupine. Baza može biti ili adenin (A), citozin (C), gvanin (G), timin (T) ili uracil (U). Kao što možete razaznati iz njegovog naziva, baza ATP-a je adenin i sadrži tri fosfatne skupine.
Kada se ATP "izgradi", njegov je neposredni prethodnik ADP (adenozin difosfat), koja sama potječe iz AMP (adenozin monofosfat). Jedina razlika između njih dvoje je treća fosfatna skupina vezana za fosfat-fosfatni "lanac" u ADP-u. Odgovorni enzim naziva se ATP sintaza.
Kada ATP stanica "potroši", naziv reakcije ATP na ADP je hidroliza, jer se voda koristi za razbijanje veze između dvije terminalne fosfatne skupine. Jednostavna jednadžba za reformiranje ATP-a od njegovih srodnika nukleotida je ADP + Pja, ili čak AMP + 2 Pja. gdje je Pja je anorganski (tj. nije povezan s molekulom koja sadrži ugljik) fosfat.
Stanična energija u eukariota: Stanično disanje
Stanično disanje javlja se samo u eukariota, koji su prirodni mnogoćelijski, veći i složeniji odgovor na jednostanične prokariote. Ljudi su među prvima, dok bakterije naseljavaju druge. Proces se odvija u četiri faze: glikoliza, koji se također javlja kod prokariota i ne zahtijeva kisik; reakcija mosta; i dva reakcijska seta aerobnog disanja, Krebsov ciklus i lanac za transport elektrona.
Glikoliza
Da bi započela glikoliza, molekula glukoze koja se difundirala u stanicu preko plazmatske membrane ima fosfat vezan za jedan od svojih atoma ugljika. Zatim se preuređuje u molekulu fruktoze, kada se druga fosfatna skupina veže na drugi atom ugljika. Dobivena dvostruko fosforilirana molekula šest ugljika podijeljena je u dvije molekule tri ugljika. Ova faza košta dva ATP-a.
Drugi dio glikolize nastavlja se molekulama od tri ugljika preuređenim u niz koraka piruvat, dok se u međuvremenu dodaju dva fosfata, a zatim se sva četiri uklone i dodaju u ADP da nastanu ATP. Ova faza proizvodi četiri ATP,čineći neto prinos glikolize dva ATP.
Krebsov ciklus
Reakcija mosta u mitohondrijima priprema molekulu piruvata za djelovanje uklanjanjem jednog od njezinih ugljika i dva kisika dajući acetat, koji se zatim dodaje koenzim A da nastane acetil CoA.
Acetil CoA s dva ugljika dodaje se molekuli s četiri ugljika, oksaloacetatom, kako bi reakcije krenule. Rezultirajuća molekula od šest ugljika na kraju se reducira u oksaloacetat (otuda "ciklus" u naslovu; reaktant je također proizvod). U tom procesu dvije ATP i 10 molekula poznatih kao nosači elektrona (osam NADH i dva FADH2) proizvode se.
Lanac transporta elektrona
U završnoj fazi staničnog disanja i drugoj aerobnoj fazi stavljaju se u uporabu različiti visokoenergijski nosači elektrona. Njihovi elektroni se oduzimaju enzimima ugrađenim u mitohondrijsku membranu, a njihova energija jest koristi se za pojačavanje aditiva fosfatnih skupina u ADP za stvaranje ATP, procesa koji se naziva oksidativni fosforilacija. Kisik je na kraju konačni akceptor elektrona.
Rezultat je 32 do 34 ATP, što znači da, dodajući po dva ATP iz glikolize i Krebsovog ciklusa, stanično disanje stvara 36 do 38 ATP po molekuli glukoze.