Sejtlégzés emberekben

A sejtlégzés célja az élelmiszerből származó glükóz energiává alakítása.

A sejtek összetett kémiai reakciók során lebontják a glükózt, és a reakciótermékeket oxigénnel kombinálják az energia tárolására adenozin-trifoszfát (ATP) molekulák. Az ATP molekulákat a sejtek aktivitásának elősegítésére használják, és az élő szervezetek univerzális energiaforrásaként működnek.

Sejtlégzés az embereknél az emésztőrendszerben és a légzőrendszerben kezdődik. Az ételt emésztik a belekben és glükózzá alakítják. Az oxigén felszívódik a tüdőben és a vörösvértestekben tárolódik. A glükóz és az oxigén a keringési rendszeren keresztül jut ki a testbe, hogy elérje az energiára szoruló sejteket.

A sejtek a keringési rendszerből származó glükózt és oxigént használják fel energiatermelésre. Visszaszállítják a salakanyagot, a szén-dioxidot a vörösvértestekbe, és a szén-dioxid a tüdőn keresztül jut a légkörbe.

Míg az emésztőrendszer, a légzőrendszer és a keringési rendszer fő szerepet játszik az emberi légzésben, a sejtek szintjén történő légzés a sejtek belsejében és a

• Glikolízis: A sejt hasítja a glükóz molekulát a sejt citoszoljában.
  
• Krebs-ciklus (vagy citromsav-ciklus): Ciklikus reakciók sora állítja elő a következő lépésben használt elektrondonorokat, amelyek a mitokondriumokban játszódnak le.
• Az elektronszállító lánc: Az utolsó reakciósor, amely oxigént használ az ATP-molekulák előállításához, a mitokondrium belső membránján zajlik.

A teljes sejtlégzési reakcióban minden glükózmolekula termel 36 vagy 38 ATP-molekula, a cellatípustól függően. Az emberi sejtlégzés folyamatos folyamat, és folyamatos oxigénellátást igényel. Oxigén hiányában a sejtlégzési folyamat a glikolízisnél áll meg.

A sejtlégzés célja ATP-molekulák előállítása a oxidáció glükóz.

Például a glükózmolekulából 36 ATP-molekula előállítására szolgáló sejtlégzési képlet C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + energia (36ATP molekula). Az ATP-molekulák energiát tárolnak a háromban foszfátcsoport kötések.

A sejt által termelt energiát a harmadik foszfátcsoport kötése tárolja, amelyet a sejtlégzési folyamat során adnak az ATP molekulákhoz. Amikor energiára van szükség, a harmadik foszfátkötés megszakad és a sejt kémiai reakcióihoz használható fel. An adenozin-difoszfát (ADP) molekula két foszfátcsoporttal marad.

Sejtlégzés során az oxidációs folyamat energiáját felhasználják arra, hogy az ADP-molekulát egy harmadik foszfátcsoport hozzáadásával visszaváltják ATP -vé. Ezután az ATP molekula ismét készen áll a harmadik kötés megtörésére, hogy energiát szabadítson fel a sejt számára.

A glikolízis során egy hat szénatomos glükózmolekulát két részre osztva kettőt alkotnak piruvát molekulák a reakciók sorozatában. Miután a glükózmolekula belép a sejtbe, két három szénatomos fele két külön fázisban két foszfátcsoportot kap.

Először két ATP molekula foszforilát a glükózmolekula két felét egy-egy foszfátcsoport hozzáadásával. Ezután az enzimek még egy foszfátcsoportot adnak a glükózmolekula mindkét feléhez, így két háromszénű molekulafelet kapunk, amelyek mindegyikében két foszfátcsoport van.

Két végső és párhuzamos reakciósorozatban az eredeti glükózmolekula két foszforilezett három szénatomos fele elveszíti foszfátcsoportjait, így képezi a két piruvátmolekulát. A glükózmolekula végleges felosztása energiát szabadít fel, amelyet arra használnak, hogy a foszfátcsoportokat hozzáadják az ADP molekulákhoz és ATP-t képezzenek.

A glükózmolekula mindkét fele elveszíti két foszfátcsoportját, és előállítja a piruvátmolekulát és két ATP-molekulát.

A glikolízis a sejt citoszoljában megy végbe, de a sejtlégzési folyamat többi része a mitokondrium. A glikolízishez nincs szükség oxigénre, de amint a piruvát bejutott a mitokondriumba, minden további lépéshez oxigénre van szükség.

A mitokondriumok azok az energiagyárak, amelyek oxigént és piruvátot engednek be a külső membránjukba és majd hagyja, hogy a reakciótermékek szén-dioxid és ATP visszatérjenek a sejtbe és tovább keringjenek rendszer.

A citromsav ciklus a körkörös kémiai reakciók sorozata, amely NADH-t és FADH-t generál₂ molekulák. Ez a két vegyület belép a sejtlégzés következő szakaszába, a elektronszállító lánc, és adományozzuk a láncban használt kezdeti elektronokat. Az így kapott NAD⁺ és a FAD vegyületeket visszavezetik a citromsav-ciklusba, hogy visszaváltják őket eredeti NADH-ra és FADH-ra₂ nyomtatványokat és újrahasznosított.

Amikor a három szénatomos piruvátmolekulák belépnek a mitokondriumokba, elveszítik egyik szénmolekulájukat, hogy széndioxidot és két szénatomos vegyületet képezzenek. Ezt a reakcióterméket ezután oxidáljuk és összekapcsoljuk koenzim A kettőt alkotni acetil CoA molekulák. A citromsav-ciklus során a szénvegyületeket egy négyszénes vegyülethez kapcsolják, és így hatszén-citrátot állítanak elő.

Reakciósorozatban a citrát két szénatomot szabadít fel szén-dioxidként, és 3 NADH-t, 1 ATP-t és 1 FADH-t termel.₂ molekulák. A folyamat végén a ciklus újra alkotja az eredeti négy szénatomos vegyületet, és újra indul. A reakciók a mitokondriumok belsejében, valamint a NADH és a FADH között zajlanak₂ a molekulák ezután részt vesznek a mitokondrium belső membránján lévő elektrontranszportláncban.

Az elektronszállító lánc négyből áll fehérjekomplexek a mitokondrium belső membránján helyezkedik el. A NADH elektronokat adományoz az első fehérjekomplexumnak, míg a FADH₂ elektronjait a második fehérjekomplexumhoz adja. A fehérjekomplexek az elektronokat a transzportláncban redukciós-oxidációs sorozatban, ill redox reakciók.

Az energia felszabadul minden redox szakaszban, és minden fehérjekomplexum felhasználja a szivattyúzáshoz protonok a mitokondriális membránon át a belső és a külső membrán közötti membránok közötti térbe. Az elektronok átjutnak a negyedik és egy utolsó fehérjekomplexumba, ahol az oxigénmolekulák végső elektron-akceptorként működnek. Két hidrogénatom egy oxigénatommal kombinálva vízmolekulákat képez.

Ahogy a protonok koncentrációja a belső membránon kívül növekszik, an energia gradiens A protonok visszahúzódnak a membránon át arra az oldalra, amelyiknek alacsonyabb a protonkoncentrációja. Belső membrán enzim ún ATP-szintáz a protonoknak átjutást kínál a belső membránon keresztül.

Amint a protonok áthaladnak az ATP-szintázon, az enzim a protonenergiát felhasználva átalakítja az ADP-t ATP -vé, és az elektronszállító láncból származó protonenergiát az ATP-molekulákban tárolja.

A sejtszintű légzést alkotó komplex biológiai és kémiai folyamatok során enzimek, protonpumpák és fehérjék molekuláris szinten nagyon bonyolult módon lépnek kölcsönhatásba. Míg a glükóz és az oxigén bevitele egyszerű anyag, az enzimek és a fehérjék nem.

Áttekintés glikolízis, a Krebs- vagy citromsavciklus és az elektrontranszferlánc segít megmutatni, hogyan működik a sejtlégzés alapszinten, de e szakaszok tényleges működése sokkal összetettebb.

A sejtlégzés folyamatának leírása fogalmi szinten egyszerűbb. A test felveszi a tápanyagokat és az oxigént, és szükség szerint elosztja az élelmiszerben lévő glükózt és az oxigént az egyes sejtek számára. A sejtek oxidálják a glükózmolekulákat, kémiai energiát, szén-dioxidot és vizet termelve.

Az energiát arra használják, hogy egy ADP-molekulához adjon egy harmadik foszfátcsoportot, hogy az ATP képződjön, és a szén-dioxid a tüdőn keresztül eliminálódik. A harmadik foszfátkötésből származó ATP energiát a sejt egyéb funkcióinak ellátására használják fel. A sejtes légzés így képezi az alapját minden más emberi tevékenységnek.