인간의 세포 호흡

세포 호흡의 목적은 음식에서 포도당을 에너지로 전환하는 것입니다.

세포는 일련의 복잡한 화학 반응에서 포도당을 분해하고 반응 생성물을 산소와 결합하여 에너지를 저장합니다. 아데노신 삼인산 (ATP) 분자. ATP 분자는 세포 활동에 전력을 공급하고 살아있는 유기체의 보편적 인 에너지 원으로 사용됩니다.

세포 호흡 인간의 경우 소화 및 호흡기에서 시작됩니다. 음식은 장에서 소화되어 포도당으로 전환됩니다. 산소는 폐에서 흡수되어 적혈구에 저장됩니다. 포도당과 산소는 순환계를 통해 신체로 이동하여 에너지가 필요한 세포에 도달합니다.

세포는 에너지 생산을 위해 순환계의 포도당과 산소를 ​​사용합니다. 그들은 노폐물 인 이산화탄소를 적혈구로 다시 전달하고 이산화탄소는 폐를 통해 대기로 방출됩니다.

소화기, 호흡기 및 순환계가 인간의 호흡에서 중요한 역할을하는 반면, 세포 수준의 호흡은 세포 내부와 미토콘드리아 세포의. 이 프로세스는 세 단계로 나눌 수 있습니다.

• 당분 해 : 세포는 세포 세포질에서 포도당 분자를 분할합니다.
  
• 크렙스 회로 (또는 구연산 회로) : 일련의 순환 반응은 다음 단계에서 사용되는 전자 공여체를 생성하고 미토콘드리아에서 발생합니다.
• 전자 수송 사슬 : 산소를 사용하여 ATP 분자를 생성하는 마지막 일련의 반응은 미토콘드리아의 내부 막에서 발생합니다.

전체 세포 호흡 반응에서 각 포도당 분자는 36 또는 38 분자의 ATP, 셀 유형에 따라 다릅니다. 인간의 세포 호흡은 지속적인 과정이며 지속적인 산소 공급이 필요합니다. 산소가 없으면 세포 호흡 과정은 해당 과정에서 멈 춥니 다.

세포 호흡의 목적은 다음을 통해 ATP 분자를 생성하는 것입니다. 산화 포도당.

예를 들어, 포도당 분자에서 36 개의 ATP 분자를 생성하는 세포 호흡 공식은 C입니다.₆H₁₂영형₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + 에너지 (36ATP 분자). ATP 분자는 세 가지 에너지를 저장합니다. 인산기 결합.

세포에서 생성 된 에너지는 세포 호흡 과정에서 ATP 분자에 추가되는 세 번째 인산염 그룹의 결합에 저장됩니다. 에너지가 필요할 때 세 번째 인산염 결합이 끊어져 세포 화학 반응에 사용됩니다. 안

세포 호흡 동안 산화 과정의 에너지는 세 번째 인산염 그룹을 추가하여 ADP 분자를 ATP로 다시 변경하는 데 사용됩니다. ATP 분자는 다시이 세 번째 결합을 끊어서 세포가 사용할 에너지를 방출 할 준비가됩니다.

해당 과정에서 6 탄소 포도당 분자는 두 부분으로 나뉘어 두 부분을 형성합니다. 피루 베이트 일련의 반응에서 분자. 포도당 분자가 세포에 들어간 후, 탄소가 3 개인 두 반쪽은 각각 두 개의 개별 단계에서 두 개의 인산염 그룹을받습니다.

첫째, 두 개의 ATP 분자 인산화 포스페이트 그룹을 각각에 추가하여 포도당 분자의 두 반쪽. 그런 다음 효소는 포도당 분자의 각 반쪽에 인산염 그룹을 하나 더 추가하여 각각 두 개의 인산염 그룹을 가진 두 개의 탄소 3 개 분자 반쪽을 만듭니다.

두 개의 최종 및 병렬 일련의 반응에서 원래 포도당 분자의 인산화 된 3 개 탄소 반쪽 두 개는 인산기를 손실하여 두 개의 피루 베이트 분자를 형성합니다. 포도당 분자의 최종 분할은 ADP 분자에 인산염 그룹을 추가하고 ATP를 형성하는 데 사용되는 에너지를 방출합니다.

포도당 분자의 각 절반은 두 개의 인산기를 잃고 피루 베이트 분자와 두 개의 ATP 분자를 생성합니다.

당분 해는 세포 세포질에서 일어나지 만 나머지 세포 호흡 과정은 미토콘드리아. 당분 해에는 산소가 필요하지 않지만 피루 베이트가 미토콘드리아로 이동하면 모든 추가 단계에 산소가 필요합니다.

미토콘드리아는 산소와 피루 베이트가 외막을 통해 들어가게하는 에너지 공장입니다. 그런 다음 반응 생성물 이산화탄소와 ATP가 세포로 다시 빠져 나가 순환계로 체계.

그만큼 구연산 회로 NADH 및 FADH를 생성하는 일련의 순환 화학 반응입니다.₂ 분자. 이 두 화합물은 세포 호흡의 후속 단계로 들어갑니다. 전자 수송 사슬, 체인에 사용 된 초기 전자를 기부하십시오. 결과 NAD⁺ FAD 화합물은 구연산 회로로 돌아가 원래의 NADH 및 FADH로 다시 변경됩니다.₂ 양식 및 재활용.

3 개의 탄소 피루 베이트 분자가 미토콘드리아에 들어가면 탄소 분자 중 하나를 잃어 이산화탄소와 2 개의 탄소 화합물을 형성합니다. 이 반응 생성물은 이후에 산화되고 결합됩니다. 코엔자임 A 두 가지를 형성하다 아세틸 CoA 분자. 시트르산 순환 과정에서 탄소 화합물은 탄소 4 개 화합물과 연결되어 6 개 탄소 시트 레이트를 생성합니다.

일련의 반응에서 구연산염은 2 개의 탄소 원자를 이산화탄소로 방출하고 3 개의 NADH, 1 개의 ATP 및 1 개의 FADH를 생성합니다.₂ 분자. 공정이 끝나면 사이클은 원래의 4 개 탄소 화합물을 재구성하고 다시 시작합니다. 반응은 미토콘드리아 내부, NADH 및 FADH에서 발생합니다.₂ 분자는 미토콘드리아의 내부 막에있는 전자 수송 사슬에 참여합니다.

전자 수송 사슬은 4 개로 구성됩니다. 단백질 복합체 미토콘드리아의 내막에 위치합니다. NADH는 첫 번째 단백질 복합체에 전자를 기부하는 반면 FADH₂ 두 번째 단백질 복합체에 전자를 제공합니다. 단백질 복합체는 일련의 환원-산화 또는 산화 환원 반응.

각 산화 환원 단계에서 에너지가 방출되며 각 단백질 복합체는이를 사용하여 양성자 미토콘드리아 막을 가로 질러 내막과 외막 사이의 막간 공간으로. 전자는 산소 분자가 최종 전자 수용체 역할을하는 네 번째이자 마지막 단백질 복합체를 통과합니다. 두 개의 수소 원자가 산소 원자와 결합하여 물 분자를 형성합니다.

내부 막 외부의 양성자의 농도가 증가함에 따라 에너지 구배 양성자 농도가 낮은쪽으로 막을 가로 질러 양성자를 다시 끌어 당기는 경향이 있습니다. 라는 내부 막 효소 ATP 합성 효소 양성자에게 내부 막을 통과하는 통로를 제공합니다.

양성자가 ATP 합성 효소를 통과 할 때 효소는 양성자 에너지를 사용하여 ADP를 ATP로 변경하여 전자 수송 사슬의 양성자 에너지를 ATP 분자에 저장합니다.

세포 수준에서 호흡을 구성하는 복잡한 생물학적 및 화학적 과정에는 매우 복잡한 방식으로 분자 수준에서 상호 작용하는 효소, 양성자 펌프 및 단백질이 포함됩니다. 포도당과 산소의 입력은 단순한 물질이지만 효소와 단백질은 그렇지 않습니다.

개요 해당 작용, 크렙스 또는 구연산 회로와 전자 전달 사슬은 세포 호흡이 기본 수준에서 어떻게 작동 하는지를 보여주는 데 도움이되지만 이러한 단계의 실제 작동은 훨씬 더 복잡합니다.

세포 호흡 과정을 설명하는 것은 개념적 수준에서 더 간단합니다. 신체는 영양분과 산소를 ​​섭취하고 필요에 따라 음식의 포도당과 산소를 ​​개별 세포에 분배합니다. 세포는 포도당 분자를 산화시켜 화학 에너지, 이산화탄소 및 물을 생성합니다.

에너지는 ADP 분자에 세 번째 인산기를 추가하여 ATP를 형성하는 데 사용되며 이산화탄소는 폐를 통해 제거됩니다. 세 번째 인산염 결합의 ATP 에너지는 다른 세포 기능을 강화하는 데 사용됩니다. 이것이 세포 호흡이 다른 모든 인간 활동의 기초를 형성하는 방법입니다.