Celler er mikroskopiske, multifunksjonsbeholdere som representerer de minste udelelige enhetene i livet ved at de manifesterer reproduksjon, metabolisme og andre "livlige" kvaliteter. Faktisk, siden prokaryote organismer (medlemmer av bakteriene og Archaea-klassifiseringsdomenene) nesten alltid består av en enkelt celle, er mange frittstående celler bokstavelig talt i live.
Celler bruker et molekyl som kalles adenosintrifosfat, eller ATP, som en kilde til drivstoff. Prokaryoter stole utelukkende på glykolyse - nedbryting av glukose til pyruvat - som en vei til å syntetisere ATP; denne prosessen gir totalt 2 ATP per molekyl glukose.
I motsetning, eukaryoter - dyr, planter og sopp - er begge langt større og har langt mer komplekse enkeltceller enn prokaryoter, noe som gjør glykolyse alene utilstrekkelig for deres energibehov. Det er hvor cellulær respirasjon, fullstendig nedbrytning av glukose i nærvær av molekylært oksygen (O2) til karbondioksid (CO2) og vann (H2O) for å danne ATP, kommer inn.
Les mer om hva cellulær respirasjon er.
Terminologi for cellulær metabolisme
Den cellulære respirasjonsprosessen skjer i eukaryoter og spenner teknisk sett glykolyse, Krebs sykler og elektrontransportkjede (ETC). Dette er fordi alle celler behandler opprinnelig glukose på samme måte - ved å kjøre den gjennom glykolyse. Da, i prokaryoter, kan pyruvat bare gå inn i gjæring, noe som gjør at glykolyse kan fortsette "oppstrøms" gjennom regenerering av et mellomprodukt kalt NAD+.
Fordi eukaryoter kan bruke oksygen, kommer imidlertid karbonmolekylene av pyruvat inn i Krebs-syklusen som acetyl CoA og til slutt forlater ETC som karbondioksid (CO2). De cellulære respirasjonsproduktene av interesse er 34 til 36 ATP som genereres i Krebs-syklusen og ETC sammen - de to delene av mobil respirasjon som teller som aerob ("med oksygen") åndedrett.
Reaksjonene av mobil respirasjon
Den komplette, balanserte reaksjonen av hele den cellulære respirasjonsprosessen kan representeres av:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ~ 38 ATP
Glykolyse alene, en form for anaerob respirasjon som forekommer i cytoplasmaet, består av reaksjonen:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 PJeg → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2O
I eukaryoter, a overgangsreaksjon i mitokondrier genererer acetylkoenzym A (acetyl CoA) for Krebs-syklusen:
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 koenzym A → 2 acetyl CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
CO2 går deretter inn i Krebs-syklusen ved å bli med i oksaloacetat.
Stadier av cellulær respirasjon
Cellular respirasjon starter med glykolyse, en serie på 10 reaksjoner der et glukosemolekyl er fosforylerte to ganger (det vil si at den har to fosfatgrupper festet til forskjellige karbonatomer) ved bruk av 2 ATP, og deretter delt i to trekarbonforbindelser som Hver gi 2 ATP underveis til dannelsen av pyruvat. Dermed forsyner glykolyse 2 ATP direkte per glukosemolekyl samt to molekyler av elektronbæreren NADH, som har en sterk rolle nedstrøms i ETC.
I Krebs-syklusen, CO2 og firkarbonforbindelsen oksaloacetat bli med for å danne seks-karbon-molekylet sitrat. Citrat reduseres gradvis igjen til oksaloacetat, og spinner av et par CO2 molekyler og også generere 2 ATP per CO2 molekyl som går inn i syklusen, eller 4 ATP per glukose molekyl langt oppstrøms. Enda viktigere, totalt 6 NADH og 2 FADH2 (en annen elektronbærer) syntetiseres.
Til slutt elektronene til NADH og FADH2 (det vil si deres hydrogenatomer) blir fjernet av enzymer i elektrontransportkjeden og brukt til å drive feste av fosfater til ADP, noe som gir mye ATP - omtrent 32 totalt. Vann slippes også ut i dette trinnet. Dermed er det maksimale ATP-utbyttet av cellulær respirasjon fra glykolyse, Krebs-syklusen og ETC 2 + 4 + 32 = 38 ATP per molekyl glukose.
Les mer om de fire stadiene av mobil respirasjon.