Powodem, dla którego jesz, jest ostatecznie stworzenie cząsteczki zwanej ATP (adenozynotrifosforan), aby twoje komórki miały środki do zasilania siebie, a więc i ciebie. I nie przypadkowo, powodem, dla którego oddychasz, jest to, że tlen jest potrzebny do uzyskania maksymalnej ilości energii komórkowej z prekursorów glukoza cząsteczki w tym jedzeniu.
Proces, który komórki ludzkie wykorzystują do generowania ATP, nazywa się oddychaniem komórkowym. Powoduje to wytworzenie od 36 do 38 ATP na cząsteczkę glukozy. Składa się z szeregu etapów, rozpoczynających się w cytoplazmie komórki i przechodzących do mitochondriów, „elektrowni” komórek eukariotycznych. Dwa procesy wytwarzające ATP można postrzegać jako glikolizę (część beztlenowa), po której następuje oddychanie tlenowe (część wymagająca tlenu).
Co to jest ATP?
Chemicznie ATP jest nukleotyd. Nukleotydy są również budulcem DNA. Wszystkie nukleotydy składają się z pięciowęglowej części cukru, zasady azotowej i jednej do trzech grup fosforanowych. Bazą może być adenina (A), cytozyna (C), guanina (G), tymina (T) lub uracyl (U). Jak widać z jego nazwy, zasadą w ATP jest adenina i zawiera trzy grupy fosforanowe.
Kiedy ATP jest „zbudowany”, jego bezpośrednim prekursorem jest: ADP (difosforan adenozyny), z którego sama pochodzi AMP (monofosforan adenozyny). Jedyną różnicą między nimi jest trzecia grupa fosforanowa przyłączona do „łańcucha” fosforanowo-fosforanowego w ADP. Odpowiedzialny enzym nazywa się syntazą ATP.
Kiedy ATP jest „zużywane” przez komórkę, nazwa reakcji ATP na ADP to hydroliza, ponieważ woda służy do zerwania wiązania między dwiema końcowymi grupami fosforanowymi. Proste równanie do reformowania ATP z jego nukleotydowych krewnych to ADP + Pja, a nawet AMP + 2 Pja. gdzie Pja jest nieorganicznym (to znaczy nieprzyłączonym do cząsteczki zawierającej węgiel) fosforanem.
Energia komórkowa u eukariontów: oddychanie komórkowe
Oddychanie komórkowe występuje tylko u eukariontów, które są wielokomórkową, większą i bardziej złożoną odpowiedzią natury na jednokomórkowe prokarionty. Ludzie należą do tych pierwszych, podczas gdy bakterie zasiedlają te drugie. Proces przebiega w czterech etapach: glikoliza, który występuje również u prokariontów i nie wymaga tlenu; reakcja mostkowa; i dwa zestawy reakcji oddychania tlenowego, cykl Krebsa i łańcuch transportu elektronów.
Glikoliza
Aby rozpocząć glikolizę, cząsteczka glukozy, która dyfundowała do komórki przez błonę plazmatyczną, ma fosforan dołączony do jednego z jej atomów węgla. Jest on następnie przekształcany w cząsteczkę fruktozy, w którym to momencie druga grupa fosforanowa jest przyłączona do innego atomu węgla. Powstała podwójnie fosforylowana sześciowęglowa cząsteczka jest podzielona na dwie trójwęglowe cząsteczki. Ta faza kosztuje dwa ATP.
Druga część glikolizy polega na przegrupowaniu trójwęglowych cząsteczek w szeregu etapów w pirogronian, podczas gdy w międzyczasie dodawane są dwa fosforany, a następnie wszystkie cztery są usuwane i dodawane do ADP, aby utworzyć ATP. Ta faza wytwarza cztery ATP,czyniąc wydajność netto glikolizy dwa ATP.
Cykl Krebsa
Reakcja mostkowa w mitochondriach przygotowuje cząsteczkę pirogronianu do działania poprzez usunięcie jednego z jej atomów węgla i dwóch tlenów w celu uzyskania octanu, który jest następnie dołączany do koenzym A z wytworzeniem acetylo-CoA.
Dwuwęglowy acetylo-CoA jest dodawany do czterowęglowej cząsteczki, szczawiooctanu, aby uruchomić reakcje. Powstała sześciowęglowa cząsteczka jest ostatecznie redukowana do szczawiooctanu (stąd „cykl” w tytule; reagent jest również produktem). W tym procesie dwie cząsteczki ATP i 10 znanych jako nośniki elektronów (osiem NADH i dwa FADH2) są produkowane.
Łańcuch transportu elektronów
W końcowej fazie oddychania komórkowego i drugiej fazie tlenowej wykorzystywane są różne nośniki elektronów o wysokiej energii. Ich elektrony są usuwane przez enzymy osadzone w błonie mitochondrialnej, a ich energia wynosi służy do zasilania addycji grup fosforanowych do ADP w celu wytworzenia ATP, procesu zwanego utlenianiem fosforylacja. Ostatecznym akceptorem elektronów jest tlen.
Wynik wynosi od 32 do 34 ATP, co oznacza, że po dodaniu dwóch ATP z glikolizy i cyklu Krebsa, oddychanie komórkowe wytwarza 36 do 38 ATP na cząsteczkę glukozy.