Jak komórki wychwytują energię uwalnianą przez oddychanie komórkowe?

Żywe organizmy tworzą łańcuch energetyczny, w którym rośliny produkują żywność, którą zwierzęta i inne organizmy wykorzystują jako energię. Głównym procesem produkcji żywności jest: fotosynteza w roślinach, a główną metodą przekształcania pożywienia w energię jest oddychanie komórkowe.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Cząsteczka przenosząca energię wykorzystywana przez komórki to ATP. Proces oddychania komórkowego przekształca cząsteczkę ADP w ATP, gdzie magazynowana jest energia. Odbywa się to poprzez trzyetapowy proces glikolizy, cykl kwasu cytrynowego i łańcuch transportu elektronów. Oddychanie komórkowe dzieli i utlenia glukozę, tworząc cząsteczki ATP.

Podczas fotosyntezy rośliny wychwytują energię świetlną i wykorzystują ją do napędzania reakcji chemicznych w komórkach roślinnych. Energia świetlna pozwala roślinom łączyć węgiel z dwutlenku węgla w powietrzu z wodorem i tlenem z wody w celu utworzenia glukoza.

W oddychania komórkowego, organizmy takie jak zwierzęta jedzą żywność zawierającą glukozę i rozkładają ją na energię, dwutlenek węgla i wodę. Dwutlenek węgla i woda są wydalane z organizmu, a energia jest magazynowana w cząsteczce zwanej

Żywe organizmy są albo jednokomórkowe prokariota lub eukarionty, który może być jednokomórkowy lub wielokomórkowy. Główną różnicą między nimi jest to, że prokariota mają prostą strukturę komórkową bez jądra i organelli komórkowych. Eukarionty zawsze mają jądro i bardziej skomplikowane procesy komórkowe.

Organizmy jednokomórkowe obu typów mogą wykorzystywać kilka metod wytwarzania energii, a wiele z nich wykorzystuje również oddychanie komórkowe. Zaawansowane rośliny i zwierzęta to wszystkie eukarionty i prawie wyłącznie wykorzystują oddychanie komórkowe. Rośliny wykorzystują fotosyntezę do przechwytywania energii słonecznej, ale następnie przechowują większość tej energii w postaci glukozy.

Zarówno rośliny, jak i zwierzęta wykorzystują glukozę wytworzoną z fotosyntezy jako źródło energii.

Fotosynteza wytwarza glukozę, ale glukoza jest tylko sposobem przechowywania energii chemicznej i nie może być bezpośrednio wykorzystywana przez komórki. Ogólny proces fotosyntezy można podsumować następującym wzorem:

6CO₂ + 12 godzin₂O + energia świetlna → do₆H₁₂O₆ + 60₂ + 6H₂O

Rośliny wykorzystują fotosyntezę do konwersji energia świetlna w energię chemiczną i przechowują energię chemiczną w glukozie. Aby wykorzystać zmagazynowaną energię, potrzebny jest drugi proces.

Oddychanie komórkowe przekształca energię chemiczną zmagazynowaną w glukozie w energię chemiczną zmagazynowaną w cząsteczce ATP. ATP jest wykorzystywane przez wszystkie komórki do zasilania ich metabolizmu i aktywności. Komórki mięśniowe należą do rodzajów komórek, które wykorzystują glukozę jako energię, ale najpierw przekształcają ją w ATP.

Ogólna reakcja chemiczna oddychania komórkowego jest następująca:

do₆H₁₂O₆ + 60₂ → 6CO₂ + 6H₂Cząsteczki O + ATP

Komórki rozkładają glukozę na dwutlenek węgla i wodę, jednocześnie wytwarzając energię, którą przechowują w cząsteczkach ATP. Następnie wykorzystują energię ATP do czynności takich jak kurczenie się mięśni. Cały proces oddychania komórkowego ma trzy etapy.

Glukoza to węglowodan o sześciu atomach węgla. Podczas pierwszego etapu procesu oddychania komórkowego zwanego glikoliza, komórka rozbija cząsteczki glukozy na dwie cząsteczki pirogronianu lub cząsteczki trójwęglowe. Rozpoczęcie procesu wymaga energii, dlatego wykorzystywane są dwie cząsteczki ATP z rezerw komórki.

Pod koniec procesu, kiedy powstają dwie cząsteczki pirogronianu, energia jest uwalniana i magazynowana w czterech cząsteczkach ATP. Glikoliza wykorzystuje dwie cząsteczki ATP i wytwarza cztery na każdą przetworzoną cząsteczkę glukozy. Zysk netto to dwie cząsteczki ATP.

Glikoliza rozpoczyna się w cytoplazmie komórki, ale proces oddychania komórkowego zachodzi głównie w mitochondria. Rodzaje komórek, które wykorzystują glukozę jako energię, obejmują prawie każdą komórkę w ludzkim ciele, z wyjątkiem wysoce wyspecjalizowanych komórek, takich jak komórki krwi.

Mitochondria są małymi organellami związanymi z błoną i są fabrykami komórkowymi wytwarzającymi ATP. Posiadają gładką zewnętrzną membranę i mocno pofałdowane wewnętrzna membrana gdzie zachodzą reakcje oddychania komórkowego.

Reakcje najpierw zachodzą wewnątrz mitochondriów, aby wytworzyć gradient energii przez błonę wewnętrzną. Kolejne reakcje z udziałem błony wytwarzają energię wykorzystywaną do tworzenia cząsteczek ATP.

Pirogronian wytwarzany przez glikolizę nie jest końcowym produktem oddychania komórkowego. Drugi etap przetwarza dwie cząsteczki pirogronianu w inną substancję pośrednią zwaną acetylo-CoA. Acetylo-CoA wchodzi do cykl kwasu cytrynowego a atomy węgla z oryginalnej cząsteczki glukozy są całkowicie przekształcane w CO₂. kwas cytrynowy korzeń jest poddawany recyklingowi i łączy się z nową cząsteczką acetylo-CoA, aby powtórzyć proces.

Utlenianie atomów węgla wytwarza dwie kolejne cząsteczki ATP i przekształca enzymy NAD⁺ i FAD do NADH i FADH₂. Przekształcone enzymy są wykorzystywane w trzecim i ostatnim etapie oddychania komórkowego, gdzie działają jako donory elektronów w łańcuchu transportu elektronów.

Cząsteczki ATP wychwytują część wytworzonej energii, ale większość energii chemicznej pozostaje w cząsteczkach NADH. Reakcje cyklu kwasu cytrynowego zachodzą wewnątrz mitochondriów.

łańcuch transportu elektronów (ITP) składa się z szeregu związków znajdujących się na wewnętrznej błonie mitochondriów. Wykorzystuje elektrony z NADH i FADH₂ enzymy wytwarzane przez cykl kwasu cytrynowego do pompowania protonów przez błonę.

W łańcuchu reakcji elektrony o wysokiej energii z NADH i FADH₂ są przekazywane w dół serii związków ETC, z każdym krokiem prowadzącym do niższego stanu energetycznego elektronów i pompowania protonów przez błonę.

Pod koniec reakcji ETC cząsteczki tlenu przyjmują elektrony i tworzą cząsteczki wody. Energia elektronów pierwotnie pochodząca z rozszczepienia i utleniania cząsteczki glukozy została przekształcona w a gradient energii protonu przez wewnętrzną błonę mitochondriów.

Ponieważ istnieje nierównowaga protonów w błonie wewnętrznej, protony doświadczają siły dyfundującej z powrotem do wnętrza mitochondriów. Enzym zwany Syntaza ATP jest osadzony w membranie i tworzy otwór, który umożliwia protonom cofanie się przez błonę.

Kiedy protony przechodzą przez otwór syntazy ATP, enzym wykorzystuje energię z protonów do tworzenia cząsteczek ATP. Większość energii z oddychania komórkowego jest wychwytywana na tym etapie i przechowywana w 32 cząsteczkach ATP.

ATP to złożona organiczna substancja chemiczna z zasadą adeninową i trzema grupami fosforanowymi. Energia jest magazynowana w wiązaniach zawierających grupy fosforanowe. Kiedy komórka potrzebuje energii, zrywa jedno z wiązań grup fosforanowych i wykorzystuje energię chemiczną do tworzenia nowych wiązań w innych substancjach komórkowych. Cząsteczka ATP staje się difosforan adenozyny lub ADP.

W oddychaniu komórkowym uwolniona energia jest wykorzystywana do dodania grupy fosforanowej do ADP. Dodanie grupy fosforanowej wychwytuje energię z glikolizy, cyklu kwasu cytrynowego i dużą ilość energii z ETC. Powstałe cząsteczki ATP mogą być wykorzystywane przez organizm do czynności takich jak ruch, poszukiwanie pożywienia i reprodukcja.