Respirația celulară la oameni

Scopul respirației celulare este de a transforma glucoza din alimente în energie.

Celulele descompun glucoza într-o serie de reacții chimice complexe și combină produsele de reacție cu oxigenul pentru a stoca energia adenozin trifosfat (ATP) molecule. Moleculele ATP sunt utilizate pentru a alimenta activitățile celulare și acționează ca sursă universală de energie pentru organismele vii.

Respirație celulară la om începe în sistemul digestiv și respirator. Mâncarea este digerată în intestine și transformată în glucoză. Oxigenul este absorbit în plămâni și depozitat în celulele roșii din sânge. Glucoza și oxigenul se deplasează în corp prin sistemul circulator pentru a ajunge la celulele care au nevoie de energie.

Celulele folosesc glucoza și oxigenul din sistemul circulator pentru producerea de energie. Ele livrează produsul rezidual, dioxidul de carbon, înapoi la celulele roșii din sânge, iar dioxidul de carbon este eliberat în atmosferă prin plămâni.

În timp ce sistemul digestiv, respirator și circulator joacă un rol major în respirația umană, respirația la nivel celular are loc în interiorul celulelor și în

• Glicoliză: Celula împarte molecula de glucoză în citosolul celular.
  
• Ciclul Krebs (sau ciclul acidului citric): O serie de reacții ciclice produce donatorii de electroni utilizați în etapa următoare și are loc în mitocondrii.
• Lanțul de transport al electronilor: Ultima serie de reacții care folosește oxigenul pentru a produce molecule de ATP are loc pe membrana interioară a mitocondriilor.

În reacția generală de respirație celulară, fiecare moleculă de glucoză produce 36 sau 38 de molecule de ATP, în funcție de tipul de celulă. Respirația celulară la om este un proces continuu și necesită un aport continuu de oxigen. În absența oxigenului, procesul de respirație celulară se oprește la glicoliză.

Scopul respirației celulare este de a produce molecule de ATP prin oxidare de glucoză.

De exemplu, formula de respirație celulară pentru producerea a 36 de molecule de ATP dintr-o moleculă de glucoză este C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂Energie O + (molecule 36ATP). Moleculele ATP stochează energie în cele trei legături de grup fosfat.

Energia produsă de celulă este stocată în legătura celui de-al treilea grup fosfat, care se adaugă moleculelor ATP în timpul procesului de respirație celulară. Când este necesară energia, a treia legătură fosfat este ruptă și utilizată pentru reacții chimice celulare. Un adenozin difosfat (ADP) moleculă cu două grupe fosfat este lăsat.

În timpul respirației celulare, energia din procesul de oxidare este utilizată pentru a schimba molecula ADP înapoi la ATP prin adăugarea unui al treilea grup fosfat. Molecula ATP este apoi din nou gata să rupă această a treia legătură pentru a elibera energie pentru ca celula să o folosească.

În glicoliză, o moleculă de glucoză cu șase carbonuri este împărțită în două părți pentru a forma două piruvat molecule într-o serie de reacții. După ce molecula de glucoză intră în celulă, cele două jumătăți ale sale de trei carbon primesc fiecare două grupări fosfat în două etape separate.

În primul rând, două molecule de ATP fosforilat cele două jumătăți ale moleculei de glucoză prin adăugarea unei grupe fosfat la fiecare. Apoi, enzimele adaugă încă o grupă fosfat la fiecare dintre jumătățile moleculei de glucoză, rezultând două jumătăți ale moleculei cu trei carbon, fiecare cu două grupe fosfat.

În două serii finale și paralele de reacții, cele două jumătăți fosforilate cu trei carbonuri ale moleculei originale de glucoză își pierd grupările fosfat pentru a forma cele două molecule piruvat. Despărțirea finală a moleculei de glucoză eliberează energie care este utilizată pentru a adăuga grupările fosfat la moleculele ADP și a forma ATP.

Fiecare jumătate a moleculei de glucoză își pierde cele două grupări fosfat și produce molecula piruvat și două molecule ATP.

Glicoliza are loc în citosolul celular, dar restul procesului de respirație celulară se mută în mitocondrii. Glicoliza nu necesită oxigen, dar odată ce piruvatul s-a mutat în mitocondrii, oxigenul este necesar pentru toate etapele ulterioare.

Mitocondriile sunt fabricile de energie care lasă oxigenul și piruvatul să intre prin membrana lor exterioară și apoi lăsați produsele de reacție dioxidul de carbon și ATP să iasă înapoi în celulă și să circule în circulație sistem.

ciclul acidului citric este o serie de reacții chimice circulare care generează NADH și FADH₂ molecule. Acești doi compuși intră în etapa ulterioară a respirației celulare, lanțul de transport al electronilor, și donați electronii inițiali utilizați în lanț. NAD rezultat⁺ și compușii FAD sunt readuși în ciclul acidului citric pentru a fi schimbați la NADH și FADH inițiali₂ forme și reciclate.

Când moleculele de piruvat cu trei carbon intră în mitocondrii, își pierd una dintre moleculele de carbon pentru a forma dioxid de carbon și un compus cu doi carbon. Acest produs de reacție este oxidat ulterior și alăturat coenzima A să formeze două acetil CoA molecule. Pe parcursul ciclului acidului citric, compușii de carbon sunt legați de un compus cu patru atomi de carbon pentru a produce un citrat de șase atomi de carbon.

Într-o serie de reacții, citratul eliberează doi atomi de carbon sub formă de dioxid de carbon și produce 3 NADH, 1 ATP și 1 FADH₂ molecule. La sfârșitul procesului, ciclul reconstituie compusul original cu patru atomi de carbon și începe din nou. Reacțiile au loc în interiorul mitocondriilor și în NADH și FADH₂ moleculele participă apoi la lanțul de transport al electronilor de pe membrana interioară a mitocondriilor.

Lanțul de transport al electronilor este format din patru complexe proteice situat pe membrana interioară a mitocondriilor. NADH donează electroni primului complex proteic în timp ce FADH₂ dă electronii celui de-al doilea complex proteic. Complexele proteice trec electronii pe lanțul de transport într-o serie de reducere-oxidare sau redox reacții.

Energia este eliberată în timpul fiecărei etape redox și fiecare complex proteic o folosește pentru pompare protoni de-a lungul membranei mitocondriale în spațiul inter-membranar dintre membranele interioare și externe. Electronii trec către al patrulea și ultimul complex proteic, unde moleculele de oxigen acționează ca acceptori finali de electroni. Doi atomi de hidrogen se combină cu un atom de oxigen pentru a forma molecule de apă.

Pe măsură ce crește concentrația de protoni în afara membranei interioare, an gradient de energie este stabilit, având tendința de a atrage protonii înapoi peste membrană către partea care are concentrația mai mică de protoni. O enzimă membrana interioară numită ATP sintază oferă protonilor un pasaj înapoi prin membrana interioară.

Pe măsură ce protonii trec prin ATP sintază, enzima folosește energia protonului pentru a schimba ADP în ATP, stocând energia protonică din lanțul de transport al electronilor în moleculele ATP.

Procesele biologice și chimice complexe care alcătuiesc respirația la nivel celular implică enzime, pompe de protoni și proteine ​​care interacționează la nivel molecular în moduri foarte complicate. În timp ce aporturile de glucoză și oxigen sunt substanțe simple, enzimele și proteinele nu sunt.

O prezentare generală a glicoliză, ciclul Krebs sau al acidului citric și lanțul de transfer al electronilor ajută la demonstrarea modului în care funcționează respirația celulară la nivel de bază, dar funcționarea efectivă a acestor etape este mult mai complexă.

Pentru a descrie procesul de respirație celulară este mai simplu la nivel conceptual. Corpul preia substanțe nutritive și oxigen și distribuie glucoza din alimente și oxigenul către celulele individuale, după cum este necesar. Celulele oxidează moleculele de glucoză pentru a produce energie chimică, dioxid de carbon și apă.

Energia este utilizată pentru a adăuga o a treia grupă fosfat la o moleculă ADP pentru a forma ATP, iar dioxidul de carbon este eliminat prin plămâni. Energia ATP din a treia legătură fosfat este utilizată pentru a alimenta alte funcții ale celulelor. Așa este respirația celulară care stă la baza tuturor celorlalte activități umane.