Cum captează celulele energia eliberată de respirația celulară?

Organismele vii formează un lanț energetic în care plantele produc alimente pe care animalele și alte organisme le folosesc pentru energie. Principalul proces care produce alimente este fotosinteză la plante și principala metodă de conversie a alimentelor în energie este respirația celulară.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Molecula de transfer de energie utilizată de celule este ATP. Procesul de respirație celulară transformă molecula ADP în ATP, unde este stocată energia. Acest lucru are loc prin procesul în trei etape al glicolizei, ciclul acidului citric și lanțul de transport al electronilor. Respirația celulară se desparte și oxidează glucoza pentru a forma molecule de ATP.

În timpul fotosintezei, plantele captează energia luminii și o utilizează pentru a alimenta reacțiile chimice din celulele plantei. Energia luminii permite plantelor să combine carbonul din dioxidul de carbon din aer cu hidrogenul și oxigenul din apă pentru a se forma glucoză.

În respirație celulară, organisme precum animalele mănâncă alimente care conțin glucoză și descompun glucoza în energie, dioxid de carbon și apă. Dioxidul de carbon și apa sunt expulzate din organism și energia este stocată într-o moleculă numită

Organismele vii sunt fie unicelulare procariote sau eucariote, care poate fi unicelulară sau multicelulară. Principala diferență dintre cele două este că procariotele au o structură celulară simplă, fără nucleu sau organite celulare. Eucariotele au întotdeauna un nucleu și procese celulare mai complicate.

Organismele cu celule unice de ambele tipuri pot folosi mai multe metode pentru a produce energie și multe folosesc și respirația celulară. Plantele și animalele avansate sunt toate eucariote și folosesc respirația celulară aproape exclusiv. Plantele folosesc fotosinteza pentru a capta energia din soare, dar apoi stochează cea mai mare parte a energiei sub formă de glucoză.

Atât plantele, cât și animalele folosesc glucoza produsă din fotosinteză ca sursa de energie.

Fotosinteza produce glucoză, dar glucoza este doar o modalitate de stocare a energiei chimice și nu poate fi utilizată direct de celule. Procesul global de fotosinteză poate fi rezumat în următoarea formulă:

6CO₂ + 12H₂O + energie luminoasă → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Plantele folosesc fotosinteza pentru a converti energia luminii în energie chimică și stochează energia chimică în glucoză. Un al doilea proces este necesar pentru a utiliza energia stocată.

Respirația celulară transformă energia chimică stocată în glucoză în energie chimică stocată în molecula ATP. ATP este utilizat de toate celulele pentru a-și alimenta metabolismul și activitățile. Celulele musculare se numără printre tipurile de celule care folosesc glucoza pentru energie, dar o transformă mai întâi în ATP.

Reacția chimică generală pentru respirația celulară este următoarea:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂Molecule de O + ATP

Celulele descompun glucoza în dioxid de carbon și apă în timp ce produc energie pe care o depozitează în moleculele de ATP. Apoi folosesc energia ATP pentru activități precum contractarea musculară. Procesul complet de respirație celulară are trei etape.

Glucoza este un carbohidrat cu șase atomi de carbon. În timpul primei etape a procesului de respirație celulară numit glicoliză, celula rupe moleculele de glucoză în două molecule de piruvat sau molecule cu trei carbon. Pentru a începe procesul, este nevoie de energie, astfel încât sunt utilizate două molecule de ATP din rezervele celulare.

La sfârșitul procesului, când sunt create cele două molecule de piruvat, energia este eliberată și stocată în patru molecule de ATP. Glicoliza utilizează două molecule de ATP și produce patru pentru fiecare moleculă de glucoză procesată. Câștigul net este de două molecule ATP.

Glicoliza începe în citoplasma celulară, dar procesul de respirație celulară are loc în principal în mitocondrii. Tipurile de celule care folosesc glucoza pentru energie includ aproape fiecare celulă din corpul uman, cu excepția celulelor foarte specializate, cum ar fi celulele sanguine.

Mitocondriile sunt organite mici legate de membrană și sunt fabricile de celule care produc ATP. Au o membrană exterioară netedă și o pliată înaltă membrana interioara unde au loc reacțiile de respirație celulară.

Reacțiile au loc mai întâi în interiorul mitocondriilor pentru a produce un gradient de energie prin membrana interioară. Reacțiile ulterioare care implică membrana produc energia utilizată pentru a crea molecule de ATP.

Piruvatul produs prin glicoliză nu este produsul final al respirației celulare. O a doua etapă procesează cele două molecule de piruvat într-o altă substanță intermediară numită acetil CoA. Acetil CoA intră în ciclul acidului citric iar atomii de carbon din molecula de glucoză originală sunt complet convertiți în CO₂. acid citric rădăcina este reciclată și se leagă de o nouă moleculă de acetil CoA pentru a repeta procesul.

Oxidarea atomilor de carbon produce încă două molecule de ATP și transformă enzimele NAD⁺ și FAD la NADH și FADH₂. Enzimele convertite sunt utilizate în a treia și ultima etapă a respirației celulare, unde acționează ca donatori de electroni pentru lanțul de transport al electronilor.

Moleculele ATP captează o parte din energia produsă, dar cea mai mare parte a energiei chimice rămâne în moleculele NADH. Reacțiile ciclului acidului citric au loc în interiorul mitocondriilor.

lanțul de transport al electronilor (ETC) este alcătuit dintr-o serie de compuși situați pe membrana interioară a mitocondriilor. Folosește electroni de la NADH și FADH₂ enzime produse de ciclul acidului citric pentru a pompa protoni peste membrană.

Într-un lanț de reacții, electronii de mare energie de la NADH și FADH₂ sunt transmise în serie de compuși ETC, fiecare etapă ducând la o stare de energie electronică mai mică, iar protonii sunt pompați peste membrană.

La sfârșitul reacțiilor ETC, moleculele de oxigen acceptă electronii și formează molecule de apă. Energia electronică provenită inițial din divizarea și oxidarea moleculei de glucoză a fost transformată într-un gradient de energie a protonilor peste membrana interioară a mitocondriilor.

Deoarece există un dezechilibru al protonilor prin membrana interioară, protonii experimentează o forță de difuzare înapoi în interiorul mitocondriilor. O enzimă numită ATP sintază este încorporat în membrană și creează o deschidere, permițând protonilor să se deplaseze înapoi peste membrană.

Când protonii trec prin deschiderea ATP sintază, enzima folosește energia din protoni pentru a crea molecule ATP. Cea mai mare parte a energiei din respirația celulară este capturată în acest stadiu și este stocată în 32 de molecule ATP.

ATP este o substanță chimică organică complexă cu o bază de adenină și trei grupări fosfat. Energia este stocată în legăturile care dețin grupele fosfat. Când o celulă are nevoie de energie, aceasta rupe una dintre legăturile grupelor fosfat și folosește energia chimică pentru a crea noi legături în alte substanțe celulare. Molecula ATP devine adenozin difosfat sau ADP.

În respirația celulară, energia eliberată este utilizată pentru a adăuga o grupare fosfat la ADP. Adăugarea grupului fosfat captează energia din glicoliză, ciclul acidului citric și cantitatea mare de energie din ETC. Moleculele ATP rezultate pot fi utilizate de organism pentru activități precum mișcarea, căutarea hranei și reproducerea.