Клетки представляют собой микроскопические многоцелевые контейнеры, которые представляют собой мельчайшие неделимые единицы жизни в том смысле, что они проявляют воспроизводство, метаболизм и другие «похожие на жизнь» качества. Фактически, поскольку прокариотические организмы (члены классификационных доменов Бактерий и Архей) почти всегда состоят из одной клетки, многие автономные клетки буквально живы.
Клетки используют молекулу, называемую аденозинтрифосфатом, или АТФ, в качестве источника топлива. Прокариоты полагаться исключительно на гликолиз - расщепление глюкозы на пируват - как путь к синтезу АТФ; этот процесс дает всего 2 АТФ на молекулу глюкозы.
В отличие, эукариоты - животные, растения и грибы - намного больше и обладают гораздо более сложными индивидуальными клетками, чем прокариоты, что делает один гликолиз недостаточным для их энергетических потребностей. Вот где клеточное дыхание, полный распад глюкозы в присутствии молекулярного кислорода (O2) в диоксид углерода (CO2) и вода (H2O) с образованием АТФ.
Узнайте больше о том, что такое клеточное дыхание.
Терминология клеточного метаболизма
Процесс клеточного дыхания происходит у эукариот и технически охватывает гликолиз, т.е. Цикл Кребса и электронная транспортная цепь (ETC). Это потому что все клетки изначально обрабатывают глюкозу одинаково - прогоняя ее через гликолиз. Затем у прокариот пируват может вступать только в процесс ферментации, что позволяет гликолизу продолжаться «вверх по течению» через регенерацию промежуточного продукта, называемого НАД.+.
Однако, поскольку эукариоты могут использовать кислород, молекулы углерода пирувата входят в цикл Кребса в виде ацетил-КоА и в конечном итоге покидают ETC в виде диоксида углерода (CO2). Представляющими интерес продуктами клеточного дыхания являются АТФ от 34 до 36, которые вырабатываются в цикле Кребса и ETC вместе - две части клеточного дыхания, которые считаются аэробный («с кислородом») дыхание.
Реакции клеточного дыхания
Полная сбалансированная реакция всего процесса клеточного дыхания может быть представлена:
C6ЧАС12О6 + 6O2 → 6 СО2 + 6 часов2O + ~ 38 АТФ
Сам по себе гликолиз, форма анаэробного дыхания, происходящего в цитоплазме, состоит из реакции:
C6ЧАС12О6 + 2 НАД+ + 2 ADP + 2 Pя → 2 канала3(C = O) COOH + 2 АТФ + 2 НАДН + 4 Н+ + 2 часа2О
У эукариот переходная реакция в митохондриях генерирует ацетилкофермент А (ацетил-КоА) для цикла Кребса:
2 канала3(C = O) COOH + 2 НАД+ + 2 кофермента А → 2 ацетил-КоА + 2 НАДН + 2 Н+ + 2 СО2
Сотрудничество2 затем вступает в цикл Кребса, присоединяясь к оксалоацетату.
Этапы клеточного дыхания
Клеточное дыхание начинается с гликолиза, серии из 10 реакций, в которых молекула глюкозы фосфорилированный дважды (то есть он имеет две фосфатные группы, присоединенные к разным атомам углерода) с использованием 2 АТФ, а затем расщепляется на два трехуглеродных соединения, которые каждый дают 2 АТФ на пути к образованию пирувата. Таким образом, гликолиз поставляет 2 АТФ непосредственно на молекулу глюкозы, а также две молекулы электронного переносчика НАДН, который играет важную роль ниже по течению в ETC.
В цикле Кребса CO2 и четырехуглеродное соединение оксалоацетат соединиться, чтобы сформировать шестиуглеродную молекулу цитрат. Цитрат снова постепенно восстанавливается до оксалоацетата, выделяя пару CO.2 молекул, а также генерирует 2 АТФ на CO2 молекула, входящая в цикл, или 4 АТФ на глюкозу молекула далеко вверх по течению. Что еще более важно, в общей сложности 6 НАДН и 2 ФАДН2 (другой носитель электронов).
Наконец, электроны НАДН и ФАДН2 (то есть их атомы водорода) удаляются ферментами цепи переноса электронов и используются для присоединения фосфатов к АДФ, в результате чего образуется много АТФ - всего около 32. На этом этапе также выделяется вода. Таким образом, максимальный выход АТФ клеточного дыхания в результате гликолиза, цикла Кребса и ETC составляет 2 + 4 + 32 = 38 АТФ на молекулу глюкозы.
Узнайте больше о четырех стадиях клеточного дыхания.