Причина, по которой вы едите, состоит в том, чтобы в конечном итоге создать молекулу под названием АТФ (аденозинтрифосфат), чтобы у ваших клеток были средства для самопомощи, а значит, и у вас. И не случайно, причина, по которой вы дышите, заключается в том, что кислород необходим для получения максимального количества энергии клеток от предшественников глюкоза молекулы в этой пище.
Процесс, который человеческие клетки используют для выработки АТФ, называется клеточным дыханием. Это приводит к созданию от 36 до 38 АТФ на молекулу глюкозы. Он состоит из ряда стадий, начинающихся в цитоплазме клетки и переходящих к митохондриям, «электростанциям» эукариотических клеток. Два процесса производства АТФ можно рассматривать как гликолиз (анаэробная часть), за которым следует аэробное дыхание (часть, требующая кислорода).
Что такое АТФ?
Химически АТФ представляет собой нуклеотид. Нуклеотиды также являются строительными блоками ДНК. Все нуклеотиды состоят из пятиуглеродной части сахара, азотистого основания и одной-трех фосфатных групп. Основанием может быть аденин (A), цитозин (C), гуанин (G), тимин (T) или урацил (U). Как видно из названия, основанием АТФ является аденин, содержащий три фосфатные группы.
Когда АТФ «построен», его непосредственным предшественником является АДФ (аденозиндифосфат), который сам исходит из АМФ (аденозинмонофосфат). Единственное различие между ними - это третья фосфатная группа, присоединенная к фосфатно-фосфатной «цепи» в АДФ. Ответственный за это фермент называется АТФ-синтаза.
Когда АТФ "расходуется" клеткой, название реакции АТФ в АДФ будет гидролиз, поскольку вода используется для разрыва связи между двумя концевыми фосфатными группами. Простое уравнение для преобразования АТФ из его нуклеотидных родственников - АДФ + Фя, или даже AMP + 2 Pя. где Pя представляет собой неорганический (то есть не присоединенный к молекуле, содержащей углерод) фосфат.
Клеточная энергия у эукариот: клеточное дыхание
Клеточное дыхание происходит только у эукариот, которые представляют собой многоклеточный, более крупный и более сложный ответ природы одноклеточным прокариотам. Люди относятся к первым, а бактерии населяют вторые. Процесс проходит в четыре этапа: гликолиз, который также встречается у прокариот и не требует кислорода; в мостовая реакция; и два набора реакций аэробного дыхания, Цикл Кребса и электронная транспортная цепь.
Гликолиз
Чтобы начать гликолиз, молекула глюкозы, которая проникла в клетку через плазматическую мембрану, имеет фосфат, присоединенный к одному из ее атомов углерода. Затем он перегруппировывается в молекулу фруктозы, и в этот момент вторая фосфатная группа присоединяется к другому атому углерода. Полученная дважды фосфорилированная шестиуглеродная молекула расщепляется на две трехуглеродные молекулы. Этот этап стоит два АТФ.
Вторая часть гликолиза протекает с перегруппировкой трехуглеродных молекул в серию шагов в пируват, а тем временем добавляются два фосфата, а затем все четыре удаляются и добавляются к АДФ для образования АТФ. Эта фаза производит четыре АТФ,делая чистый выход гликолиза двумя АТФ.
Цикл Кребса
Мостовая реакция в митохондриях подготавливает молекулу пирувата к действию, удаляя один из ее атомов углерода и два атома кислорода с образованием ацетата, который затем присоединяется к кофермент А с образованием ацетил-КоА.
Двухуглеродный ацетил-КоА добавляют к четырехуглеродной молекуле, оксалоацетату, для протекания реакций. Полученная шестиуглеродная молекула в конечном итоге восстанавливается до оксалоацетата (отсюда «цикл» в названии; реагент также является продуктом). При этом две молекулы АТФ и 10 молекул, известных как электронные носители (восемь NADH и два FADH2) производятся.
Электронная транспортная цепь
В заключительной фазе клеточного дыхания и второй аэробной фазе используются различные высокоэнергетические переносчики электронов. Их электроны отщепляются ферментами, встроенными в митохондриальную мембрану, и их энергия снижается. используется для присоединения фосфатных групп к АДФ с образованием АТФ, процесс, называемый окислительным фосфорилирование. В конце концов, кислород является последним акцептором электронов.
В результате получается от 32 до 34 АТФ, что означает, что добавление двух АТФ в результате гликолиза и цикла Кребса клеточное дыхание производит от 36 до 38 АТФ на молекулу глюкозы.