Živé organizmy tvoria energetický reťazec, v ktorom rastliny produkujú potravu, ktorú zvieratá a iné organizmy používajú na energiu. Hlavný proces, pri ktorom sa vyrábajú potraviny, je fotosyntéza v rastlinách a hlavnou metódou premeny potravy na energiu je bunkové dýchanie.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Molekula na prenos energie, ktorú používajú bunky, je ATP. Proces bunkového dýchania prevádza molekulu ADP na ATP, kde sa ukladá energia. To sa deje trojstupňovým procesom glykolýzy, cyklom kyseliny citrónovej a elektrónovým transportným reťazcom. Bunkové dýchanie sa štiepi a oxiduje glukózu za vzniku molekúl ATP.
Počas fotosyntézy rastliny zachytávajú svetelnú energiu a používajú ju na napájanie chemických reakcií v rastlinných bunkách. Svetelná energia umožňuje rastlinám kombinovať uhlík z oxidu uhličitého vo vzduchu s vodíkom a kyslíkom z vody glukóza.
V bunkové dýchanie, organizmy, ako sú zvieratá, konzumujú jedlo obsahujúce glukózu a rozkladajú glukózu na energiu, oxid uhličitý a vodu. Oxid uhličitý a voda sú vylúčené z organizmu a energia sa ukladá v molekule tzv
adenozíntrifosfát alebo ATP. Molekula na prenos energie používaná bunkami je ATP a poskytuje energiu pre všetky ostatné činnosti buniek a organizmu.Druhy buniek, ktoré používajú glukózu na energiu
Živé organizmy sú buď jednobunkové prokaryoty alebo eukaryoty, ktoré môžu byť jednobunkové alebo mnohobunkové. Hlavný rozdiel medzi nimi spočíva v tom, že prokaryoty majú jednoduchú bunkovú štruktúru bez jadra alebo bunkových organel. Eukaryoty majú vždy a jadro a komplikovanejšie bunkové procesy.
Jednobunkové organizmy oboch typov môžu na výrobu energie použiť niekoľko metód a mnohé tiež využívajú bunkové dýchanie. Pokročilé rastliny a zvieratá sú všetko eukaryoty a takmer výlučne používajú bunkové dýchanie. Rastliny používajú fotosyntézu na zachytávanie energie zo slnka, ale potom väčšinu tejto energie ukladajú vo forme glukózy.
Rastliny aj zvieratá používajú glukózu vyrobenú fotosyntézou ako Zdroj energie.
Bunkové dýchanie umožňuje organizmom zachytiť energiu glukózy
Fotosyntéza produkuje glukózu, ale glukóza je iba spôsobom ukladania chemickej energie a nemôžu ju bunky priamo využívať. Celkový proces fotosyntézy možno zhrnúť do nasledujúceho vzorca:
6CO2 + 12 H2O + svetelná energia → C.6H12O6 + 6O2 + 6 H2O
Rastliny používajú na svoju premenu fotosyntézu svetelná energia na chemickú energiu a chemickú energiu ukladajú v glukóze. Na využitie akumulovanej energie je potrebný druhý proces.
Bunkové dýchanie prevádza chemickú energiu uloženú v glukóze na chemickú energiu uloženú v molekule ATP. ATP používajú všetky bunky na napájanie svojho metabolizmu a činností. Svalové bunky patria medzi druhy buniek, ktoré využívajú glukózu na energiu, ale najskôr ju premieňajú na ATP.
Celková chemická reakcia na bunkové dýchanie je nasledovná:
C.6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6 H2O + ATP molekuly
Bunky rozkladajú glukózu na oxid uhličitý a vodu a zároveň vytvárajú energiu, ktorú ukladajú v molekulách ATP. Energiu ATP potom využívajú na činnosti, ako je sťahovanie svalov. Kompletný proces bunkového dýchania má tri stupne.
Bunkové dýchanie sa začína rozpadom glukózy na dve časti
Glukóza je sacharid so šiestimi atómami uhlíka. Počas prvého stupňa procesu bunkového dýchania tzv glykolýzabunka štiepi molekuly glukózy na dve molekuly pyruvátu alebo molekuly s tromi uhlíkmi. Na zahájenie procesu je potrebná energia, takže sa používajú dve molekuly ATP z bunkových rezerv.
Na konci procesu, keď sa vytvoria dve molekuly pyruvátu, sa energia uvoľní a uloží do štyroch molekúl ATP. Glykolýza využíva dve molekuly ATP a produkuje štyri pre každú spracovanú molekulu glukózy. Čistým ziskom sú dve molekuly ATP.
Ktoré z organel bunky uvoľňujú energiu uloženú v potravinách?
Glykolýza začína v bunkovej cytoplazme, ale proces bunkového dýchania prebieha hlavne v bunke mitochondrie. Medzi druhy buniek, ktoré využívajú glukózu na energiu, patria takmer všetky bunky v ľudskom tele, s výnimkou vysoko špecializovaných buniek, ako sú napríklad krvinky.
Mitochondrie sú malé organely viazané na membránu a sú bunkovými továrňami, ktoré produkujú ATP. Majú hladkú vonkajšiu membránu a sú vysoko poskladané vnútorná membrána kde prebiehajú bunkové respiračné reakcie.
Reakcie najskôr prebiehajú vo vnútri mitochondrií, aby sa vytvoril energetický gradient cez vnútornú membránu. Následné reakcie zahŕňajúce membránu produkujú energiu použitú na vytvorenie molekúl ATP.
Cyklus kyseliny citrónovej produkuje enzýmy pre bunkové dýchanie
Pyruvát produkovaný glykolýzou nie je konečným produktom bunkového dýchania. Druhý stupeň spracuje dve molekuly pyruvátu na ďalšiu medziprodukt nazývanú acetyl CoA. Acetyl CoA vstupuje do cyklus kyseliny citrónovej a atómy uhlíka z pôvodnej molekuly glukózy sa úplne prevedú na CO2. The kyselina citrónová koreň sa recykluje a odkazuje na novú molekulu acetyl CoA, aby sa proces zopakoval.
Oxidácia atómov uhlíka produkuje ďalšie dve molekuly ATP a prevádza enzýmy NAD+ a FAD do NADH a FADH2. Prevedené enzýmy sa používajú v treťom a poslednom stupni bunkového dýchania, kde pôsobia ako donory elektrónov pre elektrónový transportný reťazec.
Molekuly ATP zachytávajú časť vyrobenej energie, ale väčšina chemickej energie zostáva v molekulách NADH. Reakcie cyklu kyseliny citrónovej prebiehajú vo vnútri mitochondrií.
Elektrónový transportný reťazec zachytáva väčšinu energie z bunkového dýchania
The reťazec transportu elektrónov (ATĎ) je tvorený radom zlúčenín umiestnených na vnútornej membráne mitochondrií. Používa elektróny z NADH a FADH2 enzýmy produkované cyklom kyseliny citrónovej na pumpovanie protónov cez membránu.
V reťazci reakcií sú to vysokoenergetické elektróny z NADH a FADH2 sa odovzdávajú radom zlúčenín ETC, pričom každý krok vedie k nižšiemu stavu elektrónovej energie a protóny sa pumpujú cez membránu.
Na konci ETC reakcií molekuly kyslíka prijímajú elektróny a tvoria molekuly vody. Elektrónová energia pôvodne pochádzajúca z štiepenia a oxidácie molekuly glukózy sa premenila na a gradient protónovej energie cez vnútornú membránu mitochondrií.
Pretože existuje nerovnováha protónov naprieč vnútornou membránou, zažívajú protóny silu difundovať späť do vnútra mitochondrií. Enzým nazývaný ATP syntáza je zabudovaný v membráne a vytvára otvor, ktorý umožňuje protónom pohybovať sa späť cez membránu.
Keď protóny prechádzajú cez otvor ATP syntázy, enzým využíva energiu z protónov na vytvorenie molekúl ATP. Väčšina energie z bunkového dýchania sa zachytí v tomto štádiu a uloží sa do 32 molekúl ATP.
Molekula ATP uchováva bunkovú dýchaciu energiu vo svojich fosfátových väzbách
ATP je komplexná organická chemikália s adenínovou bázou a tromi fosfátovými skupinami. Energia sa ukladá vo väzbách obsahujúcich fosfátové skupiny. Keď bunka potrebuje energiu, rozbije jednu z väzieb fosfátových skupín a pomocou chemickej energie vytvorí nové väzby v iných bunkových látkach. Molekula ATP sa stáva adenozíndifosfát alebo ADP.
V bunkovom dýchaní sa uvoľnená energia použije na pridanie fosfátovej skupiny k ADP. Pridanie fosfátovej skupiny zachytáva energiu z glykolýzy, cyklu kyseliny citrónovej a veľké množstvo energie z ETC. Výsledné molekuly ATP môže organizmus využiť na aktivity, ako je pohyb, hľadanie potravy a reprodukcia.