Celice so mikroskopske, večnamenske posode, ki predstavljajo najmanjše nedeljive enote življenja, saj kažejo razmnoževanje, presnovo in druge "življenjske" lastnosti. Ker so prokariontski organizmi (člani klasifikacijskih domen bakterij in arhej) skoraj vedno sestavljeni iz ene same celice, so številne samostojne celice dobesedno žive.
Celice kot vir goriva uporabljajo molekulo, imenovano adenozin trifosfat ali ATP. Prokarionti zanašajte se izključno na glikoliza - razgradnja glukoze na piruvat - kot pot do sinteze ATP; ta postopek daje skupno 2 ATP na molekulo glukoze.
V nasprotju, evkarionti - živali, rastline in glive - so veliko večje in imajo veliko bolj zapletene posamezne celice kot prokarionti, zaradi česar že samo glikoliza ne ustreza njihovim potrebam po energiji. Tam je celično dihanje, popolna razgradnja glukoze v prisotnosti molekularnega kisika (O2) v ogljikov dioksid (CO2) in vodo (H2O), da tvori ATP, vstopi.
Preberite več o tem, kaj je celično dihanje.
Terminologija celičnega metabolizma
Proces celičnega dihanja se pojavi pri evkariontih in tehnično obsega glikolizo, Krebsov cikel in veriga prenosa elektronov (ETC). To je zato, ker vse celice na začetku glukozo obravnavajo enako - tako, da jo pretakajo skozi glikolizo. Potem lahko pri prokariontih piruvat vstopi le v fermentacijo, kar omogoča nadaljevanje glikolize "gorvodno" z regeneracijo intermediata, imenovanega NAD+.
Ker evkarionti lahko uporabljajo kisik, pa molekule ogljika piruvata vstopijo v Krebsov cikel kot acetil CoA in na koncu zapustijo ETC kot ogljikov dioksid (CO2). Zanimivi produkti celičnega dihanja so 34 do 36 ATP, ki nastanejo v Krebsovem ciklu in ETC skupaj - dva dela celičnega dihanja, ki štejeta kot aerobna ("s kisikom") dihanje.
Reakcije celičnega dihanja
Popolno, uravnoteženo reakcijo celotnega procesa celičnega dihanja lahko predstavimo z:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ~ 38 ATP
Samo glikoliza, oblika anaerobnega dihanja, ki se pojavi v citoplazmi, je sestavljena iz reakcije:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pjaz → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2O
Pri evkariontih je a reakcija prehoda v mitohondrijih ustvarja acetil koencim A (acetil CoA) za Krebsov cikel:
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 koencim A → 2 acetil CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
CO2 nato vstopi v Krebsov cikel s pridružitvijo oksaloacetatu.
Faze celičnega dihanja
Celično dihanje se začne z glikolizo, serijo 10 reakcij, v katerih je molekula glukoze fosforiliran dvakrat (to pomeni, da ima dve fosfatni skupini, pritrjeni na različne ogljike) z uporabo 2 ATP, nato pa se razdeli na dve spojini s tremi ogljiki, ki vsak donos 2 ATP na poti do tvorbe piruvata. Tako glikoliza oskrbuje 2 ATP neposredno na molekulo glukoze in dve molekuli elektronskega nosilca NADH, ki ima močno vlogo v ETC.
V Krebsovem ciklu CO2 in štiri-ogljikova spojina oksaloacetat združiti in tvoriti molekulo šestih ogljikov citrat. Citrat se postopoma spet reducira v oksaloacetat, pri čemer se izloči par CO2 molekul in tvorijo tudi 2 ATP na CO2 molekula, ki vstopa v cikel, ali 4 ATP na glukozo molekula daleč navzgor. Še pomembneje pa je, da skupaj 6 NADH in 2 FADH2 (drug nosilec elektrona) se sintetizirajo.
Na koncu še elektroni NADH in FADH2 (to so njihovi vodikovi atomi) odvzamejo encimi v verigi prenosa elektronov in se uporabijo za povezovanje fosfatov z ADP, kar daje veliko ATP - skupaj približno 32. V tem koraku se sprosti tudi voda. Tako je največji izkoristek ATP v celičnem dihanju zaradi glikolize, Krebsovega cikla in ETC 2 + 4 + 32 = 38 ATP na molekulo glukoze.
Preberite več o štirih stopnjah celičnega dihanja.
