Celler är mikroskopiska, mångsidiga behållare som representerar de minsta odelbara livsenheterna genom att de uppvisar reproduktion, ämnesomsättning och andra "verklighetstrogna" egenskaper. Faktum är att eftersom prokaryota organismer (medlemmar av Bakterier och Archaea-klassificeringsdomänerna) nästan alltid består av en enda cell, lever många fristående celler bokstavligen.
Celler använder en molekyl som kallas adenosintrifosfat, eller ATP, som en källa till bränsle. Prokaryoter lita bara på glykolys - nedbrytningen av glukos i pyruvat - som en väg till att syntetisera ATP; denna process ger totalt 2 ATP per glukosmolekyl.
I kontrast, eukaryoter - djur, växter och svampar - är båda mycket större och innehar mycket mer komplexa individuella celler än prokaryoter, vilket gör glykolys ensam otillräcklig för deras energibehov. Det är där cellandningen, den fullständiga nedbrytningen av glukos i närvaro av molekylärt syre (O2) till koldioxid (CO2) och vatten (H2O) för att bilda ATP, kommer in.
Läs mer om vad cellulär andning är.
Terminologi för cellulär metabolism
Processen för cellulär andning sker i eukaryoter och spänner tekniskt över glykolys Krebs cyklar och den elektrontransportkedja (ETC). Det här är för att Allt celler behandlar initialt glukos på samma sätt - genom att köra det genom glykolys. I prokaryoter kan pyruvat endast gå in i jäsning, vilket gör att glykolys kan fortsätta "uppströms" genom regenerering av en mellanprodukt som kallas NAD+.
Eftersom eukaryoter kan använda syre, kommer emellertid kolmolekylerna i pyruvat in i Krebs-cykeln som acetyl-CoA och slutligen lämnar ETC som koldioxid (CO2). De cellulära andningsprodukterna av intresse är 34 till 36 ATP som genereras i Krebs-cykeln och ETC tillsammans - de två delarna av cellulär andning som räknas som aerob ("med syre") andning.
Reaktionerna av cellulär andning
Den fullständiga, balanserade reaktionen i hela cellandningsprocessen kan representeras av:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ~ 38 ATP
Glykolys ensam, en form av anaerob andning som förekommer i cytoplasman, består av reaktionen:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2O
I eukaryoter, a övergångsreaktion i mitokondrier genererar acetylkoenzym A (acetyl CoA) för Krebs-cykeln:
2 CH3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 koenzym A → 2 acetyl CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
Kompaniet2 går sedan in i Krebs-cykeln genom att gå med i oxaloacetat.
Stadier av cellulär andning
Cellandning börjar med glykolys, en serie med tio reaktioner där en glukosmolekyl är fosforylerad två gånger (det vill säga den har två fosfatgrupper bundna vid olika kol) med hjälp av 2 ATP och delas sedan i två trekolföreningar som varje ger 2 ATP på väg till bildandet av pyruvat. Således levererar glykolys 2 ATP direkt per glukosmolekyl såväl som två molekyler av elektronbäraren NADH, som har en stark roll nedströms i ETC.
I Krebs-cykeln, CO2 och fyrkolföreningen oxaloacetat förenas för att bilda sexkolmolekylen citrat. Citrat reduceras gradvis igen till oxaloacetat och spinner av ett par CO2 molekyler och genererar också 2 ATP per CO2 molekyl som går in i cykeln, eller 4 ATP per glukos molekyl långt uppströms. Ännu viktigare, totalt 6 NADH och 2 FADH2 (en annan elektronbärare) syntetiseras.
Slutligen, elektronerna från NADH och FADH2 (det vill säga deras väteatomer) avlägsnas av enzymer i elektrontransportkedjan och används för att driva fästningens fästning till ADP, vilket ger massor av ATP - totalt 32 Vatten släpps också ut i detta steg. Således är det maximala ATP-utbytet av cellulär andning från glykolys, Krebs-cykeln och ETC 2 + 4 + 32 = 38 ATP per glukemolekyl.
Läs mer om de fyra stegen i cellulär andning.