Fyra stadier av cellulär andning

Cellandningen är summan av de olika biokemiska medel som eukaryota organismer använder för att extrahera energi från mat, specifikt glukos molekyler.

Processen för cellandning inkluderar fyra grundläggande steg eller steg: Glykolys, som förekommer i alla organismer, prokaryota och eukaryota; de broreaktion, som sätter scenen för aerob andning; och den Krebs cyklar och den elektron transport kedjasyreberoende vägar som uppträder i sekvens i mitokondrierna.

Stegen för cellulär andning sker inte i samma hastighet, och samma uppsättning reaktioner kan gå i olika takt i samma organism vid olika tidpunkter. Till exempel förväntas glykolyshastigheten i muskelceller öka kraftigt under intensiv anaerob träning, som medför en "syreskuld", men stegen för aerob andning påskyndas inte märkbart såvida inte träning utförs på en aerob, "pay-as-you-go" intensitetsnivå.

Det fullständiga cellulär andningsformel ser lite annorlunda ut från källa till källa, beroende på vad författarna väljer att inkludera som meningsfulla reaktanter och produkter. Till exempel utelämnar många källor elektronbärarna NAD

Sammantaget omvandlas glukos med sex kolmolekyler till koldioxid och vatten i närvaro av syre för att ge 36 till 38 molekyler ATP (adenosintrifosfat, cellernas naturomfattande "energivaluta"). Denna kemiska ekvation representeras av följande ekvation:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 12 H₂O + 36 ATP

Det första steget av cellulär andning är glykolys, vilket är en uppsättning av tio reaktioner som inte kräver syre och därmed förekommer i varje levande cell. Prokaryoter (från domänerna Bakterier och Archaea, tidigare kallade "archaebacteria") använder glykolys nästan uteslutande, Eukaryoter (djur, svampar, protister och växter) använder det främst som en bordssättare för de mer energiskt lukrativa. reaktioner av aerob andning.

Glykolys sker i cytoplasman. I "investeringsfasen" av processen konsumeras två ATP när två fosfater tillsätts till glukosderivatet innan det delas upp i två trekolföreningar. Dessa omvandlas till två molekyler av pyruvat, 2 NADH och fyra ATP för en nettovinst på två ATP.

Det andra steget av cellulär andning, övergång eller broreaktion, får mindre uppmärksamhet än resten av cellulär andning. Som namnet antyder skulle det emellertid inte finnas något sätt att komma från glykolys till de aeroba reaktionerna bortom utan det.

I denna reaktion, som inträffar i mitokondrierna, omvandlas de två pyruvatmolekylerna från glykolys till två molekyler acetylkoenzym A (acetyl CoA) med två molekyler CO₂ produceras som metaboliskt avfall. Ingen ATP produceras.

De Krebs cyklar genererar inte mycket energi (två ATP), men genom att kombinera tvåkolmolekylen acetyl CoA med fyrkolmolekylen oxaloacetat och cykla den resulterande produkten genom en serie övergångar som trimmar molekylen tillbaka till oxaloacetat, genererar den åtta NADH och två FADH₂, en annan elektronbärare (fyra NADH och en FADH₂ per glukosmolekyl som kommer in i cellulär andning vid glykolys).

Dessa molekyler behövs för elektron transport kedjaoch under sin syntes fyra ytterligare CO₂ molekyler kastas från cellen som avfall.

Det fjärde och sista steget i cellulär andning är där den huvudsakliga energin "skapas" görs. Elektronerna som bärs av NADH och FADH₂ dras från dessa molekyler av enzymer i mitokondriellt membran och används för att driva en process som kallas oxidativ fosforylering, varvid en elektrokemisk gradient drivs av frigöringen av de ovannämnda elektronerna driver tillsatsen av fosfatmolekyler till ADP för att producera ATP.

Syre krävs för detta steg, eftersom det är den slutliga elektronacceptorn i kedjan. Detta skapar H₂O, så detta steg är där vattnet i cellandningsekvationen kommer ifrån.

Sammantaget genereras 32 till 34 ATP-molekyler i detta steg, beroende på hur energiutbytet summeras. Således cellulär andning ger totalt 36 till 38 ATP: 2 + 2 + (32 eller 34).