İnsanlarda Hücresel Solunum

Hücresel solunumun amacı, glikozu gıdadan enerjiye dönüştürmektir.

Hücreler, bir dizi karmaşık kimyasal reaksiyonda glikozu parçalar ve enerji depolamak için reaksiyon ürünlerini oksijenle birleştirir. adenozin trifosfat (ATP) molekülleri. ATP molekülleri, hücre aktivitelerine güç vermek ve canlı organizmalar için evrensel enerji kaynağı olarak hareket etmek için kullanılır.

Hücresel solunum insanlarda sindirim ve solunum sistemlerinde başlar. Yiyecekler bağırsaklarda sindirilir ve glikoza dönüştürülür. Oksijen akciğerlerde emilir ve kırmızı kan hücrelerinde depolanır. Glikoz ve oksijen, enerjiye ihtiyaç duyan hücrelere ulaşmak için dolaşım sistemi yoluyla vücuda girer.

Hücreler, enerji üretimi için dolaşım sisteminden gelen glikoz ve oksijeni kullanır. Atık ürün olan karbondioksiti kırmızı kan hücrelerine geri verirler ve karbondioksit akciğerler yoluyla atmosfere salınır.

Sindirim, solunum ve dolaşım sistemleri insan solunumunda önemli bir rol oynarken, hücresel düzeyde solunum hücrelerin içinde ve vücutta gerçekleşir.

• Glikoliz: Hücre, hücre sitozolündeki glikoz molekülünü böler.
  
• Krebs döngüsü (veya sitrik asit döngüsü): Bir dizi döngüsel reaksiyon, bir sonraki adımda kullanılan elektron donörlerini üretir ve mitokondride gerçekleşir.
• Elektron taşıma zinciri: ATP molekülleri üretmek için oksijen kullanan son reaksiyon dizisi mitokondrinin iç zarında gerçekleşir.

Genel hücresel solunum reaksiyonunda, her glikoz molekülü üretir 36 veya 38 ATP molekülü, hücre tipine bağlı olarak. İnsanlarda hücresel solunum sürekli bir süreçtir ve sürekli bir oksijen kaynağı gerektirir. Oksijen yokluğunda, hücresel solunum süreci glikolizde durur.

Hücre solunumunun amacı, solunum yoluyla ATP molekülleri üretmektir. oksidasyon glikoz.

Örneğin, bir glikoz molekülünden 36 ATP molekülünün üretilmesi için hücresel solunum formülü C'dir.₆H₁₂Ö₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + enerji (36ATP molekülü). ATP molekülleri enerjiyi üçünde depolar. fosfat grubu bağları.

Hücre tarafından üretilen enerji, hücresel solunum işlemi sırasında ATP moleküllerine eklenen üçüncü fosfat grubunun bağında depolanır. Enerjiye ihtiyaç duyulduğunda üçüncü fosfat bağı kırılır ve hücre kimyasal reaksiyonları için kullanılır. bir adenozin difosfat (ADP) molekülü iki fosfat grubu ile bırakılır.

Hücresel solunum sırasında, oksidasyon sürecinden gelen enerji, üçüncü bir fosfat grubu ekleyerek ADP molekülünü tekrar ATP'ye değiştirmek için kullanılır. ATP molekülü daha sonra hücrenin kullanması için enerjiyi serbest bırakmak için bu üçüncü bağı kırmaya hazırdır.

Glikolizde, altı karbonlu bir glikoz molekülü iki parçaya bölünür. pirüvat Moleküller bir dizi reaksiyonda. Glikoz molekülü hücreye girdikten sonra, iki üç karbonlu yarısının her biri iki ayrı adımda iki fosfat grubu alır.

İlk olarak, iki ATP molekülü fosforilat Her birine bir fosfat grubu ekleyerek glikoz molekülünün iki yarısı. Daha sonra enzimler, glikoz molekülünün her bir yarısına bir fosfat grubu daha ekleyerek, her biri iki fosfat grubuna sahip iki üç karbonlu molekül yarısı ile sonuçlanır.

İki nihai ve paralel reaksiyon dizisinde, orijinal glikoz molekülünün iki fosforile edilmiş üç karbonlu yarısı, iki piruvat molekülünü oluşturmak için fosfat gruplarını kaybeder. Glikoz molekülünün son bölünmesi, fosfat gruplarını ADP moleküllerine eklemek ve ATP oluşturmak için kullanılan enerjiyi serbest bırakır.

Glikoz molekülünün her bir yarısı iki fosfat grubunu kaybeder ve piruvat molekülü ile iki ATP molekülü üretir.

Glikoliz hücre sitozolünde gerçekleşir, ancak hücresel solunum sürecinin geri kalanı hücreye geçer. mitokondri. Glikoliz oksijen gerektirmez, ancak piruvat mitokondriye girdiğinde, diğer tüm adımlar için oksijen gerekir.

Mitokondri, oksijen ve piruvatın dış zarlarından girmesine izin veren enerji fabrikalarıdır ve daha sonra reaksiyon ürünleri karbondioksit ve ATP'nin hücreye geri dönmesine ve dolaşıma girmesine izin verin. sistem.

sitrik asit döngüsü NADH ve FADH üreten bir dizi dairesel kimyasal reaksiyondur.₂ moleküller. Bu iki bileşik, hücresel solunumun sonraki aşamasına girer, elektron taşıma zincirive zincirde kullanılan ilk elektronları bağışlayın. Ortaya çıkan NAD⁺ ve FAD bileşikleri, orijinal NADH ve FADH'lerine değiştirilmek üzere sitrik asit döngüsüne geri döndürülür.₂ formlar ve geri dönüşüm.

Üç karbonlu piruvat molekülleri mitokondriye girdiğinde, karbon moleküllerinden birini kaybederek karbondioksit ve iki karbonlu bir bileşik oluştururlar. Bu reaksiyon ürünü daha sonra oksitlenir ve koenzim A iki oluşturmak asetil CoA moleküller. Sitrik asit döngüsü boyunca, karbon bileşikleri, altı karbonlu bir sitrat üretmek için dört karbonlu bir bileşiğe bağlanır.

Bir dizi reaksiyonda sitrat, karbon dioksit olarak iki karbon atomunu serbest bırakır ve 3 NADH, 1 ATP ve 1 FADH üretir.₂ moleküller. Sürecin sonunda döngü, orijinal dört karbonlu bileşiği yeniden oluşturur ve yeniden başlar. Reaksiyonlar mitokondrinin iç kısmında gerçekleşir ve NADH ve FADH₂ moleküller daha sonra mitokondrinin iç zarındaki elektron taşıma zincirinde yer alır.

Elektron taşıma zinciri dört parçadan oluşur. protein kompleksleri mitokondrinin iç zarında bulunur. NADH elektronları ilk protein kompleksine bağışlarken FADH₂ elektronlarını ikinci protein kompleksine verir. Protein kompleksleri, elektronları bir dizi indirgeme-oksidasyon veya taşıma zincirinden aşağı geçirir. redoks reaksiyonlar.

Her redoks aşamasında enerji açığa çıkar ve her protein kompleksi onu pompalamak için kullanır. protonlar mitokondriyal zardan iç ve dış zarlar arasındaki zarlar arası boşluğa geçer. Elektronlar, oksijen moleküllerinin son elektron alıcıları olarak hareket ettiği dördüncü ve son protein kompleksine geçer. İki hidrojen atomu, su moleküllerini oluşturmak için bir oksijen atomu ile birleşir.

İç zarın dışındaki proton konsantrasyonu arttıkça, bir enerji gradyanı Protonları membran boyunca daha düşük proton konsantrasyonuna sahip olan tarafa çekmeye eğilimli olarak kurulur. adı verilen bir iç zar enzimi ATP sentaz protonlara iç zardan bir geçiş sağlar.

Protonlar ATP sentazından geçerken, enzim ADP'yi ATP'ye dönüştürmek için proton enerjisini kullanır ve proton enerjisini ATP moleküllerinde elektron taşıma zincirinden depolar.

Hücresel düzeyde solunumu oluşturan karmaşık biyolojik ve kimyasal süreçler, moleküler düzeyde çok karmaşık şekillerde etkileşime giren enzimleri, proton pompalarını ve proteinleri içerir. Glikoz ve oksijen girdileri basit maddeler iken, enzimler ve proteinler değildir.

Genel Bakış glikolizKrebs veya sitrik asit döngüsü ve elektron transfer zinciri, hücresel solunumun temel düzeyde nasıl çalıştığını göstermeye yardımcı olur, ancak bu aşamaların gerçek işleyişi çok daha karmaşıktır.

Hücresel solunum sürecini tanımlamak kavramsal düzeyde daha basittir. Vücut besinleri ve oksijeni alır ve gıdadaki glikozu ve oksijeni gerektiği gibi tek tek hücrelere dağıtır. Hücreler, kimyasal enerji, karbondioksit ve su üretmek için glikoz moleküllerini oksitler.

Enerji, ATP oluşturmak üzere bir ADP molekülüne üçüncü bir fosfat grubu eklemek için kullanılır ve karbondioksit akciğerler yoluyla elimine edilir. Üçüncü fosfat bağından gelen ATP enerjisi, diğer hücre işlevlerine güç sağlamak için kullanılır. Hücresel solunum, diğer tüm insan aktivitelerinin temelini bu şekilde oluşturur.