Hücreler, Hücresel Solunumla Serbest Bırakılan Enerjiyi Nasıl Yakalar?

Canlı organizmalar, bitkilerin, hayvanların ve diğer organizmaların enerji için kullandığı yiyecekleri ürettiği bir enerji zinciri oluşturur. Gıda üreten ana süreç, fotosentez bitkilerde bulunur ve besini enerjiye dönüştürmenin başlıca yöntemi hücresel solunumdur.

TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)

Hücreler tarafından kullanılan enerji aktaran molekül, ATP. Hücresel solunum süreci, ADP molekülünü enerjinin depolandığı ATP'ye dönüştürür. Bu, üç aşamalı glikoliz süreci, sitrik asit döngüsü ve elektron taşıma zinciri yoluyla gerçekleşir. Hücresel solunum, ATP molekülleri oluşturmak için glikozu böler ve oksitler.

Fotosentez sırasında bitkiler ışık enerjisini yakalar ve bunu bitki hücrelerinde kimyasal reaksiyonlara güç vermek için kullanır. Işık enerjisi, bitkilerin havadaki karbon dioksitten gelen karbonu sudan hidrojen ve oksijenle birleştirmesini sağlar. glikoz.

İçinde hücresel solunumHayvanlar gibi organizmalar glikoz içeren yiyecekleri yerler ve glikozu enerji, karbondioksit ve suya parçalar. Karbondioksit ve su organizmadan atılır ve enerji adı verilen bir molekülde depolanır.

Canlı organizmalar ya tek hücrelidir prokaryotlar veya ökaryotlartek hücreli veya çok hücreli olabilir. İkisi arasındaki temel fark, prokaryotların çekirdek veya hücre organelleri olmayan basit bir hücre yapısına sahip olmasıdır. Ökaryotların her zaman bir çekirdek ve daha karmaşık hücre süreçleri.

Her iki türden de tek hücreli organizmalar, enerji üretmek için çeşitli yöntemler kullanabilir ve birçoğu hücresel solunumu da kullanır. Gelişmiş bitki ve hayvanların tümü ökaryottur ve neredeyse yalnızca hücresel solunum kullanırlar. Bitkiler güneşten enerji elde etmek için fotosentez kullanır, ancak daha sonra bu enerjinin çoğunu glikoz şeklinde depolar.

Hem bitkiler hem de hayvanlar, fotosentezden üretilen glikozu enerji kaynağı olarak kullanır. enerji kaynağı.

Fotosentez glikoz üretir, ancak glikoz sadece kimyasal enerjiyi depolamanın bir yoludur ve hücreler tarafından doğrudan kullanılamaz. Genel fotosentez süreci aşağıdaki formülle özetlenebilir:

6CO₂ + 12H₂O + ışık enerjisi → C₆H₁₂Ö₆ + 6O₂ + 6H₂Ö

Bitkiler dönüştürmek için fotosentez kullanır ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüştürürler ve kimyasal enerjiyi glikozda depolarlar. Depolanan enerjiyi kullanmak için ikinci bir işleme ihtiyaç vardır.

Hücresel solunum, glikozda depolanan kimyasal enerjiyi ATP molekülünde depolanan kimyasal enerjiye dönüştürür. ATP, tüm hücreler tarafından metabolizmalarını ve aktivitelerini güçlendirmek için kullanılır. Kas hücreleri, enerji için glikoz kullanan ancak önce onu ATP'ye dönüştüren hücre türleri arasındadır.

Hücresel solunum için genel kimyasal reaksiyon aşağıdaki gibidir:

C₆H₁₂Ö₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP molekülleri

Hücreler, ATP moleküllerinde depoladıkları enerjiyi üretirken glikozu karbondioksit ve suya ayırır. Daha sonra ATP enerjisini kas kasılması gibi aktiviteler için kullanırlar. Hücresel solunum sürecinin tamamı üç aşama.

Glikoz, altı karbon atomlu bir karbonhidrattır. olarak adlandırılan hücresel solunum sürecinin ilk aşamasında glikolizhücre, glikoz moleküllerini iki piruvat molekülüne veya üç karbonlu moleküllere ayırır. Süreci başlatmak için enerji gerekir, böylece hücrenin rezervlerinden iki ATP molekülü kullanılır.

Sürecin sonunda, iki piruvat molekülü oluşturulduğunda, enerji serbest bırakılır ve dört ATP molekülünde depolanır. Glikoliz, iki ATP molekülü kullanır ve işlenen her glikoz molekülü için dört tane üretir. Net kazanç iki ATP molekülüdür.

Glikoliz hücre sitoplazmasında başlar, ancak hücre solunum süreci esas olarak hücrede gerçekleşir. mitokondri. Enerji için glikoz kullanan hücre türleri, kan hücreleri gibi son derece özelleşmiş hücreler dışında, insan vücudundaki hemen hemen her hücreyi içerir.

Mitokondri, zarla çevrili küçük organellerdir ve ATP üreten hücre fabrikalarıdır. Pürüzsüz bir dış zara ve oldukça kıvrımlı bir yapıya sahiptirler. iç zar hücresel solunum reaksiyonlarının gerçekleştiği yerdir.

Reaksiyonlar önce mitokondrinin içinde, iç zar boyunca bir enerji gradyanı üretmek için gerçekleşir. Membranı içeren müteakip reaksiyonlar, ATP molekülleri oluşturmak için kullanılan enerjiyi üretir.

Glikoliz tarafından üretilen piruvat, hücresel solunumun son ürünü değildir. İkinci bir aşama, iki piruvat molekülünü, adı verilen başka bir ara maddeye işler. asetil CoA. asetil CoA girer sitrik asit döngüsü ve orijinal glikoz molekülündeki karbon atomları tamamen CO'ya dönüştürülür₂. sitrik asit kök geri dönüştürülür ve işlemi tekrarlamak için yeni bir asetil CoA molekülüne bağlanır.

Karbon atomlarının oksidasyonu, iki ATP molekülü daha üretir ve NAD enzimlerini dönüştürür.⁺ ve FAD için NADH ve FADH₂. Dönüştürülen enzimler, elektron taşıma zinciri için elektron donörleri olarak hareket ettikleri hücresel solunumun üçüncü ve son aşamasında kullanılır.

ATP molekülleri üretilen enerjinin bir kısmını yakalar, ancak kimyasal enerjinin çoğu NADH moleküllerinde kalır. Sitrik asit döngüsü reaksiyonları mitokondri içinde gerçekleşir.

elektron taşıma zinciri (VB) mitokondrinin iç zarında bulunan bir dizi bileşikten oluşur. NADH ve FADH'den elektronları kullanır₂ sitrik asit döngüsü tarafından protonları zar boyunca pompalamak için üretilen enzimler.

Bir reaksiyon zincirinde, NADH ve FADH'den gelen yüksek enerjili elektronlar₂ Her adımda daha düşük bir elektron enerjisi durumuna ve protonların zar boyunca pompalanmasına yol açan ETC bileşikleri serisinden geçirilir.

ETC reaksiyonlarının sonunda oksijen molekülleri elektronları kabul eder ve su moleküllerini oluşturur. Başlangıçta glikoz molekülünün bölünmesinden ve oksidasyonundan gelen elektron enerjisi, proton enerji gradyanı mitokondrinin iç zarı boyunca.

İç zar boyunca proton dengesizliği olduğu için, protonlar mitokondrinin içine geri yayılmak için bir kuvvet yaşarlar. denilen bir enzim ATP sentaz zara gömülüdür ve bir açıklık oluşturarak protonların zar boyunca geri hareket etmesine izin verir.

Protonlar ATP sentaz açıklığından geçtiğinde, enzim ATP molekülleri oluşturmak için protonlardan gelen enerjiyi kullanır. Hücresel solunumdan gelen enerjinin büyük kısmı bu aşamada yakalanır ve 32 ATP molekülünde depolanır.

ATP, bir adenin bazı ve üç fosfat grubu içeren karmaşık bir organik kimyasaldır. Enerji, fosfat gruplarını tutan bağlarda depolanır. Bir hücre enerjiye ihtiyaç duyduğunda, fosfat gruplarının bağlarından birini kırar ve kimyasal enerjiyi diğer hücre maddelerinde yeni bağlar oluşturmak için kullanır. ATP molekülü olur adenozin difosfat veya ADP.

Hücresel solunumda açığa çıkan enerji, ADP'ye bir fosfat grubu eklemek için kullanılır. Fosfat grubunun eklenmesi, glikolizden, sitrik asit döngüsünden ve ETC'den gelen büyük miktarda enerjiden gelen enerjiyi yakalar. Ortaya çıkan ATP molekülleri, organizma tarafından hareket, yiyecek arama ve üreme gibi faaliyetler için kullanılabilir.