Причиною того, що ви їсте, є остаточно створити молекулу, яка називається АТФ (аденозинтрифосфат), щоб ваші клітини мали засоби, щоб забезпечити себе, а отже, і ви. І не випадково, причиною того, що ви дихаєте, є те, що кисень необхідний для отримання максимальної кількості клітинної енергії з попередників глюкоза молекули в цій їжі.
Процес, який клітини людини використовують для генерування АТФ, називається клітинним диханням. Це призводить до утворення від 36 до 38 АТФ на молекулу глюкози. Він складається з ряду стадій, починаючи з клітинної цитоплазми і рухаючись до мітохондрій, «електростанцій» еукаріотичних клітин. Два процеси, що продукують АТФ, можна розглядати як гліколіз (анаеробна частина) з подальшим аеробним диханням (частина, що вимагає кисню).
Що таке АТФ?
Хімічно АТФ є нуклеотид. Нуклеотиди також є будівельними блоками ДНК. Всі нуклеотиди складаються з п'ятивуглецевої цукрової частини, азотистої основи та однієї-трьох фосфатних груп. Основою може бути або аденін (A), цитозин (C), гуанін (G), тимін (T) або урацил (U). Як ви можете зрозуміти з його назви, основою в АТФ є аденін, і він містить три фосфатні групи.
Коли АТФ "побудований", його безпосереднім попередником є АДФ (аденозиндифосфат), яке саме походить від AMP (аденозинмонофосфат). Єдина різниця між ними - третя фосфатна група, приєднана до фосфатно-фосфатного «ланцюга» в АДФ. Відповідальний фермент називається АТФ-синтазою.
Коли клітина "витрачає" АТФ, ім'я реакції АТФ на АДФ - це гідроліз, оскільки вода використовується для розриву зв'язку між двома кінцевими фосфатними групами. Простим рівнянням для реформування АТФ з його родичів-нуклеотидів є ADP + Pi, або навіть AMP + 2 Pi. де Рi є неорганічним (тобто не приєднаним до молекули, що містить вуглець) фосфатом.
Клітинна енергія у еукаріотів: Клітинне дихання
Клітинне дихання відбувається лише у еукаріотів, які є багатоклітинною, більшою і складнішою відповіддю природи на одноклітинні прокаріоти. Люди належать до перших, тоді як бактерії заселяють других. Процес розгортається у чотири етапи: гліколіз, який також зустрічається у прокаріотів і не потребує кисню; мостова реакція; і два набори аеробного дихання, - Цикл Кребса та електронно-транспортний ланцюг.
Гліколіз
Для початку гліколізу молекула глюкози, яка дифундує в клітину через плазматичну мембрану, має фосфат, приєднаний до одного зі своїх атомів вуглецю. Потім він переставляється у молекулу фруктози, після чого друга фосфатна група приєднується до іншого атома вуглецю. Отримана подвійно фосфорильована шестивуглецева молекула розщеплюється на дві тривуглецеві молекули. Ця фаза коштує два АТФ.
Друга частина гліколізу протікає із перестановкою молекул з трьома вуглецями в ряд етапів піруват, тоді як тим часом додають два фосфати, а потім усі чотири видаляють і додають до АДФ з утворенням АТФ. Ця фаза виробляє чотири АТФ,що робить чистий вихід гліколізу двома АТФ.
Цикл Кребса
Мостова реакція в мітохондріях призводить до готовності молекули пірувату до дії, видаляючи один з її вуглецю та два кисню, отримуючи ацетат, який потім додають кофермент А з утворенням ацетил CoA.
Двовуглецевий ацетил КоА додають до молекули чотири вуглецю, оксалоацетату, для того, щоб реакції йшли. Отримана молекула з шести вуглеців з часом відновлюється до оксалоацетату (звідси "цикл" у заголовку; реагент - це також продукт). В процесі цього два АТФ і 10 молекул, відомих як носії електронів (вісім NADH і два FADH2) виробляються.
Електронний транспортний ланцюг
У заключній фазі клітинного дихання та другій аеробній фазі використовуються різні високоенергетичні носії електронів. Їхні електрони відбираються ферментами, вбудованими в мітохондріальну мембрану, і їх енергія є використовується для посилення додавання фосфатних груп до АДФ з утворенням АТФ - процесу, який називається окислювальним фосфорилювання. Зрештою, кисень є остаточним акцептором електронів.
Результат - 32-34 АТФ, що означає, що, додаючи два АТФ кожен з гліколізу та циклу Кребса, клітинне дихання виробляє від 36 до 38 АТФ на молекулу глюкози.