Зміст
- Короткий огляд
- Енергія зберігається у фосфатних облігаціях АТФ
- Гліколіз готує шлях до окислення
- Місцезнаходження
- Цикл лимонної кислоти Кребса виробляє донори електронів
- Електронна транспортна ланцюг виробляє більшість молекул АТФ
- Клітинне дихання у людей - це просте поняття зі складними процесами
Мета клітинного дихання - перетворення глюкози з їжі в енергію.
Клітини розщеплюють глюкозу в серії складних хімічних реакцій і поєднують продукти реакції з киснем для зберігання енергії аденозинтрифосфат (АТФ) молекул. Молекули АТФ використовуються для живлення клітинних функцій і виступають універсальним джерелом енергії для живих організмів.
Короткий огляд
Клітинне дихання у людини починається в травній та дихальній системах. Їжа перетравлюється в кишечнику і перетворюється на глюкозу. Кисень абсорбується в легенях і зберігається в еритроцитах. Глюкоза і кисень потрапляють в організм через кровоносну систему, щоб дістатися до клітин, які потребують енергії.
Клітини використовують глюкозу та кисень із кровоносної системи для виробництва енергії. Вони доставляють відходи, вуглекислий газ, до еритроцитів, а вуглекислий газ потрапляє в атмосферу через легені.
Хоча травна, дихальна та кровоносна системи відіграють головну роль у диханні людини, дихання на клітинному рівні відбувається всередині клітин і в мітохондрії клітин. Процес можна розділити на три чіткі етапи:
У загальній реакції клітинного дихання кожна молекула глюкози виробляє 36 або 38 молекул АТФ, залежно від типу клітини. Клітинне дихання людини - це безперервний процес і вимагає постійного постачання кисню. За відсутності кисню процес клітинного дихання припиняється при гліколізі.
Енергія зберігається у фосфатних облігаціях АТФ
Мета клітинного дихання - виробляти молекули АТФ через окислення глюкози.
Наприклад, формулою клітинного дихання для отримання 36 молекул АТФ з молекули глюкози є С6Н12О6 + 6О2 = 6CO2 + 6Н2Енергія O + (36ATP молекул). Молекули АТФ зберігають енергію в своїх трьох зв'язки фосфатної групи.
Енергія, що виробляється клітиною, зберігається у зв’язку третьої фосфатної групи, яка додається до молекул АТФ під час процесу клітинного дихання. Коли енергія потрібна, третій фосфатний зв’язок розривається і використовується для хімічних реакцій клітин. An аденозиндифосфат (АДФ) залишається молекула з двома фосфатними групами.
Під час клітинного дихання енергія від процесу окислення використовується для зміни молекули АДФ назад до АТФ шляхом додавання третьої фосфатної групи. Потім молекула АТФ знову готова розірвати цю третю зв’язок, щоб звільнити енергію для використання клітини.
Гліколіз готує шлях до окислення
При гліколізі молекула глюкози з шести вуглецю розщеплюється на дві частини, утворюючи дві піруват молекули в серії реакцій. Після того як молекула глюкози потрапляє в клітину, дві її три вуглецеві половинки отримують дві фосфатні групи в два окремі етапи.
По-перше, дві молекули АТФ фосфорилат дві половини молекули глюкози, додаючи до кожної фосфатну групу. Потім ферменти додають ще одну фосфатну групу до кожної з половин молекули глюкози, в результаті чого утворюються дві половини молекули три вуглецю, кожна з яких має дві фосфатні групи.
У двох заключних та паралельних рядах реакцій дві фосфорильовані три вуглецеві половинки вихідної молекули глюкози втрачають фосфатні групи, утворюючи дві молекули пірувату. Остаточне розщеплення молекули глюкози звільняє енергію, яку використовують для додавання фосфатних груп до молекул АДФ та формування АТФ.
Кожна половина молекули глюкози втрачає дві свої фосфатні групи та виробляє молекулу пірувату та дві молекули АТФ.
Місцезнаходження
Гліколіз відбувається в цитозолі клітини, але решта клітинного дихального процесу переміщується в мітохондрії. Для гліколізу не потрібен кисень, але як тільки піруват перемістився в мітохондрії, кисень необхідний для всіх подальших етапів.
Мітохондрії - це енергетичні заводи, які пропускають кисень і піруват через їх зовнішню мембрану, а потім випускають продукти реакції вуглекислого газу та АТФ назад у клітину та в кровоносну систему.
Цикл лимонної кислоти Кребса виробляє донори електронів
Цикл лимонної кислоти - це серія кругових хімічних реакцій, яка породжує НАДН та ФАДГ2 молекули. Ці дві сполуки вступають на наступну стадію клітинного дихання електронний транспортний ланцюг, і здати початкові електрони, що використовуються в ланцюзі. Отриманий НАД+ і сполуки FAD повертаються в цикл лимонної кислоти, щоб змінити їх початкові НАДН і ФАДХ2 форми та переробляються.
Коли молекули тривуглецевого пірувату потрапляють в мітохондрії, вони втрачають одну зі своїх молекул вуглецю, утворюючи вуглекислий газ і двовуглецеві сполуки. Цей продукт реакції згодом окислюється та приєднується до кофермент А утворити два ацетил КоА молекули. Протягом циклу лимонної кислоти вуглецеві сполуки з’єднуються з чотиривуглецевою сполукою для отримання шестивуглецевого цитрату.
У серії реакцій цитрат виділяє два атоми вуглецю у вигляді діоксиду вуглецю і утворює 3 НАДГ, 1 АТФ і 1 ФАДХ2 молекули. В кінці процесу цикл відновлює первинну чотиривуглецеву сполуку і починається знову. Реакції відбуваються у внутрішніх місцях мітохондрій та НАДГ та ФАДХ2 Потім молекули беруть участь у ланцюзі транспорту електронів на внутрішній мембрані мітохондрій.
Електронна транспортна ланцюг виробляє більшість молекул АТФ
Електронний ланцюг транспорту складається з чотирьох білкові комплекси розташований на внутрішній мембрані мітохондрій. NADH дарує електрони першому білковому комплексу, тоді як FADH2 віддає свої електрони другому білковому комплексу. Білкові комплекси пропускають електрони вниз по транспортному ланцюгу в серії відновлення-окислення або окислювально-відновний реакції.
Енергія вивільняється під час кожного окислювально-відновного етапу, і кожен білковий комплекс використовує її для перекачування протони через мітохондріальну мембрану в міжмембранний простір між внутрішньою та зовнішньою мембранами. Електрони проходять до четвертого і остаточного білкового комплексу, де молекули кисню виступають як кінцеві акцептори електронів. Два атоми водню поєднуються з атомом кисню, утворюючи молекули води.
Зі збільшенням концентрації протонів за межами внутрішньої мембрани a енергетичний градієнт встановлюється, прагнучи залучати протони назад через мембрану в бік, який має нижчу концентрацію протона. Фермент внутрішньої мембрани, що називається АТФ-синтаза пропонує протонам проходити назад через внутрішню мембрану.
Коли протони проходять через АТФ-синтазу, фермент використовує енергію протона для зміни АДФ на АТФ, зберігаючи енергію протона з ланцюга транспорту електронів у молекулах АТФ.
Клітинне дихання у людей - це просте поняття зі складними процесами
До складних біологічних та хімічних процесів, що створюють дихання на клітинному рівні, залучаються ферменти, протонні насоси та білки, що взаємодіють на молекулярному рівні дуже складними способами. Хоча надходження глюкози та кисню є простими речовинами, ферменти та білки - ні.
Огляд гліколізу, циклу Кребса або лимонної кислоти та ланцюга передачі електронів допомагає продемонструвати, як клітинне дихання працює на базовому рівні, але реальна робота цих стадій набагато складніша.
Описати процес клітинного дихання простіше на концептуальному рівні. Організм приймає поживні речовини та кисень та розподіляє глюкозу в їжі та кисень окремим клітинам за потребою. Клітини окислюють молекули глюкози для отримання хімічної енергії, вуглекислого газу та води.
Енергія використовується для додавання третьої фосфатної групи до молекули АДФ з утворенням АТФ, а вуглекислий газ виводиться через легені. Енергія АТФ з третього фосфатного зв'язку використовується для живлення інших функцій клітин. Ось як клітинне дихання є основою для всіх інших видів діяльності людини.