Oddychanie komórkowe
Oddychanie komórkowe jest tym, co komórki robią, aby rozbić cukry i uzyskać energię, którą mogą wykorzystać. Oddychanie komórkowe pochłania żywność i wykorzystuje ją do tworzenia ATP, substancji chemicznej, którą komórka wykorzystuje do uzyskania energii.
Zazwyczaj proces ten wykorzystuje tlen i nazywa się oddychaniem aerobowym. Ma on cztery etapy znane jako glikoliza, reakcja Link, cykl Krebsa i łańcuch transportu elektronów. Wytwarza on ATP, który dostarcza energię potrzebną komórkom do pracy.
Kiedy nie otrzymują wystarczającej ilości tlenu, komórki używają beztlenowego oddychania, które nie wymaga tlenu. Jednak proces ten powoduje wytwarzanie kwasu mlekowego i nie jest tak efektywny jak w przypadku użycia tlenu.
Oddychanie tlenowe, czyli proces, który wykorzystuje tlen, wytwarza o wiele więcej energii i nie produkuje kwasu mlekowego. Wytwarza również dwutlenek węgla jako produkt odpadowy, który następnie trafia do układu krążenia. Dwutlenek węgla trafia do płuc, gdzie jest wymieniany na tlen.
Uproszczony wzór na aerobowe oddychanie komórkowe jest:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energia (jako ATP)
Słowem na to jest równanie:
Glukoza (cukier) + Tlen → Dwutlenek węgla + Woda + Energia (jako ATP)
Aerobowe oddychanie komórkowe ma cztery etapy. Każdy z nich jest ważny i nie mógłby się zdarzyć bez tego, który ma miejsce przed nim. Etapy aerobicznego oddychania komórkowego są:
Glikoliza
W glikolizy, glukoza w cytoplazmie jest rozbijana na dwie cząsteczki pirogronianu. Dziesięć enzymów jest potrzebnych dla dziesięciu związków pośrednich w tym procesie.
- Dwa bogate w energię ATP rozpoczynają proces.
- Na końcu są dwie pirogranulatowe molekuły, plus
- Poziom substratu - Cztery cząsteczki ATP są wykonane w reakcji numer 7 i 10.
- W komórkach wykorzystujących tlen pirogronian jest wykorzystywany w drugim procesie, cyklu Krebsa, który produkuje więcej cząsteczek ATP.
Wydajność cyklu
Podręczniki biologii często podają, że na jedną utlenioną cząsteczkę glukozy można utworzyć 38 cząsteczek ATP podczas oddychania komórkowego (dwie z glikolizy, dwie z cyklu Krebsa i około 34 z łańcucha transportu elektronów). Jednak w rzeczywistości proces ten wytwarza mniej energii (ATP) z powodu strat przez nieszczelne membrany. Szacuje się, że od 29 do 30 ATP na glukozę.
Metabolizm aerobowy jest około (patrz zdanie powyżej) 15 razy bardziej efektywny niż metabolizm beztlenowy. Metabolizm beztlenowy daje 2 mol ATP na 1 mol glukozy. Dzielą one początkową ścieżkę glikolizy, ale metabolizm tlenowy kontynuowany jest w cyklu Krebsa i fosforylacji oksydacyjnej. Reakcje postglikolityczne zachodzą w mitochondriach w komórkach eukariotycznych, a w cytoplazmie w komórkach prokariotycznych.
Reakcja na połączenie
Pyruwat z glikolizy jest aktywnie pompowany do mitochondriów. Z pirogronianu usuwana jest jedna cząsteczka dwutlenku węgla i jedna cząsteczka wodoru (zwana dekarboksylacją oksydacyjną) w celu wytworzenia grupy acetylowej, która łączy się z enzymem zwanym CoA w celu utworzenia acetylowego CoA. Jest to niezbędne dla cyklu Krebsa.
Cykl Krebsa
Acetyl CoA łączy się z octanem szczawiowym tworząc związek z sześcioma atomami węgla. Jest to pierwszy krok w ciągle powtarzającym się cyklu Krebsa. Ponieważ z każdej cząsteczki glukozy produkowane są dwie cząsteczki acetylo-CoA, wymagane są dwa cykle na cząsteczkę glukozy. Dlatego pod koniec dwóch cykli produktami są: dwa ATP, sześć NADH, dwa FADH i cztery CO2. ATP jest molekułą, która przenosi energię w postaci chemicznej do wykorzystania w innych procesach komórkowych. Proces ten znany jest również jako cykl TCA (cykl kwasu trikarboksylowego (try-car-box-ILL-ick)), cykl kwasu cytrynowego, lub cykl Krebsa po biochemiku, który wyjaśnił swoje reakcje.
Łańcuch transportu elektronicznego (ETC)
To właśnie tutaj powstaje większość ATP. Wszystkie cząsteczki wodoru, które zostały usunięte w poprzednich etapach (cykl Krebsa, reakcja Link) są pompowane wewnątrz mitochondriów z wykorzystaniem energii, którą uwalniają elektrony. Ostatecznie, elektrony zasilające pompowanie wodoru do mitochondriów mieszają się z wodorem i tlenem tworząc wodę i cząsteczki wodoru przestają być pompowane.
Ostatecznie wodór wraca do cytoplazmy mitochondriów poprzez kanały białkowe. Podczas przepływu wodoru, ATP jest wytwarzany z jonów ADP i fosforanowych.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest oddychanie komórkowe?
O: Oddychanie komórkowe to proces, w którym komórki rozkładają cukry i uzyskują energię, którą mogą wykorzystać. Pobiera pokarm i wykorzystuje go do wytworzenia ATP, związku chemicznego, który komórka wykorzystuje do produkcji energii.
P: Jakie są dwa rodzaje oddychania?
O: Dwa rodzaje oddychania to oddychanie tlenowe i oddychanie beztlenowe. Oddychanie tlenowe wykorzystuje tlen i wytwarza więcej energii niż oddychanie beztlenowe, ale nie wytwarza kwasu mlekowego. Oddychanie beztlenowe nie wykorzystuje tlenu, ale wytwarza kwas mlekowy.
P: Jaki jest wzór na oddychanie komórkowe tlenowe?
O: Wzór na tlenowe oddychanie komórkowe to C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energia (jako ATP). Równanie słowne brzmi: Glukoza (cukier) + tlen → dwutlenek węgla + woda + energia (jako ATP).
P: Ile etapów ma tlenowe oddychanie komórkowe?
O: Tlenowe oddychanie komórkowe składa się z czterech etapów - glikolizy, reakcji Link, cyklu Krebsa i łańcucha transportu elektronów - każdy z nich jest ważny i nie mógłby zachodzić bez poprzedniego.
P: Co się dzieje z dwutlenkiem węgla powstałym podczas tlenowego oddychania komórkowego?
O: Dwutlenek węgla powstający podczas tlenowego oddychania komórkowego dostaje się do układu krążenia, skąd wędruje do płuc, gdzie jest wymieniany na tlen.
P: Jaki rodzaj odpadów powstaje w procesie oddychania beztlenowego?
O: W wyniku oddychania beztlenowego powstaje kwas mlekowy, natomiast w wyniku oddychania tlenowego powstaje dwutlenek węgla.
