Съдържание
- Бърз преглед
- Енергията се съхранява в АТФ фосфатните връзки
- Гликолизата подготвя пътя за окисляване
- местоположение
- Цикълът на лимонена киселина Krebs произвежда донори на електрон
- Електронната транспортна верига произвежда по-голямата част от ATP молекулите
- Клетъчното дишане у хората е проста концепция със сложни процеси
Целта на клетъчното дишане е да превърне глюкозата от храната в енергия.
Клетките разграждат глюкозата в серия от сложни химични реакции и комбинират реакционните продукти с кислород, за да съхраняват енергия в аденозин трифосфат (ATP) молекули. АТФ молекулите се използват за захранване на клетъчната дейност и действат като универсален източник на енергия за живите организми.
Бърз преглед
Клетъчното дишане при хората започва в храносмилателната и дихателната система. Храната се усвоява в червата и се превръща в глюкоза. Кислородът се абсорбира в белите дробове и се съхранява в червените кръвни клетки. Глюкозата и кислородът пътуват в тялото през кръвоносната система, за да достигнат до клетки, които се нуждаят от енергия.
Клетките използват глюкозата и кислорода от кръвоносната система за производство на енергия. Те доставят отпадния продукт, въглероден диоксид, обратно в червените кръвни клетки и въглеродният диоксид се отделя в атмосферата през белите дробове.
Докато храносмилателната, дихателната и кръвоносната системи играят основна роля в дишането на човека, дишането на клетъчно ниво се извършва вътре в клетките и в митохондриите от клетките. Процесът може да бъде разделен на три различни стъпки:
В общата реакция на клетъчното дишане всяка глюкозна молекула произвежда 36 или 38 молекули АТФ, в зависимост от типа на клетката. Клетъчното дишане при хората е непрекъснат процес и изисква непрекъснато снабдяване с кислород. При липса на кислород процесът на клетъчно дишане спира при гликолиза.
Енергията се съхранява в АТФ фосфатните връзки
Целта на клетъчното дишане е да произвежда ATP молекули през окисляване на глюкоза.
Например, формулата за клетъчно дишане за производството на 36 ATP молекули от молекула глюкоза е С6Н12О6 + 6O2 = 6CO2 + 6Н2O + енергия (36ATP молекули). АТФ молекулите съхраняват енергия в трите си връзки на фосфатна група.
Енергията, произведена от клетката, се съхранява във връзката на третата фосфатна група, която се добавя към молекулите на АТФ по време на процеса на клетъчно дишане. Когато е необходима енергия, третата фосфатна връзка се прекъсва и се използва за химични реакции на клетките. Една аденозин дифосфат (ADP) молекула с две фосфатни групи се оставя.
По време на клетъчното дишане, енергията от процеса на окисляване се използва за промяна на молекулата ADP обратно в АТФ чрез добавяне на трета фосфатна група. След това ATP молекулата отново е готова да прекъсне тази трета връзка, за да освободи енергия за клетката, която да използва.
Гликолизата подготвя пътя за окисляване
При гликолиза, шест-въглеродна глюкозна молекула се разделя на две части, за да образува две пируват молекули в серия от реакции. След като молекулата на глюкозата навлиза в клетката, нейните две три въглеродни половини получават две фосфатни групи в два отделни етапа.
Първо, две ATP молекули фосфорилира двете половини на молекулата глюкоза, като към всяка от тях се добавя фосфатна група. След това ензимите добавят още една фосфатна група към всяка половина на глюкозната молекула, което води до две половини на три въглеродни молекули, всяка с две фосфатни групи.
В две крайни и паралелни серии от реакции, двете фосфорилирани три въглеродни половини от първоначалната глюкозна молекула губят своите фосфатни групи, за да образуват двете пируватни молекули. Крайното разделяне на молекулата глюкоза освобождава енергия, която се използва за добавяне на фосфатни групи към ADP молекулите и образуване на АТФ.
Всяка половина от молекулата на глюкозата губи двете си фосфатни групи и произвежда молекулата пируват и две молекули АТФ.
местоположение
Гликолизата се извършва в клетъчния цитозол, но останалата част от процеса на клетъчно дишане се премества в митохондриите, За гликолизата не е необходим кислород, но след като пируватът се е преместил в митохондриите, за всички следващи стъпки е необходим кислород.
Митохондриите са енергийните фабрики, които позволяват на кислорода и пирувата да влизат през външната им мембрана и след това дават възможност на реакционните продукти въглеродният диоксид и АТФ да излизат обратно в клетката и в кръвоносната система.
Цикълът на лимонена киселина Krebs произвежда донори на електрон
Цикълът на лимонената киселина е серия от кръгови химични реакции, които генерират NADH и FADH2 молекули. Тези две съединения влизат в следващия етап на клетъчното дишане електронна транспортна верига, и дарете началните електрони, използвани във веригата. Полученият NAD+ и FAD съединенията се връщат в цикъла на лимонената киселина, за да бъдат променени обратно до първоначалните си NADH и FADH2 форми и рециклирани.
Когато три-въглеродните пируватни молекули навлизат в митохондриите, те губят една от своите въглеродни молекули, за да образуват въглероден диоксид и дву въглеродно съединение. След това този реакционен продукт се окислява и се присъединява към коензим А да образуват две ацетил CoA молекули. По време на цикъла на лимонената киселина въглеродните съединения се свързват с четири въглеродно съединение, за да се получи шест въглероден цитрат.
В серия от реакции цитратът освобождава два въглеродни атома като въглероден диоксид и произвежда 3 NADH, 1 ATP и 1 FADH2 молекули. В края на процеса цикълът отново съставя първоначалното четири въглеродно съединение и започва отново. Реакциите се провеждат във вътрешността на митохондриите и NADH и FADH2 молекулите след това участват в електронно-транспортната верига на вътрешната мембрана на митохондриите.
Електронната транспортна верига произвежда по-голямата част от ATP молекулите
Електронната транспортна верига е съставена от четири протеинови комплекси разположени върху вътрешната мембрана на митохондриите. NADH дарява електрони за първия протеинов комплекс, докато FADH2 дава своите електрони на втория протеинов комплекс. Протеиновите комплекси преминават електроните надолу по транспортната верига в серия редукция-окисляване или редокс реакции.
Енергията се освобождава по време на всеки редокс етап и всеки протеинов комплекс го използва за изпомпване протони през митохондриалната мембрана в междумембранното пространство между вътрешната и външната мембрана. Електроните преминават към четвъртия и последен протеинов комплекс, където кислородните молекули действат като крайни приемници на електрон. Два водородни атома се комбинират с кислороден атом за образуване на водни молекули.
С увеличаването на концентрацията на протони извън вътрешната мембрана, а енергиен градиент е установено, има тенденция да привлича протоните обратно през мембраната към страната, която има по-ниската протонна концентрация. Ензим на вътрешната мембрана, наречен ATP синтаза предлага на протоните проход обратно през вътрешната мембрана.
Докато протоните преминават през АТФ синтаза, ензимът използва протонната енергия, за да промени ADP в ATP, съхранявайки протонната енергия от електронно-транспортната верига в молекулите на ATP.
Клетъчното дишане у хората е проста концепция със сложни процеси
Сложните биологични и химични процеси, които изграждат дишането на клетъчно ниво, включват ензими, протонови помпи и протеини, взаимодействащи на молекулно ниво по много сложни начини. Докато входът на глюкоза и кислород са прости вещества, ензимите и протеините не са.
Преглед на гликолизата, цикъла на Кребс или лимонена киселина и веригата за пренос на електрон помага да се покаже как клетъчното дишане работи на основно ниво, но реалната работа на тези етапи е много по-сложна.
За да се опише процесът на клетъчното дишане е по-просто на концептуално ниво. Организмът приема хранителни вещества и кислород и разпределя глюкозата в храната и кислорода в отделните клетки според нуждите. Клетките окисляват молекулите на глюкозата, за да произвеждат химическа енергия, въглероден диоксид и вода.
Енергията се използва за добавяне на трета фосфатна група към ADP молекула за образуване на АТФ и въглеродният диоксид се елиминира през белите дробове. АТФ енергия от третата фосфатна връзка се използва за захранване на други функции на клетките. Ето как клетъчното дишане е основа за всички други човешки дейности.