Κυτταρική αναπνοή
Η κυτταρική αναπνοή είναι αυτό που κάνουν τα κύτταρα για να διασπάσουν τα σάκχαρα ώστε να πάρουν ενέργεια που μπορούν να χρησιμοποιήσουν. Η κυτταρική αναπνοή λαμβάνει τροφή και τη χρησιμοποιεί για να δημιουργήσει ΑΤΡ, μια χημική ουσία την οποία το κύτταρο χρησιμοποιεί για ενέργεια.
Συνήθως, η διαδικασία αυτή χρησιμοποιεί οξυγόνο και ονομάζεται αερόβια αναπνοή. Έχει τέσσερα στάδια γνωστά ως γλυκόλυση, αντίδραση Link, κύκλος Krebs και αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Έτσι παράγεται ΑΤΡ, το οποίο παρέχει την ενέργεια που χρειάζονται τα κύτταρα για να κάνουν έργο.
Όταν δεν λαμβάνουν αρκετό οξυγόνο, τα κύτταρα χρησιμοποιούν την αναερόβια αναπνοή, η οποία δεν απαιτεί οξυγόνο. Ωστόσο, η διαδικασία αυτή παράγει γαλακτικό οξύ και δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο όταν χρησιμοποιείται οξυγόνο.
Η αερόβια αναπνοή, η διαδικασία που χρησιμοποιεί οξυγόνο, παράγει πολύ περισσότερη ενέργεια και δεν παράγει γαλακτικό οξύ. Παράγει επίσης διοξείδιο του άνθρακα ως απόβλητο προϊόν, το οποίο στη συνέχεια εισέρχεται στο κυκλοφορικό σύστημα. Το διοξείδιο του άνθρακα μεταφέρεται στους πνεύμονες, όπου ανταλλάσσεται με οξυγόνο.
Ο απλοποιημένος τύπος για την αερόβια κυτταρική αναπνοή είναι:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Ενέργεια (ως ΑΤΡ)
Η εξίσωση των λέξεων γι' αυτό είναι:
Γλυκόζη (σάκχαρο) + Οξυγόνο → Διοξείδιο του άνθρακα + Νερό + Ενέργεια (ως ΑΤΡ)
Η αερόβια κυτταρική αναπνοή έχει τέσσερα στάδια. Το καθένα είναι σημαντικό και δεν θα μπορούσε να συμβεί χωρίς το προηγούμενο. Τα στάδια της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής είναι τα εξής:
Γλυκόλυση
Στη γλυκόλυση, η γλυκόζη στο κυτταρόπλασμα διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού. Δέκα ένζυμα απαιτούνται για τις δέκα ενδιάμεσες ενώσεις αυτής της διαδικασίας.
- Δύο πλούσια σε ενέργεια ΑΤΡ ξεκινούν τη διαδικασία.
- Στο τέλος υπάρχουν δύο μόρια πυροσταφυλικού, καθώς και
- Επίπεδο υποστρώματος - Τέσσερα μόρια ΑΤΡ παράγονται στις αντιδράσεις 7 & 10
- Στα κύτταρα που χρησιμοποιούν οξυγόνο, το πυροσταφυλικό χρησιμοποιείται σε μια δεύτερη διαδικασία, τον κύκλο Krebs, ο οποίος παράγει περισσότερα μόρια ΑΤΡ.
Παραγωγικότητα του κύκλου
Τα εγχειρίδια της βιολογίας συχνά αναφέρουν ότι ανά οξειδωμένο μόριο γλυκόζης μπορούν να παραχθούν 38 μόρια ΑΤΡ κατά την κυτταρική αναπνοή (δύο από τη γλυκόλυση, δύο από τον κύκλο του Krebs και περίπου 34 από την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων). Ωστόσο, η διαδικασία παράγει στην πραγματικότητα λιγότερη ενέργεια (ΑΤΡ) λόγω των απωλειών μέσω των μεμβρανών που παρουσιάζουν διαρροή. Οι εκτιμήσεις είναι 29 έως 30 ΑΤΡ ανά γλυκόζη.
Ο αερόβιος μεταβολισμός είναι περίπου (βλ. παραπάνω πρόταση) 15 φορές πιο αποτελεσματικός από τον αναερόβιο μεταβολισμό. Ο αναερόβιος μεταβολισμός αποδίδει 2 mol ATP ανά 1 mol γλυκόζης. Μοιράζονται την αρχική οδό της γλυκόλυσης, αλλά ο αερόβιος μεταβολισμός συνεχίζεται με τον κύκλο του Krebs και την οξειδωτική φωσφορυλίωση. Οι μεταγλυκολυτικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στα μιτοχόνδρια στα ευκαρυωτικά κύτταρα και στο κυτταρόπλασμα στα προκαρυωτικά κύτταρα.
Αντίδραση συνδέσμου
Το πυροσταφυλικό από τη γλυκόλυση αντλείται ενεργά στα μιτοχόνδρια. Ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα και ένα μόριο υδρογόνου απομακρύνονται από το πυροσταφυλικό (ονομάζεται οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση) για να παραχθεί μια ομάδα ακετυλίου, η οποία ενώνεται με ένα ένζυμο που ονομάζεται CoA για να σχηματιστεί το ακετυλο CoA. Αυτό είναι απαραίτητο για τον κύκλο του Krebs.
Κύκλος του Krebs
Το Acetyl CoA ενώνεται με το oxaloacetate για να σχηματίσει μια ένωση με έξι άτομα άνθρακα. Αυτό είναι το πρώτο βήμα στον συνεχώς επαναλαμβανόμενο κύκλο Krebs. Επειδή από κάθε μόριο γλυκόζης παράγονται δύο μόρια ακετυλο-CoA, απαιτούνται δύο κύκλοι ανά μόριο γλυκόζης. Επομένως, στο τέλος των δύο κύκλων, τα προϊόντα είναι: δύο ATP, έξι NADH, δύο FADH και τέσσερα CO2. Το ΑΤΡ είναι ένα μόριο που μεταφέρει ενέργεια σε χημική μορφή για να χρησιμοποιηθεί σε άλλες διεργασίες του κυττάρου. Η διαδικασία αυτή είναι επίσης γνωστή ως κύκλος TCA (κύκλος του τρικαρβοξυλικού (try-car-box-ILL-ick) οξέος), κύκλος του κιτρικού οξέος ή κύκλος Krebs από τον βιοχημικό που διαλεύκανε τις αντιδράσεις του.
Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETC)
Εδώ παράγεται το μεγαλύτερο μέρος του ΑΤΡ. Όλα τα μόρια υδρογόνου που έχουν απομακρυνθεί στα προηγούμενα στάδια (κύκλος Krebs, αντίδραση Link) αντλούνται στο εσωτερικό των μιτοχονδρίων χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνουν τα ηλεκτρόνια. Τελικά, τα ηλεκτρόνια που τροφοδοτούν την άντληση του υδρογόνου μέσα στα μιτοχόνδρια αναμειγνύονται με λίγο υδρογόνο και οξυγόνο για να σχηματίσουν νερό και τα μόρια υδρογόνου σταματούν να αντλούνται.
Τελικά, το υδρογόνο ρέει πίσω στο κυτταρόπλασμα των μιτοχονδρίων μέσω πρωτεϊνικών καναλιών. Καθώς το υδρογόνο ρέει, παράγεται ΑΤΡ από ADP και φωσφορικά ιόντα.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι η κυτταρική αναπνοή;
A: Η κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για να διασπάσουν τα σάκχαρα και να πάρουν ενέργεια που μπορούν να χρησιμοποιήσουν. Λαμβάνει τροφή και τη χρησιμοποιεί για να δημιουργήσει ΑΤΡ, μια χημική ουσία την οποία το κύτταρο χρησιμοποιεί για ενέργεια.
Ερ: Ποιοι είναι οι δύο τύποι αναπνοής;
Α: Οι δύο τύποι αναπνοής είναι η αερόβια αναπνοή και η αναερόβια αναπνοή. Η αερόβια αναπνοή χρησιμοποιεί οξυγόνο και παράγει περισσότερη ενέργεια από την αναερόβια αναπνοή, αλλά δεν παράγει γαλακτικό οξύ. Η αναερόβια αναπνοή δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο, αλλά αντ' αυτού παράγει γαλακτικό οξύ.
Ερ: Ποιος είναι ο τύπος της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής;
Α: Ο τύπος για την αερόβια κυτταρική αναπνοή είναι: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Ενέργεια (ως ΑΤΡ). Η λεκτική εξίσωση γι' αυτό είναι: Γλυκόζη (σάκχαρο) + Οξυγόνο → Διοξείδιο του άνθρακα + Νερό + Ενέργεια (ως ΑΤΡ).
Ερ: Πόσα στάδια έχει η αερόβια κυτταρική αναπνοή;
Α: Η αερόβια κυτταρική αναπνοή έχει τέσσερα στάδια - τη γλυκόλυση, την αντίδραση Link, τον κύκλο Krebs και την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων - καθένα από τα οποία είναι σημαντικό και δεν θα μπορούσε να συμβεί χωρίς το προηγούμενο.
Ερ: Τι συμβαίνει με το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται κατά την αερόβια κυτταρική αναπνοή;
Α: Το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται κατά την αερόβια κυτταρική αναπνοή εισέρχεται στο κυκλοφορικό σύστημα όπου ταξιδεύει στους πνεύμονες όπου ανταλλάσσεται με οξυγόνο.
Ερ: Τι είδους απόβλητα παράγει η αναερόβια αναπνοή;
Α: Η αναερόβια αναπνοή παράγει γαλακτικό οξύ ως απόβλητο προϊόν, ενώ η αερόβια αναπνοή παράγει διοξείδιο του άνθρακα ως απόβλητο προϊόν.
