Cykl oddychania komórkowego to połączenie różnych procesów metabolicznych w celu uzyskania energii ze składników odżywczych lub cząsteczek żywności. Wszystkie żywe organizmy, w tym bakterie, rośliny, zwierzęta, wykorzystują procesy oddychania komórkowego do produkcji energii. Tutaj opisujemy wszystkie możliwe aspekty dotyczące cyklu oddychania komórkowego.
W tym poście na blogu przyjrzymy się różnym aspektom oddychania komórkowego.
Co to jest oddychanie komórkowe?
Cykl oddychania komórkowego to połączenie niektórych procesów metabolicznych zachodzących w żywych komórkach, które przekształcają żywność lub składniki odżywcze w jednostki energii (ATP) i uwalniają z nich różne produkty uboczne.
Komórkowa formuła oddychania
Podstawowa formuła cyklu komórkowego oddychania (typowe oddychanie tlenowe) to:
Glukoza +6 wody → 6 dwutlenku węgla + 6 wody + 36-38 ATP
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + 36 lub 38 ATP
Równanie określa, że podczas oddychania komórkowego (w obecności cząsteczki tlenu) jedna cząsteczka glukozy spala się 6 cząsteczkami tlenu, aby wytworzyć 36-38 cząsteczek ATP jako jednostki energii. Reakcja uwalnia również 6 cząsteczek dwutlenku węgla i 6 cząsteczek wody jako produkty uboczne.
Schemat oddychania komórkowego
Na schemacie oddychania komórkowego widzimy, że istnieją 4 główne etapy, przez które wymagana energia komórki jest wytwarzana cyklicznie. Pierwszy krok Glikoliza zachodzi w cytoplazmie komórki, a pozostałe etapy zachodzą w mitochondrialnej macierzy komórki.
Cykl oddychania komórkowego od Wikimedia Commons
Reagenty oddychania komórkowego
Głównym reagentem w cyklu oddychania komórkowego są cząsteczki glukozy i tlenu.
W procesie oddychania komórkowego białka biorą udział w procesie oddychania, wytwarzając energię. Głównym reagentem w tym procesie jest cząsteczka tlenu. Tlen służy jako ostatnia cząsteczka akceptora elektronów podczas procesu fosforylacji oksydacyjnej.
Proces cyklu komórkowego oddychania
Proces oddychania komórkowego to połączenie różnych reakcji metabolicznych, w wyniku których cząsteczki glukozy ulegają rozkładowi.
Proces oddychania komórkowego (tlenowego) zazwyczaj składa się z czterech głównych etapów, aby wytworzyć większość energii. Kroki obejmują:
Glikoliza
Glikoliza to pierwszy krok w procesie oddychania komórkowego. W tym procesie 1 cząsteczka glukozy rozpada się na 2 cząsteczki kwasu pirogronowego lub pirogronianu. The Następuje proces glikolizy w cytoplazmie komórki.
Aby ułatwić ten proces, zaangażowanych jest dziesięć różnych reakcji. Enzymy biorące udział w szlaku glikolizy to heksokinaza, fosfoglukomutaza, fosfofruktokinaza, aldolaza, izomeraza triozowo-fosforanowa, dehydrogenaza gliceraldehydo-3-fosforanowa, fosfoglicerokinaza, fosfogliceromutaza, enolaza, kinaza pirogronianowa itp.
Podczas tego procesu 1 cząsteczka glukozy (6-węglowa) rozpada się na 2 cząsteczki pirogronianu (3-węglowe), uwalnia 2 cząsteczki ATP i 2 cząsteczki NADH jako produkty uboczne.
Glukoza (C₆H₁₂O₆) → Pirogronian (CH₃COCOOH) + 2 NADH + 2 ATP
Podczas całego procesu cząsteczki tlenu nie są potrzebne, dlatego glikoliza zachodzi zarówno w procesach oddychania tlenowego, jak i beztlenowego.
Proces ten został odkryty przez niemieckiego biochemika Gustava Embdena, Otto Meyerhofa i Jakuba Karola Parnasa i od ich nazwisk cały proces jest znany jako szlak Embdena-Meyerhofa-Parnasa lub szlak EMP.
Formacja acetylo-CoA
Po zakończeniu szlaku glikolizy pirogronian przekształca się w acetylo-CoA, który później uczestniczy w procesie cyklu Krebsa.
W tym procesie pirogronian utlenia się, tworząc dwuwęglową grupę acetylową. Następnie 2-węglowa grupa acetylowa wiąże się z koenzymem -A i wytwarza Acetylo-CoA.
Po glikolizie pirogronian wchodzi do mitochondriów, a reakcja tworzenia acetylo-CoA zachodzi w macierzy mitochondriów.
Ten proces tworzenia acetylo-CoA jest bardzo istotny w procesie oddychania komórkowego. Ponieważ tylko w tym procesie pirogronian przekształca się w acetylo-CoA, a acetylo-CoA jest jedynym składnikiem, który może przejść procedurę cyklu Krebsa.
Jest to również bardzo istotne, ponieważ dzięki temu procesowi pirogronian przechodzi przez błonę plazmatyczną i przedostaje się do macierzy mitochondrialnej z cytoplazmy komórki.
cykl Krebsa
Cykl Krebsa jest trzecim i najważniejszym etapem procesu oddychania komórkowego. Występuje tylko w środowisku tlenowym.
W przypadku oddychania beztlenowego po glikolizie pirogronian bezpośrednio rozkłada się i wytwarza organiczne produkty uboczne w celu uwolnienia energii.
W cyklu Krebsa acetylo-CoA pęka i po kilku reakcjach wytwarza 2 cząsteczki dwutlenku węgla, 1 GTP (lub ATP), 1 FADH2 i 3 cząsteczki NADH. Około 8 różnych enzymów jest zaangażowanych w ten proces, takich jak:
- Syntaza cytrynianowa
- Akonitaza
- Dehydrogenaza izocitratu
- α-ketoglutaran
- Syntetaza sukcynylo-CoA
- Dehydrogenaza bursztynianowa
- Fumaraza
- Dehydrogenaza jabłczanowa
W tym procesie kwas cytrynowy lub cytrynian jest wytwarzany jako pierwszy produkt reakcji. Dlatego cykl ten nazywany jest również cyklem kwasu cytrynowego.
Ponieważ cytrynian ma trzy grupy karboksylowe (-COOH), reakcja jest również znana jako cykl TCA lub cykl kwasu trikarboksylowego.
Łańcuch transportu elektronów
Jest to ostatni etap cyklu oddychania komórkowego, w którym ostatecznie większość energii uwalnia się po przeniesieniu elektronów za pośrednictwem białka błonowe w macierzy mitochondrialnej. Cząsteczki NADH, FADH2 przenoszą elektrony i uwalniają energię.
W procesie oddychania tlenowego cząsteczki tlenu działają jako ostatnia cząsteczka akceptora elektronów.
Wytwarza 36-38 ATP na cząsteczkę glukozy. Jest również znany jako proces fosforylacji oksydetywnej. W procesie oddychania beztlenowego grupy siarczanowe, azotanowe działają jako cząsteczki akceptorowe elektronów i wytwarzają mniej energii.
Typy cykli oddychania komórkowego
W zależności od obecności cząsteczki tlenu w środowisku możemy rozróżnić typy oddychania komórkowego.
W naturze występują dwa rodzaje oddychania komórkowego. Pierwszy to proces oddychania tlenowego, proces oddychania w obecności cząsteczki tlenu. Kolejny to oddychanie beztlenowe proces, w którym cząsteczki tlenu nie są potrzebne.
Rodzaje oddychania komórkowego
Istnieją różne warianty szlaków oddychania komórkowego, które umożliwiają komórkom wytwarzanie ATP, waluty energetycznej komórki. W tym artykule wyjaśniono różne rodzaje oddychania komórkowego. The poniższa tabela podsumowuje szczegóły typów szlaków oddychania komórkowego:
| Rodzaj oddychania komórkowego | substraty | Produkty | Wydajność ATP | Lokalizacja |
| Oddychanie aerobowe | glukoza, tlen | dwutlenek węgla, woda, ATP | 36-38 ATP | mitochondria |
| Oddychanie beztlenowe | Glukoza | Kwas mlekowy (u zwierząt) lub etanol i dwutlenek węgla (u roślin i drożdży), ATP | ATP 2 | Cytoplazma |
| Fermentacja | Glukoza | Kwas mlekowy (u zwierząt) lub etanol i dwutlenek węgla (u roślin i drożdży), ATP | ATP 2 | Cytoplazma |
Oddychanie aerobowe
Proces oddychania tlenowego jest najczęstszym procesem oddychania komórkowego, który występuje we wszystkich wielokomórkowych organizmach żywych, takich jak bakterie, grzyby, rośliny, zwierzęta itp.
W tym procesie w obecności cząsteczki tlenu zawartość cukru spala się i wytwarza energię dla komórki.
Cały proces składa się z czterech różnych etapów, takich jak glikoliza, tworzenie acetylo-CoA, cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna.
Po zakończeniu całego procesu wraz z 36-38 cząsteczkami ATP powstaje 6 cząsteczek dwutlenku węgla i 6 cząsteczek wody jako produkty końcowe.
Proces oddychania tlenowego od Wikimedia Commons
Glukoza +6 wody → 6 dwutlenku węgla + 6 wody + 36-38 ATP
C6H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + 36 lub 38 ATP
Oddychanie beztlenowe
Proces oddychania beztlenowego zachodzi głównie w niższych grupach organizmów, głównie w organizmach komórki prokariotyczne. Proces oddychania beztlenowego jest również znany jako proces fermentacji.
W tym procesie przy braku tlenu cząsteczki węglowodanów lub glukozy rozkładają się i wytwarzają niewielkie ilości energii (2ATP) wraz z niektórymi organicznymi produktami ubocznymi.
Ponieważ brakuje w nim cząsteczek tlenu, grupy nieorganiczne, takie jak grupy siarczanowe, azotanowe, służą jako akceptor elektronów i uwalniają część energii. W oddychanie beztlenowe znaleziono tylko procesy łańcucha glikolizy i transportu elektronów.
Zwykle występują dwa rodzaje procesu oddychania beztlenowego –
Fermentacja: proces beztlenowy, który zachodzi przy braku tlenu
Fermentacja jest procesem metabolicznym zachodzącym przy braku tlenu. Jest to szlak beztlenowy, który rozkłada glukozę na mniejsze cząsteczki.
To wytwarza energię w postaci ATP. Jest niezbędny dla organizmów niezdolnych do oddychania tlenowego z powodu braku tlenu.
Glukoza jest rozkładana poprzez glikolizę, która tworzy cząsteczki pirogronianu plus NADH. Bez tlenu cząsteczki pirogronianu przekształcają się w organizm w takie substancje, jak etanol lub kwas mlekowy.
NADH jest następnie ponownie przekształcany w NAD+, dzięki czemu może być ponownie użyty podczas glikolizy.
Fermentacja zachodzi również w mitochondriach. Te organelle mają enzymy i kofaktory niezbędne do zajścia szlaku metabolicznego.
Istnieje kilka reakcji chemicznych, które przekształcają pirogronian i wytwarzają energię.
Przykład:
- Ludzie używali fermentacji od tysięcy lat do produkcji napoje, takie jak piwo i wino.
- Komórki drożdży przeprowadzają fermentację alkoholową, aby napoje te miały niepowtarzalny zapach i smak, który jest pożądany.
- Produkcja ATP w oddychaniu komórkowym przekształca glukozę w energię jedno wiązanie chemiczne na raz.
Produkcja kwasu mlekowego
W pierwszej cząsteczka glukozy rozpada się i wytwarza pirogronian podczas etapu glikolizy, a następnie pirogronian przekształca się w kwas mlekowy i wytwarza energię.
C6H12O6 → C3H6O3 + energia (2ATP)
Fermentacja kwasu mlekowego z Wikimedia Commons
Fermentacja alkoholowa
W drugim typie procesu oddychania beztlenowego jedna cząsteczka glukozy rozpada się i wytwarza pirogronian podczas etapu glikolizy, a następnie pirogronian przekształca się w etanol i wytwarza energię wraz z cząsteczką dwutlenku węgla.
C6H12O6 → C2H5OH + CO2 + energia (2ATP)
Fermentacja alkoholowa od Wikimedia Commons
Aby dowiedzieć się więcej o procesie oddychania beztlenowego, przeczytaj nasz artykuł na temat 4+ Przykłady oddychania beztlenowego: szczegółowe wyjaśnienia
Produkty oddychania komórkowego
Oddychanie komórkowe to szlak metaboliczny, który obejmuje rozkład glukozy w celu wytworzenia energii w postaci ATP. Mówiąc prościej, jest to proces przekształcania energii zmagazynowanej w glukozie w użyteczną formę energii.
Produkty oddychania komórkowego są produktami końcowymi uzyskiwanymi po zakończeniu tego procesu.
Poniższa tabela przedstawia różne produkty Oddychania Komórkowego:
| Produkt | Lokalizacja produkcji | Funkcjonować |
| ATP | mitochondria | Dostarcza energii komórkom |
| Dwutlenek węgla | mitochondria | Produkt odpadowy metabolizmu, usuwany przez układ oddechowy |
| woda | mitochondria | Ważny dla utrzymania poziomu nawilżenia |
| NADH | Cytoplazma/Mitochondria | Działa jako nośnik elektronów do fosforylacji oksydacyjnej i syntezy ATP |
| FADH2 | mitochondria | Działa jako nośnik elektronów do fosforylacji oksydacyjnej i syntezy ATP |
| Pirogronian | Cytoplazma | Działa jako reagent w cyklu kwasu cytrynowego do produkcji ATP i tworzy mleczan podczas fermentacji |
| mleczan | Cytoplazma | Produkt odpadowy w trakcie fermentacji, usuwany przez wątrobę i nerki |
Cząsteczki ATP
Waluta energetyczna komórek jest syntetyzowana w procesie zwanym Oddychania komórkowego. To produkuje Cząsteczki trifosforanu adenozyny (ATP)..
ATP działa w celu magazynowania i przenoszenia energii we wszystkich żywych organizmach poprzez uwalnianie jednej grupy fosforanowej poprzez hydrolizę, tworząc difosforan adenozyny (ADP).
Cząsteczki ATP znajdują się wszędzie w komórce i są niezbędne do procesów metabolicznych, takich jak skurcze mięśni, przekazywanie impulsów nerwowych i reakcje chemiczne.
Organizm ludzki potrzebuje milionów cząsteczek ATP w każdej sekundzie, więc aktywna resynteza jest niezbędna.
Węglowodany i tłuszcze rozkładają się podczas oddychania komórkowego, tworząc cząsteczki ATP.
Glukoza przechodzi glikolizę, tworząc pirogronian, który przechodzi przez cykl Krebsa w celu wytworzenia nośników elektronicznych, które napędzają fosforylację oksydacyjną, wytwarzając ATP.
Funkcja NADH i FADH2 w oddychaniu komórkowym
NADH jest wytwarzany podczas glikolizy, a FADH2 jest generowany podczas cyklu Krebsa.
Obie cząsteczki pomagają tworzyć ATP w łańcuchu transportu elektronów, co jest niezbędne do funkcjonowania komórki.
| Produkt | Lokalizacja | Funkcjonować |
| NADH | Powstaje podczas glikolizy | Pomaga tworzyć ATP w łańcuchu transportu elektronów |
| FADH2 | Generowane podczas cyklu Krebsa | Pomaga tworzyć ATP w łańcuchu transportu elektronów |
Funkcja CO2 i H2O W oddychaniu komórkowym
Wydajność oddychania komórkowego dwutlenek węgla (CO2) i woda (H2O) jako jej produkty końcowe.
Glukoza jest rozkładana do tworzenia ATP, który jest następnie wykorzystywany jako energia w procesach komórkowych. Zatem, CO2 i H2O są uwalniane jako odpady.
- CO2 to bezwonny gaz, cięższy od powietrza, o kwaśnym smaku. Powstaje, gdy glukoza jest utleniana w mitochondriach komórkowych podczas oddychania.
- H2O, z drugiej strony, jest bezbarwną cieczą pełniącą ważne funkcje w organizmie - takie jak regulacja temperatury i usuwanie odpadów.
- Co ciekawe, fotosynteza działa odwrotnie do oddychania komórkowego. Rośliny biorą CO2 i H2Oi produkują glukozę i tlen.
Jak działa oddychanie komórkowe?
Cykl oddychania komórkowego jest bardzo skomplikowanym mechanizmem, dzięki któremu nasz organizm otrzymuje niezbędną energię z pożywienia, które przyjmujemy.
Proces rozpoczyna się, gdy żywy organizm pobiera pokarm. Składniki odżywcze z tego pożywienia są dzielone na mniejsze jednostki, takie jak glukoza i poprzez przepływ krwi, która dociera do każdej komórki ciała.
Następnie, gdy organizm oddycha i pobiera tlen, natleniona krew dociera również do każdej komórki ciała i rozpoczyna się proces oddychania komórkowego.
Kiedy rozpoczyna się w obecności tlenu, komórka rozkłada glukozę i próbuje wytworzyć energię za pomocą kilku enzymów biorących udział w tym procesie.
Cząsteczka glukozy przechodzi szlak glikolizy, który uwalnia niewielką ilość energii i przekształca się w pirogronian w cytoplazmie komórki.
Pirogronian następnie przenosi się do macierzy mitochondrialnej i jest utleniany, tworząc acetylo-CoA.
Następnie przechodzi cykl Krebsa i po procesach fosforylacji oksydacyjnej uwalnia duże ilości energii. Energia ta zostanie wykorzystana do każdej funkcji organizmu i tak działa proces oddychania komórkowego.
Jak długo trwa oddychanie komórkowe roślin?
Oddychanie komórkowe jest procesem bardzo szybkim, ale każda komórka kończy oddychanie w różnym czasie.
Komórka roślinna oddycha 24 godziny na dobę, ponieważ organizm stale potrzebuje energii. W zależności od typu komórki podstawowa komórka zazwyczaj kończy cykl oddychania komórkowego w ciągu milisekund.
Jak długo trwa oddychanie komórkowe u ludzi?
Cykl oddychania komórkowego jest bardzo szybkim procesem, ale każdy rodzaj komórki kończy oddychanie w różnym czasie.
Komórka oddycha 24 godziny na dobę. W zależności od typu komórki komórka wytwarza 10 milionów jednostek ATP na sekundę.
Proces oddychania zależy ściśle od typu komórki. Na przykład komórka mięśniowa szybciej kończy proces oddychania komórkowego niż komórka wątroby.
Jak długo trwa jeden cykl oddychania komórkowego?
Jak długo jeden cykl oddychania komórkowego trwa całkowicie zależy od typu tej konkretnej komórki.
Zazwyczaj komórka wykonuje jeden cykl oddychania komórkowego w ciągu milisekundy i wytwarza energię.
Produkt cyklu komórkowego oddychania
Główną funkcją cyklu oddychania komórkowego jest wytwarzanie energii ze składników odżywczych. Tak więc w obu procesach oddychania komórkowego uwalniane są cząsteczki energii.
W oddychanie aerobowe Proces wraz z cząsteczkami energii 6 cząsteczek dwutlenku węgla i 6 cząsteczek wody jest wytwarzanych jako produkty końcowe.
C6 H12O6 + 6O2 –> 6CO2 + 6H2O + energia (36 lub 38 ATP)
W procesie oddychania beztlenowego w procesie wytwarzania kwasu mlekowego wraz z energią cząsteczki kwasu mlekowego powstają jako końcowe produkty reakcji.
C6 H12O6 → C3H6O3 + energia (2ATP)
W procesie fermentacji alkoholowej, przy braku cząsteczek tlenu, jako końcowe produkty reakcji powstają wraz z energią cząsteczki etanolu i dwutlenku węgla.
C6 H12O6 → C2 H5OH + CO2 + energia (2ATP)
Aby dowiedzieć się więcej o fermentacji, przeczytaj nasz artykuł na temat Czy oddychanie beztlenowe fermentacji: co, dlaczego, szczegółowe fakty?
Ogólnie można powiedzieć, że proces oddychania komórkowego jest najważniejszym procesem metabolicznym dla energii organizmów żywych.
Tylko dzięki temu procesowi komórka rozkłada składniki odżywcze i przekształca je w jednostki energii ATP.
Tutaj omawiamy wszystkie możliwe aspekty dotyczące procesu oddychania komórkowego, w tym etapy, rodzaje i wiele innych. Rola procesu oddychania komórkowego w wytwarzaniu energii jest ogromna.
Oddychania komórkowego to proces rozkładania glukozy na energię. Obejmuje wiele reakcji w żywych komórkach, wytwarzając ATP (trifosforan adenozyny). Ta waluta energetyczna jest niezbędna do przetrwania i funkcjonowania organizmów.
Cykl oddychania komórkowego ma dwie ścieżki: tlenową i beztlenową. aerobic występuje z tlenem, z glikolizą, cyklem kwasu cytrynowego i fosforylacją oksydacyjną. Beztlenowy odbywa się bez tlenu.
Glikoliza rozkłada cząsteczkę glukozy na cząsteczki pirogronianu, które następnie przekształcają się w acetylo-CoA.
Cykl kwasu cytrynowego w matrix mitochondrium uwalnia elektrony. Te elektrony wytwarzają ATP poprzez fosforylację oksydacyjną.
Fermentacja produkuje również ATP przy braku tlenu. Dzieje się tak, gdy zewnętrzny akceptor elektronów nie jest dostępny na końcu łańcucha transportu elektronów.
Aby zoptymalizować oddychanie komórkowe, kluczem jest zrównoważenie glukozy i enzymów NAD + i FAD+. Ćwiczenia pobudzają biogenezę mitochondriów, zwiększając poziom NAD+.
Metaboliczny szlak oddychania komórkowego
Aby zrozumieć proces pozyskiwania energii z pożywienia, musimy zbadać szlak metaboliczny związany z oddychaniem komórkowym.
Wyjaśnienie
Szlak metaboliczny oddychania komórkowego można wyjaśnić za pomocą tabeli, która podkreśla jego różne etapy.
Istotne jest, aby pamiętać, że podczas oddychanie aeroboweglukoza ulega glikolizie, utlenianiu pirogronianu, cyklowi kwasu cytrynowego i fosforylacji oksydacyjnej, w wyniku której powstaje znaczna ilość ATP.
Natomiast przy braku tlenu oddychanie beztlenowe ma miejsce, a pirogronian jest przekształcany w produkty takie jak kwas mlekowy i etanol.
Glikoliza: pierwszy etap oddychania komórkowego
Glikoliza jest podstawowym trybem produkcji ATP i odbywa się w cytoplazmie poza mitochondriami.
Proces ten rozpoczyna się od rozbicia jednej cząsteczki glukozy na dwie cząsteczki pirogronianu.
Dziesięć enzymów wyzwala wiele reakcji, aby rozbić każdą cząsteczkę glukozy, a ponadto tworzy 2 cząsteczki ATP, 2 NADH+ i 2 cząsteczki kwasu pirogronowego. Następnie te produkty końcowe podążają większą liczbą ścieżek, aby uzyskać CO2 i H2O.
Utlenianie pirogronianu: drugi etap oddychania komórkowego
Cząsteczki pirogronianu utleniają się w druga faza oddychania komórkowego. To produkuje acetylo-CoA i generuje NADH.
Konwersja pirogronianu do acetylo-CoA
Ta sekcja mówi o przekształcaniu pirogronianu w acetylo-CoA, kluczową część oddychania komórkowego.
Transformacja odbywa się w mitochondriach, z udziałem enzymu tzw Dehydrogenaza pirogronianowa.
Pirogronian jest dekarboksylowany i utleniany, a jego moc jest magazynowana w Acetylo-CoA. Dobra funkcja tego szlaku pomaga tworzyć ATP i utrzymywać równowagę metaboliczną.
Zobacz tabelę dla kroków:
| Podłoże | Szybkość reakcji | Koenzymy | Produkty |
| Pirogronian | DekarboksylacjaUtlenianie | NAD+CoA-SHTPPLipoamid | Acetylo-CoACO2NADH+H+ |
Dehydrogenaza pirogronianowa potrzebuje rzeczy np ThiPunktem wyjścia jest to, że glukoza z pożywienia szybko zamienia się w energię.
Dla lepszego funkcjonowania jedz pokarmy z Witamina B1 i B2. Intensywne czynności lub post mogą powodować Dehydrogenaza pirogronianowa, aby spowolnić lub zatrzymać, więc staraj się unikać takich sytuacji, aby utrzymać zdrowy metabolizm komórkowy.
- Acetylo-CoA wpływa do cyklu kwasu cytrynowego, tworząc więcej ATP poprzez fosforylację oksydacyjną.
- Ten krok jest kluczowy, ponieważ pobiera energię z glukozy, która nie została wykorzystana podczas glikolizy.
- Pobierając elektrony z NAD+, utlenianie pirogronianu zmniejsza również poziomy NAD+, tworząc NADH.
- Co ciekawe, badania pokazują, że regulacja utleniania pirogronianu jest najwyższym priorytetem w przeprogramowaniu metabolicznym raka.
- Komórki nowotworowe mogą zużywać więcej pirogronianu do napędzania szybkiego wzrostu, co podkreśla jego znaczenie w funkcjach komórkowych.
Cykl kwasu cytrynowego: trzeci etap oddychania komórkowego
Cykl kwasu cytrynowego jest kluczowym szlakiem metabolicznym w trzecim etapie oddychania komórkowego.
Szlak ten obejmuje wiele reakcji chemicznych, które tworzą cząsteczki bogate w energię, takie jak NADH i FADH2.
Ponadto uwalnia również CO2 jako odpad. Cykl ten zlokalizowany jest w mitochondriach komórek eukariotycznych i następuje po glikolizie, a przed fosforylacją oksydacyjną.
Cykl rozpoczyna się, gdy wchodzi acetylo-coA, utworzony z pirogronianu przez dekarboksylację. Ta reakcja wydziela dwutlenek węgla i bogaty w energię NADH.
Ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób ta ścieżka pomaga przetrwać żywym organizmom. Znajomość szczegółów może pomóc nam dowiedzieć się, w jaki sposób nasze ciała wytwarzają energię z pożywienia.
Fosforylacja oksydacyjna: czwarty etap oddychania komórkowego
Fosforylacja oksydacyjna jest ostatnim etapem oddychania komórkowego. Wykorzystuje energię z nośników elektronów NADH i FADH2 do wytworzenia ATP, waluty energetycznej komórki.
Ten szlak metaboliczny odbywa się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Przepływ elektronów przez kompleksy pompuje jony wodoru do przestrzeń między membranami, tworząc gradient elektrochemiczny do syntezy ATP.
Niektóre bakterie i archeony wykorzystują różne akceptory i donory elektronów, takie jak związki żelaza i siarki zamiast tlenu. To pokazuje różnorodność szlaków metabolicznych w różnych organizmach.
Niezbędne jest zrozumienie fosforylacji oksydacyjnej. Wpływa na funkcje komórkowe i może być zmieniany przez czynniki takie jak choroby lub toksyny.
Znajomość tego procesu umożliwia tworzenie strategii leczenia chorób mitochondrialnych.
Aby zrozumieć oddychanie i jego szlaki, naukowcy muszą kontynuować badania i uczyć się.
Łańcuch transportu elektronów: część fosforylacji oksydacyjnej
Łańcuch transportu elektronów jest kluczowym elementem fosforylacji oksydacyjnej. Ten proces metaboliczny wytwarza ATP w żywych komórkach i odbywa się w mitochondriach. Jest to ostatni krok w serii reakcji.
Drugi pokazuje ich cel, takie jak przenoszenie elektronów lub pompowanie protonów. Trzecia uwaga, czy tworzą gradient elektrochemiczny, czy uwalniają energię.
Co więcej, chemiosmoza współpracuje z łańcuchami transportu elektronów, tworząc gradient.
To napędza syntezę ATP i wymaga zarówno środków utleniających, jak i redukujących, z tlenem jako końcowym akceptorem elektronów i wodą jako produktem ubocznym.
Cykl kwasu cytrynowego
Cykl kwasu trikarboksylowego (TCA) to seria reakcji chemicznych wykorzystywanych do oddychania przez większość organizmów tlenowych. Acetylo-CoA wytwarza cytrynian, który wytwarza ATP poprzez różne inne produkty pośrednie.
Cykl kwasu cytrynowego jest skomplikowany, ponieważ obejmuje różne etapy.
Tabela przedstawia wymagane kroki:
| Cel |
| Kondensacja |
| izomeryzacja |
| Utlenianie i dekarboksylacja |
| Fosforylacja na poziomie substratu |
| Odwodornienie |
| Uwodnienie |
| Utlenianie i dekarboksylacja |
- Głównym celem tego cyklu jest produkcja ATP. Ma również kluczowe znaczenie dla wielu procesów komórkowych, takich jak glukoneogeneza, synteza aminokwasów i biosynteza hemu.
- Glukoza dwukrotnie ulega oddychaniu, aby wytworzyć pirogronian i ponownie, aby wytworzyć ATP.
- Reakcje redoks zachodzą w cyklu, umożliwiając organizmom stopniowe pozyskiwanie energii z cząsteczek organicznych.
- Jeśli brakuje tlenu, cykl zatrzymuje się, ponieważ zależy od tlenu jako akceptora elektronów.
Łańcuch transportu elektronów i synteza ATP
Oddychanie komórkowe obejmuje uwalnianie energii i syntezę ATP poprzez fosforylację oksydacyjną.
Aby zrozumieć łańcuch transportu elektronów i syntezę ATP, musimy wziąć pod uwagę czynniki regulujące. Niektóre z nich to:
| Gradient protonów | Różnica potencjałów elektrycznych spowodowana różnicami stężenia protonów w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. |
| Cytochromy | Białka z kompleksem hemu zawierającego żelazo wykorzystywane do przenoszenia elektronów w łańcuchu transportu elektronów. |
| NADH i FADH2 | Cząsteczki zaangażowane w przenoszenie elektronów z cyklu kwasu cytrynowego do łańcucha transportu elektronów. |
| Syntaza ATP | Enzymy służą do generowania energii poprzez przekształcenie ADP + Pi w ATP. |
Produkcja ATP w oddychaniu komórkowym
Oddychanie komórkowe jest szlakiem metabolicznym, który prowadzi do produkcji ATP z glukozy.
Produkcja ATP w oddychaniu komórkowym zachodzi w szeregu etapów które obejmują konwersję glukozy i innych reagentów w cząsteczki ATP.
Poniższa tabela pokazuje Produkcja ATP w oddychaniu komórkowym:
| STAGE | Przetwarzanie | Lokalizacja | Wytwarzane ATP |
| Glikoliza | Częściowe utlenienie glukozy do pirogronianu | Cytoplazma | ATP 2 |
| Utlenianie pirogronianu | Konwersja pirogronianu do acetylo-CoA | Matryca mitochondrialna | ATP 0 |
| cykl Krebsa | Seria reakcji redoks | Matryca mitochondrialna | ATP 2 |
| Łańcuch transportu elektronów | Seria reakcji redoks z udziałem nośników elektronów | Wewnętrzna błona mitochondrialna | 28-32 ATP |
| Fermentacja | Beztlenowy proces produkcji ATP z glukozy | Cytoplazma | ATP 2 |
Syntaza ATP: kluczowy enzym zaangażowany w produkcję ATP
Enzym „Syntaza ATPjest kluczem do generowania ATP do oddychania komórkowego. To część procesu tzw fosforylacja oksydacyjna. Pomaga w konwersji ADP do ATP z uwolnionymi protonami H+.
Syntaza ATP ma specjalną strukturę, która zmienia się, gdy tworzy ATP. Kontroluje również równowagę energetyczną w komórkach, regulując gradient protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną.
Produkty końcowe oddychania komórkowego: dwutlenek węgla i woda
Oddychania komórkowego jest szlakiem metabolicznym zachodzącym w obecności tlenu. Wytwarza ATP, którego komórki potrzebują do funkcjonowania. Glukoza i tlen są przekształcane w dwutlenek węgla i wodę. W mitochondriach łańcuch transportu elektronów tworzy gradient protonów, który napędza syntezę ATP. Dwutlenek węgla jest następnie uwalniany z komórek i wydychany z płuc.
Woda powstaje, gdy elektrony przechodzą wzdłuż łańcucha transportu elektronów i reagują z tlenem. Proces ten nazywany jest fosforylacją oksydacyjną i zachodzi na wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Syntaza ATP wykorzystuje również gradient protonów do przyłączania grup fosforanowych do ADP i tworzenia ATP.
Oddychanie beztlenowe nie wytwarza wody, ponieważ nie ma tlenu. Niektóre bakterie zamiast tego używają cząsteczek takich jak siarczan lub azotan.
Możemy zoptymalizować nasze zdrowie, jedząc zdrową dietę i ćwicząc. Dzięki tym działaniom możemy zapewnić funkcjonowanie komórek i wytwarzanie ATP poprzez oddychanie komórkowe. Zapierające dech w piersiach, prawda?
Rola mitochondriów w oddychaniu komórkowym
mitochondria odgrywają kluczową rolę w procesie oddychania komórkowego, który obejmuje rozkład cząsteczek glukozy do wytworzenia ATP
Rola mitochondriów w oddychaniu komórkowym jest nie do przecenienia, ponieważ jest niezbędna do przeżycia komórki.
Mitochondria są pod tym względem wyjątkowe mają własne DNA i są zdolne do samoreplikacji. Jest to ważne dla sprawnego funkcjonowania komórki, ponieważ zapewnia wystarczającą ilość mitochondriów do przeprowadzenia oddychania komórkowego.
Dodatkowo mitochondria mają system podwójnej błony, który oddziela macierz mitochondrialną od przestrzeni międzybłonowej.
Enzymy odpowiedzialne za cykl kwasu cytrynowego znajdują się w macierzy mitochondrialnej, natomiast enzymy biorące udział w łańcuchu transportu elektronów zlokalizowane są w wewnętrznej błonie mitochondrialnej.
Błona mitochondrialna
Błona mitochondrialna jest niezbędna do oddychania komórkowego. Ma dwie warstwy, zewnętrzną i wewnętrzną membranę. Błona wewnętrzna jest ważna dla produkcji ATP. Ma na swojej powierzchni enzymy i łańcuchy transportu elektronów.
Poniższa tabela pokazuje znaczenie błony wewnętrznej:
| Podzespoly Komputerowe | Funkcje |
| Cristae | Fałdy strukturalne, które zwiększają powierzchnię dla reakcji enzymatycznych |
| Łańcuch transportu elektronów | Przeprowadza fosforylację oksydacyjną w celu wytworzenia ATP |
| Enzymy | Katalizuj specyficzne reakcje potrzebne do syntezy ATP |
Przestrzeń międzybłonowa ma również unikalne środowiska dla apoptozy i sygnalizacji wapniowej.
Matryca mitochondrialna
Połączenia Przedział wewnątrzmitochondrialny jest potęgą organelli, która dostarcza energię do naszych komórek. Ta najgłębsza przestrzeń jest wypełniona płynną substancją zwaną Matryca mitochondrialna.
Zawiera wiele enzymów, które rozkładają glukozę w cyklu kwasu cytrynowego (znanym również jako cykl Krebsa) w celu wytworzenia cząsteczek ATP.
Macierz zawiera również kolistą cząsteczkę DNA, która koduje białka niezbędne do oddychania i wzrostu.
Matryca mitochondrialna jest wyjątkowa ze względu na swoją zdolność regulować poziom wapnia. Jony wapnia są ważne dla komórkowych szlaków sygnałowych i skurczów mięśni, dlatego muszą być starannie zrównoważone.
Mitochondria pobierają jony wapnia z cytosolu, gdy jest ich za dużo i rozprowadzają je w razie potrzeby.
Mutacje w genach związanych z Matrixem mogą powodować choroby. Na przykład, Niedobór długołańcuchowej dehydrogenazy 3-hydroksyacylo-CoA (LCHAD) jest spowodowana mutacjami w genie LCHAD, który koduje enzym w macierzy mitochondrialnej.
LCHAD ma szereg objawów, od wymiotów i senności po drgawki.
Ustalono, że 90% ATP wytwarzanego w komórkach ssaków pochodzi z mitochondriów, które wykorzystują fosforylację oksydacyjną w błonach cristae.
Oddychania komórkowego jest ważnym procesem biochemicznym. Rozkłada cząsteczki glukozy wewnątrz komórek, aby uwolnić energię. Proces ten przebiega w trzech etapach: glikoliza, cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna.
Często Zadawane Pytania
Co to jest oddychanie komórkowe?
Oddychanie komórkowe to proces, w którym komórki rozkładają glukozę i inne cząsteczki w celu wytworzenia energii w postaci ATP (trifosforanu adenozyny).
Jakie są etapy oddychania komórkowego?
Oddychanie komórkowe ma trzy główne etapy: glikolizę, cykl kwasu cytrynowego (znany również jako cykl Krebsa) i fosforylację oksydacyjną (w której wytwarzany jest ATP).
Jakie cząsteczki biorą udział w oddychaniu komórkowym?
Glukoza jest główną cząsteczką zaangażowaną w oddychanie komórkowe. Inne cząsteczki, takie jak pirogronian, NADH, FADH2 i ATP są również ważne w tym procesie.
Czym różni się oddychanie tlenowe od oddychania beztlenowego?
Oddychanie tlenowe wymaga tlenu do produkcji ATP, podczas gdy oddychanie beztlenowe może wytwarzać ATP bez obecności tlenu. Oddychanie tlenowe wytwarza więcej ATP na cząsteczkę glukozy, podczas gdy oddychanie beztlenowe wytwarza mniej.
Co to jest łańcuch transportu elektronów?
Łańcuch transportu elektronów to seria reakcji chemicznych zachodzących podczas fosforylacji oksydacyjnej. Polega na przeniesieniu elektronów z NADH i FADH2 na tlen, w wyniku czego powstaje ATP.
Co to jest fermentacja?
Fermentacja to proces obejmujący szlak glikolityczny, który zachodzi przy braku tlenu. Przekształca pirogronian w inne cząsteczki w celu regeneracji NAD+ do zastosowania w glikolizie. Produktami końcowymi fermentacji mogą być kwas mlekowy, etanol i dwutlenek węgla.
Co to jest oddychanie komórkowe?
Oddychanie komórkowe to proces, w którym komórki przekształcają składniki odżywcze (głównie glukozę) w ATP, który może być wykorzystany przez komórkę jako energia.
Jakie są poszczególne etapy oddychania komórkowego?
Oddychanie komórkowe obejmuje trzy główne etapy: glikolizę, cykl kwasu cytrynowego i fosforylację oksydacyjną (która obejmuje łańcuch transportu elektronów i chemiosmozę).
Co to jest glikoliza?
Glikoliza to pierwszy etap oddychania komórkowego, podczas którego cząsteczka glukozy rozkłada się na dwie cząsteczki pirogronianu, wytwarzając niewielką ilość ATP i NADH.
Co to jest cykl kwasu cytrynowego?
Cykl kwasu cytrynowego (zwany także cyklem Krebsa) to seria reakcji enzymatycznych zachodzących w mitochondriach komórek eukariotycznych. Podczas tego cyklu acetylo-CoA (który jest wytwarzany z pirogronianu) jest całkowicie utleniany, dając dwutlenek węgla, ATP i NADH.
Co to jest fosforylacja oksydacyjna?
Fosforylacja oksydacyjna jest końcowym etapem oddychania komórkowego, podczas którego generowana jest większość ATP. Obejmuje łańcuch transportu elektronów, który przenosi elektrony z NADH i FADH do tlenu cząsteczkowego (tworząc gradient protonów przez wewnętrzną błonę mitochondriów) oraz chemiosmozę, która wykorzystuje energię z gradientu protonów do produkcji ATP z ADP i nieorganicznego fosforanu .
Co to jest oddychanie tlenowe?
Oddychanie tlenowe jest formą oddychania komórkowego, która wykorzystuje tlen jako reagent i wytwarza najwięcej ATP. Obejmuje glikolizę, cykl kwasu cytrynowego i fosforylację oksydacyjną.
Co to jest oddychanie beztlenowe?
Oddychanie beztlenowe jest formą oddychania komórkowego, która nie wykorzystuje tlenu jako reagenta. Jest mniej wydajne niż oddychanie tlenowe i wytwarza mniej ATP. Ten proces jest również nazywany fermentacją.
Jakie są końcowe produkty glikolizy?
Końcowymi produktami glikolizy są dwie cząsteczki pirogronianu, dwie cząsteczki ATP i dwie cząsteczki NADH.
Jakie są produkty końcowe łańcucha transportu elektronów?
Produktami końcowymi łańcucha transportu elektronów są: gradient protonów przez wewnętrzną błonę mitochondriów oraz duża liczba cząsteczek ATP (generowanych przez chemiosmozę).
Jaka jest rola NADH w oddychaniu komórkowym?
NADH to cząsteczka przenosząca wysokoenergetyczne elektrony, które są wykorzystywane do produkcji ATP podczas oddychania komórkowego. To jest generowanych podczas glikolizy i cyklu kwasu cytrynowegoi jest używany jako reagent w łańcuchu transportu elektronów.
Co to jest cykl oddychania komórkowego?
Cykl oddychania komórkowego to proces, w którym komórki wytwarzają energię poprzez rozkład glukozy, wykorzystując tlen do produkcji ATP.
Jakie są ważne etapy cyklu oddychania komórkowego?
Ważnymi etapami cyklu oddychania komórkowego są: glikoliza, utlenianie pirogronianu, cykl kwasu cytrynowego, łańcuch transportu elektronów i fosforylacja oksydacyjna.
Co to jest glikoliza?
Glikoliza jest pierwszym etapem oddychania komórkowego. Jest to proces, w którym cząsteczka glukozy jest rozkładana na dwie cząsteczki pirogronianu, w wyniku czego powstaje ATP i NADH.
Co to jest pirogronian?
Pirogronian jest cząsteczką wytwarzaną podczas glikoliza z rozpadu glukozy. Działa jako punkt wyjścia do następnego etapu oddychania komórkowego, zwanego utlenianiem pirogronianu.
Co to jest cykl kwasu cytrynowego?
Cykl kwasu cytrynowego jest również znany jako cykl Krebsa. Jest to seria reakcji chemicznych zachodzących w mitochondriach i odpowiedzialnych za całkowity rozkład węglowodanów, lipidów i białek na dwutlenek węgla, wodę i energię.
Co to jest łańcuch transportu elektronów?
Łańcuch transportu elektronów to proces, który odbywa się w wewnętrznej błonie mitochondriów, gdzie elektrony z NADH i FADH2 są transportowane przez szereg białek, co prowadzi do produkcji ATP.
Co to jest fosforylacja oksydacyjna?
Fosforylacja oksydacyjna to proces, w którym ATP powstaje w wyniku przeniesienia elektronów z NADH i FADH2 do tlenu przez łańcuch transportu elektronów w mitochondriach.
Co to jest oddychanie tlenowe?
Oddychanie aerobowe jest procesem, który wymaga tlenu cząsteczkowego i obejmuje całkowity rozkład glukozy w celu wytworzenia dwutlenku węgla, wody i energii w postaci ATP.
Co to jest oddychanie beztlenowe?
Oddychanie beztlenowe to proces, który zachodzi przy braku tlenu cząsteczkowego i obejmuje częściowy rozkład glukozy, w wyniku którego powstaje ATP i produkty końcowe, takie jak kwas mlekowy lub etanol.
Jakie są produkty końcowe łańcucha transportu elektronów?
Produktami końcowymi łańcucha transportu elektronów są ATP i woda.
W jaki sposób ATP jest wykorzystywane do produkcji energii w oddychaniu komórkowym?
ATP jest wykorzystywane jako źródło energii w oddychaniu komórkowym. ATP powstaje podczas glikolizy, cyklu kwasu cytrynowego i fosforylacji oksydacyjneji jest używany do zasilania różnych procesów komórkowych, takich jak skurcze mięśni i synteza białek.
Wnioski
Oddychania komórkowego jest ważnym procesem zachodzącym w organizmach żywych. Produkuje ATP, który jest głównym źródłem energii. Glukoza rozkłada się na CO2 i wodę, a energia jest magazynowana w cząsteczkach ATP. Dzieje się to w mitochondriach i może być tlenowe lub beztlenowe.
