Ћелијска респирација код људи

Садржај

• Кратки преглед
• Енергија се складишти у АТП фосфатним обвезницама
• Гликолиза припрема пут за оксидацију
• Локација
• Кребс-циклус лимунске киселине производи доноре електрона
• Ланац транспорта електрона производи већину АТП молекула
• Ћелијска респирација у људи је једноставан концепт са сложеним процесима

Сврха ћелијског дисања је претварање глукозе из хране у енергију.

Ћелије разграђују глукозу у низу сложених хемијских реакција и комбинују продукте реакције са кисеоником за складиштење енергије аденозин трифосфат (АТП) молекула. Молекули АТП користе се за напајање ћелијских активности и делују као универзални извор енергије за живе организме.

Кратки преглед

Ћелијско дисање код људи почиње у пробавном и респираторном систему. Храна се пробавља у цревима и претвара у глукозу. Кисеоник се апсорбује у плућима и складишти у црвеним крвним ћелијама. Глукоза и кисеоник путују у тело кроз крвожилни систем да би стигли до ћелија којима је потребна енергија.

Ћелије користе глукозу и кисеоник из циркулационог система за производњу енергије. Отпремају отпадни производ, угљен-диоксид, у црвена крвна зрнца и угљендиоксид ослобађа у атмосферу кроз плућа.

Док пробавни, респираторни и крвожилни систем играју главну улогу у људском дисању, дисање на ћелијском нивоу се одвија унутар ћелија и у ћелијама. митохондрије ћелија. Процес се може поделити на три различита корака:

У укупној реакцији ћелијског дисања, сваки молекул глукозе ствара 36 или 38 молекула АТП-а, зависно од типа ћелије. Ћелијско дисање код људи је непрекидан процес и захтева непрекидно снабдевање кисеоником. У недостатку кисеоника, процес ћелијског дисања се зауставља на гликолизи.

Енергија се складишти у АТП фосфатним обвезницама

Сврха ћелијског дисања је стварање АТП молекула кроз оксидација глукозе

На пример, ћелијска формула дисања за производњу 36 АТП молекула из молекула глукозе је Ц₆Х₁₂О₆ + 6О₂ = 6ЦО₂ + 6Х₂О + енергија (36АТП молекула). АТП молекули складиште енергију у своја три везе фосфатних група.

Енергија коју производи ћелија чува се у вези треће фосфатне групе која се додаје молекулима АТП-а током ћелијског дисања. Када је потребна енергија, трећа фосфатна веза се прекида и користи за хемијске реакције ћелија. Ан аденозин-дифосфат (АДП) молекул са две фосфатне групе је остављен.

За време ћелијског дисања, енергија из процеса оксидације се користи да би се молекул АДП вратио у АТП додавањем треће фосфатне групе. АТП молекул је поново спреман да прекине ову трећу везу како би пустио енергију за ћелију коју користи.

Гликолиза припрема пут за оксидацију

Код гликолизе, молекул глукозе са шест угљеника раздељен је на два дела и формира два пируват молекула у низу реакција. Након што молекул глукозе уђе у ћелију, њене две половине од три угљеника добијају две фосфатне групе у два одвојена корака.

Прво, два молекула АТП-а фосфорилат две половине молекула глукозе додавањем фосфатне групе свакој. Затим ензими додају још једну фосфатну групу свакој половини молекула глукозе, резултирајући двема половинама молекула три угљеника, од којих свака садржи две фосфатне групе.

У две завршне и паралелне серије реакција, две фосфорилиране половине три угљеника оригиналне молекуле глукозе губе своје фосфатне групе да би формирале две молекуле пирувата. Коначним цепањем молекула глукозе ослобађа се енергија која се користи за додавање фосфатних група у АДП молекуле и формирање АТП-а.

Свака половина молекула глукозе губи две фосфатне групе и ствара молекул пирувата и два АТП молекула.

Локација

Гликолиза се одвија у ћелијском цитосолу, али остатак ћелијског дисања прелази у ћелију митохондрије. За гликолизу није потребан кисеоник, али једном када се пируват пресели у митохондрије, потребан је кисеоник за све даље кораке.

Митохондрије су фабрике енергије које пуштају кисеоник и пируват кроз спољашњу мембрану, а затим производе реакције угљен-диоксид и АТП излазе назад у ћелију и у крвоток.

Кребс-циклус лимунске киселине производи доноре електрона

Циклус лимунске киселине је низ кружних хемијских реакција које стварају НАДХ и ФАДХ₂ молекули. Ова два једињења улазе у следећи корак ћелијског дисања ланац транспорта електрона, и донирати почетне електроне који се користе у ланцу. Добијени НАД⁺ и једињења ФАД се враћају у циклус лимунске киселине да би се вратила у оригинални НАДХ и ФАДХ₂ Облици и рециклирани.

Када молекули три угљеног пирувата уђу у митохондрије, они губе један од својих молекула угљеника да би формирали угљен диоксид и једињење са две угљенике. Овај производ реакције се након тога оксидује и придружи коензим А да формирају две ацетил ЦоА молекули. Током циклуса лимунске киселине, једињења угљеника су повезана са четворо-угљеном једињењем да би се произвео шесто-угљени цитрат.

У низу реакција, цитрат ослобађа два атома угљеника као угљен диоксид и ствара 3 НАДХ, 1 АТП и 1 ФАДХ₂ молекули. На крају процеса, циклус поново чини првобитно четворо-угљеничко једињење и започиње поново. Реакције се одвијају у унутрашњости митохондрија и НАДХ и ФАДХ₂ молекули тада учествују у ланцу преноса електрона на унутрашњој мембрани митохондрије.

Ланац транспорта електрона производи већину АТП молекула

Ланац транспорта електрона састоји се од четири протеински комплекси који се налази на унутрашњој мембрани митохондрија. НАДХ донира електроне првом протеинком комплексу док ФАДХ₂ даје своје електроне другом комплексу протеина. Протеински комплекси пролазе електроне низ транспортни ланац у серији редукционе-оксидације или редок реакције.

Енергија се ослобађа током сваке редокс фазе, а сваки протеински комплекс користи је за пумпање протони преко митохондријалне мембране у интермебрански простор између унутрашње и спољне мембране. Електрони пролазе кроз четврти и последњи комплекс протеина где молекули кисеоника делују као крајњи акцептори електрона. Два атома водоника комбинују се са атомом кисеоника и формирају молекуле воде.

Како се концентрација протона изван унутрашње мембране повећава, ан градијент енергије Успостављено је да тежи да протоне привлачи назад преко мембране на страну која има нижу концентрацију протона. Ензим унутрашње мембране АТП синтаза нуди протонима пролаз кроз унутрашњу мембрану.

Док протони пролазе кроз АТП синтазу, ензим користи протонску енергију за промену АДП у АТП, складиштећи протонску енергију из ланца преноса електрона у АТП молекулама.

Ћелијска респирација у људи је једноставан концепт са сложеним процесима

Сложени биолошки и хемијски процеси који чине дисање на ћелијском нивоу укључују ензиме, протонске пумпе и протеине који на молекуларном нивоу делују на врло компликоване начине. Иако су уноси глукозе и кисеоника једноставне супстанце, ензими и протеини нису.

Преглед гликолизе, Кребсова или циклуса лимунске киселине и ланца преноса електрона помажу да се покаже како ћелијско дисање делује на основном нивоу, али стварни рад ових стадија је много сложенији.

Да би се описао процес ћелијског дисања, на концептуалном је нивоу једноставније. Тело уноси храњиве материје и кисеоник и по потреби распоређује глукозу у храни и кисеоник појединим ћелијама. Ћелије оксидирају молекуле глукозе да производе хемијску енергију, угљен-диоксид и воду.

Енергија се користи за додавање треће фосфатне групе у АДП молекулу да би се формирао АТП, а угљендиоксид се елиминише кроз плућа. АТП енергија из треће фосфатне везе користи се за напајање осталих ћелијских функција. Тако ћелијско дисање представља основу за све остале људске активности.