Tartalom
- Gyors áttekintés
- Az energiát az ATP foszfát kötések tárolják
- A glikolízis előkészíti az oxidáció útját
- Elhelyezkedés
- A Krebs citromsav ciklus elektron donorokat hoz létre
- Az elektronszállító lánc az ATP-molekulák legnagyobb részét előállítja
- A celluláris légzés az emberekben egy egyszerű koncepció komplex folyamatokkal
A sejtes légzés célja az, hogy az élelmezésből származó glükózt energiává alakítsa.
A sejtek bonyolult kémiai reakciók sorozatán bontják le a glükózt, és a reakciótermékeket oxigénnel kombinálják az energia tárolására adenozin-trifoszfát (ATP) molekulák. Az ATP molekulákat a sejtek aktivitásának fellendítésére használják, és az élő szervezetek univerzális energiaforrásaként működnek.
Gyors áttekintés
Az emberi sejtes légzés az emésztőrendszerben és a légzőrendszerben kezdődik. Az ételt a bélben emésztjük és glükózzá alakítjuk. Az oxigén felszívódik a tüdőben és a vörösvértestekben tárolódik. A glükóz és az oxigén a keringési rendszeren keresztül távozik a testbe, hogy energiát igénylő sejteket érjen el.
A sejtek az energiatermeléshez a keringési rendszer glükózt és oxigént használják. A hulladékot, a szén-dioxidot visszajuttatják a vörösvértestekhez, és a szén-dioxid a tüdőn keresztül jut a légkörbe.
Míg az emésztőrendszer, a légzőrendszer és a keringési rendszerek nagy szerepet játszanak az emberi légzésben, a sejtszintű légzés a sejtekben és a mitokondriumok a sejtek. A folyamat három különálló lépésre bontható:
Az általános celluláris légzési reakcióban minden glükóz-molekula termel 36 vagy 38 ATP molekula, a cella típusától függően. A sejtek légzése emberben folyamatos folyamat, folyamatos oxigénellátást igényel. Oxigén hiányában a sejtek légzési folyamata glikolízissel áll le.
Az energiát az ATP foszfát kötések tárolják
A sejtek légzésének célja az ATP molekulák előállítása a oxidáció glükóz.
Például a celluláris légzésképlet 36 ATP-molekula előállításához glükózmolekulából a C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + energia (36ATP molekula). Az ATP-molekulák energiáját tárolják hármasukban foszfátcsoport kötések.
A sejt által termelt energiát a harmadik foszfátcsoport kötésében tárolják, amelyet az ATP molekulákhoz adnak a sejtek légzési folyamata során. Ha energiára van szükség, a harmadik foszfátkötés megszakad és felhasználásra kerül sejtek kémiai reakcióihoz. egy adenozin-difoszfát Két foszfátcsoportot tartalmazó (ADP) molekula maradt.
A celluláris légzés során az oxidációs folyamatból származó energiát arra használják fel, hogy az ADP molekula visszatérjen ATP-re egy harmadik foszfátcsoport hozzáadásával. Az ATP molekula ezután ismét készen áll a harmadik kötés megszakítására, hogy energiát szabadítson fel a sejt számára.
A glikolízis előkészíti az oxidáció útját
A glikolízis során egy hat széntartalmú glükózmolekulát két részre osztják, hogy kettő legyen piruvát molekulák reakciósorozatban. Miután a glükóz-molekula belépett a sejtekbe, annak két háromszén-fele mindkét foszfátcsoportot két külön lépésben kapja.
Először két ATP molekula foszforilálnak a glükózmolekula két felét foszfátcsoport hozzáadásával. Ezután az enzimek további egy foszfátcsoportot adnak a glükózmolekula mindkét feléhez, így két háromszén-molekula-felét kapnak, amelyek mindegyikében két foszfátcsoport van.
Két végső és párhuzamos reakciósorozatban az eredeti glükóz-molekula két foszforilált háromszén-fele elveszíti foszfátcsoportjait, hogy a két piruvát-molekulát képezzék. A glükózmolekula végleges megosztása felszabadítja az energiát, amelyet a foszfátcsoportok ADP-molekulákhoz történő hozzáadására és az ATP képzésére használnak fel.
A glükózmolekula mindkét fele elveszíti két foszfátcsoportját, és előállítja a piruvát molekulát és két ATP molekulát.
Elhelyezkedés
A glikolízis a sejt-citoszolban zajlik, de a sejtek légzési folyamatának többi része a sejtekbe mozog mitokondriumok. A glikolízis nem igényel oxigént, de miután a piruvát a mitokondriumokba került, az összes további lépéshez oxigénre van szükség.
A mitokondriumok azok az energiagyárak, amelyek engedik az oxigént és a piruvátot bejutni a külső membránjukon, majd engedik a reakciótermékeknek a szén-dioxidot és az ATP-t visszajutni a sejtbe és tovább a keringési rendszerbe.
A Krebs citromsav ciklus elektron donorokat hoz létre
A citromsav-ciklus körkörös kémiai reakciók sorozata, amely NADH-t és FADH-t hoz létre2 molekulákat. Ez a két vegyület belép a celluláris légzés következő lépésébe, a elektronszállító lánc, és adományozzuk a láncban használt kezdeti elektronokat. A kapott NAD+ és a FAD vegyületeket visszajuttatják a citromsav-ciklusba, hogy visszatérjenek az eredeti NADH-ra és FADH-ra2 formák és újrahasznosított.
Amikor a háromszén piruvát-molekulák belépnek a mitokondriumokba, elveszítik egyik szénmolekulájuk szén-dioxidot és egy kétszén-származékot képezve. Ezt a reakcióterméket ezután oxidáljuk és összekapcsoljuk koenzim A kettőt alkotni acetil-CoA molekulákat. A citromsav-ciklus során a szénvegyületeket négyszéntartalmú vegyülethez kapcsolják, hogy hatszéntartalmú citrátot kapjanak.
Egy reakciósorozatban a citrát két szénatomot szabadít fel szén-dioxid formájában, és 3 NADH, 1 ATP és 1 FADH képződik2 molekulákat. Az eljárás végén a ciklus újra alkotja az eredeti négyszéntartalmú vegyületet és újraindul. A reakciók a mitokondriumok belsejében, valamint a NADH-ban és a FADH-ban zajlanak2 A molekulák ezután részt vesznek a mitokondriumok belső membránján levő elektronszállításban.
Az elektronszállító lánc az ATP-molekulák legnagyobb részét előállítja
Az elektronszállító lánc négyből áll fehérjekomplexek a mitokondriumok belső membránján helyezkedik el. A NADH az első fehérjekomplexhez elektronokat ad, míg FADH az elektronokat2 megadja elektronjait a második protein komplexhez. A fehérjekomplexek az elektronokat továbbítják a szállítási láncon keresztül redukciós-oxidációs sorozatban vagy redox reakciókat.
Az energia felszabadul minden redox szakaszban, és minden fehérjekomplex felhasználja azt pumpálásra protonok a mitokondriális membránon át a membránok közötti térbe a belső és a külső membránok között. Az elektronok átjutnak a negyedik és a végső protein komplexhez, ahol az oxigénmolekulák végső elektronakceptorokként viselkednek. Két hidrogénatom kombinálódik egy oxigénatommal, hogy vízmolekulákat képezzen.
Ahogy a protonok koncentrációja a belső membránon kívül növekszik, energia gradiens Megállapítottuk, hogy a protonokat visszahúzza a membránon át arra az oldalra, ahol a protonkoncentráció alacsonyabb. Egy belső membrán enzimet, az úgynevezett ATP szintáz a protonoknak visszajuthat a belső membránon.
Amint a protonok áthaladnak az ATP szintázán, az enzim a proton energiáját felhasználva az ADP-t ATP-re változtatja, és az elektron transzportláncból származó proton energiát tárolja az ATP molekulákban.
A celluláris légzés az emberekben egy egyszerű koncepció komplex folyamatokkal
A sejtszintű légzést alkotó komplex biológiai és kémiai folyamatokban olyan enzimek, protonpumpák és fehérjék szerepelnek, amelyek molekuláris szinten kölcsönhatásba lépnek nagyon bonyolult módon. Míg a glükóz és az oxigén bevitele egyszerű anyagok, az enzimek és a fehérjék nem.
A glikolízis, a Krebs- vagy a citromsav-ciklus és az elektronátadó lánc áttekintése segít megmutatni, hogy a sejtek légzése miként működik alapszinten, de ezeknek a szakaszoknak a tényleges működése sokkal összetettebb.
A sejtek légzési folyamatának leírása fogalmi szinten egyszerűbb. A test tápanyagokat és oxigént vesz fel, és szükség szerint elosztja az ételben található glükózt és az oxigént az egyes sejtekbe. A sejtek oxidálják a glükózmolekulákat kémiai energia, szén-dioxid és víz előállításához.
Az energiát arra használják fel, hogy egy harmadik foszfátcsoportot adjunk az ADP-molekulához az ATP kialakításához, és a szén-dioxid a tüdőn keresztül eliminálódik. A harmadik foszfátkötésből származó ATP energiát más sejtfunkciók táplálására használják fel. Ez azt mutatja, hogy a sejtek légzése képezi az összes többi emberi tevékenység alapját.