Клеточное дыхание у людей

Содержание

• Краткий обзор
• Энергия хранится в фосфатных связях АТФ
• Гликолиз готовит путь к окислению
• Место нахождения
• Цикл лимонной кислоты Кребса производит доноров электронов
• Электронная транспортная цепь производит большинство молекул АТФ
• Клеточное дыхание у людей - простая концепция со сложными процессами

Цель клеточного дыхания - преобразовать глюкозу из пищи в энергию.

Клетки расщепляют глюкозу в серии сложных химических реакций и объединяют продукты реакции с кислородом для накопления энергии в аденозинтрифосфат (АТФ) молекулы. Молекулы АТФ используются для питания клеток и служат универсальным источником энергии для живых организмов.

Краткий обзор

Клеточное дыхание у человека начинается в пищеварительной и дыхательной системах. Пища переваривается в кишечнике и превращается в глюкозу. Кислород поглощается в легких и накапливается в эритроцитах. Глюкоза и кислород поступают в организм через систему кровообращения, чтобы достичь клеток, которые нуждаются в энергии.

Клетки используют глюкозу и кислород из системы кровообращения для производства энергии. Они доставляют отходы, углекислый газ, обратно в эритроциты, а углекислый газ выбрасывается в атмосферу через легкие.

В то время как пищеварительная, дыхательная и кровеносная системы играют важную роль в дыхании человека, дыхание на клеточном уровне происходит внутри клеток и в митохондрии из клеток. Процесс можно разбить на три отдельных этапа:

В общей реакции клеточного дыхания каждая молекула глюкозы производит 36 или 38 молекул АТФв зависимости от типа ячейки. Клеточное дыхание у людей является непрерывным процессом и требует постоянного снабжения кислородом. В отсутствие кислорода процесс клеточного дыхания останавливается при гликолизе.

Энергия хранится в фосфатных связях АТФ

Целью клеточного дыхания является производство молекул АТФ через окисление глюкозы.

Например, формула клеточного дыхания для производства 36 молекул АТФ из молекулы глюкозы является C₆ЧАС₁₂О₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂Энергия O + (молекулы 36ATP). Молекулы АТФ запасают энергию в своих трех связи фосфатной группы.

Энергия, вырабатываемая клеткой, сохраняется в связи третьей фосфатной группы, которая добавляется к молекулам АТФ в процессе клеточного дыхания. Когда требуется энергия, третья фосфатная связь разрывается и используется для химических реакций клеток. аденозин дифосфат (ADP) молекула с двумя фосфатными группами оставлена.

Во время клеточного дыхания энергия процесса окисления используется для превращения молекулы АДФ обратно в АТФ путем добавления третьей фосфатной группы. Затем молекула АТФ снова готова разорвать эту третью связь, чтобы высвободить энергию для использования клеткой.

Гликолиз готовит путь к окислению

При гликолизе молекула глюкозы с шестью атомами углерода разделяется на две части, образуя две пируват молекулы в серии реакций. После того, как молекула глюкозы поступает в клетку, каждая из двух трехуглеродных половин получает две фосфатные группы в две отдельные стадии.

Во-первых, две молекулы АТФ фосфорилирования две половины молекулы глюкозы путем добавления фосфатной группы к каждой. Затем ферменты добавляют еще одну фосфатную группу к каждой половине молекулы глюкозы, в результате чего получаются две половины трехуглеродной молекулы, каждая с двумя фосфатными группами.

В двух заключительных и параллельных сериях реакций две фосфорилированные трехуглеродные половины исходной молекулы глюкозы теряют свои фосфатные группы, образуя две молекулы пирувата. Окончательное расщепление молекулы глюкозы высвобождает энергию, которая используется для добавления фосфатных групп к молекулам АДФ и образования АТФ.

Каждая половина молекулы глюкозы теряет две фосфатные группы и продуцирует молекулу пирувата и две молекулы АТФ.

Место нахождения

Гликолиз происходит в цитозоле клетки, но остальная часть клеточного дыхания переходит в митохондрии, Гликолиз не требует кислорода, но как только пируват перешел в митохондрии, кислород необходим для всех дальнейших этапов.

Митохондрии - это энергетические фабрики, которые пропускают кислород и пируват через свою внешнюю мембрану, а затем пропускают продукты реакции, углекислый газ и АТФ, обратно в клетку и в кровеносную систему.

Цикл лимонной кислоты Кребса производит доноров электронов

Цикл лимонной кислоты представляет собой серию циклических химических реакций, которые генерируют НАДН и FADH₂ молекулы. Эти два соединения входят в последующую стадию клеточного дыхания, цепь переноса электронови пожертвовать начальные электроны, используемые в цепи. В результате NAD⁺ и соединения FAD возвращаются в цикл лимонной кислоты, чтобы вернуться к их исходным NADH и FADH.₂ формы и переработаны.

Когда молекулы трехуглеродистого пирувата попадают в митохондрии, они теряют одну из своих углеродных молекул, образуя двуокись углерода и двухуглеродное соединение. Этот продукт реакции впоследствии окисляется и присоединяется к кофермент А сформировать два ацетил-КоА молекулы. В течение цикла лимонной кислоты углеродные соединения связаны с четырехуглеродным соединением с образованием шестиуглеродного цитрата.

В серии реакций цитрат выделяет два атома углерода в виде диоксида углерода и производит 3 NADH, 1 АТФ и 1 FADH.₂ молекулы. В конце процесса цикл заново образует исходное четырехуглеродное соединение и начинается снова. Реакции происходят во внутренней части митохондрий, а также в NADH и FADH.₂ молекулы затем принимают участие в цепи переноса электронов на внутренней мембране митохондрий.

Электронная транспортная цепь производит большинство молекул АТФ

Цепочка переноса электронов состоит из четырех белковые комплексы расположен на внутренней мембране митохондрий. NADH отдает электроны первому белковому комплексу, тогда как FADH₂ отдает свои электроны второму белковому комплексу. Белковые комплексы передают электроны по транспортной цепи в серии восстановления-окисления или окислительно-восстановительный потенциал реакции.

Энергия высвобождается во время каждой окислительно-восстановительной стадии, и каждый белковый комплекс использует ее для накачки протоны через митохондриальную мембрану в межмембранное пространство между внутренней и внешней мембранами. Электроны проходят через четвертый и последний белковый комплекс, где молекулы кислорода действуют как конечные акцепторы электронов. Два атома водорода соединяются с атомом кислорода, образуя молекулы воды.

Поскольку концентрация протонов вне внутренней мембраны увеличивается, градиент энергии установлено, стремясь привлечь протоны обратно через мембрану в сторону, которая имеет более низкую концентрацию протонов. Внутренний мембранный фермент называется АТФ-синтаза предлагает протонам проход обратно через внутреннюю мембрану.

Когда протоны проходят через АТФ-синтазу, фермент использует энергию протонов, чтобы изменить АДФ на АТФ, сохраняя энергию протонов из цепи переноса электронов в молекулах АТФ.

Клеточное дыхание у людей - простая концепция со сложными процессами

Сложные биологические и химические процессы, которые составляют дыхание на клеточном уровне, включают ферменты, протонные насосы и белки, взаимодействующие на молекулярном уровне очень сложными способами. Хотя вход глюкозы и кислорода - простые вещества, ферменты и белки - нет.

Обзор гликолиза, цикла Кребса или лимонной кислоты и цепи переноса электронов помогает продемонстрировать, как клеточное дыхание работает на базовом уровне, но фактическая работа этих стадий намного сложнее.

Описать процесс клеточного дыхания проще на концептуальном уровне. Организм потребляет питательные вещества и кислород и распределяет глюкозу в пище и кислород по мере необходимости для отдельных клеток. Клетки окисляют молекулы глюкозы с образованием химической энергии, углекислого газа и воды.

Энергия используется для добавления третьей фосфатной группы к молекуле АДФ с образованием АТФ, и углекислый газ удаляется через легкие. Энергия АТФ от третьей фосфатной связи используется для питания других функций клетки. Вот как клеточное дыхание формирует основу для всех других видов деятельности человека.