Stanična respiracija u ljudi

Sadržaj

• Brzi pregled
• Energija se pohranjuje u ATP fosfatne veze
• Glikoliza priprema put za oksidaciju
• Mjesto
• Krebs-ciklus limunske kiseline proizvodi donore elektrona
• Elektronski transportni lanac proizvodi većinu ATP molekula
• Stanična respiracija u ljudi jednostavan je koncept sa složenim procesima

Svrha staničnog disanja je pretvoriti glukozu iz hrane u energiju.

Stanice razgrađuju glukozu u nizu složenih kemijskih reakcija i kombiniraju produkte reakcije s kisikom za spremanje energije adenozin trifosfat (ATP) molekula. ATP molekule koriste se za napajanje staničnih aktivnosti i djeluju kao univerzalni izvor energije za žive organizme.

Brzi pregled

Stanično disanje kod ljudi započinje u probavnom i respiratornom sustavu. Hrana se probavlja u crijevima i pretvara u glukozu. Kisik se apsorbira u plućima i pohranjuje u crvenim krvnim stanicama. Glukoza i kisik putuju u tijelo kroz krvožilni sustav da bi došli do stanica kojima je potrebna energija.

Stanice koriste glukozu i kisik iz krvožilnog sustava za proizvodnju energije. Otpremaju otpadni proizvod, ugljični dioksid, u crvena krvna zrnca i ugljični dioksid oslobađa se u atmosferu kroz pluća.

Dok probavni, respiratorni i krvožilni sustav igraju glavnu ulogu u ljudskom disanju, disanje na staničnoj razini odvija se unutar stanica i u mitohondriji stanica. Proces se može raščlaniti na tri različita koraka:

U ukupnoj reakciji staničnog disanja, svaka molekula glukoze stvara 36 ili 38 molekula ATP-a, ovisno o vrsti stanice. Stanično disanje kod ljudi je neprekidan proces i zahtijeva kontinuiranu opskrbu kisikom. U nedostatku kisika proces staničnog disanja zaustavlja se na glikolizi.

Energija se pohranjuje u ATP fosfatne veze

Svrha staničnog disanja je stvaranje ATP molekula kroz oksidacija glukoze.

Na primjer, stanična formula disanja za proizvodnju 36 ATP molekula iz molekule glukoze je C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + energija (36ATP molekule). ATP molekule pohranjuju energiju u svoje tri veze fosfatnih skupina.

Energija koju proizvodi stanica pohranjuje se u vezu treće fosfatne skupine koja se dodaje ATP molekulama tijekom procesa staničnog disanja. Kada je potrebna energija, treća fosfatna veza se prekida i koristi za stanične kemijske reakcije. adenozin-difosfat (ADP) molekula sa dvije fosfatne skupine je ostavljena.

Tijekom staničnog disanja, energija iz procesa oksidacije koristi se za vraćanje molekule ADP u ATP dodavanjem treće fosfatne skupine. Molekula ATP je ponovo spremna prekinuti ovu treću vezu kako bi se oslobodila energija za stanicu koju koristi.

Glikoliza priprema put za oksidaciju

U glikolizi se molekula glukoze sa šest ugljika dijeli na dva dijela i tvori dva piruvat molekule u nizu reakcija. Nakon što molekula glukoze uđe u stanicu, njezine dvije polovine od tri ugljika primaju dvije fosfatne skupine u dva odvojena koraka.

Prvo, dvije molekule ATP-a fosforilaciju dvije polovice molekule glukoze dodavanjem fosfatnoj skupini svakoj. Zatim enzimi dodaju još jednu fosfatnu skupinu svakoj polovici molekule glukoze, što rezultira dvjema polovinama molekula tri ugljika, od kojih svaka sadrži dvije fosfatne skupine.

U dvije završne i paralelne serije reakcija, dvije fosforilirane polovine tri ugljika izvorne molekule glukoze gube svoje fosfatne skupine da tvore dvije molekule piruvata. Konačnim cijepanjem molekule glukoze oslobađa se energija koja se koristi za dodavanje fosfatnih skupina molekulama ADP-a i formiranje ATP-a.

Svaka polovica molekule glukoze gubi dvije fosfatne skupine i stvara molekulu piruvata i dvije ATP molekule.

Mjesto

Glikoliza se odvija u staničnoj citosolu, ali ostatak procesa staničnog disanja prelazi u stanični mitohondriji, Za glikolizu nije potreban kisik, ali jednom kada se piruvat preselio u mitohondrije, potreban je kisik za sve daljnje korake.

Mitohondrije su tvornice energije koje puštaju kisik i piruvat kroz vanjsku membranu, a zatim proizvode reakcijski ugljični dioksid i ATP izlaze natrag u stanicu i u cirkulacijski sustav.

Krebs-ciklus limunske kiseline proizvodi donore elektrona

Ciklus limunske kiseline je niz kružnih kemijskih reakcija koje stvaraju NADH i FADH₂ molekule. Ova dva spoja ulaze u sljedeći korak staničnog disanja lanac transporta elektrona, i donirati početne elektrone korištene u lancu. Rezultirajući NAD⁺ i FAD spojevi vraćaju se u ciklus limunske kiseline da bi se vratili u izvorni NADH i FADH₂ oblika i reciklirati.

Kad molekule tri ugljičnog piruvata uđu u mitohondrije, oni gube jednu od svojih molekula ugljika da tvore ugljični dioksid i spoj dva ugljika. Ovaj reakcijski produkt se nakon toga oksidira i pridruži koenzim A da formiraju dva acetil CoA molekule. Tijekom ciklusa limunske kiseline ugljični spojevi povezani su s četvero-ugljičnim spojem da bi se dobio citrat sa šest ugljika.

U nizu reakcija, citrat oslobađa dva atoma ugljika kao ugljični dioksid i stvara 3 NADH, 1 ATP i 1 FADH₂ molekule. Na kraju postupka, ciklus ponovo tvori originalni četvero-ugljični spoj i započinje iznova. Reakcije se odvijaju u unutrašnjosti mitohondrija i NADH i FADH₂ molekule tada sudjeluju u lancu transporta elektrona na unutarnjoj membrani mitohondrija.

Elektronski transportni lanac proizvodi većinu ATP molekula

Lanac transporta elektrona sastoji se od četiri proteinski kompleksi smješten na unutarnjoj membrani mitohondrija. NADH donira elektrone prvom proteinskom kompleksu dok FADH₂ daje svoje elektrone drugom kompleksu proteina. Proteinski kompleksi prolaze elektrone niz transportni lanac u nizu redukcijskim-oksidacijskim ili redoks reakcije.

Tijekom svake redoks faze oslobađa se energija, a svaki proteinski kompleks koristi je za pumpanje protoni preko mitohondrijske membrane u međumembranski prostor između unutarnje i vanjske membrane. Elektroni prolaze kroz četvrti i konačni proteinski kompleks gdje molekule kisika djeluju kao krajnji akceptori elektrona. Dva atoma vodika kombiniraju se s atomom kisika i tvore molekule vode.

Kako se koncentracija protona izvan unutarnje membrane povećava, an gradijent energije se uspostavlja, teži privlačenju protona natrag kroz membranu na stranu koja ima nižu koncentraciju protona. Enzim unutarnje membrane tzv ATP sintaza nudi protonima prolazak natrag kroz unutarnju membranu.

Dok protoni prolaze kroz ATP sintazu, enzim koristi protonsku energiju za promjenu ADP u ATP, pohranjujući protonsku energiju iz lanca transporta elektrona u ATP molekulama.

Stanična respiracija u ljudi jednostavan je koncept sa složenim procesima

Složeni biološki i kemijski procesi koji čine disanje na staničnoj razini uključuju enzime, protonske pumpe i proteine ​​koji na molekularnoj razini djeluju na vrlo komplicirane načine. Iako su unos glukoze i kisika jednostavne tvari, enzimi i proteini nisu.

Pregled glikolize, Krebsova ili ciklusa limunske kiseline i lanca prijenosa elektrona pomažu pokazati kako stanično disanje djeluje na osnovnoj razini, ali stvarno je djelovanje ovih stadija mnogo složenije.

Da bi se opisao proces staničnog disanja, na konceptualnoj je razini jednostavnije. Tijelo unosi hranjive tvari i kisik te po potrebi raspoređuje glukozu u hrani i kisik pojedinim stanicama. Stanice oksidiraju molekule glukoze da proizvode kemijsku energiju, ugljični dioksid i vodu.

Energija se koristi za dodavanje treće fosfatne skupine u ADP molekuli za stvaranje ATP-a, a ugljični dioksid se eliminira kroz pluća. ATP energija iz treće fosfatne veze koristi se za napajanje ostalih staničnih funkcija. Tako stanično disanje čini osnovu za sve ostale ljudske aktivnosti.