Fotosyntéza a dýchání jsou dva procesy, které jsou základem života. Oba se odehrávají v cele. První - v rostlinách a některých bakteriálních, druhý - u zvířat, rostlin, hub a bakterií.

Můžeme říci, že buněčné dýchání a fotosyntéza jsou procesy, které jsou si navzájem opačné. To je částečně správné, protože u prvního se kyslík absorbuje a uvolňuje a u druhého naopak. Je však nesprávné tyto dva procesy dokonce srovnávat, protože se vyskytují v různých organelách s použitím různých látek. Účely, pro které jsou potřebné, jsou také různé: fotosyntéza je nezbytná pro získání živin a buněčné dýchání je nezbytné pro výrobu energie.

Fotosyntéza: kde a jak k ní dochází?

Jedná se o chemickou reakci, jejímž cílem je produkce organických látek z anorganických. Předpokladem pro fotosyntézu je přítomnost slunečního světla, protože jeho energie působí jako katalyzátor.

Charakteristiku fotosyntézy rostlin lze vyjádřit následující rovnicí:

• 6C02 + 6H20 = C6H12O6 + 602.

To znamená, že ze šesti molekul oxidu uhličitého a stejného počtu molekul vody za přítomnosti slunečního záření může rostlina získat jednu molekulu glukózy a šest kyslíku.

Toto je nejjednodušší příklad fotosyntézy. Kromě glukózy mohou rostliny syntetizovat další, složitější sacharidy, stejně jako organické látky z jiných tříd.

Zde je příklad produkce aminokyselin z anorganických sloučenin:

• 6C02 + 4H20 + 2SO42- + 2NO3- + 6H+ = 2C3H702NS + 1302.

Aerobní buněčné dýchání je charakteristické pro všechny ostatní organismy, včetně zvířat a rostlin. Vyskytuje se za účasti kyslíku.

U zástupců fauny dochází k buněčnému dýchání ve speciálních organelách. Říká se jim mitochondrie. U rostlin dochází k buněčnému dýchání také v mitochondriích.

Etapy

Buněčné dýchání probíhá ve třech fázích:

1. Přípravná fáze.
2. Glykolýza (anaerobní proces, nevyžaduje kyslík).
3. Oxidace (aerobní fáze).

Přípravná fáze

První fází je, že se složité látky v trávicím systému štěpí na jednodušší. Aminokyseliny se tedy získávají z bílkovin, mastné kyseliny a glycerol z lipidů a glukóza se získává z komplexních sacharidů. Tyto sloučeniny jsou transportovány do buňky a poté přímo do mitochondrií.

Glykolýza

Spočívá v tom, že působením enzymů se glukóza rozkládá na kyselinu pyrohroznovou a atomy vodíku. V tomto případě vzniká tento proces Tento proces lze vyjádřit následující rovnicí:

• C6H12O6 = 2C3H303 + 4H + 2ATP.

V procesu glykolýzy tedy tělo může získat dvě molekuly ATP z jedné molekuly glukózy.

Oxidace

V této fázi, vznikající během glykolýzy působením enzymů, reaguje s kyslíkem, což má za následek tvorbu oxidu uhličitého a atomů vodíku. Tyto atomy jsou pak transportovány do krist, kde jsou oxidovány za vzniku vody a 36 molekul ATP.

Takže v procesu buněčného dýchání se tvoří celkem 38 molekul ATP: 2 ve druhém stupni a 36 ve třetím. Kyselina adenosintrifosforečná je hlavním zdrojem energie, kterou mitochondrie zásobují buňku.

Struktura mitochondrií

Organely, ve kterých dochází k dýchání, se nacházejí u zvířat, rostlin a rostlin. Mají kulovitý tvar a velikost asi 1 mikron.

Mitochondrie, stejně jako chloroplasty, mají dvě membrány oddělené mezimembránovým prostorem. To, co je uvnitř membrán této organely, se nazývá matrice. Obsahuje ribozomy, mitochondriální DNA (mtDNA) a mtRNA. V matrici probíhá glykolýza a první stupeň oxidace.

Z vnitřní membrány se tvoří záhyby podobné hřebenům. Říká se jim cristae. Zde probíhá druhá fáze třetí fáze buněčného dýchání. Během ní vzniká nejvíce molekul ATP.

Původ dvoumembránových organel

Vědci dokázali, že struktury, které zajišťují fotosyntézu a dýchání, se v buňce objevily prostřednictvím symbiogeneze. To znamená, že to byly kdysi samostatné organismy. To vysvětluje skutečnost, že jak mitochondrie, tak chloroplasty mají své vlastní ribozomy, DNA a RNA.

Základní pojmy a klíčové pojmy: BUNĚČNÉ DÝCHÁNÍ. ANAEROBNÍ DÝCHÁNÍ. AEROBNÍ DÝCHÁNÍ.

Pamatovat si! co je dýchání?

Úvodní cvičení

Určete posloupnost trávicích pochodů v lidském těle poté, co se kousek čokoládovo-banánového dortu dostal do dutiny ústní: d) dutinové trávení bílkovin, tuků a sacharidů v duodenu; e) pomalé mletí potravin a jejich vlhčení; m) štěpení sacharidů přítomných v koláči slinnými amylázami;

f) lepení potravy do hrudek potravy a jejich pohyb jícnem do žaludku; i) konečné stěnové štěpení komplexních molekul a absorpce malých molekul do krve a lymfy; p) štěpení sušenkových bílkovin a mléčných tuků v žaludku; i) transport aminokyselin, mastných kyselin a glukózy do buněk pomocí krve a lymfy. Jaké slovo jsi dostal?

Jaký je biologický význam buněčného dýchání?

Hlavními živinami pro buňky jsou aminokyseliny, mastné kyseliny a glukóza. Dýchání je proces, při kterém se tyto látky rozkládají a uvolňují chemickou energii. Existují dva hlavní typy buněčného dýchání: anaerobní a aerobní.

AEROBNÍ DÝCHÁNÍ je soubor procesů biologické oxidace živin a produkce energie za účasti kyslíku. K rozkladu organických látek dochází za vzniku konečných oxidačních produktů H 2 O a CO 2. Aerobní dýchání je charakteristické pro velkou většinu eukaryotických buněk. Glykolýza začíná v cytoplazmě a pokračuje v mitochondriích.

Při aerobní oxidaci slouží kyslík jako akceptor (přijímač) elektronů a protonů vodíku za vzniku vody. Aerobní dýchání je nejpokročilejší způsob získávání energie. Jeho energetický účinek je přibližně 20krát větší než u anaerobního dýchání.

Dýchací procesy jsou v buňkách organismů z různých říší živé přírody v mnoha ohledech podobné. Známkami podobnosti je vznik takových univerzálních látek, jako je kyselina pyrohroznová a ATP, využití kyslíku jako akceptoru elektronů a vodíku, štěpení na konečné produkty H 2 O a CO 2 atd.

BUNĚČNÉ DÝCHÁNÍ je tedy soubor procesů biologické oxidace živin s uvolňováním chemické energie, která se akumuluje v ATP.

Jaké procesy jsou základem anaerobního dýchání buněk?

Většina buněk primárně využívá glukózu k uvolnění energie během dýchání. Zajímavé je, že existují buňky (například mozkové buňky, buňky kosterního svalstva, zralé červené krvinky), které přijímají energii pouze z molekul tohoto monosacharidu.

Proč je glukóza hlavním zdrojem energie pro buňky? Polární molekuly glukózy velmi dobře interagují s vodou, proto se v buňce snadno a rychle pohybují, jejich transport do buňky probíhá usnadněnou difúzí, která nevyžaduje energetický výdej. Kromě toho může být glukóza buňkami přeměněna na rezervní sacharidy: v rostlinné buňce - na škrob, v buňkách zvířat a hub - na glykogen.

Nejstarším a nejuniverzálnějším procesem bezkyslíkového štěpení glukózy je glykolýza (z řeckého sladký a štěpení), ke které dochází v cytoplazmě buněk. Glykolýza je soubor enzymatických reakcí, které zajišťují bezkyslíkový rozklad molekul glukózy za vzniku kyseliny mléčné a ATP. Glykolýza je proces společný pro anaerobní a aerobní dýchání. Energetický účinek glykolýzy je asi 200 kJ (120 kJ pro teplo, 80 kJ pro ATP):

Energie glykolýzy je pouze 5 - 7 % potenciální energie glukózy. I přes svou nízkou účinnost má glykolýza velký biologický význam. Tento proces poskytuje tělu energii v podmínkách nedostatku kyslíku. I u obratlovců a lidí je glykolýza účinným způsobem, jak získat energii během krátkých období intenzivního stresu.

Dalším mechanismem anaerobní transformace glukózy je fermentace. Fermentace je proces rozkladu organických látek (hlavně sacharidů) za bezkyslíkatých podmínek. Louis Pasteur nazval fermentační procesy „život bez kyslíku“. Kvašení je charakteristické pro buňky kvasinek, bakterie mléčného kvašení, slizové houby aj. Kromě alkoholového a mléčného kvašení dochází v organismech k fermentaci máselné, octové, propionové, metanové aj..

Hlavními procesy anaerobního dýchání v buňkách jsou tedy glykolýza a fermentace.

Jaké jsou hlavní fáze aerobního dýchání buněk?

Životní procesy buněk jsou velmi složité. Jejich pochopení je však velmi důležité, protože všechny životně důležité funkce organismů jsou určeny na buněčné úrovni. Pro ilustraci tohoto tvrzení zvažte aerobní dýchání buněk.

Kyslíkové stadium dýchání probíhá v mitochondriích za účasti kyslíku a zároveň se hlavní část energie (více než 90 %) uvolňuje za tvorby H 2 O a CO 2. Energetický efekt takového štěpení je velký (například pro glukózu - asi 2 600 kJ):

V této fázi katabolismu vědci rozlišují tři fáze: oxidativní dekarboxylaci, Krebsův cyklus (neboli cyklus trikarboxylových kyselin) a oxidativní fosforylaci (obr. 48).

První etapa. Oxidační dekarboxylace je přeměna kyseliny pyrohroznové (produkt bezkyslíkového rozkladu malých biomolekul) na acetylkoenzym A (acetyl-CoA).

Druhá fáze. Krebsův cyklus (cyklus trikarboxylových kyselin) je sled enzymatických reakcí v mitochondriální matrici, v jejichž důsledku dochází k oxidaci acetyl-CoA na CO 2 za uvolnění energie a vzniku atomů vodíku.

Třetí etapa. Oxidativní fosforylace je biosyntéza ATP z ADP a anorganického ortofosfátu díky energii uvolněné a akumulované za účasti enzymů dýchacího řetězce. K tomuto procesu dochází na kristách mitochondrií.

Takže díky reakcím kyslíkového stupně se syntetizuje celkem 36 mol ATP. Celkový energetický výsledek úplného odbourání glukózy je 2800 kJ energie (200 kJ + 2600 kJ), z toho 38 molekul ATP akumuluje

55 % je rozptýleno a 45 % je rozptýleno ve formě tepla. Kompletní rovnice pro rozklad glukózy je:

Hlavní roli při poskytování energie buňkám tedy hraje kompletní rozklad glukózy kyslíkem.

AKTIVITA

Úkol k rozvoji praktických dovedností

V procesu katabolismu glukózy v lidských svalech byly odbourány 4 moly glukózy, z nichž pouze polovina prošla kompletním rozkladem kyslíku. Určete: a) kolik kyseliny mléčné (v molech) se nahromadilo ve svalech; b) kolik energie bylo uvolněno; c) kolik ATP (v molech) se vytvořilo?

1. Kolik kyseliny mléčné (v molech) se nahromadilo v lidských svalech?

2. Jaké množství energie se uvolnilo při neúplném rozkladu 2 molů glukózy a úplném rozkladu 2 molů glukózy?

3. Kolik ATP (v molech) vzniklo?

POSTOJ Biologie + zdraví

Rozklad živin v těle probíhá ve třech fázích. Pro srovnání těchto fází použijte tabulku. Dokažte nezbytnost znalostí o buněčném dýchání pro zdravý životní styl.

FÁZE ROZLOŽENÍ ŽIVIN NA PŘÍKLADU SACHARIDŮ

	Sebekontrolní úkoly
	1. Co je buněčné dýchání? 2. Vyjmenujte hlavní typy buněčného dýchání. 3. Co je anaerobní dýchání? 4. Vyjmenujte hlavní mechanismy anaerobního dýchání. 5. Co je aerobní dýchání? 6. Vyjmenujte hlavní procesy aerobního dýchání.
	7. Jaký je biologický význam buněčného dýchání? 8. Jaké procesy jsou základem anaerobního dýchání buněk?
	10. Proč je kyslíkový rozklad organických sloučenin energeticky účinnější než bezkyslíkatý?

Toto je učebnicový materiál

Použití různých výchozích substrátů

Výchozími substráty pro dýchání mohou být různé látky, které se během specifických metabolických procesů přeměňují na Acetyl-CoA za uvolňování řady vedlejších produktů. Již v této fázi může dojít k redukci NAD (NADP) a tvorbě ATP, ale většina z nich vzniká v cyklu trikarboxylových kyselin při zpracování Acetyl-CoA.

Glykolýza

Glykolýza – cesta enzymatického štěpení glukózy – je proces společný téměř všem živým organismům. U aerobů předchází samotnému buněčnému dýchání, u anaerobů končí fermentací. Glykolýza sama o sobě je zcela anaerobní proces a ke svému vzniku nevyžaduje přítomnost kyslíku.

Jeho první fáze probíhá se spotřebou energie 2 molekul ATP a zahrnuje štěpení molekuly glukózy na 2 molekuly glyceraldehyd-3-fosfátu. Ve druhém stupni dochází k oxidaci glyceraldehyd-3-fosfátu závislé na NAD, doprovázené fosforylací substrátu, to znamená přidáním zbytku kyseliny fosforečné k molekule a vytvořením vysokoenergetické vazby v ní, po které se zbytek se přenese na ADP za vzniku ATP.

Rovnice glykolýzy je tedy následující:

Glukóza + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H20 + 4H+.

Snížením ATP a ADP z levé a pravé strany reakční rovnice dostaneme:

Glukóza + 2NAD + + 2ADP + 2Pn = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H20 + 4H+.

Oxidační dekarboxylace pyruvátu

Kyselina pyrohroznová (pyruvát) vznikající při glykolýze se působením komplexu pyruvátdehydrogenázy (složitá struktura 3 různých enzymů a více než 60 podjednotek) rozkládá na oxid uhličitý a acetaldehyd, který spolu s koenzymem A tvoří acetyl- CoA. Reakce je doprovázena obnovením NAD na NADH.

U eukaryot se proces odehrává v mitochondriální matrici.

β-oxidace mastných kyselin

Hlavní článek: β-oxidace

Nakonec ve čtvrté fázi je výsledná β-ketokyselina štěpena β-ketothiolasou v přítomnosti koenzymu A na acetyl-CoA a nový acyl-CoA, ve kterém je uhlíkový řetězec o 2 atomy kratší. Cyklus β-oxidace se opakuje, dokud se veškerá mastná kyselina nepřemění na acetyl-CoA.

Cyklus trikarboxylové kyseliny

Celková reakční rovnice:

Acetyl-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

U eukaryot jsou enzymy cyklu ve volném stavu v mitochondriální matrix, pouze sukcinátdehydrogenáza je zabudována do vnitřní mitochondriální membrány.

Převážná část molekul ATP je produkována oxidativní fosforylací v poslední fázi buněčného dýchání: v elektronovém transportním řetězci. Zde dochází k oxidaci NADH a FADN 2, redukované v procesech glykolýzy, β-oxidace, Krebsova cyklu atd. Energie uvolněná při těchto reakcích je způsobena řetězcem elektronových nosičů lokalizovaných ve vnitřní membráně mitochondrií (u prokaryot - v cytoplazmatické membráně), je transformován na transmembránový protonový potenciál. Enzym ATP syntáza využívá tento gradient k syntéze ATP, přeměňuje jeho energii na energii chemických vazeb. Je vypočteno, že molekula NAD∙H může během tohoto procesu vyprodukovat 2,5 molekuly ATP, FADH 2 - 1,5 molekuly.

Konečným akceptorem elektronů v aerobním dýchacím řetězci je kyslík.

Anaerobní dýchání

Obecná rovnice dýchání, rovnováha ATP

Etapa	Výtěžek koenzymu	ATP výstup (GTP)	Způsob výroby ATP
První fáze glykolýzy		−2	Fosforylace glukózy a fruktózy 6-fosfátu pomocí 2 ATP z cytoplazmy.
Druhá fáze glykolýzy		4	Fosforylace substrátu
	2 NADH	3 (5)	Oxidační fosforylace. Z NADH se v elektronovém transportním řetězci tvoří pouze 2 ATP, protože koenzym se tvoří v cytoplazmě a musí být transportován do mitochondrií. Když je malát-aspartátový raketoplán použit pro transport do mitochondrií, z NADH se vytvoří 3 moly ATP. Při použití glycerofosfátového raketoplánu se vytvoří 2 moly ATP.
Dekarboxylace pyruvátu	2 NADH	5	Oxidační fosforylace
Krebsův cyklus		2	Fosforylace substrátu
	6 NADH	15	Oxidační fosforylace
	2 FADN 2	3	Oxidační fosforylace
Obecný výstup		30 (32) ATP	S úplnou oxidací glukózy na oxid uhličitý a oxidací všech vzniklých koenzymů.

Poznámky

viz také

Nadace Wikimedia. 2010.

• Kamzík

DECH Moderní encyklopedie

DECH- soubor procesů, které zajišťují vstup kyslíku do těla a odvod oxidu uhličitého (vnější dýchání), dále využití kyslíku buňkami a tkáněmi k oxidaci organických látek s uvolňováním energie potřebné k. ... ... Velký encyklopedický slovník

Dech- DÝCHÁNÍ, soubor procesů, které zajišťují vstup kyslíku do těla a odvod oxidu uhličitého (vnější dýchání), dále využití kyslíku buňkami a tkáněmi k oxidaci organických látek s uvolňováním energie, ... ... Ilustrovaný encyklopedický slovník

DECH- DÝCHÁNÍ, I, srov. 1. Proces absorpce kyslíku a uvolňování oxidu uhličitého živými organismy. Dýchací systém. Buněčná d. (speciální). 2. Vdechování a uvolňování vzduchu plícemi. Rovnoe d. Zadržet d. pružina (překl.). Druhý nápor větru...... Ozhegovův výkladový slovník

dech- DÝCHÁNÍ, DÝCHÁNÍ, I; St 1. Příjem a výdej vzduchu plícemi nebo (u některých zvířat) jinými příslušnými orgány jako proces absorpce kyslíku a uvolňování oxidu uhličitého živými organismy. Dýchací systém. Hlučné, těžké... encyklopedický slovník

Dech- v běžně používaném smyslu označuje řadu pohybů hrudníku, které se v průběhu života průběžně střídají ve formě nádechu a výdechu a určují na jedné straně příliv čerstvého vzduchu do plic a na druhé straně jeho odstranění již zkaženého vzduchu od nich...... Encyklopedický slovník F.A. Brockhaus a I.A. Efron

Dech- I Dýchání (respirace) je soubor procesů, které zajišťují přísun kyslíku do těla z atmosférického vzduchu, jeho využití při biologické oxidaci organických látek a odvodu oxidu uhličitého z těla. Jako výsledek... ... Lékařská encyklopedie

Tok energie v buňce

Tok energie v buňce je založen na procesech výživy organismů a buněčného dýchání.

1. Jídlo– proces získávání hmoty a energie živými organismy.

2. Buněčné dýchání- proces, při kterém živé organismy uvolňují energii z organických látek na ni bohatých, když jsou enzymaticky štěpeny (disimilovány) na jednodušší. Buněčné dýchání může být aerobní nebo anaerobní.

3. Aerobní dýchání– energie se získává za účasti kyslíku v procesu rozkladu organických látek. Říká se mu také kyslíkové (aerobní) stadium energetického metabolismu.

Anaerobní dýchání– získávání energie z potravy bez použití volného vzdušného kyslíku. Obecně lze tok energie v buňce znázornit následovně (obr. 5.3.)

JÍDLO

CUKR, MASTNÉ KYSELINY, AMINOKYSELINY

BUNĚČNÉ DÝCHÁNÍ

ATP

CO2, H20, NH3

PRÁCE CHEMICKÉ, MECHANICKÉ, ELEKTRICKÉ, OSMOTICKÉ

ADP + H3PO4

Obr.5.3. Tok energie v buňce

Chemické práce: biosyntéza v buňce bílkovin, nukleových kyselin, tuků, polysacharidů.

Mechanické práce: kontrakce svalových vláken, bití řasinek, divergence chromozomů během mitózy.

Elektrikářské práce– udržování rozdílu potenciálů přes buněčnou membránu.

Osmotické práce– udržování látkových gradientů v buňce a jejím prostředí.

Proces aerobního dýchání probíhá ve třech fázích: 1) přípravná; 2) bez kyslíku; 3) kyslík.

První etapa – přípravný nebo fázi trávení, který zahrnuje enzymatické štěpení polymerů na monomery: bílkoviny na aminokyseliny, tuky na glycerol a mastné kyseliny, glykogen a škrob na glukózu, nukleové kyseliny na nukleotidy. Vyskytuje se v gastrointestinálním traktu za účasti trávicích enzymů a v cytoplazmě buněk za účasti lysozomových enzymů.

V této fázi se uvolňuje malé množství energie, která se rozptýlí ve formě tepla a vzniklé monomery podléhají dalšímu rozkladu v buňkách nebo se používají jako stavební materiál.

Druhá fáze – anaerobní (bez kyslíku). Vyskytuje se v cytoplazmě buněk bez účasti kyslíku. Monomery vzniklé v prvním stupni podléhají dalšímu štěpení. Příkladem takového procesu je glykolýza – bezkyslíkový neúplný rozklad glukózy.

Při glykolýzních reakcích produkuje jedna molekula glukózy (C 6 H 12 O 6) dvě molekuly kyseliny pyrohroznové (C 3 H 4 O 3 - PVK). V tomto případě se z každé molekuly glukózy odštěpí 4 atomy H+ a vytvoří se 2 molekuly ATP. Atomy vodíku jsou navázány na NAD + (nikotinamid adenindinukleotid; funkcí NAD a podobných nosičů je přijmout vodík v první reakci (redukovat) a ve druhé jej odevzdat (oxidovat).

Celková rovnice pro glykolýzu vypadá takto:

C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 + 2NAD + → 2C3H403 + 2ATP + 2H20 + 2NAD H2

Při glykolýze se uvolňuje 200 kJ/mol energie, z toho 80 kJ nebo 40 % jde na syntézu ATP a 120 kJ (60 %) se odvádí jako teplo.

a) v živočišných buňkách se tvoří 2 molekuly kyseliny mléčné, které se následně přeměňují na glykogen a ukládají se v játrech;

b) v rostlinných buňkách dochází k alkoholové fermentaci za uvolňování CO 2. Konečným produktem je ethanol.

Anaerobní dýchání ve srovnání s dýcháním kyslíku je evolučně dřívější, ale méně efektivní forma získávání energie z živin.

Třetí etapa – aerobní(kyslík, tkáňové dýchání) se vyskytuje v mitochondriích a vyžaduje přítomnost kyslíku.

Organické sloučeniny vzniklé v předchozím bezkyslíkatém stupni se oxidují eliminací vodíku na CO 2 a H 2 O. Oddělené atomy vodíku jsou pomocí nosičů převedeny na kyslík, interagují s ním a tvoří vodu. Tento proces je doprovázen uvolňováním značného množství energie, z níž část (55 %) jde na tvorbu vody. V kyslíkovém stadiu lze rozlišit reakce Krebsova cyklu a oxidativní fosforylační reakce.

Krebsův cyklus(cyklus trikarboxylové kyseliny) se vyskytuje v mitochondriální matrix. V roce 1937 ji objevil anglický biochemik H. Krebs.

Krebsův cyklus začíná reakcí kyseliny pyrohroznové s kyselinou octovou. V tomto případě vzniká kyselina citrónová, která se po sérii postupných přeměn opět stává kyselinou octovou a cyklus se opakuje.

Při reakcích Krebsova cyklu se z jedné molekuly PVC vytvoří 4 páry atomů vodíku, dvě molekuly CO 2 a jedna molekula ATP. Oxid uhličitý je z buňky odstraněn a atomy vodíku se spojují s nosnými molekulami - NAD a FAD (flavinadenindinukleotid), což vede ke vzniku NADH 2 a FADH 2.

Přenos energie z NADH 2 a FADH 2, které vznikly v Krebsově cyklu a v předchozí anaerobní fázi, na ATP probíhá na vnitřní membráně mitochondrií v dýchacím řetězci.

Respirační řetězec nebo řetězec přenosu elektronů (řetězec přenosu elektronů) nachází se ve vnitřní membráně mitochondrií. Je založen na elektronových nosičích, které jsou součástí enzymových komplexů, které katalyzují redoxní reakce.

Vodíkové páry se odštěpí od NADH 2 a FADH 2 ve formě protonů a elektronů (2H + +2e) a vstupují elektronový transportní řetězec. V dýchacím řetězci vstupují do řady biochemických reakcí, jejichž konečným výsledkem je syntéza ATP (obr. 5.4.)

Rýže. 5.4 Elektronový transportní řetězec

Elektrony a protony jsou zachyceny molekulami nosičů dýchacího řetězce a transportovány: elektrony na vnitřní stranu membrány a protony na vnější. Elektrony se spojují s kyslíkem. Atomy kyslíku se nabijí záporně:

O 2 + e - = O 2 -

Protony (H +) se hromadí na vnější straně membrány a anionty (O 2-) se hromadí uvnitř. V důsledku toho se potenciální rozdíl zvyšuje.

V některých místech membrány jsou uloženy molekuly enzymu pro syntézu ATP (ATP syntetázy), který má iontový (protonový) kanál. Když potenciálový rozdíl na membráně dosáhne 200 mV, jsou protony (H +) tlačeny kanálem silou elektrického pole a procházejí na vnitřní stranu membrány, kde interagují s O 2 - a tvoří H 2 O

1/202 + 2H+ = H20

Kyslík vstupující do mitochondrií je nezbytný pro připojení elektronů (e -) a poté protonů (H+). Při nedostatku O2 se zastaví procesy spojené s transportem protonů a elektronů. V těchto případech mnoho buněk syntetizuje ATP štěpením živin prostřednictvím fermentačního procesu.

Souhrnná rovnice kyslíkového stupně

2C 3 H 4 O 3 + 36 H 3 PO 4 + 6 O 2 + 36 ADP = 6 CO 2 + 42 H 2 O + 36 ATP + 2600 kJ

1440 (40·36) nahromaděných v ATP

1160 kJ uvolněno jako teplo

Souhrnná rovnice kyslíkového dýchání, včetně bezkyslíkových a kyslíkových fází :

C6H12O6 + 38ADP + 38H3PO4 + 602 = 38ATP + 6CO2 + 44H20

Přes buněčnou membránu se z buňky uvolňují konečné produkty energetického metabolismu (CO 2, H 2 O, NH 3), ale i přebytečná energie, jejíž stavba a funkce si zaslouží zvláštní pozornost.

Výchozími substráty pro dýchání mohou být různé látky, které se během specifických metabolických procesů přeměňují na Acetyl-CoA za uvolňování řady vedlejších produktů. Již v této fázi může dojít k redukci NAD (NADP) a tvorbě ATP, ale většina z nich vzniká v cyklu trikarboxylových kyselin při zpracování Acetyl-CoA.

Glykolýza

Glykolýza – cesta enzymatického štěpení glukózy – je proces společný téměř všem živým organismům. U aerobů předchází samotnému buněčnému dýchání, u anaerobů končí fermentací. Glykolýza sama o sobě je zcela anaerobní proces a ke svému vzniku nevyžaduje přítomnost kyslíku.

Jeho první fáze nastává s uvolněním 2 molekul ATP a zahrnuje štěpení molekuly glukózy na 2 molekuly glyceraldehyd-3-fosfátu. Ve druhém stupni dochází k oxidaci glyceraldehyd-3-fosfátu závislé na NAD, doprovázené fosforylací substrátu, to znamená přidáním zbytku kyseliny fosforečné k molekule a vytvořením vysokoenergetické vazby v ní, po které se zbytek se přenese na ADP za vzniku ATP.

Rovnice glykolýzy je tedy následující:

Glukóza + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H20 + 4H+.

Snížením ATP a ADP z levé a pravé strany reakční rovnice dostaneme:

Glukóza + 2NAD + + 2ADP + 2Pn = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H20 + 4H+.

Oxidační dekarboxylace pyruvátu

Kyselina pyrohroznová (pyruvát) vznikající při glykolýze se působením komplexu pyruvátdehydrogenázy (složitá struktura 3 různých enzymů a více než 60 podjednotek) rozkládá na oxid uhličitý a acetaldehyd, který spolu s koenzymem A tvoří acetyl- CoA. Reakce je doprovázena obnovením NAD na NADH.

U eukaryot se proces odehrává v mitochondriální matrici.

β-oxidace mastných kyselin

Nakonec ve čtvrté fázi je výsledná β-ketokyselina štěpena β-ketothiolasou v přítomnosti koenzymu A na acetyl-CoA a nový acyl-CoA, ve kterém je uhlíkový řetězec o 2 atomy kratší. Cyklus β-oxidace se opakuje, dokud se veškerá mastná kyselina nepřemění na acetyl-CoA.

Cyklus trikarboxylové kyseliny

Celková reakční rovnice:

Acetyl-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

U eukaryot jsou enzymy cyklu ve volném stavu v mitochondriální matrix, pouze sukcinátdehydrogenáza je zabudována do vnitřní mitochondriální membrány.

Převážná část molekul ATP je produkována oxidativní fosforylací v poslední fázi buněčného dýchání: v elektronovém transportním řetězci. Zde dochází k oxidaci NAD∙H a FADH 2, redukované v procesech glykolýzy, β-oxidace, Krebsova cyklu atd. Energie uvolněná při těchto reakcích se díky řetězci elektronových přenašečů lokalizovaných ve vnitřní membráně mitochondrií (u prokaryot - v cytoplazmatické membráně) přeměňuje na transmembránový protonový potenciál. Enzym ATP syntáza využívá tento gradient k syntéze ATP, přeměňuje jeho energii na energii chemických vazeb. Je spočítáno, že molekula NAD∙H může během tohoto procesu vyprodukovat 2,5 molekuly ATP, FADH 2 - 1,5 molekuly.

Konečným akceptorem elektronů v aerobním dýchacím řetězci je kyslík.

Anaerobní dýchání

Obecná rovnice dýchání, rovnováha ATP

Etapa	Výtěžek koenzymu	ATP výstup (GTP)	Způsob výroby ATP
První fáze glykolýzy		−2	Fosforylace glukózy a fruktózy 6-fosfátu pomocí 2 ATP z cytoplazmy.
Druhá fáze glykolýzy		4	Fosforylace substrátu
	2 NADH	3 (5)	Oxidační fosforylace. Z NADH se v elektronovém transportním řetězci tvoří pouze 2 ATP, protože koenzym se tvoří v cytoplazmě a musí být transportován do mitochondrií. Když je malát-aspartátový raketoplán použit pro transport do mitochondrií, z NADH se vytvoří 3 moly ATP. Při použití glycerofosfátového raketoplánu se vytvoří 2 moly ATP.
Dekarboxylace pyruvátu	2 NADH	5	Oxidační fosforylace
Krebsův cyklus		2	Fosforylace substrátu
	6 NADH	15	Oxidační fosforylace
	2 FADN 2	3	Oxidační fosforylace
Obecný výstup		30 (32) ATP	S úplnou oxidací glukózy na oxid uhličitý a oxidací všech vzniklých koenzymů.

viz také

Napište recenzi na článek "Buněčné dýchání"

Poznámky

Výňatek charakterizující buněčné dýchání

Dny plynuly a já nevěděl, jestli je moje dívka stále v Meteoře? Objevil se za ní Caraffa?... A bylo s ní všechno v pořádku?
Můj život byl prázdný a zvláštní, ne-li beznadějný. Nemohl jsem opustit Karaffu, protože jsem věděl, že kdybych prostě zmizel, okamžitě by si vybil hněv na mé ubohé Anně... Také jsem ho stále nedokázal zničit, protože jsem nenašel cestu k ochraně. který dal, byl kdysi „cizí“ osobou. Čas nemilosrdně plynul a já stále více cítil svou bezmoc, která mě ve spojení s nečinností začala pomalu přivádět k šílenství...
Od mé první návštěvy sklepů uběhl skoro měsíc. Nablízku nebyl nikdo, s kým bych mohl prohodit i slovo. Osamělost sužovala stále hlouběji, zasazovala do srdce prázdnotu, silně kořeněnou zoufalstvím...
Opravdu jsem doufal, že Morone stále přežil, navzdory „talentům“ papeže. Bála se ale vrátit do sklepů, protože si nebyla jistá, zda tam nešťastný kardinál ještě je. Moje zpětná návštěva by na něj mohla vyvolat skutečný Caraffův hněv a Morona za to bude muset opravdu draze zaplatit.
Zůstal jsem oplocený od jakékoli komunikace a trávil jsem své dny v naprostém „tichu osamělosti“. Až to nakonec nemohla déle vydržet a sešla znovu do sklepa...
Místnost, ve které jsem před měsícem našel Morona, byla tentokrát prázdná. Nezbývalo než doufat, že statečný kardinál stále žije. A upřímně jsem mu popřál hodně štěstí, které bohužel vězňům z Caraffy zjevně chybělo.
A protože už jsem stejně byl ve sklepě, po malém přemýšlení jsem se rozhodl podívat dál a opatrně otevřel další dveře...
A tam na jakémsi strašlivém mučícím „nástroji“ ležela úplně nahá, zakrvácená mladá dívka, jejíž tělo bylo skutečnou směsí živého spáleného masa, řezných ran a krve, pokrývající ji od hlavy až k patě... Ani kat, ani tím víc - Caraffo, naštěstí pro mě se v mučírně nekonalo žádné mučení.
Potichu jsem přistoupil k té nešťastnici a opatrně ji pohladil po naběhlé, něžné tváři. Dívka zasténala. Pak jsem opatrně vzal její křehké prsty do dlaně a začal jsem ji pomalu „léčit“... Brzy na mě překvapeně pohlédly jasné, šedé oči...
- Ticho, zlato... Lež tiše. Pokusím se vám co nejvíce pomoci. Ale nevím, jestli budu mít dost času... Hodně tě to zranilo a nejsem si jistý, jestli to všechno rychle „napravím“. Uvolni se, má drahá, a zkus si vzpomenout na něco milého... pokud můžeš.
Dívka (ukázalo se, že je to jen dítě) zasténala, snažila se něco říct, ale z nějakého důvodu ta slova nevyšla. Zamumlala, nedokázala jasně vyslovit ani to nejkratší slovo. A pak mě zasáhlo hrozné zjištění - tahle nešťastnice neměla jazyk!!! Vytrhli to... aby se toho moc neřeklo! Aby nekřičela pravdu, až ji upálí na hranici... Aby nemohla říct, co jí udělali...
Ach Bože!.. Tohle všechno opravdu udělali LIDÉ???
Když jsem trochu uklidnil své umrtvené srdce, pokusil jsem se k ní v duchu obrátit - dívka slyšela. Což znamenalo – byla nadaná!... Jedna z těch, které papež tak zuřivě nenáviděl. A koho tak brutálně upálil zaživa na svých děsivých lidských ohnících....
- Co ti udělali, drahá?!.. Proč ti vzali řeč?!
Pokusil jsem se vytáhnout výše hrubé hadry, které jí spadly z těla neposlušným, třesoucím se rukama, zašeptal jsem šokovaně.
"Ničeho se neboj, má drahá, jen přemýšlej o tom, co bys chtěla říct, a já se tě pokusím slyšet." Jak se jmenuješ, děvče?
"Damiano..." zašeptala odpověď tiše.
"Počkej, Damiano," usmál jsem se tak jemně, jak jen to šlo. – Vydrž, neuklouzni, pokusím se ti pomoct!
Ale dívka jen pomalu zavrtěla hlavou a po zbité tváři se jí skutálela čistá, osamělá slza...
- Děkuji vám za vaši laskavost. Ale já už nejsem nájemník... – její tichý „mentální“ hlas zašustil v odpověď. - Pomozte mi... Pomozte mi "odejít." Prosím... Už to nemůžu vydržet... Brzy se vrátí... Prosím! Znesvěcovali mě... Prosím, pomozte mi „opustit“... Víte jak. Pomoc... poděkuji ti „tam“ a budu na tebe vzpomínat...
Chytila ​​mě svými tenkými prsty za zápěstí, znetvořená mučením, svírala ho smrtelným sevřením, jako by s jistotou věděla, že jí mohu skutečně pomoci... mohu jí dát pokoj, který chtěla...
Ostrá bolest zkroutila mé unavené srdce... Tato sladká, brutálně mučená dívka, téměř dítě, mě prosila o smrt jako laskavost!!! Popravčí nejen zranili její křehké tělo, ale znesvětili její čistou duši, společně ji znásilnili!... A nyní byla Damiana připravena „odejít“. Požádala o smrt jako vysvobození, byť jen na okamžik, aniž by myslela na spasení. Byla mučena a znesvěcována a nechtěla žít... Anna se mi zjevila před očima... Bože, bylo opravdu možné, že ji čeká stejně hrozný konec?!! Podaří se mi ji zachránit před touto noční můrou?!
Damiana se na mě prosebně podívala svýma jasnýma šedýma očima, ve kterých se odrážela nelidsky hluboká bolest, divoká ve své síle... Už nemohla bojovat. Na to neměla dost síly. A aby se neprozradila, raději odešla...
Co to bylo za „lidé“, kteří spáchali takovou krutost?! Jaké nestvůry pošlapaly naši čistou Zemi, znesvěcovaly ji svou podlostí a „černou“ duší?... Tiše jsem plakal a hladil sladkou tvář této odvážné, nešťastné dívky, která nikdy nedožila ani malou část svého smutného, ​​neúspěšného život... A moje nenávist spálila mou duši! Nenávist k netvorovi, který si říkal papež... náměstek Boží... a Svatý otec... který si užíval své prohnilé moci a bohatství, zatímco ve svém vlastním hrozném sklepě odcházela ze života nádherná, čistá duše. . Odešla z vlastní vůle... Protože už nemohla dál snášet extrémní bolest, kterou jí způsobil tentýž „svatý“ papež...
Ach, jak jsem ho nenáviděl!!!.. Nenáviděl jsem ho z celého srdce, z celé své duše! A věděl jsem, že se mu pomstím, ať mě to bude stát cokoli. Za všechny, kteří tak brutálně zemřeli na jeho rozkaz... Za svého otce... za Girolamo... za tuhle milou, čistou dívku... a za všechny ostatní, kterým hravě vzal možnost žít jejich drahé a jediné životní tělo, pozemský život.
"Pomůžu ti, děvče... Pomůžu ti, zlato..." zašeptal jsem tiše a něžně ji objal. "Uklidni se, zlato, už žádná bolest nebude." Můj otec tam šel... Mluvil jsem s ním. Je jen světlo a mír... Uvolni se, má drahá... splním tvé přání. Nyní odejdete - nebojte se. Nebudeš nic cítit... Pomůžu ti, Damiano. Budu s tebou...
Z jejího zmrzačeného fyzického těla vycházela úžasně krásná esence. Vypadala jako Damiana, než přišla na tohle zatracené místo.
"Děkuji..." zašeptal její tichý hlas. – Děkuji za vaši laskavost... a za vaši svobodu. Budu na tebe vzpomínat.
Začala plynule stoupat podél zářícího kanálu.
– Sbohem Damiane... Ať je váš nový život šťastný a jasný! Ještě najdeš své štěstí, holka... A najdeš dobré lidi. Ahoj...
Srdce se jí tiše zastavilo... A trpící duše volně odletěla tam, kde už jí nikdo nemohl ublížit. Sladká, laskavá dívka odešla, nikdy nevěděla, jak úžasný a radostný mohl být její otrhaný, neprožitý život... kolik dobrých lidí mohl její Dar udělat šťastnými... jak vysoká a jasná mohla být její neznámá láska... a jak hlasitě a hlasy jejích nenarozených dětí v tomto životě mohly znít šťastně...
Damianina tvář, ve smrti zklidněná, vyhlazená a zdálo se, že prostě spí, teď byla tak čistá a krásná... Hořce jsem vzlykal a klesl na drsné sedadlo vedle jejího prázdného těla... Srdce mi ztuhlo hořkostí a odporem. za její nevinný, zkrácený život... A někde velmi hluboko v mé duši se zvedla zuřivá nenávist, která hrozila vypuknout a smete celý tento zločinný, děsivý svět z povrchu Země...