Fotosynteza i oddychanie to dwa procesy leżące u podstaw życia. Obydwa rozgrywają się w celi. Pierwszy - w roślinach i niektórych bakteryjnych, drugi - u zwierząt, roślin, grzybów i bakterii.

Można powiedzieć, że oddychanie komórkowe i fotosynteza to procesy, które są sobie przeciwne. Jest to częściowo poprawne, ponieważ w pierwszym przypadku tlen jest wchłaniany i uwalniany, a w drugim odwrotnie. Błędem jest jednak nawet porównywanie tych dwóch procesów, ponieważ zachodzą one w różnych organellach przy użyciu różnych substancji. Cele, do których są potrzebne, są również różne: fotosynteza jest konieczna do uzyskania składników odżywczych, a oddychanie komórkowe jest niezbędne do wytworzenia energii.

Fotosynteza: gdzie i jak zachodzi?

Jest to reakcja chemiczna, której celem jest wytworzenie substancji organicznych z substancji nieorganicznych. Warunkiem zajścia fotosyntezy jest obecność światła słonecznego, ponieważ jego energia działa jak katalizator.

Fotosyntezę charakterystyczną dla roślin można wyrazić następującym równaniem:

• 6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Oznacza to, że z sześciu cząsteczek dwutlenku węgla i tej samej liczby cząsteczek wody w obecności światła słonecznego roślina może otrzymać jedną cząsteczkę glukozy i sześć cząsteczek tlenu.

To najprostszy przykład fotosyntezy. Oprócz glukozy rośliny potrafią syntetyzować inne, bardziej złożone węglowodany, a także substancje organiczne z innych klas.

Oto przykład produkcji aminokwasów ze związków nieorganicznych:

• 6CO 2 + 4H 2 O + 2SO 4 2- + 2NO 3 - + 6H + = 2C 3 H 7 O 2 NS + 13O 2.

Tlenowe oddychanie komórkowe jest charakterystyczne dla wszystkich innych organizmów, w tym zwierząt i roślin. Zachodzi przy udziale tlenu.

U przedstawicieli fauny oddychanie komórkowe zachodzi w specjalnych organellach. Nazywa się je mitochondriami. U roślin oddychanie komórkowe zachodzi także w mitochondriach.

Gradacja

Oddychanie komórkowe przebiega w trzech etapach:

1. Etap przygotowawczy.
2. Glikoliza (proces beztlenowy, nie wymaga tlenu).
3. Utlenianie (etap tlenowy).

Etap przygotowawczy

Pierwszy etap polega na tym, że złożone substancje w układzie trawiennym rozkładają się na prostsze. W ten sposób aminokwasy otrzymuje się z białek, kwasy tłuszczowe i glicerol otrzymuje się z lipidów, a glukozę otrzymuje się z węglowodanów złożonych. Związki te są transportowane do komórki, a następnie bezpośrednio do mitochondriów.

Glikoliza

Polega to na tym, że pod działaniem enzymów glukoza rozkłada się na atomy kwasu pirogronowego i wodoru. W tym przypadku proces ten powstaje. Proces ten można wyrazić następującym równaniem:

• C 6 H 12 O 6 = 2C 3 H 3 O 3 + 4H + 2ATP.

Zatem w procesie glikolizy organizm może uzyskać dwie cząsteczki ATP z jednej cząsteczki glukozy.

Utlenianie

Na tym etapie powstały podczas glikolizy pod wpływem enzymów reaguje z tlenem, w wyniku czego powstają atomy dwutlenku węgla i wodoru. Atomy te są następnie transportowane do cristae, gdzie ulegają utlenieniu, tworząc wodę i 36 cząsteczek ATP.

Tak więc w procesie oddychania komórkowego powstaje łącznie 38 cząsteczek ATP: 2 w drugim etapie i 36 w trzecim. Głównym źródłem energii dostarczanej komórce przez mitochondria jest kwas adenozynotrifosforowy.

Struktura mitochondriów

Organelle, w których zachodzi oddychanie, występują u zwierząt, roślin i roślin. Mają kształt kulisty i wielkość około 1 mikrona.

Mitochondria, podobnie jak chloroplasty, mają dwie błony oddzielone przestrzenią międzybłonową. To, co znajduje się wewnątrz błon tej organelli, nazywa się matrycą. Zawiera rybosomy, mitochondrialny DNA (mtDNA) i mtRNA. Glikoliza i pierwszy etap utleniania zachodzą w matrixie.

Z błony wewnętrznej tworzą się fałdy przypominające grzbiety. Nazywa się je cristae. Odbywa się tu drugi etap trzeciego etapu oddychania komórkowego. Podczas niego powstaje najwięcej cząsteczek ATP.

Pochodzenie organelli dwubłonowych

Naukowcy udowodnili, że struktury zapewniające fotosyntezę i oddychanie pojawiły się w komórce w wyniku symbiogenezy. Oznacza to, że kiedyś były odrębnymi organizmami. To wyjaśnia fakt, że zarówno mitochondria, jak i chloroplasty mają własne rybosomy, DNA i RNA.

Podstawowe pojęcia i terminy kluczowe: ODDYCHANIE KOMÓRKOWE. ODDYCHANIE BEZTLENOWE. ODDYCHANIE AEROBOWE.

Pamiętać! Co to jest oddychanie?

Ćwiczenie wprowadzające

Określ kolejność procesów trawiennych w organizmie człowieka po przedostaniu się kawałka ciasta czekoladowo-bananowego do jamy ustnej: d) trawienie w jamie ustnej białek, tłuszczów i węglowodanów w dwunastnicy; e) powolne mielenie żywności i jej nawilżanie; m) rozkład węglowodanów obecnych w ciastku przez amylazy ślinowe;

f) wbijanie pokarmu w grudki i ich przemieszczanie się przez przełyk do żołądka; i) końcowe trawienie złożonych cząsteczek przez ścianę i wchłanianie małych cząsteczek do krwi i limfy; p) rozkład białek ciastek i tłuszczów mlecznych w żołądku; i) transport aminokwasów, kwasów tłuszczowych i glukozy do komórek za pomocą krwi i limfy. Jakie słowo otrzymałeś?

Jakie jest biologiczne znaczenie oddychania komórkowego?

Głównymi składnikami odżywczymi komórek są aminokwasy, kwasy tłuszczowe i glukoza. Oddychanie to proces, w wyniku którego te substancje rozkładają się i uwalniają energię chemiczną. Istnieją dwa główne typy oddychania komórkowego: beztlenowe i tlenowe.

ODDYCHANIE Tlenowe to zespół procesów biologicznego utleniania składników odżywczych i wytwarzania energii przy udziale tlenu. Rozkład substancji organicznych następuje wraz z utworzeniem końcowych produktów utleniania H 2 O i CO 2. Oddychanie tlenowe jest charakterystyczne dla zdecydowanej większości komórek eukariotycznych. Glikoliza rozpoczyna się w cytoplazmie i trwa w mitochondriach.

Podczas utleniania tlenowego tlen służy jako akceptor (odbiornik) elektronów i protonów wodoru, tworząc wodę. Oddychanie tlenowe jest najbardziej zaawansowaną metodą pozyskiwania energii. Jego efekt energetyczny jest około 20 razy większy niż w przypadku oddychania beztlenowego.

Procesy oddychania są pod wieloma względami podobne w komórkach organizmów z różnych królestw żywej przyrody. Oznakami podobieństwa jest powstawanie tak uniwersalnych substancji, jak kwas pirogronowy i ATP, wykorzystanie tlenu jako akceptora elektronów i wodoru, podział na produkty końcowe H 2 O i CO 2 itp.

Zatem ODDYCHANIE KOMÓRKOWE to zespół procesów biologicznego utleniania składników odżywczych z uwolnieniem energii chemicznej, która jest akumulowana w ATP.

Jakie procesy leżą u podstaw oddychania beztlenowego komórek?

Większość komórek wykorzystuje głównie glukozę do uwalniania energii podczas oddychania. Co ciekawe, istnieją komórki (np. komórki mózgu, komórki mięśni szkieletowych, dojrzałe krwinki czerwone), które otrzymują energię wyłącznie z cząsteczek tego monosacharydu.

Dlaczego glukoza jest głównym źródłem energii dla komórek? Polarne cząsteczki glukozy bardzo dobrze oddziałują z wodą, dzięki czemu przemieszczają się w komórce łatwo i szybko, a ich transport do wnętrza komórki odbywa się na drodze ułatwionej dyfuzji, która nie wymaga nakładu energii. Ponadto glukoza może być przekształcana przez komórki w węglowodany rezerwowe: w komórce roślinnej – w skrobię, w komórkach zwierzęcych i grzybowych – w glikogen.

Najstarszym i najbardziej uniwersalnym procesem beztlenowego rozkładu glukozy jest glikoliza (z greckiego słodki i rozszczepiający), która zachodzi w cytoplazmie komórek. Glikoliza to zespół reakcji enzymatycznych zapewniających beztlenowy rozkład cząsteczek glukozy z utworzeniem kwasu mlekowego i ATP. Glikoliza jest procesem wspólnym dla oddychania beztlenowego i tlenowego. Efekt energetyczny glikolizy wynosi około 200 kJ (120 kJ dla ciepła, 80 kJ dla ATP):

Energia glikolizy stanowi jedynie 5 – 7% energii potencjalnej glukozy. Pomimo małej wydajności, glikoliza ma duże znaczenie biologiczne. Proces ten dostarcza organizmowi energii w warunkach niedoboru tlenu. Nawet u kręgowców i ludzi glikoliza jest skutecznym sposobem pozyskiwania energii w krótkich okresach intensywnego stresu.

Innym mechanizmem beztlenowej przemiany glukozy jest fermentacja. Fermentacja to proces rozkładu substancji organicznych (głównie węglowodanów) w warunkach beztlenowych. Louis Pasteur nazwał procesy fermentacji „życiem bez tlenu”. Fermentacja jest charakterystyczna dla komórek drożdży, bakterii kwasu mlekowego, grzybów śluzowych itp. Oprócz fermentacji alkoholowej i kwasu mlekowego w organizmach zachodzą również fermentacje kwasu masłowego, octowego, propionowego, metanu itp.

Zatem głównymi procesami oddychania beztlenowego w komórkach są glikoliza i fermentacja.

Jakie są główne etapy oddychania tlenowego komórek?

Procesy życiowe komórek są bardzo złożone. Ale ich zrozumienie jest bardzo ważne, ponieważ na poziomie komórkowym określane są wszystkie funkcje życiowe organizmów. Aby zilustrować to stwierdzenie, rozważmy oddychanie tlenowe komórek.

Tlenowy etap oddychania zachodzi w mitochondriach przy udziale tlenu, a jednocześnie główna część energii (ponad 90%) jest uwalniana wraz z utworzeniem H 2 O i CO 2. Efekt energetyczny takiego rozszczepienia jest duży (na przykład dla glukozy - około 2600 kJ):

Na tym etapie katabolizmu naukowcy wyróżniają trzy etapy: dekarboksylację oksydacyjną, cykl Krebsa (lub cykl kwasów trikarboksylowych) i fosforylację oksydacyjną (ryc. 48).

Pierwszy etap. Dekarboksylacja oksydacyjna polega na przekształceniu kwasu pirogronowego (produktu beztlenowego rozkładu małych biomolekuł) w acetylokoenzym A (acetylo-CoA).

Drugi etap. Cykl Krebsa (cykl kwasu trikarboksylowego) to sekwencja reakcji enzymatycznych zachodzących w macierzy mitochondrialnej, w wyniku której acetylo-CoA utlenia się do CO2 z wyzwoleniem energii i utworzeniem atomów wodoru.

Trzeci etap. Fosforylacja oksydacyjna to biosynteza ATP z ADP i nieorganicznego ortofosforanu pod wpływem energii uwalnianej i akumulowanej przy udziale enzymów łańcucha oddechowego. Proces ten zachodzi na cristae mitochondriów.

Zatem dzięki reakcjom etapu tlenowego syntetyzuje się łącznie 36 moli ATP. Całkowity wynik energetyczny całkowitego rozkładu glukozy wynosi 2800 kJ energii (200 kJ + 2600 kJ), z czego gromadzi się 38 cząsteczek ATP

Straty wynoszą 55%, a 45% jest rozpraszane w postaci ciepła. Pełne równanie rozkładu glukozy wygląda następująco:

Zatem główną rolę w dostarczaniu komórkom energii odgrywa całkowity rozkład glukozy przez tlen.

DZIAŁALNOŚĆ

Zadanie rozwijające umiejętności praktyczne

W procesie katabolizmu glukozy w mięśniach człowieka rozłożone zostały 4 mole glukozy, z czego tylko połowa uległa całkowitemu rozkładowi tlenowemu. Określ: a) ile kwasu mlekowego (w molach) zgromadziło się w mięśniach; b) ile energii zostało uwolnione; c) ile ATP (w molach) powstało?

1. Ile kwasu mlekowego (w molach) zgromadziło się w mięśniach człowieka?

2. Jaka ilość energii została uwolniona podczas niepełnego rozkładu 2 moli glukozy i całkowitego rozkładu 2 moli glukozy?

3. Ile ATP (w molach) powstało?

POSTAWA Biologia + Zdrowie

Rozkład składników odżywczych w organizmie przebiega w trzech etapach. Skorzystaj z tabeli, aby porównać te etapy. Udowodnij potrzebę wiedzy o oddychaniu komórkowym dla zdrowego trybu życia.

ETAPY ROZKŁADU SKŁADNIKÓW ODŻYWCZYCH NA PRZYKŁADZIE WĘGLOWODANÓW

	Zadania samokontroli
	1. Co to jest oddychanie komórkowe? 2. Wymień główne rodzaje oddychania komórkowego. 3. Co to jest oddychanie beztlenowe? 4. Wymień główne mechanizmy oddychania beztlenowego. 5. Co to jest oddychanie tlenowe? 6. Wymień główne procesy oddychania tlenowego.
	7. Jakie jest biologiczne znaczenie oddychania komórkowego? 8. Jakie procesy leżą u podstaw oddychania beztlenowego komórek?
	10. Dlaczego tlenowy rozkład związków organicznych jest bardziej efektywny energetycznie niż rozkład beztlenowy?

To jest materiał podręcznikowy

Stosowanie różnych substratów wyjściowych

Początkowymi substratami do oddychania mogą być różne substancje, które podczas określonych procesów metabolicznych przekształcają się w Acetylo-CoA z uwolnieniem szeregu produktów ubocznych. Redukcja NAD (NADP) i tworzenie ATP może już nastąpić na tym etapie, jednak większość z nich powstaje w cyklu kwasów trikarboksylowych podczas przetwarzania acetylo-CoA.

Glikoliza

Glikoliza – droga enzymatycznego rozkładu glukozy – jest procesem wspólnym niemal dla wszystkich organizmów żywych. U tlenowców poprzedza samo oddychanie komórkowe, u beztlenowców kończy się fermentacją. Sama glikoliza jest procesem całkowicie beztlenowym i do zajścia nie wymaga obecności tlenu.

Jego pierwszy etap polega na zużyciu energii 2 cząsteczek ATP i obejmuje rozszczepienie cząsteczki glukozy na 2 cząsteczki aldehydu 3-glicerynowego. W drugim etapie następuje zależne od NAD utlenianie aldehydu 3-glicerynowego, któremu towarzyszy fosforylacja substratu, czyli dodanie do cząsteczki reszty kwasu fosforowego i utworzenie w niej wiązania wysokoenergetycznego, po czym pozostałość jest przenoszona do ADP z utworzeniem ATP.

Zatem równanie glikolizy wygląda następująco:

Glukoza + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2ADP + 4ATP + 2H2O + 4H + .

Redukując ATP i ADP z lewej i prawej strony równania reakcji, otrzymujemy:

Glukoza + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H2O + 4H + .

Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

Kwas pirogronianowy (pirogronian) powstały podczas glikolizy, pod działaniem kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej (złożona struktura 3 różnych enzymów i ponad 60 podjednostek), rozkłada się na dwutlenek węgla i aldehyd octowy, który wraz z koenzymem A tworzy Acetylo- CoA. Reakcji towarzyszy przywrócenie NAD do NADH.

U eukariontów proces ten zachodzi w matrix mitochondrialnej.

β-oksydacja kwasów tłuszczowych

Główny artykuł: β-oksydacja

Ostatecznie w czwartym etapie powstały β-ketokwas jest rozszczepiany przez β-ketotiolazę w obecności koenzymu A na acetylo-CoA i nowy acylo-CoA, w którym łańcuch węglowy jest o 2 atomy krótszy. Cykl β-oksydacji powtarza się, aż cały kwas tłuszczowy zostanie przekształcony w acetylo-CoA.

Cykl kwasu trikarboksylowego

Całkowite równanie reakcji:

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

U eukariontów enzymy cyklu są w stanie wolnym w macierzy mitochondrialnej, w wewnętrzną błonę mitochondrialną wbudowana jest tylko dehydrogenaza bursztynianowa.

Większość cząsteczek ATP powstaje w wyniku fosforylacji oksydacyjnej na ostatnim etapie oddychania komórkowego: w łańcuchu transportu elektronów. Zachodzi tu utlenianie NADH i FADN 2, redukowane w procesach glikolizy, β-oksydacji, cyklu Krebsa itp. Energia uwalniana podczas tych reakcji wynika z łańcucha nośników elektronów zlokalizowanych w wewnętrznej błonie mitochondria (u prokariotów - w błonie cytoplazmatycznej) przekształcają się w transbłonowy potencjał protonowy. Enzym syntaza ATP wykorzystuje ten gradient do syntezy ATP, przekształcając jego energię w energię wiązań chemicznych. Oblicza się, że cząsteczka NAD∙H może wytworzyć w tym procesie 2,5 cząsteczki ATP, FADH 2 – 1,5 cząsteczki.

Ostatnim akceptorem elektronów w tlenowym łańcuchu oddechowym jest tlen.

Oddychanie beztlenowe

Ogólne równanie oddychania, równowaga ATP

Scena	Wydajność koenzymu	Wyjście ATP (GTP)	Metoda otrzymywania ATP
Pierwsza faza glikolizy		−2	Fosforylacja glukozy i fruktozo-6-fosforanu przy użyciu 2 ATP z cytoplazmy.
Druga faza glikolizy		4	Fosforylacja podłoża
	2 NADH	3 (5)	Fosforylacja oksydacyjna. Tylko 2 ATP powstaje z NADH w łańcuchu transportu elektronów, ponieważ koenzym powstaje w cytoplazmie i musi zostać przetransportowany do mitochondriów. Kiedy do transportu do mitochondriów wykorzystuje się transport jabłczanowo-asparaginianowy, z NADH powstają 3 mole ATP. Podczas stosowania wahadłowca glicerofosforanowego powstają 2 mole ATP.
Dekarboksylacja pirogronianu	2 NADH	5	Fosforylacja oksydacyjna
cykl Krebsa		2	Fosforylacja podłoża
	6 NADH	15	Fosforylacja oksydacyjna
	2FADN 2	3	Fosforylacja oksydacyjna
Wyjście ogólne		30 (32) ATP	Z całkowitym utlenianiem glukozy do dwutlenku węgla i utlenianiem wszystkich powstałych koenzymów.

Notatki

Zobacz też

Fundacja Wikimedia. 2010.

• Giemza

ODDECH Nowoczesna encyklopedia

ODDECH- zespół procesów zapewniających wejście tlenu do organizmu i usunięcie dwutlenku węgla (oddychanie zewnętrzne), a także wykorzystanie tlenu przez komórki i tkanki do utleniania substancji organicznych z uwolnieniem niezbędnej do tego energii. ... ... Wielki słownik encyklopedyczny

Oddech- ODDYCHANIE, zespół procesów zapewniających wnikanie tlenu do organizmu i usuwanie dwutlenku węgla (oddychanie zewnętrzne), a także wykorzystanie tlenu przez komórki i tkanki do utleniania substancji organicznych z wyzwoleniem energii, ... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny

ODDECH- ODDYCHANIE, ja, zob. 1. Proces wchłaniania tlenu i uwalniania dwutlenku węgla przez organizmy żywe. Układ oddechowy. Komórkowy d. (specjalny). 2. Wdychanie i wypuszczanie powietrza przez płuca. Gładka d. Ograniczenie d. sprężyna (przetłumaczona). Drugi podmuch wiatru... ... Słownik wyjaśniający Ożegowa

oddech- ODDYCHANIE, ODDYCHANIE, ja; Poślubić 1. Pobieranie i wydalanie powietrza przez płuca lub (u niektórych zwierząt) inne właściwe narządy w procesie wchłaniania tlenu i uwalniania dwutlenku węgla przez organizmy żywe. Układ oddechowy. Głośno, ciężko... słownik encyklopedyczny

Oddech- w potocznym znaczeniu oznacza ciąg ruchów klatki piersiowej, występujących naprzemiennie w ciągu życia, w postaci wdechu i wydechu, warunkujących z jednej strony dopływ świeżego powietrza do płuc, a z drugiej jego usunięcie już zepsutego od nich powietrza... ... Słownik encyklopedyczny F.A. Brockhausa i I.A. Efron

Oddech- I Oddychanie (oddychanie) to zespół procesów zapewniających dopływ tlenu do organizmu z powietrza atmosferycznego, jego wykorzystanie w biologicznym utlenianiu substancji organicznych i usuwaniu dwutlenku węgla z organizmu. W rezultacie... ... Encyklopedia medyczna

Przepływ energii w komórce

Przepływ energii w komórce opiera się na procesach odżywiania organizmów i oddychania komórkowego.

1. Jedzenie– proces pozyskiwania materii i energii przez organizmy żywe.

2. Oddychanie komórkowe- proces, w wyniku którego organizmy żywe uwalniają energię z bogatych w nią substancji organicznych, gdy ulegają one enzymatycznemu rozkładowi (dysymilacji) na prostsze. Oddychanie komórkowe może być tlenowe lub beztlenowe.

3. Oddychanie tlenowe– energię uzyskuje się przy udziale tlenu w procesie rozkładu substancji organicznych. Nazywa się go również tlenowym (tlenowym) etapem metabolizmu energetycznego.

Oddychanie beztlenowe– pozyskiwanie energii z pożywienia bez wykorzystania wolnego tlenu atmosferycznego. Ogólnie przepływ energii w komórce można przedstawić w następujący sposób (ryc. 5.3.)

ŻYWNOŚĆ

CUKIER, KWASY TŁUSZCZOWE, AMINOKWASY

ODDYCHANIA KOMÓRKOWEGO

ATP

CO 2, H 2 O, NH 3

PRACE CHEMICZNE, MECHANICZNE, ELEKTRYCZNE, OSMOTYCZNE

ADP + H3PO 4

Ryc.5.3. Przepływ energii w komórce

Praca chemiczna: biosynteza w komórce białek, kwasów nukleinowych, tłuszczów, polisacharydów.

Praca mechaniczna: skurcz włókien mięśniowych, bicie rzęsek, rozbieżność chromosomów podczas mitozy.

Praca elektryczna– utrzymanie różnicy potencjałów w poprzek błony komórkowej.

Praca osmotyczna– utrzymanie gradientów substancji w komórce i jej otoczeniu.

Proces oddychania tlenowego przebiega w trzech etapach: 1) przygotowawczy; 2) beztlenowy; 3) tlen.

Pierwszy etap – przygotowawczy Lub etap trawienny, który obejmuje enzymatyczny rozkład polimerów na monomery: białek na aminokwasy, tłuszczów na glicerol i kwasy tłuszczowe, glikogenu i skrobi na glukozę, kwasów nukleinowych na nukleotydy. Występuje w przewodzie pokarmowym przy udziale enzymów trawiennych oraz w cytoplazmie komórek przy udziale enzymów lizosomalnych.

Na tym etapie uwalniana jest niewielka ilość energii, rozpraszana w postaci ciepła, a powstałe monomery ulegają dalszemu rozkładowi w ogniwach lub zostają wykorzystane jako materiał budowlany.

Druga faza – beztlenowe (beztlenowe). Zachodzi w cytoplazmie komórek bez udziału tlenu. Monomery powstałe w pierwszym etapie ulegają dalszemu rozszczepieniu. Przykładem takiego procesu jest glikoliza – beztlenowy, niepełny rozkład glukozy.

W reakcjach glikolizy z jednej cząsteczki glukozy (C 6 H 12 O 6) powstają dwie cząsteczki kwasu pirogronowego (C 3 H 4 O 3 - PVK). W tym przypadku z każdej cząsteczki glukozy oddzielają się 4 atomy H+ i powstają 2 cząsteczki ATP. Atomy wodoru są przyłączone do NAD+ (dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego; funkcją NAD i podobnych nośników jest przyjęcie wodoru w pierwszej reakcji (redukcja) i oddanie go (utlenienie) w drugiej.

Ogólne równanie glikolizy wygląda następująco:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2

Podczas glikolizy uwalniane jest 200 kJ/mol energii, z czego 80 kJ, czyli 40%, trafia do syntezy ATP, a 120 kJ (60%) jest rozpraszane w postaci ciepła.

a) w komórkach zwierzęcych powstają 2 cząsteczki kwasu mlekowego, które następnie przekształcają się w glikogen i odkładają się w wątrobie;

b) W komórkach roślinnych zachodzi fermentacja alkoholowa z uwolnieniem CO 2. Produktem końcowym jest etanol.

Oddychanie beztlenowe, w porównaniu do oddychania tlenowego, jest ewolucyjnie wcześniejszą, ale mniej efektywną formą pozyskiwania energii ze składników odżywczych.

Trzeci etap – aerobik(tlen, oddychanie tkankowe) zachodzi w mitochondriach i wymaga obecności tlenu.

Związki organiczne powstałe na poprzednim etapie beztlenowym ulegają utlenieniu poprzez eliminację wodoru do CO 2 i H 2 O. Oddzielone atomy wodoru za pomocą nośników przechodzą do tlenu, oddziałują z nim i tworzą wodę. Procesowi temu towarzyszy uwolnienie znacznej ilości energii, której część (55%) trafia do powstania wody. Na etapie tlenowym można wyróżnić reakcje cyklu Krebsa oraz reakcje fosforylacji oksydacyjnej.

cykl Krebsa(cykl kwasu trikarboksylowego) zachodzi w macierzy mitochondrialnej. Został odkryty przez angielskiego biochemika H. Krebsa w 1937 roku.

Cykl Krebsa rozpoczyna się w reakcji kwasu pirogronowego z kwasem octowym. Powstaje w tym przypadku kwas cytrynowy, który po serii kolejnych przemian ponownie staje się kwasem octowym i cykl się powtarza.

Podczas reakcji cyklu Krebsa z jednej cząsteczki PVC powstają 4 pary atomów wodoru, dwie cząsteczki CO2 i jedna cząsteczka ATP. Dwutlenek węgla jest usuwany z komórki, a atomy wodoru łączą się z cząsteczkami nośnikowymi – NAD i FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy), w wyniku czego powstają NADH 2 i FADH 2.

Przeniesienie energii z NADH 2 i FADH 2, które powstały w cyklu Krebsa oraz w poprzedniej fazie beztlenowej, do ATP następuje na wewnętrznej błonie mitochondriów w łańcuchu oddechowym.

Łańcuch oddechowy lub łańcuch transportu elektronów (łańcuch transportu elektronów) występuje w wewnętrznej błonie mitochondriów. Opiera się na nośnikach elektronów, które wchodzą w skład kompleksów enzymatycznych katalizujących reakcje redoks.

Pary wodorowe oddzielają się od NADH 2 i FADH 2 w postaci protonów i elektronów (2H + +2e) i wchodzą łańcuch transportu elektronów. W łańcuchu oddechowym biorą udział w szeregu reakcji biochemicznych, których końcowym efektem jest synteza ATP (ryc. 5.4.)

Ryż. 5.4 Łańcuch transportu elektronów

Elektrony i protony są wychwytywane przez cząsteczki nośników łańcucha oddechowego i transportowane: elektrony na wewnętrzną stronę błony, a protony na zewnątrz. Elektrony łączą się z tlenem. Atomy tlenu stają się naładowane ujemnie:

O 2 + mi - = O 2 -

Protony (H +) gromadzą się na zewnątrz membrany, a aniony (O 2-) wewnątrz. W rezultacie różnica potencjałów wzrasta.

W niektórych miejscach błony osadzone są cząsteczki enzymu syntezy ATP (syntetazy ATP), który posiada kanał jonowy (protonowy). Kiedy różnica potencjałów na membranie osiągnie 200 mV, protony (H +) są wypychane przez kanał pod wpływem pola elektrycznego i przechodzą na wewnętrzną stronę membrany, gdzie oddziałują z O 2 -, tworząc H 2 O

½ O 2 + 2H + = H 2 O

Tlen docierający do mitochondriów jest niezbędny do przyłączenia elektronów (e -), a następnie protonów (H+). W przypadku braku O2 procesy związane z transportem protonów i elektronów zatrzymują się. W takich przypadkach wiele komórek syntetyzuje ATP poprzez rozkład składników odżywczych w procesie fermentacji.

Sumaryczne równanie etapu tlenowego

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) zgromadzonych w ATP

1160 kJ uwolnione w postaci ciepła

Podsumowanie równania oddychania tlenowego z uwzględnieniem etapów beztlenowych i tlenowych :

C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 + 6O 2 = 38ATP + 6CO 2 + 44H 2 O

Końcowe produkty metabolizmu energetycznego (CO 2 , H 2 O, NH 3), a także nadmiar energii są uwalniane z komórki przez błonę komórkową, której budowa i funkcje zasługują na szczególną uwagę.

Początkowymi substratami do oddychania mogą być różne substancje, które podczas określonych procesów metabolicznych przekształcają się w Acetylo-CoA z uwolnieniem szeregu produktów ubocznych. Redukcja NAD (NADP) i tworzenie ATP może już nastąpić na tym etapie, jednak większość z nich powstaje w cyklu kwasów trikarboksylowych podczas przetwarzania acetylo-CoA.

Glikoliza

Glikoliza – droga enzymatycznego rozkładu glukozy – jest procesem wspólnym niemal dla wszystkich organizmów żywych. U tlenowców poprzedza samo oddychanie komórkowe, u beztlenowców kończy się fermentacją. Sama glikoliza jest procesem całkowicie beztlenowym i do zajścia nie wymaga obecności tlenu.

Jej pierwszy etap zachodzi wraz z uwolnieniem 2 cząsteczek ATP i obejmuje rozszczepienie cząsteczki glukozy na 2 cząsteczki aldehydu 3-glicerynowego. W drugim etapie następuje zależne od NAD utlenianie aldehydu 3-glicerynowego, któremu towarzyszy fosforylacja substratu, czyli dodanie do cząsteczki reszty kwasu fosforowego i utworzenie w niej wiązania wysokoenergetycznego, po czym pozostałość jest przenoszona do ADP z utworzeniem ATP.

Zatem równanie glikolizy wygląda następująco:

Glukoza + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2ADP + 4ATP + 2H2O + 4H + .

Redukując ATP i ADP z lewej i prawej strony równania reakcji, otrzymujemy:

Glukoza + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H2O + 4H + .

Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

Kwas pirogronianowy (pirogronian) powstały podczas glikolizy, pod działaniem kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej (złożona struktura 3 różnych enzymów i ponad 60 podjednostek), rozkłada się na dwutlenek węgla i aldehyd octowy, który wraz z koenzymem A tworzy Acetylo- CoA. Reakcji towarzyszy przywrócenie NAD do NADH.

U eukariontów proces ten zachodzi w matrix mitochondrialnej.

β-oksydacja kwasów tłuszczowych

Ostatecznie w czwartym etapie powstały β-ketokwas jest rozszczepiany przez β-ketotiolazę w obecności koenzymu A na acetylo-CoA i nowy acylo-CoA, w którym łańcuch węglowy jest o 2 atomy krótszy. Cykl β-oksydacji powtarza się, aż cały kwas tłuszczowy zostanie przekształcony w acetylo-CoA.

Cykl kwasu trikarboksylowego

Całkowite równanie reakcji:

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

U eukariontów enzymy cyklu są w stanie wolnym w macierzy mitochondrialnej, w wewnętrzną błonę mitochondrialną wbudowana jest tylko dehydrogenaza bursztynianowa.

Większość cząsteczek ATP powstaje w wyniku fosforylacji oksydacyjnej na ostatnim etapie oddychania komórkowego: w łańcuchu transportu elektronów. Tutaj zachodzi utlenianie NAD∙H i FADH 2, redukowane w procesach glikolizy, β-oksydacji, cyklu Krebsa itp. Energia uwalniana podczas tych reakcji, dzięki łańcuchowi transporterów elektronów zlokalizowanych w wewnętrznej błonie mitochondriów (u prokariotów - w błonie cytoplazmatycznej), przekształcana jest w transbłonowy potencjał protonowy. Enzym syntaza ATP wykorzystuje ten gradient do syntezy ATP, przekształcając jego energię w energię wiązań chemicznych. Oblicza się, że cząsteczka NAD∙H może wytworzyć w tym procesie 2,5 cząsteczki ATP, FADH 2 – 1,5 cząsteczki.

Ostatnim akceptorem elektronów w tlenowym łańcuchu oddechowym jest tlen.

Oddychanie beztlenowe

Ogólne równanie oddychania, równowaga ATP

Scena	Wydajność koenzymu	Wyjście ATP (GTP)	Metoda otrzymywania ATP
Pierwsza faza glikolizy		−2	Fosforylacja glukozy i fruktozo-6-fosforanu przy użyciu 2 ATP z cytoplazmy.
Druga faza glikolizy		4	Fosforylacja podłoża
	2 NADH	3 (5)	Fosforylacja oksydacyjna. Tylko 2 ATP powstaje z NADH w łańcuchu transportu elektronów, ponieważ koenzym powstaje w cytoplazmie i musi zostać przetransportowany do mitochondriów. Kiedy do transportu do mitochondriów wykorzystuje się transport jabłczanowo-asparaginianowy, z NADH powstają 3 mole ATP. Podczas stosowania wahadłowca glicerofosforanowego powstają 2 mole ATP.
Dekarboksylacja pirogronianu	2 NADH	5	Fosforylacja oksydacyjna
cykl Krebsa		2	Fosforylacja podłoża
	6 NADH	15	Fosforylacja oksydacyjna
	2FADN 2	3	Fosforylacja oksydacyjna
Wyjście ogólne		30 (32) ATP	Z całkowitym utlenianiem glukozy do dwutlenku węgla i utlenianiem wszystkich powstałych koenzymów.

Zobacz też

Napisz recenzję artykułu „Oddychanie komórkowe”

Notatki

Fragment charakteryzujący oddychanie komórkowe

Dni mijały, a ja nie wiedziałem, czy moja dziewczyna nadal jest w Meteorach? Czy Caraffa pojawiła się za nią?.. I czy wszystko z nią było w porządku?
Moje życie było puste i dziwne, jeśli nie beznadziejne. Nie mogłem opuścić Karaffy, bo wiedziałem, że gdybym po prostu zniknął, natychmiast wyładowałby swoją złość na mojej biednej Annie... Poza tym nadal nie byłem w stanie go zniszczyć, bo nie znalazłem drogi do ochrony które dał, był kiedyś „obcym” człowiekiem. Czas płynął nieubłaganie, a ja coraz bardziej odczuwałam swoją bezsilność, która w połączeniu z biernością zaczęła powoli doprowadzać mnie do szału...
Od mojej pierwszej wizyty w piwnicach minął już prawie miesiąc. W pobliżu nie było nikogo, z kim mógłbym choć słowo zamienić. Samotność uciskała coraz głębiej, zasiewając w sercu pustkę, dotkliwie zaprawioną rozpaczą...
Miałem wielką nadzieję, że Morone mimo „talentów” Papieża nadal przeżyje. Bała się jednak wracać do piwnic, bo nie była pewna, czy nieszczęsny kardynał tam jeszcze jest. Moja ponowna wizyta mogłaby sprowadzić na niego prawdziwy gniew Caraffy i Morona musiałby za to naprawdę drogo zapłacić.
Pozostając odgrodzony od jakiejkolwiek komunikacji, spędzałem dni w całkowitej „ciszy samotności”. Aż w końcu nie mogąc już dłużej tego znieść, ponownie zeszła do piwnicy...
Pokój, w którym miesiąc temu znalazłem Morone, tym razem był pusty. Można było mieć tylko nadzieję, że dzielny kardynał jeszcze żyje. I szczerze życzyłem mu powodzenia, którego niestety więźniom Caraffy wyraźnie brakowało.
A że i tak byłem już w piwnicy, po chwili namysłu postanowiłem zajrzeć dalej i ostrożnie otworzyłem kolejne drzwi...
A tam, na jakimś strasznym „narzędzie” tortur leżała zupełnie naga, zakrwawiona młoda dziewczyna, której ciało było prawdziwą mieszaniną żywego spalonego mięsa, ran i krwi, pokrywającej ją od stóp do głów… Ani kat, ani tym bardziej – Caraffa, na szczęście dla mnie, w sali tortur nie było tortur.
Po cichu podszedłem do nieszczęsnej kobiety i ostrożnie pogładziłem jej spuchnięty, delikatny policzek. Dziewczyna jęknęła. Następnie ostrożnie biorąc jej delikatne palce w swoją dłoń, powoli zacząłem ją „leczyć”… Wkrótce czyste, szare oczy spojrzały na mnie ze zdziwieniem…
- Cicho, kochanie... Leż spokojnie. Postaram się Ci pomóc w miarę możliwości. Ale nie wiem, czy starczy mi czasu... Zostałaś bardzo zraniona i nie wiem, czy uda mi się to wszystko szybko „naprawić”. Odpręż się, moja droga, i spróbuj przypomnieć sobie coś miłego... jeśli możesz.
Dziewczyna (okazała się tylko dzieckiem) jęknęła, próbując coś powiedzieć, ale z jakiegoś powodu słowa nie wydobyły się z jej ust. Wymamrotała, nie mogąc wyraźnie wymówić nawet najkrótszego słowa. I wtedy uderzyła mnie straszna świadomość – ta nieszczęsna kobieta nie miała języka!!! Wyrwali... żeby nie powiedzieć za dużo! Żeby nie krzyczała prawdy, gdy ją spalą na stosie… Żeby nie mogła powiedzieć, co jej zrobili…
O Boże!.. Czy to wszystko naprawdę zrobili LUDZIE???
Uspokoiwszy trochę zgłodniałe serce, próbowałem zwrócić się do niej mentalnie – usłyszała dziewczyna. A to oznaczało – była utalentowana!.. Jedna z tych, których Papież tak nienawidził. I kogo tak brutalnie spalił żywcem w swoich przerażających ludzkich ogniskach....
- Co oni ci zrobili, kochanie?!.. Dlaczego zabrali ci mowę?!
Próbując podciągnąć wyżej szorstkie szmaty, które spadły z jej ciała, niegrzecznymi, drżącymi rękami, szepnąłem w szoku.
„Nie bój się niczego, kochanie, pomyśl tylko, co chciałbyś powiedzieć, a ja postaram się Cię wysłuchać”. Jak masz na imię, dziewczyno?
„Damiana…” – szeptała cicho odpowiedź.
„Trzymaj się, Damiana” – uśmiechnęłam się tak delikatnie, jak to możliwe. – Trzymaj się, nie wymykaj się, postaram się ci pomóc!
Ale dziewczyna tylko powoli potrząsnęła głową, a po jej ubitym policzku spłynęła czysta, samotna łza...
- Dziękuję... za twoją dobroć. Ale nie jestem już najemcą... – zaszeleścił w odpowiedzi jej cichy, „mentalny” głos. - Pomóż mi... Pomóż mi „odejść”. Proszę... Nie mogę już tego znieść... Niedługo wrócą... Proszę! Zbezcześcili mnie... Proszę, pomóż mi „odejść”... Wiesz jak. Pomóż... Podziękuję Ci „tam” i będę Cię pamiętać...
Chwyciła mój nadgarstek swoimi cienkimi palcami, oszpeconymi torturami, ściskając go śmiercionośnym uściskiem, jakby wiedziała na pewno, że naprawdę mogę jej pomóc... dać jej spokój, którego pragnęła...
Ostry ból ścisnął moje zmęczone serce... Ta słodka, brutalnie torturowana dziewczynka, prawie dziecko, w ramach przysługi błagała mnie o śmierć!!! Kaci nie tylko zranili jej kruche ciało, ale zbezcześcili jej czystą duszę, wspólnie ją gwałcąc!.. A teraz Damiana była gotowa „odejść”. Prosiła o śmierć jako wybawienie, choćby na chwilę, nie myśląc o zbawieniu. Była torturowana i zbezczeszczona, nie chciała żyć... Anna ukazała mi się przed oczami... Boże, czy to naprawdę możliwe, że czekał ją ten sam straszny koniec?!! Czy uda mi się ją uratować z tego koszmaru?!
Damiana spojrzała na mnie błagalnie swoimi jasnymi, szarymi oczami, w których odbijał się nieludzko głęboki ból, dziki w swej sile... Nie była już w stanie walczyć. Nie miała na to dość sił. A żeby się nie zdradzić, wolała odejść...
Co to za „ludzie”, którzy dopuścili się takiego okrucieństwa?! Jakie potwory zdeptały naszą czystą Ziemię, bezczeszcząc ją swoją podłością i „czarną” duszą?.. Płakałam cicho, głaszcząc słodką twarz tej odważnej, nieszczęsnej dziewczyny, która nie przeżyła nawet najmniejszej części swojego smutnego, nieudanego życia ... A moja nienawiść spaliła moją duszę! Nienawiść do potwora, który nazywał siebie Papieżem... Namiestnikiem Boga... i Ojcem Świętym... który cieszył się swoją zgniłą władzą i bogactwem, podczas gdy we własnej straszliwej piwnicy odchodziła z życia cudowna, czysta dusza . Odeszła z własnej woli... Ponieważ nie mogła już znieść ogromnego bólu, jaki zadał jej rozkaz tego samego „świętego” Papieża…
Och, jak ja go nienawidziłam!!!.. Nienawidziłam go całym sercem, całą duszą! I wiedziałam, że zemszczę się na nim, bez względu na cenę. Za wszystkich, którzy tak brutalnie zginęli na jego rozkaz... Za ojca... za Girolamo... za tę miłą, czystą dziewczynę... i za wszystkich innych, którym w żartach odebrał możliwość życia swojego drogiego i jedynego ciało żywe, życie ziemskie.
„Pomogę ci, dziewczyno... Pomogę ci, kochanie...” szepnąłem cicho, czule ją przytulając. „Uspokój się, kochanie, nie będzie już bólu”. Mój ojciec tam poszedł... Rozmawiałem z nim. Jest tylko światło i spokój... Spokojnie, kochanie... Spełnię Twoje życzenie. Teraz odejdziesz - nie bój się. Nic nie poczujesz... Pomogę ci, Damiana. Będę z Tobą...
Z jej okaleczonego ciała fizycznego wyszła zadziwiająco piękna esencja. Wyglądała jak Damiana, zanim przybyła do tego przeklętego miejsca.
„Dziękuję...” szepnął jej cichy głos. – Dziękuję za twoją dobroć... i za twoją wolność. Zapamiętam cię.
Zaczęła płynnie wznosić się wzdłuż świecącego kanału.
– Żegnaj Damianie… Niech Twoje nowe życie będzie szczęśliwe i jasne! Jeszcze znajdziesz swoje szczęście, dziewczyno... I znajdziesz dobrych ludzi. Do widzenia...
Jej serce cicho się zatrzymało... A cierpiąca dusza swobodnie odleciała tam, gdzie nikt już nie mógł jej skrzywdzić. Słodka, miła dziewczyna odeszła, nie wiedząc, jak cudowne i radosne mogło być jej obdarte, nieprzeżyte życie... ilu dobrych ludzi mógł uszczęśliwić jej Dar... jak wysoka i jasna mogła być jej nieznana miłość... i jak głośno i głosy jej nienarodzonych dzieci w tym życiu mogły brzmieć radośnie...
Twarz Damiany, uspokojona śmiercią, wygładzona, a ona zdawała się po prostu spać, była teraz taka czysta i piękna... Gorzko łkając, opadłem na szorstkie siedzenie obok jej pustego ciała... Serce zamarło mi z goryczy i urazy za jej niewinne, krótkie życie... I gdzieś bardzo głęboko w mojej duszy narodziła się zaciekła nienawiść, grożąca wybuchem i zmieciem z powierzchni Ziemi całego tego zbrodniczego, przerażającego świata...