2.4: Κυτταρική αναπνοή
- Page ID
- 213746
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
Όπως ένα φυτό παραγωγής, τα φυτά και τα ζώα πρέπει επίσης να λαμβάνουν ενέργεια από το περιβάλλον και να τη μετατρέπουν σε μια μορφή που μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα κύτταρά τους. Η ενέργεια εισέρχεται στο σώμα ενός οργανισμού με μια μορφή και μετατρέπεται σε μια άλλη μορφή που μπορεί να τροφοδοτήσει τις λειτουργίες ζωής του οργανισμού. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά και άλλοι φωτοσυνθετικοί παραγωγοί λαμβάνουν ενέργεια με τη μορφή φωτός (ηλιακή ενέργεια) και τη μετατρέπουν σε χημική ενέργεια, γλυκόζη, η οποία αποθηκεύει αυτήν την ενέργεια στους χημικούς δεσμούς της. Στη συνέχεια, μια σειρά μεταβολικών οδών, που ονομάζονται συλλογικά κυτταρική αναπνοή, εξάγει την ενέργεια από τους δεσμούς της γλυκόζης και τη μετατρέπει σε μια μορφή που μπορούν να χρησιμοποιήσουν όλα τα έμβια όντα - τόσο οι παραγωγοί, όπως τα φυτά, όσο και οι καταναλωτές, όπως τα ζώα.
- 2.4.1: Εισαγωγή
- Η ενέργεια εισέρχεται στο σώμα ενός οργανισμού με μια μορφή και μετατρέπεται σε μια άλλη μορφή που μπορεί να τροφοδοτήσει τις λειτουργίες ζωής του οργανισμού. Μια σειρά μεταβολικών οδών, που συλλογικά ονομάζονται κυτταρική αναπνοή, εξάγει την ενέργεια από τους δεσμούς της γλυκόζης και τη μετατρέπει σε μια μορφή που μπορούν να χρησιμοποιήσουν όλα τα έμβια όντα - τόσο οι παραγωγοί, όπως τα φυτά, όσο και οι καταναλωτές, όπως τα ζώα.
- 2.4.2: Ενέργεια σε Ζωντανά Συστήματα
- Η παραγωγή ενέργειας μέσα σε ένα κύτταρο περιλαμβάνει πολλές συντονισμένες χημικές οδούς. Οι περισσότερες από αυτές τις οδούς είναι συνδυασμοί αντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής. Η οξείδωση και η αναγωγή συμβαίνουν παράλληλα. Μια αντίδραση οξείδωσης αφαιρεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο σε μια ένωση και η προσθήκη αυτού του ηλεκτρονίου σε μια άλλη ένωση είναι μια αντίδραση αναγωγής. Επειδή η οξείδωση και η αναγωγή συμβαίνουν συνήθως μαζί, αυτά τα ζεύγη αντιδράσεων ονομάζονται αντιδράσεις αναγωγής οξείδωσης ή αντιδράσεις οξειδοαναγωγής.
- 2.4.3: Γλυκόλυση
- Η γλυκόλυση είναι το πρώτο βήμα στη διάσπαση της γλυκόζης για την εξαγωγή ενέργειας για τον κυτταρικό μεταβολισμό. Σχεδόν όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί πραγματοποιούν γλυκόλυση ως μέρος του μεταβολισμού τους. Η διαδικασία δεν χρησιμοποιεί οξυγόνο και επομένως είναι αναερόβια. Η γλυκόλυση λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα τόσο των προκαρυωτικών όσο και των ευκαρυωτικών κυττάρων.
- 2.4.4: Οξείδωση πυροσταφυλικού και κύκλος κιτρικού οξέος
- Εάν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο, η αερόβια αναπνοή θα προχωρήσει. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, τα μόρια πυροσταφυλικού που παράγονται στο τέλος της γλυκόλυσης μεταφέρονται στα μιτοχόνδρια, τα οποία είναι οι θέσεις της κυτταρικής αναπνοής. Εκεί, το πυροσταφυλικό θα μετατραπεί σε ομάδα ακετυλίου που θα συλλεχθεί και θα ενεργοποιηθεί από μια ένωση φορέα που ονομάζεται συνένζυμο Α (CoA). Η προκύπτουσα ένωση ονομάζεται ακετυλ CoA. Το CoA παρασκευάζεται από βιταμίνη Β5, παντοθενικό οξύ.
- 2.4.5: Οξειδωτική Φωσφορυλίωση
- Μόλις διαβάσατε για δύο οδούς στον καταβολισμό της γλυκόζης - τη γλυκόλυση και τον κύκλο του κιτρικού οξέος - που δημιουργούν ATP. Το μεγαλύτερο μέρος του ATP που παράγεται κατά τη διάρκεια του αερόβιου καταβολισμού της γλυκόζης, ωστόσο, δεν παράγεται απευθείας από αυτές τις οδούς. Αντίθετα, προέρχεται από μια διαδικασία που ξεκινά με την κίνηση ηλεκτρονίων μέσω μιας σειράς μεταφορέων ηλεκτρονίων που υφίστανται αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Αυτό προκαλεί τη συσσώρευση ιόντων υδρογόνου εντός του χώρου της μήτρας.
- 2.4.6: Μεταβολισμός χωρίς οξυγόνο
- Στην αερόβια αναπνοή, ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων είναι ένα μόριο οξυγόνου, Ο2. Εάν συμβεί αερόβια αναπνοή, τότε το ATP θα παραχθεί χρησιμοποιώντας την ενέργεια των ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας που μεταφέρονται από NADH ή FADH2 στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Εάν δεν συμβεί αερόβια αναπνοή, το NADH πρέπει να επαναοξειδωθεί σε NAD+ για επαναχρησιμοποίηση ως φορέας ηλεκτρονίων για να συνεχιστεί η γλυκολυτική οδός.
- 2.4.7: Συνδέσεις μεταβολικών οδών υδατανθράκων, πρωτεϊνών και λιπιδίων
- Όλες οι καταβολικές οδοί για υδατάνθρακες, πρωτεΐνες και λιπίδια τελικά συνδέονται με τη γλυκόλυση και τις οδούς κύκλου του κιτρικού οξέος. Οι μεταβολικές οδοί πρέπει να θεωρούνται πορώδεις - δηλαδή, οι ουσίες εισέρχονται από άλλες οδούς και τα ενδιάμεσα φεύγουν για άλλες οδούς. Αυτά τα μονοπάτια δεν είναι κλειστά συστήματα. Πολλά από τα υποστρώματα, τα ενδιάμεσα και τα προϊόντα σε μια συγκεκριμένη οδό είναι αντιδρώντα σε άλλες οδούς.
- 2.4.8: Ρύθμιση της κυτταρικής αναπνοής
- Η κυτταρική αναπνοή πρέπει να ρυθμίζεται προκειμένου να παρέχει ισορροπημένες ποσότητες ενέργειας με τη μορφή ΑΤΡ. Το κύτταρο πρέπει επίσης να δημιουργήσει έναν αριθμό ενδιάμεσων ενώσεων που χρησιμοποιούνται στον αναβολισμό και τον καταβολισμό των μακρομορίων. Χωρίς ελέγχους, οι μεταβολικές αντιδράσεις θα σταματούσαν γρήγορα καθώς οι αντιδράσεις προς τα εμπρός και προς τα πίσω έφτασαν σε κατάσταση ισορροπίας. Οι πόροι θα χρησιμοποιηθούν ακατάλληλα.
Μικρογραφία: Η γενικευμένη δομή ενός προκαρυωτικού κυττάρου. (CC BY 4.0; OpenStax).