Informacija

Koji produkt staničnog disanja stvara kiselinu u otopini s vodom?

Koji produkt staničnog disanja stvara kiselinu u otopini s vodom?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Koji produkt staničnog disanja stvara kiselinu u otopini s vodom?

Pitanje teme stvarno, nisam uspio pronaći izravan odgovor.


Samo stanično disanje, definirano kao aktivnost kompleksa respiratornog lanca I - V (uključujući ATP sintazu), je ne zakiseljavajući. Naprotiv, slobodni protoni se hvataju tijekom sinteze ATP-a, pa stanično disanje djeluje na podizanje pH. Ali tada se sinteza ATP-a uvijek poklapa s razgradnjom ATP-a u reakcijama koje koriste energiju (kontrakcija mišića, na primjer), a raspad ATP-a ponovno oslobađa zarobljene protone. Dakle, kompletan ciklus ATP-a je pH neutralan. (Za više informacija, pogledajte na primjer http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6298937)

Aktivnost TCA ciklusa, s druge strane, proizvodi CO$_2$ prilikom oksidacije ugljikohidrata, a CO$_2$ otopljen u vodi je blago kiseli (pK$_a$ = 6,3) i stoga ima tendenciju nižeg pH. Ovo je glavni zakiseljavajući učinak oksidativnog metabolizma. Kod životinja, CO$_2$ se naravno oslobađa kroz pluća, tako da je količina CO$_2$ otopljenog u tjelesnoj vodi (manje ili više) konstantna, pa je stoga pH stabilan.


CO2 vjerojatno je odgovor koji tražite. To je osobito istinito ako je ovo odgovor na pitanje iz tečaja biologije od 100 ili 200 razina. Na temelju postavljanja pitanja, pretpostavljam da je to slučaj.

Iako, kao što su drugi istaknuli, postoje i drugi proizvodi koji bi se kvalificirali.


U kulturi tkiva i stanica sjećam se da je nakon što je stanična linija glatkih mišića krvnih žila s kojom sam radio potrošila spojeve u puferu, supernatant je počeo postajati kiseli zbog prisutnosti mliječne kiseline.

Stanice aerobno proizvode laktat koji se najvjerojatnije pretvara u mliječnu kiselinu s H2O i drugi nusproizvodi (kao što je H+ )prisutan u supernatantu.

CO2 disanje također može stvarati ugljičnu kiselinu (H2CO3) s vodom. Ovo je samo par primjera.

Proton (koji tvori H3O+ s vodom) ili jedan od mnogih aniona koje bi stanica mogla proizvesti ili prisutni u vodenom puferu, mogao bi stvoriti kiselinu kada je u otopini s vodom.

Uzmite u obzir da postoji mnogo različitih staničnih tipova i tipova disanja.


Bromothymol Blue & Laboratorij za aerobno disanje

Ovaj eksperiment je istraživao kako aerobno disanje iz vježbanja utječe na bazičnu otopinu i njezin prijelaz u kiselinu. Više energije se koristi tijekom vježbanja, više kisika je potrebno u ljudskom tijelu za poticanje staničnog disanja. Stanično disanje proizvodi energiju u obliku ATP-a i oslobađa CO2 kao nusprodukt. Jednadžba je glukoza + kisik → ugljični dioksid + voda C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O. (Dimand i sur., 2002.). To podupire predviđanje da će dulje trajanje vježbanja rezultirati većom stopom proizvodnje ugljičnog dioksida.


Dio 1: Sinteza škroba i skladištenje

Koristeći energiju sunca, fotosintetski organizmi pretvaraju ugljični dioksid i molekule vode u glukozu. Biljke ne pohranjuju ovu kemijsku energiju kao glukozu. Koristeći enzime, biljke povezuju molekule glukoze zajedno i pohranjuju ih kao polisaharidni škrob. Krumpir je primarno mjesto skladištenja škroba za biljku krumpira. Jod reagira sa škrobom i formira plavkastu boju. Možete vidjeti škrob pohranjen u stanici krumpira bojenjem stanica jodom.

Materijali

Postupak

  1. Izrežite tanku krišku ili ostružite nekoliko stanica s površine krumpira.
  2. Napravite mokri dio krumpirovih stanica i obojite ih kapljicom joda.
  3. Promatrajte svoje stanice pod velikom snagom.
  4. Nacrtajte nekoliko ćelija i označiti sljedeće strukture:
    1. stanične stijenke
    2. plastid sa škrobnim zrncima (ljubičaste mrlje)

    Razmisli o tome

    Odakle škrob u stanicama krumpira?


    NGSS poravnanje

    • MS-LS1-7 . Razvijte model koji opisuje kako se hrana preuređuje kemijskim reakcijama stvarajući nove molekule koje podržavaju rast i/ili oslobađaju energiju dok se ova tvar kreće kroz organizam.

    Postavljanje pitanja i definiranje problema. Postavljajte pitanja koja se mogu istražiti u okviru učionice, vanjskog okruženja te muzeja i drugih javnih objekata s dostupnim resursima i, kada je prikladno, postavite hipotezu temeljenu na zapažanjima i znanstvenim načelima.

    Analiza i tumačenje podataka. Analizirajte i interpretirajte podatke kako biste pružili dokaze za fenomene.

    Unutar prirodnog ili dizajniranog sustava, prijenos energije pokreće kretanje i/ili kruženje materije.

    Uzrok i posljedica. Uzročno-posljedične veze mogu se koristiti za predviđanje pojava u prirodnim ili projektiranim sustavima.


    Kada su u prisutnosti kisika, stanice koriste aerobno disanje za dobivanje energije iz molekula glukoze. [1] [2]

    Stanice koje su podvrgnute aerobnom disanju proizvode 6 molekula ugljičnog dioksida, 6 molekula vode i do 30 molekula ATP-a (adenozin trifosfata), koji se izravno koristi za proizvodnju energije, iz svake molekule glukoze u prisutnosti viška kisika.

    U aerobnom disanju kisik služi kao primatelj elektrona iz lanca prijenosa elektrona. Aerobno disanje je stoga vrlo učinkovito jer je kisik jak oksidans. Aerobno disanje odvija se u nizu koraka, što također povećava učinkovitost - budući da se glukoza postupno razgrađuje i ATP se proizvodi prema potrebi, manje energije se gubi kao toplina. Ova strategija rezultira otpadnim proizvodima H2O i CO2 nastaju u različitim količinama u različitim fazama disanja. CO2 nastaje dekarboksilacijom piruvata, H2O nastaje u oksidativnoj fosforilaciji, a oba nastaju u ciklusu limunske kiseline. [3] Jednostavna priroda konačnih proizvoda također ukazuje na učinkovitost ove metode disanja. Sva energija pohranjena u vezama ugljik-ugljik glukoze se oslobađa, ostavljajući CO2 i H2O. Iako postoji energija pohranjena u vezama ovih molekula, stanica nije lako dostupna toj energiji. Sva korisna energija se učinkovito izvlači.

    Anaerobno disanje obavljaju aerobni organizmi kada u stanici nema dovoljno kisika za aerobno disanje, kao i stanice zvane anaerobni koje selektivno provode anaerobno disanje čak i u prisutnosti kisika. U anaerobnom disanju, slabi oksidansi poput sulfata i nitrata služe kao oksidansi umjesto kisika. [4]

    Općenito, u anaerobnom disanju šećeri se razgrađuju na ugljični dioksid i druge otpadne produkte koje diktiraju oksidansi koje stanica koristi. Dok je u aerobnom disanju oksidans uvijek kisik, kod anaerobnog disanja on varira. Svaki oksidans proizvodi različite otpadne produkte, kao što su nitrit, sukcinat, sulfid, metan i acetat. Anaerobno disanje je manje učinkovito od aerobnog disanja. U nedostatku kisika, ne mogu se sve veze ugljik-ugljik u glukozi razbiti kako bi se oslobodila energija. Velika količina energije koja se može izdvojiti ostaje u otpadnim proizvodima. Anaerobno disanje općenito se javlja kod prokariota u sredinama koje ne sadrže kisik.

    Fermentacija je još jedan proces kojim stanice mogu izvući energiju iz glukoze. To nije oblik staničnog disanja, ali stvara ATP, razgrađuje glukozu i proizvodi otpadne proizvode. Fermentacija, kao i aerobno disanje, počinje razbijanjem glukoze u dvije molekule piruvata. Odavde se nastavlja korištenjem endogenih organskih receptora elektrona, dok stanično disanje koristi egzogene receptore, kao što su kisik u aerobnom disanju i nitrati u anaerobnom disanju. Svaki od ovih različitih organskih receptora stvara različite otpadne proizvode. Uobičajeni proizvodi su mliječna kiselina, laktoza, vodik i etanol. Ugljični dioksid se također često proizvodi. [5] Fermentacija se događa prvenstveno u anaerobnim uvjetima, iako neki organizmi poput kvasca koriste fermentaciju čak i kada je kisika u izobilju.

    Uređivanje fermentacije mliječne kiseline

    Pojednostavljena teorijska reakcija: C6H12O62C3H6O3 + 2 ATP (120 kJ) [6] Fermentacija mliječne kiseline je opće poznata kao proces kojim mišićne stanice sisavaca proizvode energiju u anaerobnom okruženju, kao u slučajevima velikog fizičkog napora, i najjednostavniji je tip fermentacije. Počinje istim putem kao i aerobno disanje, ali nakon što se glukoza pretvori u piruvat nastavlja niz jedan od dva puta i proizvodi samo dvije molekule ATP-a iz svake molekule glukoze. Na homolaktičkom putu proizvodi mliječnu kiselinu kao otpad. U heterolaktičkom putu proizvodi mliječnu kiselinu, kao i etanol i ugljični dioksid. [7] Vrenje mliječne kiseline je relativno neučinkovito. Otpadni proizvodi mliječna kiselina i etanol nisu u potpunosti oksidirani i još uvijek sadrže energiju, ali je za ekstrakciju te energije potreban dodatak kisika. [8]

    Općenito, fermentacija mliječne kiseline događa se samo kada aerobnim stanicama nedostaje kisik. Međutim, neke aerobne stanice sisavaca preferirano će koristiti fermentaciju mliječne kiseline u odnosu na aerobno disanje. Taj se fenomen naziva Warburgov efekt i nalazi se prvenstveno u stanicama raka. [9] Mišićne stanice pod velikim naporom također će koristiti fermentaciju mliječne kiseline za dopunu aerobnog disanja. Fermentacija mliječne kiseline je nešto brža, iako manje učinkovita od aerobnog disanja, pa u aktivnostima poput sprinta može pomoći da se mišići brzo opskrbe potrebnom energijom. [10]

    Stanično disanje odvija se u kristama mitohondrija unutar stanica. Ovisno o putevima kojim se slijedi, s proizvodima se postupa na različite načine.

    CO2 izlučuje se iz stanice difuzijom u krvotok, gdje se transportira na tri načina:

    • Do 7% je otopljeno u svom molekularnom obliku u krvnoj plazmi.
    • Oko 70-80% se pretvara u hidrokarbonatne ione,
    • Ostatak se veže s hemoglobinom u crvenim krvnim stanicama, prenosi se u pluća i izdiše. [11]

    H2O također difundira iz stanice u krvotok, odakle se izlučuje u obliku znoja, vodene pare u dahu ili urina iz bubrega. Voda, zajedno s nekim otopljenim tvarima, uklanja se iz cirkulacije krvi u nefronima bubrega i na kraju se izlučuje kao urin. [12]

    Proizvodi fermentacije mogu se prerađivati ​​na različite načine, ovisno o staničnim uvjetima.

    Mliječna kiselina ima tendenciju nakupljanja u mišićima, što uzrokuje bol u mišićima i zglobovima, kao i umor. [13] Također stvara gradijent koji potiče vodu da istječe iz stanica i povećava krvni tlak. [14] Istraživanja sugeriraju da mliječna kiselina također može igrati ulogu u snižavanju razine kalija u krvi. [15] Također se može pretvoriti natrag u piruvat ili pretvoriti natrag u glukozu u jetri i potpuno metabolizirati aerobnim disanjem. [16]


    Koji su otpadni proizvodi disanja?

    Kod životinja, kao što su ljudi, otpadni proizvodi aerobnog disanja su voda i ugljični dioksid, a otpadni produkt anaerobnog disanja je mliječna kiselina. Aerobno disanje je niz reakcija u kojima se vidi da se kisik troši kako bi se oslobodila energija iz glukoze. Anaerobno disanje nastaje kada u stanicama postoji dug kisika.

    Aerobno disanje događa se uglavnom unutar mitohondrija u eukariotskim stanicama, a energija koja se nalazi u tim stanicama je u obliku adenozin trifosfata (ATP). Disanje je u biti proces proizvodnje ATP-a. Tijekom procesa, glukoza prolazi kroz glikolizu, koja stvara piruvat i ATP. Ako je kisik dostupan, ovaj piruvat se oksigenira, stvarajući acetil-CoA, i prelazi u mitohondrij gdje se proizvodi više ATP-a i daju se i voda i ugljični dioksid. I voda i ugljični dioksid se kombiniraju i stvaraju karbonsku kiselinu, koja pomaže u održavanju pH razine u krvi.

    Ako nakon glikolize piruvatu nema dostupnog kisika, piruvat ulazi u proces fermentacije. To je poznato kao anaerobno disanje, a koristi se kada su mišićne stanice iscrpile zalihe kisika. Tijekom aerobnog disanja može se proizvesti do 38 ATP-a, međutim, kod anaerobnog disanja proizvodi se samo dva. Kada je kisik ponovno dostupan, NAD+ u stanici nastaje s vodikom u mliječnoj kiselini kako bi se stvorilo više ATP-a.


    35 Oksidacija piruvata i ciklus limunske kiseline

    Do kraja ovog odjeljka moći ćete učiniti sljedeće:

    • Objasnite kako se kružni put, kao što je ciklus limunske kiseline, bitno razlikuje od linearnog biokemijskog puta, kao što je glikoliza
    • Opišite kako se piruvat, produkt glikolize, priprema za ulazak u ciklus limunske kiseline

    Ako je kisik dostupan, aerobno disanje će ići naprijed. U eukariotskim stanicama, molekule piruvata nastale na kraju glikolize transportiraju se u mitohondrije, koji su mjesta staničnog disanja. Tamo se piruvat transformira u acetilnu skupinu koja će se pokupiti i aktivirati pomoću spoja nosača koji se zove koenzim A (CoA). Dobiveni spoj naziva se acetil CoA. CoA se dobiva iz vitamina B5, pantotenske kiseline. Acetil CoA se može koristiti na različite načine od strane stanice, ali njegova je glavna funkcija isporučiti acetilnu skupinu izvedenu iz piruvata u sljedeću fazu puta u katabolizmu glukoze.

    Razgradnja piruvata

    Da bi piruvat, produkt glikolize, ušao u sljedeći put, mora proći kroz nekoliko promjena. Pretvorba je proces u tri koraka ((Slika)).

    Korak 1. Karboksilna skupina se uklanja iz piruvata, oslobađajući molekulu ugljičnog dioksida u okolni medij. Ova reakcija stvara hidroksietilnu skupinu s dva ugljika vezanu za enzim (piruvat dehidrogenaza). Treba napomenuti da je ovo prvi od šest ugljika iz izvorne molekule glukoze koji je uklonjen. (Ovaj korak se nastavlja dvaput jer postoje dva molekule piruvata proizvedene na kraju glikolze za svaku molekulu glukoze koja se metabolizira anaerobno, tako da će dva od šest ugljika biti uklonjena na kraju oba koraka.)

    Korak 2. Hidroksietilna skupina se oksidira u acetilnu skupinu, a elektrone pokupi NAD +, tvoreći NADH. Visokoenergetski elektroni iz NADH kasnije će se koristiti za stvaranje ATP-a.

    Korak 3. Acetilna skupina vezana za enzim prenosi se u CoA, stvarajući molekulu acetil CoA.


    Imajte na umu da tijekom druge faze metabolizma glukoze, kad god se ukloni atom ugljika, on je vezan za dva atoma kisika, stvarajući ugljični dioksid, jedan od glavnih krajnjih proizvoda staničnog disanja.

    Acetil CoA u CO2

    U prisutnosti kisika, acetil CoA isporučuje svoju acetilnu (2C) skupinu molekuli s četiri ugljika, oksaloacetatu, da nastane citrat, molekula od šest ugljika s tri karboksilne skupine, ovaj put će prikupiti ostatak energije koja se može ekstrahirati iz onoga što je počelo. kao molekulu glukoze i oslobađaju preostala četiri CO2 molekule. Ovaj jedinstveni put naziva se različitim nazivima: ciklus limunske kiseline (za prvi nastali međuprodukt—limunska kiselina ili citrat—kada se acetat pridruži oksaloacetatu), TCA ciklus (jer su limunska kiselina ili citrat i izocitrat trikarboksilne kiseline), i Krebsov ciklus, prema Hansu Krebsu, koji je prvi identificirao korake na putu 1930-ih u mišićima golubova leta.

    Ciklus limunske kiseline

    Poput pretvorbe piruvata u acetil CoA, ciklus limunske kiseline odvija se u matriksu mitohondrija. Gotovo svi enzimi ciklusa limunske kiseline su topljivi, s izuzetkom enzima sukcinat dehidrogenaze, koji je ugrađen u unutarnju membranu mitohondrija. Za razliku od glikolize, ciklus limunske kiseline je zatvorena petlja: posljednji dio puta regenerira spoj korišten u prvom koraku. Osam koraka ciklusa su niz reakcija redoks, dehidracije, hidratacije i dekarboksilacije koje proizvode dvije molekule ugljičnog dioksida, jednu GTP/ATP i reducirane nosače NADH i FADH.2 ((Lik)). Ovo se smatra aerobnim putem jer NADH i FADH2 proizvedeni moraju prenijeti svoje elektrone na sljedeći put u sustavu, koji će koristiti kisik. Ako se taj prijenos ne dogodi, također se ne događaju oksidacijski koraci ciklusa limunske kiseline. Imajte na umu da ciklus limunske kiseline izravno proizvodi vrlo malo ATP-a i ne troši izravno kisik.


    Koraci u ciklusu limunske kiseline

    Korak 1. Prije prvog koraka događa se prijelazna faza tijekom koje se pirogrožđana kiselina pretvara u acetil CoA. Zatim počinje prvi korak ciklusa: Ovaj korak kondenzacije kombinira acetilnu skupinu s dva ugljika s molekulom oksaloacetata s četiri ugljika kako bi se formirala molekula citrata sa šest ugljika. CoA je vezan na sulfhidrilnu skupinu (-SH) i difundira da bi se na kraju spojio s drugom acetilnom skupinom. Ovaj korak je nepovratan jer je vrlo eksergoničan. Brzina ove reakcije kontrolira se negativnim povratnim informacijama i količinom dostupnog ATP-a. Ako se razina ATP-a poveća, brzina ove reakcije se smanjuje. Ako je ATP u manjku, stopa se povećava.

    Korak 2. U drugom koraku, citrat gubi jednu molekulu vode, a dobiva drugu dok se citrat pretvara u svoj izomer, izocitrat.

    Korak 3. U trećem koraku, izocitrat se oksidira, stvarajući molekulu s pet ugljika, α-ketoglutarat, zajedno s molekulom CO2 i dva elektrona, koji reduciraju NAD + u NADH. Ovaj korak je također reguliran negativnom povratnom spregom od ATP-a i NADH te pozitivnim učinkom ADP-a.

    4. korak. Treći i četvrti korak su i oksidacijski i dekarboksilacijski koraci, koji, kao što smo vidjeli, oslobađaju elektrone koji reduciraju NAD + u NADH i oslobađaju karboksilne skupine koje tvore CO2 molekule. Alfa-ketoglutarat je proizvod trećeg koraka, a sukcinilna skupina je proizvod četvrtog koraka. CoA se veže sa sukcinilnom grupom i tvori sukcinil CoA. Enzim koji katalizira četvrti korak reguliran je povratnom inhibicijom ATP-a, sukcinil CoA i NADH.

    Korak 5. U petom koraku, fosfatna skupina je supstituirana za koenzim A i formira se visokoenergetska veza. Ova energija se koristi u fosforilaciji na razini supstrata (tijekom pretvorbe sukcinilne skupine u sukcinat) da bi se formirao gvanin trifosfat (GTP) ili ATP. Postoje dva oblika enzima, koji se nazivaju izoenzimi, za ovaj korak, ovisno o vrsti životinjskog tkiva u kojem se nalaze. Jedan oblik nalazi se u tkivima koja koriste velike količine ATP-a, kao što su srce i skeletni mišići. Ovaj oblik proizvodi ATP. Drugi oblik enzima nalazi se u tkivima koja imaju veliki broj anaboličkih puteva, kao što je jetra. Ovaj oblik proizvodi GTP. GTP je energetski ekvivalentan ATP-u, međutim, njegova je upotreba ograničenija. Konkretno, sinteza proteina prvenstveno koristi GTP.

    Korak 6. Šesti korak je proces dehidracije koji pretvara sukcinat u fumarat. Dva atoma vodika se prenose u FAD, reducirajući ga u FADH2. (Napomena: energija sadržana u elektronima ovih vodika nije dovoljna za smanjenje NAD +, ali je dovoljna za smanjenje FAD.) Za razliku od NADH, ovaj nosač ostaje vezan za enzim i prenosi elektrone izravno u lanac prijenosa elektrona. Ovaj proces je omogućen lokalizacijom enzima koji katalizira ovaj korak unutar unutarnje membrane mitohondrija.

    Korak 7. Voda se dodaje hidrolizom u fumarat tijekom sedmog koraka i nastaje malat. Posljednji korak u ciklusu limunske kiseline regenerira oksaloacetat oksidacijom malata. Druga molekula NADH tada se proizvodi u procesu.

    Ovdje kliknite svaki korak ciklusa limunske kiseline.

    Proizvodi ciklusa limunske kiseline

    Dva atoma ugljika dolaze u ciklus limunske kiseline iz svake acetilne skupine, što predstavlja četiri od šest ugljika jedne molekule glukoze. Dvije molekule ugljičnog dioksida oslobađaju se na svakom koraku ciklusa, međutim, one ne sadrže nužno najnovije dodane atome ugljika. Dva acetil ugljikova atoma će se na kraju osloboditi u kasnijim zavojima ciklusa, tako da se svih šest ugljikovih atoma iz izvorne molekule glukoze na kraju ugrađuje u ugljični dioksid. Svaki zavoj ciklusa tvori tri NADH molekule i jednu FADH2 molekula. Ti će se nosači povezati s posljednjim dijelom aerobnog disanja, lancem prijenosa elektrona, kako bi proizveli molekule ATP-a. U svakom ciklusu također se proizvodi jedan GTP ili ATP. Nekoliko intermedijarnih spojeva u ciklusu limunske kiseline može se koristiti u sintezi neesencijalnih aminokiselina, stoga je ciklus amfibolički (katabolički i anabolički).

    Sažetak odjeljka

    U prisutnosti kisika, piruvat se transformira u acetilnu skupinu vezanu za molekulu nosača koenzima A. Nastali acetil CoA može ući na nekoliko putova, ali najčešće se acetilna skupina isporučuje u ciklus limunske kiseline radi daljnjeg katabolizma. Tijekom pretvorbe piruvata u acetilnu skupinu uklanjaju se molekula ugljičnog dioksida i dva elektrona visoke energije. Ugljični dioksid čini dva (pretvorba dviju molekula piruvata) od šest ugljika izvorne molekule glukoze. Elektrone preuzima NAD+, a NADH prenosi elektrone na kasniji put za proizvodnju ATP-a. U ovom trenutku, molekula glukoze koja je izvorno ušla u stanično disanje potpuno je oksidirana. Kemijska potencijalna energija pohranjena unutar molekule glukoze prenijeta je na nosače elektrona ili je korištena za sintezu nekoliko ATP-a.

    Ciklus limunske kiseline je niz reakcija redoks i dekarboksilacije koje uklanjaju visokoenergetske elektrone i ugljični dioksid. Elektroni, privremeno pohranjeni u molekulama NADH i FADH2, koriste se za stvaranje ATP-a u sljedećem putu. Jedna molekula GTP ili ATP proizvodi se fosforilacijom na razini supstrata na svakom koraku ciklusa. Nema usporedbe cikličkog puta s linearnim.

    Pitanja za pregled

    Što se uklanja iz piruvata tijekom njegove pretvorbe u acetilnu skupinu?


    Organizmi kao što su prokarioti i eukarioti koriste mehanizam disanja za razgradnju hrane koja može zahtijevati kisik iz okoliša. Proces kojim mitohondriji koriste za prijenos energije iz hrane na ATP poznat je kao stanično disanje. U tom procesu, molekula hrane se razgrađuje u mitohondrijima, može trošiti kisik i prenositi energiju do stanica (u kojima se pohranjuje kao molekula ATP) i okoline (u obliku topline).

    Postoje dvije vrste staničnog disanja - aerobno disanje i anaerobno disanje. Stanice životinja, biljaka i mnogih bakterija trebaju kisik (O2) kako bi olakšali prijenos energije tijekom staničnog disanja. Kod ovih organizama, tip staničnog disanja se naziva aerobno disanje. Značenje riječi aerobik je sa zrakom. S druge strane, u slučaju anaerobnog disanja, organizmima nije potreban kisik (O2) za stanično disanje. Alkoholna fermentacija, mliječna kiselina itd. primjeri su anaerobnog disanja.


    Stanično disanje

    Stanično disanje u prisutnosti kisik (aerobno disanje) je proces kojim se organski supstrati bogati energijom razgrađuju na ugljični dioksid i voda, uz oslobađanje znatne količine energije u obliku adenozin trifosfat (ATP). Anaerobna disanje razgrađuje glukozu u nedostatku kisika i stvara piruvat, koji se zatim reducira u laktat ili etanol i CO2. Anaerobno disanje oslobađa samo malu količinu energije (u obliku ATP-a) iz glukoze molekula.

    Disanje se odvija u tri faze. Prva faza je glikoliza, što je niz enzimski kontroliranih reakcija koje razgrađuju glukozu (molekula od 6 ugljika) do piruvata (molekula s 3 ugljika) koja se dalje oksidira u acetilkoenzim A (acetil CoA). Aminokiseline i masne kiseline također se može oksidirati u acetil CoA kao i glukozu.

    U drugoj fazi, acetil CoA ulazi u limunska kiselina (Krebsov) ciklus, gdje se razgrađuje kako bi se dobio energetski bogat vodik atomi koji reduciraju oksidirani oblik koenzima nikotinamid adenin dinukleotida (NAD + ) u NADH i reducirati koenzim flavin adenin dinukleotid (FAD) u FADH2. (Redukcija je dodavanje elektrona molekuli ili dobivanje atoma vodika, dok je oksidacija gubitak elektrona ili dodavanje kisika molekuli.) Također u drugoj fazi staničnog disanja, ugljik atoma međuprodukta metabolizma u Krebsov ciklus pretvaraju se u ugljični dioksid.

    Treća faza staničnog disanja događa se kada je energija bogata vodikom atoma razdvajaju se na protone [H + ] i energetski bogati elektroni u elektron transportni lanac. Na početku lanca prijenosa elektrona, vodik bogat energijom na NADH uklanja se iz NADH, stvarajući oksidirani koenzim NAD + i a proton (H+) i dva elektrona (e-). Elektroni se prenose duž lanca od više od 15 različitih molekula nosača elektrona (poznatog kao lanac prijenosa elektrona). Ove proteini grupirani su u tri velika respiratorna enzim kompleksi, od kojih svaki sadrži proteine ​​koji obuhvaćaju mitohondrij membrana, učvršćujući komplekse u unutarnju membranu. Nadalje, svaki kompleks u lancu ima veći afinitet za elektrone od kompleksa prije njega. Ovaj sve veći afinitet tjera elektrone niz lanac sve dok se ne prenesu sve do kraja gdje se susreću s molekulom kisika, koja od svih ima najveći afinitet za elektrone. Kisik se tako reducira u H2O u prisutnosti vodikovih iona (protona), koji su izvorno dobiveni iz molekula hranjivih tvari procesom oksidacije.

    Tijekom transporta elektrona, velik dio energije koju predstavljaju elektroni čuva se tijekom procesa koji se naziva oksidativna fosforilacija. Ovaj proces koristi energiju elektrona za fosforilaciju (dodavanje fosfatne skupine) adenozin difosfat (ADP), kako bi se formirala molekula ATP bogata energijom.

    Oksidativnu fosforilaciju pokreće energija koju oslobađaju elektroni dok prolaze od vodika koenzima niz respiratorni lanac u unutarnjoj membrani mitohondrija. Ova energija se koristi za pumpanje protona (H + ) preko unutarnje membrane od matriksa do međuprodukta prostor. Ovo postavlja a koncentracija gradijent po kojem tvari teku od visoke do niske koncentracije, dok istovremena struja OH - teče kroz membranu u suprotnom smjeru. Istodobni suprotni tok pozitivnih i negativan iona preko mitohondrijske membrane stvara elektrokemijski protonski gradijent. Protok protona niz ovaj gradijent pokreće enzim vezan za membranu, ATP sintetazu, koji katalizira fosforilaciju ADP-a u ATP.

    Ova visoko učinkovita serija reakcija koja štedi energiju ne bi bila moguća u eukariotskim stanicama bez organela zvanih mitohondriji. Mitohondriji su "elektrane" eukariotskih stanica, a omeđene su dvjema membranama koje stvaraju dva odvojena odjeljka: unutarnji prostor i uski međumembranski prostor. Enzimi matriksa uključuju one koji kataliziraju pretvorbu piruvata i masnih kiselina u acetil CoA, kao i enzime Krebsovog ciklusa. Enzimi dišnog lanca ugrađeni su u unutarnju mitohondrijsku membranu, koja je mjesto oksidativne fosforilacije i proizvodnje ATP-a.

    U nedostatku mitohondrija, životinja stanice bi bile ograničene na glikolizu za svoje energetske potrebe, koja oslobađa samo mali dio energije potencijalno dostupne iz glukoze.

    Reakcije glikolize zahtijevaju unos dvije ATP molekule i proizvode četiri ATP molekule za neto dobitak od samo dvije molekule po molekuli glukoze. Ove molekule ATP-a nastaju kada se fosfatne skupine uklone iz fosforiliranih međuprodukta glikolize i prenesu u ADP, proces koji se naziva fosforilacija na razini supstrata (sinteza ATP-a izravnim prijenosom visokoenergetske fosfatne skupine iz molekule na metaboličkom putu do ADP-a ).

    Nasuprot tome, mitohondriji opskrbljeni kisikom proizvode oko 36 molekula ATP-a za svaku molekulu oksidirane glukoze. Prokariotske stanice, npr bakterije, nemaju mitohondrije, kao i nuklearne membrane. Masne kiseline i aminokiseline kada se transportiraju u mitohondrije razgrađuju se u acetilnu skupinu s dva ugljika na acetil CoA, koja zatim ulazi u Krebsov ciklus. Kod životinja tijelo pohranjuje masne kiseline u obliku masti, a glukozu u obliku glikogena kako bi osiguralo stalnu opskrbu ovim hranjive tvari za disanje.

    Dok je Krebsov ciklus sastavni dio aerobika metabolizam, proizvodnju NADH i FADH 2 ne ovisi o kisiku. Umjesto toga, kisik se koristi na kraju lanca prijenosa elektrona za spajanje s elektronima uklonjenim iz NADH i FADH2 a s vodikovim ionima u citosolu za proizvodnju vode.

    Iako je proizvodnja vode neophodna da bi se proces lanca transporta elektrona održao unutra pokret, energija koja se koristi za stvaranje ATP-a potječe iz drugačijeg procesa koji se naziva kemiosmoza.

    Kemiosmoza je mehanizam koji koristi protonski gradijent kroz membranu za stvaranje ATP-a i pokreće ga aktivnost lanca prijenosa elektrona. Kemiosmoza predstavlja poveznicu između kemijskih i osmotskih procesa u mitohondrijima koji se javljaju tijekom disanja.

    Elektroni koji se prenose niz respiratorni lanac na unutarnjoj membrani mitohondrija oslobađaju energiju koja se koristi za pumpanje protona (H + ) preko unutarnje membrane iz mitohondrijskog matriksa u intermembranski prostor. Rezultirajući gradijent protona kroz unutarnju membranu mitohondrija stvara povratni tok protona natrag kroz membranu. Ovaj tok elektrona kroz membranu, poput vodopada koji se koristi za napajanje elektrike turbina, pokreće enzim vezan za membranu, ATP sintetazu. Ovaj enzim katalizira fosforilaciju ADP-a u ATP, čime se dovršava dio staničnog disanja koji se naziva oksidativna fosforilacija. Protoni, zauzvrat, neutraliziraju negativne naboje nastale dodavanjem elektrona molekulama kisika, što rezultira proizvodnjom vode.

    Stanično disanje proizvodi tri molekule ATP-a po paru elektrona u NADH, dok par elektrona u FADH2 stvaraju dvije molekule ATP-a. To znači da se za svaku molekulu acetil CoA koja ulazi u Krebsov ciklus formira 12 molekula ATP-a, a budući da se iz svake molekule glukoze formiraju dvije molekule acetil CoA, iz svake molekule ovog šećera nastaje ukupno 24 molekule ATP-a. Kada se doda energiji koja je sačuvana iz reakcija koje se događaju prije stvaranja acetil CoA, potpuna oksidacija molekule glukoze daje neto prinos od oko 36 ATP molekula. Kada se sagorijevaju masti, umjesto glukoze, ukupan prinos jedne molekule palmitata, 16-ugljične masne kiseline, iznosi 129 ATP.


    Što se događa tijekom staničnog disanja?

    Tijekom staničnog disanja, glukoza se razlaže na ugljični dioksid i vodu. Ovaj proces oslobađa zalihu energije, ili ATP, koju stanice mogu koristiti za svoje potrebe.

    Stanično disanje je proces kojim glukoza, ili šećer, oksidira u ugljični dioksid i vodu, oslobađajući energiju u obliku adenozin trifosfata (ATP). Proces se odvija djelomično u citoplazmi, koja je materijal unutar žive stanice, a djelomično u mitohondrijima, organeli koja se nalazi u većini stanica.

    Stanično disanje počinje u citoplazmi tako što se jedna molekula glukoze dijeli na dvije molekule pirogrožđane kiseline, organske kiseline koja se javlja tijekom mnogih metaboličkih procesa. Pirogrožđana kiselina prelazi u mitohondrije gdje se pretvara u acetil koenzim A (acetil CoA), važnu biokemijsku molekulu koja se može dalje razgraditi.

    Tijekom ciklusa limunske kiseline, prisutnost kisika uklanja molekule vodika s acetil CoA dvije po dvije sve dok ih ne preostane. Od glukoze ostaje samo ugljični dioksid, koji je otpadni proizvod, i voda. Ciklus limunske kiseline proizvodi puno nikotinamid adenin dinukleotida (NADH), koji prenosi elektrone iz molekula vodika niz lanac prijenosa elektrona, što rezultira proizvodnjom ATP-a.