Oddychanie komórkowe

Oddychanie komórkowe to proces stopniowego utleniania (inaczej spalania) glukozy. Zwyczajowo zapisuje się go w postaci równania chemicznego:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia

Taki zapis nie odzwierciedla przebiegu procesu, wskazuje jedynie jego substraty i produkty. Od zwykłego spalania proces oddychania różni się tym, że:

- proces spalania zachodzi szybko, natomiast oddychanie komórkowe zachodzi etapami.

- podczas spalania cała uwolniona energia jest zamieniana w ciepło, natomiast w czasie oddychania znaczna część uwolnionej energii zamieniana jest na energię biologicznie użyteczną, czyli ATP. I to właśnie jest głównym celem całego procesu.

Oddychanie komórkowe polega na zamianie energii chemicznej zawartej w glukozie (lub innej substancji odżywczej) na energię biologicznie użyteczną zawartą w ATP.

W pierwszych dwóch etapach utleniania glukozy wydzielają się niewielkie ilości energii oraz wodór, który wychwytywany jest przez odpowiednie nośniki. Jest on potrzebny jako źródło energii w ostatnim, najbardziej „energodajnym” etapie oddychania.

Oddychanie zachodzi początkowo w cytoplazmie, później w mitochondriach i dzielone jest na 3 etapy:

- etap 1, zwany glikolizą, zachodzi w cytoplazmie

- etap 2, zwany cyklem Krebsa, zachodzi w matrix mitochondrium

- etap 3, zwany łańcuchem oddechowym, zachodzi na wewnętrznych błonach mitochondrium.

Glikoliza

Glikoliza to proces wstępnego utleniania glukozy do kwasu pirogronowego. Glikoliza zachodzi w cytoplazmie, bez udziału tlenu.

Utlenianie bez udziału tlenu polega na odłączaniu się atomów wodoru. Rozpoczęcie procesu wymaga inwestycji energetycznych ze strony komórki - są to 2 cząsteczki ATP. Efektem dalszych przemian jest wydzielanie się 4 cząsteczek ATP oraz odłączanie się wodoru. Wodór wyłapywany jest przez specjalne związki nazywane nośnikami wodoru.

Schemat przebiegu glikolizy. Glukoza, zredukowany nośnik wodoru, 2 cząsteczki kwasu pirogronowego, ATP.

Ostatecznie w wyniku glikolizy otrzymujemy:

- netto 2 cząsteczki ATP (wydzielają się 4, ale 2 zostały wcześniej zainwestowane)

- wodór związany z nośnikami.

Oddychanie beztlenowe

Jeśli komórka nie ma dostatecznej ilości tlenu, na tym praktycznie kończy proces oddychania. Ze względów „technicznych” przeprowadzana jest jeszcze jedna reakcja, jej celem jest uwolnienie nośników od wodoru (są one potrzebne w kolejnych reakcjach). W tym celu następuje przekształcenie kwasu pirogronowego do kwasu mlekowego. Proces taki zdarza się w komórkach naszych mięśni. Podczas intensywnego wysiłku mięśnie potrzebują dużych ilości energii. Jeśli układ krwionośny „nie nadąża” z doprowadzaniem tlenu do komórek, przechodzą one na oddychanie beztlenowe. Efektem jest gromadzenie się w mięśniach kwasu mlekowego, a jego obecność wywołuje uczucie bólu. Potocznie mówimy o wtedy zakwasach.

Niektóre organizmy oddychają beztlenowo przez całe życie. Dotyczy to szczególnie mikroorganizmów, u których proces beztlenowego oddychania nazywany jest fermentacją (w tym przypadku fermentacją mlekową). Przykładem mogą być bakterie kwasu mlekowego żyjące w naszym przewodzie pokarmowym, a także odpowiedzialne za procesy kwaśnienia mleka, kiszenia ogórków, kapusty itp. To dlatego w hermetycznie zamkniętych pojemnikach z jogurtami mogą być obecne żywe ich kultury. Beztlenowo oddychają też przeważnie pasożyty, np. tasiemiec.

Niektóre organizmy końcową reakcję oddychania beztlenowego przeprowadzają nieco inaczej: kwas pirogronowy przekształcany jest do alkoholu etylowego, przy czym wydziela się dwutlenek węgla. Taki proces to fermentacja alkoholowa.

Schemat końcowej reakcji oddychania beztlenowego. Kwas pirogronowy, kwas mlekowy, alkohol etylowy, zredukowany nośnik wodoru, utleniony nośnik wodoru. Fermentacja mlekowa, fermentacja alkoholowa.

Fermentacja to beztlenowe oddychanie.

Z 1 mola glukozy w wyniku oddychania beztlenowego otrzymuje się 2 mole ATP.

Cykl Krebsa

Jeśli komórka znajduje się w warunkach tlenowych, kwas pirogronowy przenika do mitochondriów i tam podlega dalszym przemianom. W matrix mitochondriów, przy udziale znajdujących się tam enzymów kwas pirogronowy jest przekształcany i włączany w cykl przemian, zwanych od nazwiska odkrywcy cyklem Krebsa. Mimo że cykl ten jest częścią oddychania tlenowego, sam tlen nie bierze w nim udziału. Utlenianie, podobnie jak w glikolizie, zachodzi poprzez odłączanie wodoru. Efektem przemian jest tylko 1 cząsteczka ATP, ale za to otrzymywana jest dość duża ilość wodoru łączącego się z nośnikami. Produktem cyklu Krebsa jest również dwutlenek węgla.

Schemat przemian w cyklu Krebsa. Kwas pirogronowy, cykl Krebsa, ATP, H2, CO2.

Cykl Krebsa jest przemianą zachodzącą w matrix mitochondrium.

W reakcjach cyklu Krebsa nie bierze udziału tlen.

Produktami cyklu Krebsa są:

- 1 cząsteczka ATP

- wodór związany z nośnikami

- dwutlenek węgla.

Łańcuch oddechowy

To trzeci i ostatni etap oddychania tlenowego. Polega na wykorzystaniu energii wydzielającej się podczas łączenia się wodoru z tlenem. Reakcja ta jest bardzo silnie egzoergiczna - mieszanina wodoru i tlenu nazywana jest przez chemików „mieszaniną piorunującą” ze względu na niezwykle silnie wybuchowy charakter. Właśnie tę energię potrafi wychwycić komórka. Jest to możliwe, ponieważ uwalnianie energii następuje stopniowo, małymi porcjami.

Cały proces zachodzi na wewnętrznych błonach mitochondriów. W błonach tych znajdują się białka - przekaźniki (inaczej akceptory), które odbierają wodór od nośników wodoru - tych samych, z którymi związał się on podczas cyklu Krebsa i glikolizy. Następnie wodór wędruje od jednego przekaźnika do następnego, potem do jeszcze następnego itd. Po drodze traci energię, która jest zużywana do syntezy ATP. Na samym końcu swojej wędrówki wodór napotyka tlen i łączy się z nim, dając cząsteczkę wody.

Łańcuch oddechowy. Wędrówka wodoru przez przekaźniki w błonie grzebieni mitochondrialnych i stopniowa utrata energii zużywanej do syntezy ATP. Synteza ATP (fosforylacja). H2, H2O, O2.

Łańcuch oddechowy jest etapem, w którym wydziela się najwięcej energii w postaci ATP.

W wyniku wszystkich przemian zachodzących w czasie oddychania tlenowego z 1 mola glukozy otrzymujemy 30-32 mole ATP.

Porównanie zysku energetycznego otrzymywanego z 1 mola glukozy:

Oddychanie beztlenowe Oddychanie tlenowe
2 mole ATP 30-32 mole ATP

Oddychanie tlenowe dostarcza organizmowi znacznie więcej energii niż oddychanie beztlenowe.

Do procesu oddychania komórki naszego ciała najchętniej wykorzystują glukozę. Stąd węglowodany są dla organizmu dobrym źródłem energii. Gdy jednak brakuje tego „paliwa”, rozpoczyna się spalanie tłuszczy i to zarówno kwasów tłuszczowych, jak i glicerolu. Dopiero na końcu, gdy brak jest innych źródeł energii, zużywane są aminokwasy.

Wybierz szkołę

Szkoła

Ostatnio oglądane

Ostatnio oglądane

Ten portal korzysta z plików cookies w celu umożliwienia pełnego korzystania z funkcjonalności serwisu, dopasowania reklam oraz zbierania anonimowych statystyk. Obsługę cookies możesz wyłączyć w ustawieniach Twojej przeglądarki internetowej. Korzystając z serwisu wyrażasz zgodę na używanie cookies zgodnie z ustawieniami przeglądarki.

Zamknij