Ląstelinis kvėpavimas
Ląstelinis kvėpavimas - tai ląstelių veikla, kurios metu skaidomas cukrus, kad būtų gauta energijos, kurią jos gali panaudoti. Ląstelinis kvėpavimas priima maistą ir naudoja jį ATP - cheminei medžiagai, kurią ląstelės naudoja energijai gauti.
Paprastai šiam procesui naudojamas deguonis ir jis vadinamas aerobiniu kvėpavimu. Jį sudaro keturi etapai, vadinami glikolize, Linko reakcija, Krebso ciklu ir elektronų pernašos grandine. Taip susidaro ATP, kuris tiekia energiją, reikalingą ląstelėms darbui atlikti.
Kai ląstelėms nepakanka deguonies, jos pradeda anaerobinį kvėpavimą, kuriam deguonies nereikia. Tačiau šio proceso metu susidaro pieno rūgštis ir jis nėra toks efektyvus, kaip naudojant deguonį.
Aerobinio kvėpavimo metu, kai naudojamas deguonis, pagaminama daug daugiau energijos ir nesusidaro pieno rūgšties. Taip pat susidaro anglies dioksido, kuris patenka į kraujotakos sistemą. Anglies dioksidas patenka į plaučius, kur keičiamas į deguonį.
Supaprastinta aerobinio ląstelių kvėpavimo formulė yra tokia:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energija (kaip ATP)
Žodžių lygtis yra tokia:
Gliukozė (cukrus) + deguonis → anglies dioksidas + vanduo + energija (kaip ATP)
Aerobinis ląstelių kvėpavimas susideda iš keturių etapų. Kiekvienas iš jų yra svarbus ir negalėtų vykti be prieš tai buvusio etapo. Aerobinio ląstelinio kvėpavimo etapai yra šie:
Glikolizė
Glikolizės metu citoplazmoje esanti gliukozė suskaidoma į dvi piruvato molekules. Dešimčiai šio proceso tarpinių junginių reikia dešimties fermentų.
- Procesą pradeda du daug energijos turintys ATP.
- Pabaigoje yra dvi piruvato molekulės ir
- Substrato lygis - 7 ir 10 reakcijos metu susidaro keturios ATP molekulės
- Deguonį naudojančiose ląstelėse piruvatas naudojamas antrajame procese - Krebso cikle, kurio metu susidaro daugiau ATP molekulių.
Ciklo našumas
Biologijos vadovėliuose dažnai teigiama, kad ląstelinio kvėpavimo metu vienai oksiduotai gliukozės molekulei gali susidaryti 38 ATP molekulės (dvi iš glikolizės, dvi iš Krebso ciklo ir apie 34 iš elektronų pernašos grandinės). Tačiau iš tikrųjų šio proceso metu energijos (ATP) pagaminama mažiau dėl nuostolių, atsirandančių dėl nesandarių membranų. Apytikriais skaičiavimais, vienai gliukozei tenka 29-30 ATP.
Aerobinė medžiagų apykaita yra maždaug (žr. sakinį aukščiau) 15 kartų efektyvesnė už anaerobinę medžiagų apykaitą. Anaerobinės medžiagų apykaitos metu iš 1 mol gliukozės gaunama 2 mol ATP. Jie turi bendrą pradinį glikolizės kelią, tačiau aerobinė medžiagų apykaita tęsiasi Krebso ciklu ir oksidaciniu fosforilinimu. Po glikolizės vykstančios reakcijos eukariotinėse ląstelėse vyksta mitochondrijose, o prokariotinėse - citoplazmoje.
Sąsajos reakcija
Glikolizės metu susidaręs piruvatas aktyviai perpumpuojamas į mitochondrijas. Iš piruvato pašalinama viena anglies dioksido molekulė ir viena vandenilio molekulė (vadinamasis oksidacinis dekarboksilinimas) ir susidaro acetilo grupė, kuri jungiasi su fermentu, vadinamu CoA, ir susidaro acetil CoA. Tai labai svarbu Krebso ciklui.
Krebso ciklas
Acetil CoA susijungia su oksaloacetatu ir sudaro junginį, turintį šešis anglies atomus. Tai pirmasis nuolat pasikartojančio Krebso ciklo etapas. Kadangi iš kiekvienos gliukozės molekulės susidaro dvi acetil-CoA molekulės, vienai gliukozės molekulei reikia dviejų ciklų. Todėl dviejų ciklų pabaigoje gaunami šie produktai: du ATP, šeši NADH, du FADH ir keturi CO2. ATP yra molekulė, kuri chemine forma perneša energiją, kad ji būtų panaudota kituose ląstelės procesuose. Šis procesas dar vadinamas TCA ciklu (trikarboksirūgšties (try-car-box-ILL-ick) ciklas), citrinų rūgšties ciklu arba Krebso ciklu pagal jo reakcijas išaiškinusio biochemiko pavardę.
Elektronų pernašos grandinė (ETC)
Čia pagaminama didžioji dalis ATP. Visos vandenilio molekulės, kurios buvo pašalintos ankstesniuose etapuose (Krebso ciklas, Linko reakcija), perpumpuojamos į mitochondrijos vidų naudojant elektronų išskiriamą energiją. Galiausiai vandenilio pumpavimą į mitochondriją skatinantys elektronai susimaišo su dalimi vandenilio ir deguonies ir susidaro vanduo, o vandenilio molekulės nustoja būti pumpuojamos.
Galiausiai vandenilis baltyminiais kanalais grįžta į mitochondrijų citoplazmą. Tekant vandeniliui, iš ADP ir fosfato jonų gaminamas ATP.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra ląstelinis kvėpavimas?
A: Ląstelinis kvėpavimas - tai procesas, kurio metu ląstelės skaido cukrų ir gauna energijos, kurią gali panaudoti. Jis priima maistą ir naudoja jį ATP - cheminei medžiagai, kurią ląstelė naudoja energijai gauti.
K: Kokie yra du kvėpavimo tipai?
A: Yra du kvėpavimo tipai: aerobinis kvėpavimas ir anaerobinis kvėpavimas. Aerobinis kvėpavimas naudoja deguonį ir gamina daugiau energijos nei anaerobinis kvėpavimas, tačiau nesigamina pieno rūgštis. Anaerobinis kvėpavimas nenaudoja deguonies, bet vietoj jo gaminama pieno rūgštis.
K: Kokia yra aerobinio ląstelių kvėpavimo formulė?
A: Aerobinio kvėpavimo formulė yra tokia: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energija (kaip ATP). Žodinė lygtis: Gliukozė (cukrus) + deguonis → anglies dioksidas + vanduo + energija (kaip ATP).
Klausimas: Kiek etapų turi aerobinis ląstelinis kvėpavimas?
A: Aerobinis ląstelių kvėpavimas turi keturis etapus: glikolizę, Linko reakciją, Krebso ciklą ir elektronų pernašos grandinę.
K: Kas atsitinka su aerobinio ląstelinio kvėpavimo metu susidariusiu anglies dioksidu?
A: Aerobinio ląstelinio kvėpavimo metu susidaręs anglies dioksidas patenka į kraujotakos sistemą, iš kurios keliauja į plaučius, kur keičiamas į deguonį.
K: Kokio tipo atliekos susidaro anaerobinio kvėpavimo metu?
A: Anaerobinio kvėpavimo metu susidaro pieno rūgštis, o aerobinio kvėpavimo metu susidaro anglies dioksidas.
