Biokemija celičnega dihanja

Celično dihanje, postopek, s katerim organizmi združujejo kisik z molekulami živil, preusmerijo kemično energijo teh snovi v dejavnosti, ki vzdržujejo življenje, in jih zavržemo kot odpadne produkte, ogljikov dioksid in vodo. Organizmi, ki niso odvisni od živil, ki razgradijo kisik, v procesu, ki se imenuje fermentacija. (Za daljše zdravljenje različnih vidikov celičnega dihanja glejte cikel trikarboksilne kisline in presnovo.)

alge: Celično dihanje

Celično dihanje v algah, kot v vseh organizmih, je proces, s katerim se molekule hrane presnavljajo, da dobijo kemične snovi.

.

Vloga mitohondrijev

Eden od namenov razgradnje živil je pretvorba energije, ki jo vsebujejo kemične vezi, v energijsko bogato spojino adenozin trifosfat (ATP), ki zajame kemično energijo, ki jo dobimo pri razpadu molekul hrane in sprosti v druge celične procese. V evkariontskih celicah (torej v vseh celicah ali organizmih, ki imajo jasno opredeljeno jedro in na membrano vezane organele) so encimi, ki katalizirajo posamezne korake, vključene v dihanje in ohranjanje energije, nameščeni v visoko organiziranih oddelkih v obliki palice, imenovanih mitohondrije. V mikroorganizmih se encimi pojavljajo kot sestavni deli celične membrane. Jetrna celica ima približno 1.000 mitohondrijev; velikih jajčnih celic nekaterih vretenčarjev ima do 200.000.

Glavni presnovni procesi

Biologi se nekoliko razlikujejo glede na imena, opise in število stopenj celičnega dihanja. Celoten postopek pa lahko destiliramo v tri glavne presnovne faze ali stopnje: glikoliza, cikel trikarboksilne kisline (cikel TCA) in oksidativno fosforilacijo (fosforilacija dihalne verige).

Glikoliza

Glikoliza (poznana tudi kot glikolitična pot ali pot Embden-Meyerhof-Parnas) je zaporedje 10 kemijskih reakcij, ki potekajo v večini celic, ki razgradijo molekulo glukoze na dve molekuli piruvata (piruvične kisline). Energija, ki se sprosti med razgradnjo glukoze in drugih organskih gorivnih molekul iz ogljikovih hidratov, maščob in beljakovin med glikolizo, se zajame in shrani v ATP. Poleg tega se spojinski nikotinamid adenin dinukleotid (NAD ⁺) v tem koraku pretvori v NADH (glej spodaj). Molekule piruvata, ki nastanejo med glikolizo, nato vstopijo v mitohondrije, kjer se pretvorijo v spojino, znano kot acetilni koencim A, ki nato vstopi v cikel TCA. (Nekateri viri pretvarjajo piruvat v acetilni koencim A kot izrazit korak, imenovan oksidacija s piruvatom ali reakcija prehoda v procesu celičnega dihanja.)

Cikel trikarboksilne kisline

Cikel TCA (ki je znan tudi kot cikel Krebs ali citronska kislina) igra osrednjo vlogo pri razgradnji ali katabolizmu molekul organskega goriva. Cikel je sestavljen iz osmih korakov, kataliziranih z osmimi različnimi encimi, ki proizvajajo energijo v več različnih stopnjah. Večino energije, pridobljene iz cikla TCA, pa zajamejo spojini NAD ⁺ in flavin adenin dinukleotid (FAD) in se kasneje pretvorita v ATP. Izdelki z enim obratom cikla TCA so sestavljeni iz treh molekul NAD ⁺, ki se zmanjšajo (s postopkom dodajanja vodika, H ⁺) na isto število molekul NADH, in ene molekule FAD, ki se podobno zmanjša na enojna molekula FADH ₂. Te molekule gredo v tretjo stopnjo celičnega dihanja, medtem ko se ogljikov dioksid, ki nastaja tudi s ciklom TCA, sprošča kot odpadni produkt.

Oksidativna fosforilacija

V fazi oksidativne fosforilacije vsak par vodikovih atomov, odstranjenih iz NADH in FADH _2, ustvari par elektronov, ki - z delovanjem vrste hemoproteinov, ki vsebujejo železo, citokromov - sčasoma zmanjša en atom kisika, da tvori vodo. Leta 1951 so odkrili, da prenos enega para elektronov na kisik povzroči nastanek treh molekul ATP.

Oksidativna fosforilacija je glavni mehanizem, s katerim se ohranijo velike količine energije v živilih in dajo na voljo celici. Niz korakov, s katerimi se elektroni pretakajo na kisik, omogoča postopno zniževanje energije elektronov. Ta del stopnje oksidativne fosforilacije se včasih imenuje elektronska transportna veriga. Nekateri opisi celičnega dihanja, ki se osredotočajo na pomen verige prenosa elektronov, so ime stopnje oksidativne fosforilacije spremenili v elektronsko transportno verigo.