Биохимия на клетъчното дишане

Клетъчно дишане, процесът, при който организмите комбинират кислорода с молекулите на хранителните продукти, пренасочвайки химическата енергия в тези вещества в животозадържащи дейности и изхвърляйки като отпадни продукти, въглероден диоксид и вода. Организми, които не зависят от храните, разграждащи кислорода в процес, наречен ферментация. (За по-продължително лечение на различни аспекти на клетъчното дишане вижте цикъла на трикарбоксилната киселина и метаболизма.)

водорасли: Клетъчно дишане

Клетъчното дишане в водораслите, както във всички организми, е процесът, чрез който хранителните молекули се метаболизират, за да се получат химични,

Роля на митохондриите

Една цел на разграждането на хранителните продукти е да превърне енергията, съдържаща се в химичните връзки, в богатото на енергия съединение аденозин трифосфат (АТФ), което улавя химическата енергия, получена при разграждането на хранителните молекули и я освобождава за подхранване на други клетъчни процеси. В еукариотните клетки (тоест всякакви клетки или организми, които притежават ясно определено ядро ​​и свързани с мембраната органели) ензимите, които катализират отделните етапи, участващи в дишането и запазването на енергия, са разположени във високо организирани отделения с форма на прът, наречени митохондрии. В микроорганизмите ензимите се срещат като компоненти на клетъчната мембрана. Чернодробната клетка има около 1000 митохондрии; големи яйчни клетки на някои гръбначни животни имат до 200 000.

Основни метаболитни процеси

Биолозите се различават донякъде по отношение на имената, описанията и броя на етапите на клетъчното дишане. Цялостният процес обаче може да бъде дестилиран в три основни метаболитни етапа или етапи: гликолиза, цикъл на трикарбоксилна киселина (TCA цикъл) и окислително фосфорилиране (фосфорилиране на дихателната верига).

гликолиза

Гликолизата (която е известна още като гликолитичен път или пътя на Embden-Meyerhof-Парнас) е последователност от 10 химични реакции, протичащи в повечето клетки, които разграждат глюкозна молекула до две молекули пируват (пирувинова киселина). Енергията, отделяна по време на разграждането на глюкозата и другите органични горивни молекули от въглехидрати, мазнини и протеини по време на гликолиза, се улавя и съхранява в АТФ. В допълнение, съединението никотинамид аденин динуклеотид (NAD ⁺) се превръща в NADH по време на този етап (виж по-долу). След това пируватните молекули, получени по време на гликолиза, навлизат в митохондриите, където всяка от тях се превръща в съединение, известно като ацетил коензим А, който след това влиза в TCA цикъла. (Някои източници разглеждат превръщането на пируват в ацетил коензим А като отделна стъпка, наречена пируват окисляване или реакция на прехода, в процеса на клетъчно дишане.)

Цикъл на трикарбоксилна киселина

TCA цикълът (който е известен още като Кребс, или лимонена киселина, цикъл) играе централна роля в разграждането или катаболизма на молекулите на органичното гориво. Цикълът се състои от осем стъпки, катализирани от осем различни ензими, които произвеждат енергия на няколко различни етапа. По-голямата част от енергията, получена от TCA цикъла, обаче се улавя от съединенията NAD ⁺ и флавин-аденин-динуклеотид (FAD) и по-късно се превръща в АТФ. Продуктите от едно завъртане на TCA цикъла се състоят от три NAD ⁺ молекули, които се редуцират (чрез процеса на добавяне на водород, H ⁺) до същия брой NADH молекули и една FAD молекула, която подобно се намалява до a единична FADH ₂ молекула. Тези молекули продължават да захранват третия етап на клетъчното дишане, докато въглеродният диоксид, който също се получава от цикъла на TCA, се отделя като отпадъчен продукт.

Окислително фосфорилиране

В етапа на окислително фосфорилиране всяка двойка водородни атоми, отстранени от NADH и FADH _2, осигурява двойка електрони, които - чрез действието на поредица от съдържащи желязо хемопротеини, цитохромите - в крайна сметка намаляват един атом кислород до образуване на вода. През 1951 г. е установено, че прехвърлянето на една двойка електрони към кислорода води до образуването на три молекули АТФ.

Окислителното фосфорилиране е основният механизъм, чрез който големите количества енергия в храните се съхраняват и се предоставят на клетката. Поредицата от стъпки, чрез които електроните преминават към кислород, позволява постепенно понижаване на енергията на електроните. Тази част от етапа на окислително фосфорилиране понякога се нарича електронно-транспортна верига. Някои описания на клетъчното дишане, които се фокусират върху значението на електронно-транспортната верига, промениха името на етапа на окислително фосфорилиране в електронно-транспортната верига.