Ćelijsko disanje

Ćelijsko disanje (engl. cellular respiration) je proces u kojem se hemijske veze iz molekula bogatih energijom, kao što je glukoza, pretvaraju u energiju za životne procese. Oksidacija organskih molekula - na primer u logorskoj vatri - je egzotermna reakcija koja brzo proizvodi velike količine energije. Jednačina oksidacije glukoze je:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Proizvedena energija (2830 kJ

U vatri se nekontrolisano oslobađa ogromna energija u obliku svetlosti i toplote. Ćelijsko disanje je isti proces, koji se odvija postepeno, u nekoliko koraka, a čiji je rezultat pretvaranje energije uskladištene u molekulima glukoze u upotrebljivu hemijsku energiju u obliku ATP-a.

Aerobno disanje

Da bi aerobno disanje bilo moguće neophodno je prisustvo kiseonika. Ovo je jedan od procesa koji se često upotrebljava i pri kom se razlaže pirivat putem glikolize i u kom pirivat ulazi u mitohondrije kako bi bio potpuno oksidovan putem Krebsovog ciklusa. Proizvod ovog procesa je energija u obliku ATP-a, putem fosforilacije NADH i FADH2. Reduktivni potencijal NADH i FADH2 se pretvara u dodatni broj molekula ATP-a (imati na umu da je cilj ćelije da stvori što više molekula ATP-a koji predstavljaju energiju) putem transportnog lanca elektrona u kojem je kiseonik krajnji primalac elektrona. Većina molekula ATP-a stvorenih u ćelijskom disanju su proizvod oksidativne fosforilacije, gde su ATP molekuli napravljeni zahvaljujući hemiosmotičnom potencijalu kojim upravlja katalizator. U savršenim uslovima, razlaganjem jednog molekula glukoze do krajnjih proizvoda (ugljen-dioksida i vode) stvara se 38 molekula ATP-a u ćelijskom disanju. Međutim, obično ne dođe do 38 molekula ATP jer se neki od molekula energije utroše na procese kao što je prenos pirogrožđane kiseline u mitohondrije. Kod eukariota ćelijsko disanje se odvija u mitohondrijama a kod prokariota u ćelijskoj opni.

Aerobni metabolizam je efikasniji od anaerobnog metabolizma. Počinje sa Glikolizom anaerobnog metabolizma i nastavlja sa Krebsovim ciklusom i oksidativnom fosforilacijom.

Glikoliza

Glikoliza je metabolički proces koji je prisutan u svim živim organizmima i pri kom nije potrebno prisustvo kiseonika. Procesom se na jedan molekul glukoze dobijaju dva molekula pirogrožđane kiseline, i pritom stvara energiju u obliku dva molekula ATP-a.

Na jedan molekul glukoze proizvedu se četiri molekula ATP-a, ali dva se utroše pri pripremi ćelije za ulazak u glikolizu. Početna fosforilacija glukoze je neophodna kako bi se molekul izbacio iz ravnoteže i od šestočlanog šećera nastala dve trioze, odnosno dva šećera od po tri ugljenikova atoma. Tokom poslednjih koraka glikoze četiri fosfatne grupe se prebace na ADP fosforilacijom, kako bi se stvorila četiri molekula ATP i dva molekula NADH se stvore putem oksidacije. Glikoliza se odvija u citoplazmi ćelije.

Jednačina za ovaj proces sledi:

• Glukoza + 2 ATP + 2 NAD⁺ + 2 P_i + 4 ADP → 2 Пириват + 2 ADP + 2 NADH + 4 ATP + 2 H₂O + 4 H⁺

Enzimi glikolize

Kinaza - transfer fosforil grupe

Mutaza - fosforil grupa se pomera sa jednog na drugi kiseonik istog molekula

Izomeraza - transformacija aldoze u ketozu i obrnuto

Dehidrataza - eliminacija molekula vode

Aldoza - enzim kida С-С (ugljenik) vezu pri čemu se iz jednog molekula dobija aldoza i ketoza

Oksidativna dekarboksilacija

Oksidativna dekarboksilacija je proces stvaranja acetil koenzima A, skraćeno acetil-CoA, iz pirogrožđane kiseline. Ova oksidativna reakcija takođe za produkt ima ugljen-dioksid.

Krebsov ciklus

Glavni članak: Krebsov ciklus

Krebsov ciklus je takođe poznat i kao ciklus limunske kiseline. Kada je kiseonik prisutan, acetil-CoA ulazi u Krebsov ciklus u kom se oksidiše do ugljen-dioksida, dok se u isto vreme redukuje nikotinamid adenin dinukleotid, odnosno NAD, u NADH, gde je H jedan atom vodonika. NADH dalje ulazi u transportni lanac elektrona gde se stvaraju molekuli ATP-a, delom putem oksidativne fosforilacije.

Kada su uslovi aerobni, pirivat koji je nastao u procesu glikolize se dekarboksiluje i nastaje acetil. On se spaja sa koenzimom A (CoA) i nastaje acetat-CoA. On se spaja sa oksalosirćcetnom kiselinom i formira limunsku kiselinu. Ona se dekarboksiluje do α-ketoglutarne kiseline. Ponovo se vrši dekarboksilacija i nastaje ćilibarna kiselina. Nakon toga više se ne vrši dekarboksilacija. Ćilibarna kiselina se dalje pretvara u fumarnu kiselinu, ona u jabučnu kiselinu, koja prelazi u oksalosirćetnu kiselinu. Tako nastaje početno jedinjenje i Krebsov ciklus se može ponoviti.

Anaerobna respiracija

Kada kiseonik nije prisutan, pirogrožđanu kiselinu je nemoguće metabolizirati celularnom respiracijom, već u tom slučaju metabolizam se odvija putem fermentacije.

Spoljašnje veze

• Bionet škola