Ћелијско дисање и производња АТП-а

Ћелијско дисање је кључни процес који омогућава ћелијама да производе аденозин трифосфат (АТП), примарну енергетску валуту ћелије. Овај сложени биохемијски пут укључује низ реакција које се дешавају у присуству кисеоника, што доводи до производње АТП-а и угљен-диоксида. Разумевање замршених детаља ћелијског дисања и производње АТП-а је од суштинског значаја за разумевање фундаменталних процеса који подстичу сам живот.

Ћелијско дисање: преглед

Ћелијско дисање је скуп метаболичких реакција и процеса који се одвијају у ћелијама организама за претварање биохемијске енергије из хранљивих материја у аденозин трифосфат (АТП), а затим ослобађање отпадних производа. Целокупни процес се може поделити у три главне фазе: гликолиза, циклус лимунске киселине (такође познат као Кребсов циклус) и оксидативна фосфорилација.

Гликолиза

Гликолиза је почетни корак у ћелијском дисању, који се јавља у цитоплазми ћелија. Овај процес укључује разлагање глукозе, молекула шећера са шест угљеника, на два молекула пирувата, једињења са три угљеника. Иако се гликолиза може десити у одсуству кисеоника, следеће фазе ћелијског дисања зависе од присуства кисеоника да би се ефикасно одвијале.

Укупна једначина за гликолизу може се сумирати као:

Током гликолизе, фосфорилацијом на нивоу супстрата стварају се два молекула АТП-а, а коензим НАД+ се редукује да формира НАДХ. Два произведена молекула пирувата затим прелазе на следећу фазу ћелијског дисања ако је кисеоник доступан.

Циклус лимунске киселине (Кребсов циклус)

Циклус лимунске киселине, такође познат као Кребсов циклус, одвија се унутар митохондрија еукариотских ћелија. Ова серија хемијских реакција довршава разградњу глукозе и генерише високоенергетске носаче електрона, као што су НАДХ и ФАДХ2. Циклус лимунске киселине почиње ацетил ЦоА, који се добија из пирувата произведеног током гликолизе.

Кључне реакције унутар циклуса лимунске киселине доводе до стварања АТП, НАДХ и ФАДХ2 поред ослобађања угљен-диоксида као отпадног производа. Укупна једначина за циклус лимунске киселине може се резимирати као:

Након завршетка циклуса лимунске киселине, високоенергетски носачи електрона НАДХ и ФАДХ2 прелазе у завршну фазу ћелијског дисања, где донирају своје електроне ланцу транспорта електрона.

Оксидативна фосфорилација и ланац транспорта електрона

Оксидативна фосфорилација је главни механизам преко кога ћелије производе АТП у присуству кисеоника. Овај процес се дешава у унутрашњој митохондријалној мембрани и ослања се на пренос електрона са НАДХ и ФАДХ2 на молекуларни кисеоник кроз низ протеинских комплекса познатих као ланац транспорта електрона (ЕТЦ).

Како се електрони крећу кроз ЕТЦ, они ослобађају енергију која покреће пумпање протона из митохондријалног матрикса у интермембрански простор, стварајући протонски градијент. Овај градијент затим покреће производњу АТП-а кроз процес који се зове хемиосмоза, где ензим АТП синтаза генерише АТП користећи потенцијалну енергију ускладиштену у протонском градијенту.

Укупна једначина за оксидативну фосфорилацију може се сажети на следећи начин:

Дакле, комбинованим деловањем гликолизе, циклуса лимунске киселине и оксидативне фосфорилације, ћелије су у стању да искористе енергију садржану у глукози за генерисање АТП-а, обезбеђујући неопходну енергију за различите ћелијске процесе.

Производња АТП-а и његова улога у ћелијској функцији

Аденозин трифосфат (АТП) се често назива