Innehåll
Cellandningen är summan av de olika biokemiska medlen som eukaryota organismer använder för att extrahera energi från mat, specifikt glukos molekyler.
Den cellulära andningsprocessen innefattar fyra grundsteg eller steg: glykolys, som förekommer i alla organismer, prokaryota och eukaryota; de broreaktion, som stoppar scenen för aerob andning; och den Krebs cykel och den elektron transport kedja, syreberoende vägar som förekommer i sekvens i mitokondrierna.
Stegen för cellulär andning inträffar inte med samma hastighet, och samma uppsättning reaktioner kan fortsätta med olika hastigheter i samma organisme vid olika tidpunkter. Exempelvis kan hastigheten för glykolys i muskelceller förväntas öka kraftigt under intensiv anaerob träning, som ådrar sig en "syreskuld", men stegen med aerob andning påskyndas inte märkbart om inte träningen utförs på en aerob, "pay-as-you-go" intensitetsnivå.
Cellular Respiration Equation
Den kompletta cellulära andningsformeln ser något annorlunda ut från källa till källa, beroende på vad författarna väljer att inkludera som meningsfulla reaktanter och produkter. Till exempel, många källor utelämnar elektronbärarna NAD+/ NADH och FAD2+/ FADH2 från den biokemiska balansräkningen.
Sammantaget omvandlas sockermolekylens glukos med sex koldioxid till koldioxid och vatten i närvaro av syre för att ge 36 till 38 molekyler ATP (adenosintrifosfat, cellens naturliga "energivaluta"). Denna kemiska ekvation representeras av följande ekvation:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP
glykolys
Det första steget av cellulär andning är glykolys, som är en uppsättning av tio reaktioner som inte kräver syre och därmed inträffar i alla levande celler. Prokaryoter (från domänerna Bakterier och Archaea, tidigare kallade "archaebacteria") använder sig av glykolys nästan uteslutande, medan eukaryoter (djur, svampar, protister och växter) främst använder det som en bordsskådare för de mer energiskt lukrativa reaktionerna av aerob andning.
Glykolys sker i cytoplasma. I processens "investeringsfas" konsumeras två ATP när två fosfater sätts till glukosderivatet innan det delas upp i två tre-kolföreningar. Dessa omvandlas till två molekyler av pyruvat, 2 NADH och fyra ATP för a nettovinst på två ATP.
Broreaktionen
Det andra steget i cellulär andning, övergång eller broreaktion, får mindre uppmärksamhet än resten av cellulär andning. Som namnet antyder skulle det emellertid inte finnas något sätt att komma från glykolys till de aeroba reaktionerna utanför det.
I denna reaktion, som inträffar i mitokondrierna, omvandlas de två pyruvatmolekylerna från glykolys till två molekyler av acetylkoenzym A (acetyl CoA) med två molekyler CO2 produceras som metaboliskt avfall. Ingen ATP produceras.
Krebs-cykeln
Krebs-cykeln genererar inte mycket energi (två ATP), men genom att kombinera två-kolmolekylen acetyl CoA med den fyra kolmolekylen oxaloacetat och cykla den resulterande produkten genom en serie övergångar som trimma molekylen tillbaka till oxaloacetat, genererar den åtta NADH och två FADH2, en annan elektronbärare (fyra NADH och en FADH2 per glukosmolekyl som kommer in i cellens andning vid glykolys).
Dessa molekyler behövs för elektrontransportkedjan, och under sin syntes, ytterligare fyra CO2 molekyler kastas från cellen som avfall.
Elektrontransportkedjan
Det fjärde och sista steget i cellulär andning är där den stora energin "skapandet" görs. Elektronerna som bärs av NADH och FADH2 dras från dessa molekyler av enzymer i mitokondriell membran och används för att driva en process som kallas oxidativ fosforylering, varvid en elektrokemisk gradient som drivs av frisättningen av de ovannämnda elektronerna driver tillsatsen av fosfatmolekyler till ADP för att producera ATP.
Syre krävs för detta steg, eftersom det är den slutliga elektronacceptorn i kedjan. Detta skapar H2O, så detta steg är där vattnet i den cellulära andningsekvationen kommer från.
Totalt genereras 32 till 34 molekyler av ATP i detta steg, beroende på hur energiutbytet summeras. Således cellulär andning ger totalt 36 till 38 ATP: 2 + 2 + (32 eller 34).