Istota procesu oddychania

| 24 maja 2013 | Komentarze (0)
mitochondrium

Istota procesu oddychania

Podobnie jak do pracy maszyny, także do napędzania maszynerii życia potrzebna jest energia. Zasoby energetyczne wykorzystywane przez żywe komórki zamknięte są w związkach organicznych (związki węgla). Obecnie na Ziemi wytwarzanie cukrów odbywa się przy pomocy energii świetlnej przez fotoautotrofy (organizmy samożywne przeprowadzające fotosyntezę).

Oddychanie wewnątrzkomórkowe jest procesem katabolicznym (proces, w którym następuje uwolnienie energii), energiodajnym. Polega ono na utlenianiu (biologicznym spalaniu) wysokoenergetycznych substancji pokarmowych, najczęściej glukozy, do dwutlenku węgla (CO2) i wody (H2O), w wyniku czego uwalnia się energia magazynowana w ATP. Substratami oddechowymi mogą być cukry, np. glukoza, która jest podstawowym substratem tego procesu, tłuszcz u kiełkujących nasion roślin oleistych, a także aminokwasy u roślin motylkowych. Oddychanie komórkowe przebiega wielostopniowo i jest procesem enzymatycznym (do jego przebiegu niezbędne są enzymy). Zachodzą w nim procesy dehydrogenacji (odszczepienie  cząsteczki wodoru H2) i dekarboksylacji (odłączenie CO2).

Co wpływa na proces oddychania wewnątrzkomórkowego?

Intensywność oddychania zależy od wieku komórki, jej rodzaju, liczby mitochondriów lub też obecnego zapotrzebowania na energię. Intensywność jest więc większa w komórkach młodych, tkankach twórczych, ale także tam, gdzie wykonywana jest praca (mięśnie szkieletowe) i generowane ciepło (wątroba). Bardzo ważnym czynnikiem potrzebnym do przebiegu oddychania komórkowego jest obecność tlenu.

 Przebieg procesu oddychania wewnątrzkomórkowego

Glikoliza jest procesem niewymagającym dostępu tlenu (przebiega w warunkach beztlenowych) zachodzącym w cytoplazmie komórki. Polega na beztlenowym rozkładzie glukozy do kwasu pirogronowego. Glukoza, zanim wejdzie w cykl przemian, musi zostać zaktywowana przed ATP (adenozynotrójfosforan), w wyniku czego powstaje glukozo-6-fosforan, przekształcający się w fruktozo-1,6-difosforan. Powstały związek ulega rozszczepieniu na dwie izomeryczne triozy: fosfohydroksyaceton i aldehyd trójfosfoglicerynowy (PGAL). Powstały aldehyd ulega odwodorowaniu z udziałem NADH – powstaje NADH+H.

W wyniku odwodorowania i utlenienia powstaje kwas 1,3-difosfoglicerynowy (PGA), który przekształca się w kwas fosfoenolopirogronowy, a ten z kolei w kwas pirogronowy. Powstały kwas pirogronowy jest produktem rozstajnym procesu glikolizy. Może ulec następującym przemianom: w warunkach beztlenowych, w procesie fermentacji jest przekształcany w różne związki organiczne (alkohol etylowy, kwas masłowy, kwas mlekowy), w mięśniach przekształcany jest w mleczan (to właśnie są nasze słynne zakwasy), w warunkach tlenowych w mitochondriach następuje spalanie tego kwasu do CO2 i H2O. Glikoliza daje komórce 2 cząsteczki ATP.

Oddychanie tlenowe inaczej zwane jest cyklem Krebsa, cyklem kwasu cytrynowego lub cyklem kwasów karboksylowych. Jest to cykl reakcji, w czasie których następuje czterokrotna dehydrogenacja, dwukrotna dekarboksylacja i powstają kwasy sześcio-, pięcio- i czterowęglowe.

Kwas pirogronowy (produkt glikolizy) w mitochondriach ulega oksydacyjnej (czyli tlenowej) dekarboksylacji do związku dwuwęglowego zwanego aktywnym octanem lub acetylokoenzymem A (acetylo-Co A). Acetylo-Co A pełni rolę metabolitu kluczowego, ponieważ jest bezpośrednim produktem trzech zasadniczych typów przemian węglowodanów, białek (hydroliza), tłuszczy (β-oksydacja). Podstawowym zadaniem cyklu Krebsa jest oddzielenie grupy acetylowej wchodzącej w skład acetylu-Co A, utworzeniu z niej dwóch cząsteczek dwutlenku węgla i wytworzenie zredukowanych nukleozydów: NADH2 i FADH2. Zredukowane przenośniki NADH2 i FADH2 wykorzystywane są w łańcuchu oddechowym – przenoszą wodór na wewnętrzne błony mitochondriów.

Łańcuch oddechowy to ostatni etap utleniania biologicznego. Zachodzi on na wewnętrznych błonach mitochondrium, ponieważ tam znajdują się potrzebne przenośniki. Polega na przenoszeniu protonów i elektronów wodoru na tlen z wytworzeniem cząsteczki wody i energii. Proces ten przebiega stopniowo z udziałem wielu przenośników, czyli ogniw łańcucha oddechowego, które ułożone są w odpowiedniej kolejności. W grzybkach mitochondrialnych znajdują się enzymy, które wiążą wydzielającą się energię i magazynują ją w ATP. Energia uwalniana jest stopniowo podczas przekazywania wodoru i elektronów na poszczególne ogniwa łańcucha. Kolejne ogniwa łańcucha uszeregowane są według wzrastających potencjałów oks-red (to zdolność do coraz łatwiejszego przyjmowania elektronów). Wzdłuż łańcucha płynie początkowo strumień atomów wodoru, a potem elektronów odłączonych w czasie utleniania wodoru. Na najniższym poziomie łańcucha pochodzące z wodoru protony łączą się z jonem tlenkowym, w wyniku czego powstaje woda metaboliczna.

Istota procesu oddychania 5.00/5 (100.00%) 1 gł.

Tagi: , ,

Kategoria: Przyroda

Poprzedni artykuł:
Następny artykuł:

Napisz komentarz



*