Τα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, λαμβάνουν ενέργεια από τα τρόφιμα που καταναλώνουν μέσω μιας σύνθετης διαδικασίας που ονομάζεται κυτταρική αναπνοή. Αυτή η ζωτική βιοχημική οδός λαμβάνει χώρα εντός των κυττάρων του σώματος και μετατρέπει τη χημική ενέργεια που αποθηκεύεται σε τρόφιμα σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια με τη μορφή μορίων ΑΤΡ (τριφωσφορικής αδενοσίνης). Ακολουθεί μια απλοποιημένη εξήγηση της διαδικασίας της κυτταρικής αναπνοής:
γλυκόλυση (βήμα 1):
1. πέψη :Τα ζώα καταναλώνουν τρόφιμα που περιέχουν διάφορες οργανικές ενώσεις, όπως υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες.
- Οι υδατάνθρακες χωρίζονται σε απλά σάκχαρα (γλυκόζη) στο στόμα και το λεπτό έντερο.
- Οι πρωτεΐνες χωρίζονται σε αμινοξέα και τα λίπη διασπώνται σε λιπαρά οξέα και γλυκερόλη.
2. Κυτταρική καταχώρηση :Η γλυκόζη, τα αμινοξέα και τα λιπαρά οξέα μεταφέρονται στα κύτταρα.
3. :
- Στο κυτταρόπλασμα, η γλυκόζη υφίσταται μια σειρά ενζυματικών αντιδράσεων που ονομάζονται γλυκόλυση.
- Η γλυκόλυση διαχωρίζει κάθε μόριο γλυκόζης σε δύο πυροσταφυλικά μόρια μαζί με μια μικρή ποσότητα ΑΤΡ (2 καθαρή μόρια ΑΤΡ) και NADH (δινουκλεοτίδιο αδενίνης νικοτιναμίδης), ένα μοχλό ενεργειακού φορέα.
Επεξεργασία πυροσταφυλικού (βήμα 2):
4. Πυρβιδωτό σε ακετυλο COA :Τα πυροσταφυλικά μόρια που παράγονται σε γλυκόλυση εισέρχονται στα μιτοχόνδρια, τα ενεργειακά κέντρα του κυττάρου.
- Κάθε πυροσταφυλικό μόριο υφίσταται περαιτέρω επεξεργασία για να σχηματίσει ακετυλο COA (ακετυλο -συνένζυμο Α), η οποία μεταφέρει την ομάδα ακετυλο.
κύκλος Krebs (κύκλος κιτρικού οξέος) (βήμα 3):
5. Εξαγωγή ενέργειας :Το Acetyl CoA εισέρχεται στον κύκλο Krebs, μια σειρά χημικών αντιδράσεων που εμφανίζονται μέσα στα μιτοχόνδρια.
- Πάνω από πολλαπλούς κύκλους, οι ομάδες ακετυλίου από ακετυλο CoA οξειδώνονται, απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και παράγουν φορείς ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας:NADH και FADH2 (δινουκλεοτίδιο αδενίνης φλαβίνης).
Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων (βήμα 4):
6. Μεταφορά ηλεκτρονίων :Τα μόρια NADH και FADH2 που παράγονται σε γλυκόλυση και ο κύκλος Krebs μεταφέρουν ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, μια σειρά συμπλεγμάτων πρωτεϊνών με μεμβράνη.
- Καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσω της αλυσίδας, η ενέργεια τους χρησιμοποιείται για να αντλήσει ιόντα υδρογόνου (Η+) κατά μήκος της μιτοχονδριακής μεμβράνης, δημιουργώντας μια κλίση.
7. Παραγωγή ATP :Τα ιόντα υδρογόνου (Η+) αντλούνται κατά μήκος της ροής της μεμβράνης πίσω μέσω ενός συγκεκριμένου συμπλέγματος πρωτεΐνης που ονομάζεται συνθάση ΑΤΡ, οδηγώντας τη σύνθεση των μορίων ΑΤΡ.
- Η συνθετάση ΑΤΡ ενεργεί σαν μικροσκοπικός στρόβιλος, μετατρέποντας την ενέργεια της κλίσης πρωτονίων σε χημική ενέργεια που αποθηκεύεται σε ΑΤΡ.
8. Οξειδωτική φωσφορυλίωση :Το οξυγόνο χρησιμεύει ως τελικός αποδέκτης ηλεκτρονίων στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, συνδυάζοντας με ηλεκτρόνια και ιόντα υδρογόνου για να σχηματίσουν νερό (H2O).
- Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως οξειδωτική φωσφορυλίωση, όπου το οξυγόνο χρησιμοποιείται για να παράγει το μεγαλύτερο μέρος του ΑΤΡ στην κυτταρική αναπνοή.
Χρήση ATP:
9. Ενέργεια για κυτταρικές διεργασίες :Τα μόρια ΑΤΡ που παράγονται μέσω της κυτταρικής αναπνοής είναι η κύρια πηγή ενέργειας για διάφορες κυτταρικές διεργασίες, όπως η συστολή των μυών, η μετάδοση της νευρικής ώθησης και η χημική σύνθεση.
- Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο ΑΤΡ απελευθερώνεται όταν ο τερματικός φωσφορικός δεσμός του σπάσει, απελευθερώνοντας χημική ενέργεια για κυτταρικές δραστηριότητες.
Συνοπτικά, η κυτταρική αναπνοή είναι μια διαδικασία με την οποία τα ζώα μετατρέπουν τη χημική ενέργεια που αποθηκεύεται στα τρόφιμα σε μόρια ΑΤΡ, το ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου. Αυτή η περίπλοκη διαδικασία περιλαμβάνει γλυκόλυση, επεξεργασία πυροσταφυλικού άλατος, κύκλο Krebs και αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η κυτταρική αναπνοή επιτρέπει στα ζώα να εξάγουν ενέργεια από τα τρόφιμα που καταναλώνουν και να το χρησιμοποιούν για να τροφοδοτήσουν τις κυτταρικές τους λειτουργίες και να διατηρήσουν τη ζωή.