Biohemija staničnog disanja

Stanično disanje, proces kojim organizmi kombiniraju kisik s molekulama prehrambenih proizvoda, preusmjeravajući kemijsku energiju u tim tvarima u aktivnosti održavanja života i odbacujući, kao otpadne proizvode, ugljični dioksid i vodu. Organizmi koji ne ovise o namirnicama koje razgrađuju kisik u procesu koji se zove fermentacija. (Za dulje liječenje različitih aspekata staničnog disanja pogledajte ciklus trikarboksilne kiseline i metabolizam.)

alge: Stanično disanje

Ćelijsko disanje u algama, kao i u svim organizmima, je proces kojim se molekule hrane metaboliziraju kako bi se dobilo kemijsko sredstvo,

Uloga mitohondrija

Jedan cilj razgradnje prehrambenih proizvoda je pretvoriti energiju sadržanu u kemijskim vezama u energetski bogat adenosin trifosfat (ATP), koji bilježi kemijsku energiju dobivenu razgradnjom molekula hrane i oslobađa je da potakne ostale stanične procese. U eukariotskim stanicama (to jest, bilo kojim stanicama ili organizmima koji imaju jasno definirane nukleusne i membranski vezane organele) enzimi koji kataliziraju pojedine korake koji sudjeluju u disanju i očuvanju energije nalaze se u visoko organiziranim odjeljcima u obliku štapa koji se nazivaju mitohondriji. U mikroorganizmima enzimi se javljaju kao komponente stanične membrane. Stanica jetre ima oko 1000 mitohondrija; velike jajne stanice nekih kralježnjaka imaju i do 200 000.

Glavni metabolički procesi

Biolozi se donekle razlikuju s obzirom na nazive, opise i broj stadija staničnog disanja. Međutim, cjelokupni postupak može se destilirati u tri glavna metabolička stadija ili faze: glikoliza, ciklus trikarboksilne kiseline (TCA ciklus) i oksidativna fosforilacija (fosforilacija respiratornog lanca).

glikoliza

Glikoliza (koja je poznata i kao glikolitička staza ili put Embden-Meyerhof-Parnas) je niz od 10 kemijskih reakcija koje se odvijaju u većini stanica koje razgrađuju molekulu glukoze na dvije molekule piruvata (piruične kiseline). Energija oslobođena tijekom razgradnje molekula glukoze i drugih organskih goriva iz ugljikohidrata, masti i bjelančevina tijekom glikolize zarobljava se i pohranjuje u ATP. Pored toga, spoj nikotinamid adenin dinukleotida (NAD ⁺) pretvara se u NADH tijekom ovog koraka (vidjeti dolje). Molekule piruvata nastale tijekom glikolize tada ulaze u mitohondrije, gdje se svaka pretvara u spoj poznat kao acetil koenzim A, koji potom ulazi u TCA ciklus. (Neki izvori pretvaranje piruvata u acetilni koenzim A smatraju zasebnim korakom, nazvanim oksidacija piruvatom ili prijelaznom reakcijom, u procesu staničnog disanja.)

Ciklus trikarboksilne kiseline

TCA ciklus (koji je poznat i pod nazivom Krebs, ili limunska kiselina, ciklus) igra središnju ulogu u raspadu ili katabolizmu molekula organskog goriva. Ciklus se sastoji od osam koraka kataliziranih od osam različitih enzima koji proizvode energiju u nekoliko različitih faza. Međutim, većinu energije dobivene iz TCA ciklusa hvataju spojevi NAD ⁺ i flavin adenin dinukleotid (FAD) i pretvaraju kasnije u ATP. Proizvodi jednog okretaja TCA ciklusa sastoje se od tri molekule NAD ⁺, koje se reduciraju (kroz proces dodavanja vodika, H ⁺) na isti broj NADH molekula i jedne molekule FAD, koja se smanjuje na jednostruka molekula FADH ₂. Te molekule pokreću treću fazu staničnog disanja, dok se ugljični dioksid, koji se također stvara TCA ciklusom, oslobađa kao otpadni proizvod.

Oksidativne fosforilacije

U fazi oksidativne fosforilacije, svaki par atoma vodika uklonjen iz NADH i FADH ₂ daje par elektrona koji, djelovanjem niza hemoproteina koji sadrže željezo, citokroma - na kraju smanjuju jedan atom kisika da bi tvorio vodu. Godine 1951. otkriveno je da prijenos jednog para elektrona kisiku rezultira stvaranjem tri molekule ATP-a.

Oksidativna fosforilacija glavni je mehanizam kojim se velike količine energije u namirnicama čuvaju i stavljaju na raspolaganje stanici. Niz koraka kojima elektroni dopiru do kisika omogućava postupno spuštanje energije elektrona. Ovaj dio faze oksidativne fosforilacije ponekad se naziva i transportnim lancem elektrona. Neki opisi staničnog disanja koji se usredotočuju na važnost lanca transporta elektrona promijenili su naziv faze oksidativne fosforilacije u transportni lanac elektrona.