Cellulær respirasjonsbiokjemi

Cellulær respirasjon, prosessen der organismer kombinerer oksygen med matmolekyler, og avleder den kjemiske energien i disse stoffene til livsopprettholdende aktiviteter og kasseres, som avfallsprodukter, karbondioksid og vann. Organismer som ikke er avhengige av oksygen, forringer matvarer i en prosess som kalles gjæring. (For lengre behandling av forskjellige aspekter ved cellulær respirasjon, se trikarboksylsyresyklus og metabolisme.)

alger: Cellulær respirasjon

Cellulær respirasjon hos alger, som i alle organismer, er prosessen som matmolekyler metaboliseres for å oppnå kjemisk

Mitokondriens rolle

Et mål for nedbrytningen av matvarer er å konvertere energien i kjemiske bindinger til den energirike forbindelsen adenosintrifosfat (ATP), som fanger opp den kjemiske energien som oppnås fra nedbrytningen av matmolekyler og frigjør den til drivstoff til andre cellulære prosesser. I eukaryote celler (det vil si alle celler eller organismer som har en klart definert kjerne og membranbundne organeller) er enzymene som katalyserer de individuelle trinnene som er involvert i respirasjon og energibesparing, lokalisert i sterkt organiserte stavformede rom kalt mitokondrier. I mikroorganismer oppstår enzymene som komponenter i cellemembranen. En levercelle har omtrent 1000 mitokondrier; store eggceller fra noen virveldyr har opptil 200 000.

Hovedmetabolske prosesser

Biologer skiller seg noe med hensyn til navn, beskrivelser og antall stadier av cellulær respirasjon. Den generelle prosessen kan imidlertid destilleres i tre hovedmetabolske stadier eller trinn: glykolyse, trikarboksylsyresyklus (TCA-syklus) og oksidativ fosforylering (respirasjonskjeden fosforylering).

glykolyse

Glykolyse (som også er kjent som den glykolytiske banen eller Embden-Meyerhof-Parnas-banen) er en sekvens på 10 kjemiske reaksjoner som finner sted i de fleste celler som bryter ned et glukosemolekyl i to pyruvat (pyruvinsyre) molekyler. Energi som frigjøres under nedbrytningen av glukose og andre organiske drivstoffmolekyler fra karbohydrater, fett og proteiner under glykolyse fanges opp og lagres i ATP. I tillegg blir forbindelsen nikotinamidadenindinukleotid (NAD ⁺) omdannet til NADH i løpet av dette trinnet (se nedenfor). Pyruvatmolekyler produsert under glykolyse går deretter inn i mitokondriene, hvor de omdannes til en forbindelse kjent som acetylkoenzym A, som deretter går inn i TCA-syklusen. (Noen kilder anser konverteringen av pyruvat til acetylkoenzym A som et tydelig trinn, kalt pyruvatoksidasjon eller overgangsreaksjonen, i prosessen med cellulær respirasjon.)

Trikarboksylsyresyklus

TCA-syklusen (som også er kjent som Krebs, eller sitronsyre, syklus) spiller en sentral rolle i nedbrytningen, eller katabolismen, av organiske drivstoffmolekyler. Syklusen består av åtte trinn katalysert av åtte forskjellige enzymer som produserer energi i flere forskjellige stadier. Det meste av energien som er oppnådd fra TCA-syklusen blir imidlertid fanget opp av forbindelsene NAD ⁺ og flavinadeninuduotototid (FAD) og konverteres senere til ATP. Produktene fra en enkelt sving av TCA-syklusen består av tre NAD ⁺ -molekyler, som reduseres (gjennom prosessen med å tilsette hydrogen, H ⁺) til samme antall NADH-molekyler, og ett FAD-molekyl, som på samme måte er redusert til et enkelt FADH _2- molekyl. Disse molekylene fortsetter å drive det tredje stadiet av cellulær respirasjon, mens karbondioksid, som også er produsert av TCA-syklusen, frigjøres som et avfallsprodukt.

Oksidativ fosforylering

I det oksidative fosforyleringstrinnet gir hvert par hydrogenatomer fjernet fra NADH og FADH ₂ et par elektroner som - gjennom virkningen av en serie jernholdige hemoproteiner, cytokromene - til slutt reduserer ett atom oksygen til å danne vann. I 1951 ble det oppdaget at overføringen av ett par elektroner til oksygen resulterer i dannelse av tre molekyler med ATP.

Oksidativ fosforylering er den viktigste mekanismen som de store energimengdene i matvarer blir bevart og gjort tilgjengelig for cellen. Serien med trinn som elektroner strømmer til oksygen tillater en gradvis senking av elektronenes energi. Denne delen av oksidativ fosforyleringstrinn kalles noen ganger elektrontransportkjeden. Noen beskrivelser av cellulær respirasjon som fokuserer på viktigheten av elektrontransportkjeden, har endret navnet på det oksidative fosforyleringsstadiet til elektrontransportkjeden.