Innhold
Cellulær respirasjon er summen av de forskjellige biokjemiske virkningene som eukaryote organismer bruker for å trekke ut energi fra mat, spesifikt glukose molekyler.
Den cellulære respirasjonsprosessen inkluderer fire grunnleggende trinn eller trinn: glykolyse, som forekommer i alle organismer, prokaryotiske og eukaryote; de broreaksjon, som stopper scenen for aerob respirasjon; og Krebs sykler og elektrontransportkjede, oksygenavhengige stier som forekommer i rekkefølge i mitokondriene.
Trinnene i cellulær respirasjon skjer ikke med samme hastighet, og det samme settet med reaksjoner kan fortsette med forskjellige hastigheter i samme organisme til forskjellige tider. For eksempel kan antallet glykolyse i muskelceller forventes å øke kraftig under intens anaerob trening, som pådrar seg en "oksygengjeld", men trinnene i aerob respirasjon fremskynder ikke nevneverdig med mindre trening utføres på et aerobt, "pay-as-you-go" intensitetsnivå.
Cellular Respiration Equation
Den komplette cellulære respirasjonsformelen ser litt annerledes ut fra kilde til kilde, avhengig av hva forfatterne velger å inkludere som meningsfulle reaktanter og produkter. For eksempel utelater mange kilder elektronbærerne NAD+/ NADH og FAD2+/ FADH2 fra den biokjemiske balansen.
Totalt sett blir seks-karbon sukkermolekylet glukose omdannet til karbondioksyd og vann i nærvær av oksygen for å gi 36 til 38 molekyler av ATP (adenosintrifosfat, den naturlige "energivalutaen" til celler). Denne kjemiske ligningen er representert ved følgende ligning:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP
glykolyse
Det første stadiet av cellulær respirasjon er glykolyse, som er et sett på ti reaksjoner som ikke krever oksygen, og som derfor forekommer i hver levende celle. Prokaryoter (fra domenene Bakterier og Archaea, tidligere kalt "archaebacteria") benytter seg av glykolyse nesten utelukkende, mens eukaryoter (dyr, sopp, protister og planter) hovedsakelig bruker den som et bord for de mer energisk lukrative reaksjonene ved aerob respirasjon.
Glykolyse foregår i cytoplasma. I "investeringsfasen" av prosessen forbrukes to ATP når to fosfater tilsettes glukosederivatet før det deles i to tre-karbonforbindelser. Disse blir transformert til to molekyler av pyruvat, 2 NADH og fire ATP for a netto gevinst på to ATP.
Broreaksjonen
Det andre stadiet av cellulær respirasjon, overgang eller broreaksjon, får mindre oppmerksomhet enn resten av cellulær respirasjon. Som navnet tilsier, er det imidlertid ingen måte å komme seg fra glykolyse til de aerobe reaksjonene utenom.
I denne reaksjonen, som forekommer i mitokondriene, blir de to pyruvatmolekylene fra glykolyse omdannet til to molekyler av acetylkoenzym A (acetyl CoA), med to molekyler CO2 produsert som metabolsk avfall. Ingen ATP produseres.
Krebs-syklusen
Krebs-syklusen genererer ikke mye energi (to ATP), men ved å kombinere det to-karbonmolekylet acetyl CoA med det fire-karbonmolekylet oksaloacetat, og sykle det resulterende produktet gjennom en serie overganger som trimmer molekylet tilbake til oksaloacetat, genererer det åtte NADH og to FADH2, en annen elektronbærer (fire NADH og en FADH2 per glukosemolekyl som kommer inn i cellulær respirasjon ved glykolyse).
Disse molekylene er nødvendige for elektrontransportkjeden, og i løpet av syntese ytterligere fire CO2 molekyler blir kastet fra cellen som avfall.
Elektrontransportkjeden
Det fjerde og siste stadiet av cellulær respirasjon er der den viktigste energien "skapelsen" gjøres. Elektronene fraktet av NADH og FADH2 trekkes fra disse molekylene av enzymer i mitokondriell membran og brukes til å drive en prosess som kalles oksidativ fosforylering, hvor en elektrokjemisk gradient drevet av frigjøring av de nevnte elektronene driver tilsetningen av fosfatmolekyler til ADP for å produsere ATP.
Oksygen kreves for dette trinnet, ettersom det er den endelige elektronakseptoren i kjeden. Dette skaper H2O, så dette trinnet er der vannet i den cellulære respirasjonsligningen kommer fra.
I alt genereres 32 til 34 molekyler av ATP i dette trinnet, avhengig av hvordan energiutbyttet summeres. Og dermed cellulær respirasjon gir totalt 36 til 38 ATP: 2 + 2 + (32 eller 34).