Вече сме обсъждали клетъчното дишане в нашия блог. Днес ще се спрем по-подробно на един от видовете му, а именно клетъчното аеробно дишане. Досега сме представяли само някои от неговите етапи, като цикъла на Кребс или гликолизата. Сега е време да обединим знанията, които придобихме по-рано, и да обсъдим всичко това в неговата цялост.
Клетъчно дишане – как клетките ни получават кислород?
Клетъчно дишане – какво представлява?
Клетъчното дишане е основният и най-важен процес, който се извършва в клетката. В крайна сметка благодарение на него клетките получават енергията, необходима за правилното им функциониране. По време на този процес в клетката се доставят кислород и глюкоза (получени от консумираната храна). В същото време въглеродният диоксид и водата, които се образуват като продукти при реакцията, се изхвърлят. В днешната статия ще се спрем основно на аеробното дишане, но не забравяйте, че анаеробните организми също получават енергия след разграждане на храната, в процес, наречен ферментация.
Клетъчно дишане – кои са неговите етапи?
Можем да разграничим четири основни етапа на аеробното клетъчно дишане. В предишни статии разгледахме задълбочено темата за цикъла на Кребс и гликолизата. Поради това сега ще ги разгледаме само накратко.
Днес ще се спрем по-подробно на два процеса, които досега не са се появявали в нашата работа – декарбоксилирането на пирувата и дихателната верига.
Накратко, етапите на клетъчното дишане са следните:
- Гликолиза.
- Декарбоксилиране на пируват.
- Цикъл на Кребс.
- Дихателна верига.
Гликолиза:
Гликолизата е процес, при който една молекула глюкоза се превръща в две молекули пируват. Освен това се синтезират четири молекули АТФ, при което две от тях вече са изразходвани в първите етапи на гликолизата. Целият процес се извършва в цитозола на клетката. Можем да причислим гликолизата и към примерите за фосфорилиране на субстрата. Полученият в процеса пируват впоследствие се транспортира до вътрешността на митохондрията, където се осъществява следващият етап на клетъчното дишане.
Декарбоксилиране на пируват:
Декарбоксилирането на пируват е известно още като реакция на свързване или окислително декарбоксилиране на пируват. По време на този процес се образува ацетил-КоА. След това той е необходим в последващите процеси на клетъчното дишане. Реакцията се катализира от мултиензимния пируватдехидрогеназен комплекс (PDC).
Декарбоксилирането на пирувата се извършва в матрицата на митохондриите. Нека сега да обсъдим етапите на този процес стъпка по стъпка:
- Първоначално пируватът се подлага на декарбоксилиране до хидроксиетилпроизводно, което се свързва с активния въглероден атом на тиамин пирофосфата, конизъм на пируватдекарбоксилазата.
- По-късно хидроксиетилпроизводното се окислява чрез прехвърляне към дисулфидната форма на липоевата киселина. Тази киселина е ковалентно свързана с дихидролипоат ацетилтрансферазата.
- Ацетиловата група, свързана със страничната верига на липоевата киселина, впоследствие се прехвърля към CoA.
- Сулфхидрилната форма на липоевата киселина се подлага на окисление, като се катализира от дихидролипоатдехидрогеназата. Накрая се извършва възстановяване на окислената форма на липоевата киселина. FADH2 се окислява до FAD, а NAD+ се окислява до NADH + H+.
Цикъл на Кребс:
Цикълът на Кребс е поредица от трансформации, при които се получават въглероден диоксид и водороден атом. И двата продукта след това се прехвърлят чрез NADH+ и FADH2 към следващия етап на клетъчното дишане. Целият процес се извършва в митохондриалната матрица.
Дихателна верига:
Можем да разделим дихателната верига на два етапа – електронно-транспортна верига и хемисмоза.
- NADH+ и FADH2 пренасят високоенергийните електрони, произведени от гликолизата и цикъла на Кребс, към електронно-транспортната верига. Тя е вградена във вътрешната митохондриална мембрана.
- Преносителите, които изграждат дихателната верига, са групирани в четири комплекса. Два от тях са подвижни и пренасят електрони между големите комплекси. Докато комплексите приемат електрони, протоните се прехвърлят от митохондриалния матрикс в междумембранното пространство.
- По време на хемиосмозата протоните се движат по своя градиент чрез АТФ-синтазата. АТФ-синтазата използва енергията, получена от мембранния градиент на водородните йони. Резултатът е фосфорилиране на ADP и образуване на АТФ.
Енергийна печалба при клетъчното дишане:
Източници
- https://www.britannica.com/
science/cellular-respiration - https://www.osmosis.org/
answers/cellular-respiration - https://education.
nationalgeographic.org/ resource/cellular-respiration- infographic/ - Urry, L. A., Cain, M. L. 1., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., Reece, J. B., & Campbell, N. A. (2017). Campbell biology. Eleventh edition. New York, NY, Pearson Education, Inc.
- MLA. Harvey, Richard A., Ph. D. Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry. Philadelphia: Wolters Kluwer Health, 2011.