Soluhengitys ihmisillä

Sisältö

• Pikakatsaus
• Energiaa varastoidaan ATP-fosfaattisidoksissa
• Glykolyysi valmistaa tietä hapettumiselle
• Sijainti
• Krebs-sitruunahapposykli tuottaa elektroninluovuttajia
• Elektronikuljetusketju tuottaa suurimman osan ATP-molekyyleistä
• Soluhengitys ihmisissä on yksinkertainen käsite monimutkaisilla prosesseilla

Soluhengityksen tarkoituksena on muuntaa glukoosi ruoasta energiaksi.

Solut hajottavat glukoosin sarjassa monimutkaisia ​​kemiallisia reaktioita ja yhdistävät reaktiotuotteet hapen kanssa energian varastoimiseksi adenosiinitrifosfaatti (ATP) -molekyylejä. ATP-molekyylejä käytetään solujen toiminnan tehostamiseen ja ne toimivat elävien organismien yleisenä energialähteenä.

Pikakatsaus

Ihmisten soluhengitys alkaa ruuansulatuksessa ja hengityselimissä. Ruoka sulattuu suolistossa ja muuttuu glukoosiksi. Happi imeytyy keuhkoihin ja varastoituu punasoluihin. Glukoosi ja happi kulkevat kehosta verenkiertoelimen kautta energian tarvitsevien solujen saavuttamiseksi.

Solut käyttävät verenkiertoelimistön glukoosia ja happea energian tuotantoon. Ne toimittavat jätetuotteen, hiilidioksidin, takaisin punasoluihin ja hiilidioksidi vapautuu ilmakehään keuhkojen kautta.

Ruoansulatus-, hengitys- ja verenkiertoelimet ovat tärkeässä asemassa ihmisen hengityksessä, mutta hengitys solutasolla tapahtuu solujen sisällä ja mitokondriot soluista. Prosessi voidaan jakaa kolmeen erilliseen vaiheeseen:

Solun yleisessä hengitysreaktiossa jokainen glukoosimolekyyli tuottaa 36 tai 38 ATP-molekyyliä, solutyypistä riippuen. Ihmisten soluhengitys on jatkuva prosessi ja vaatii jatkuvaa happea. Hapen puuttuessa solujen hengitysprosessi pysähtyy glykolyysiin.

Energiaa varastoidaan ATP-fosfaattisidoksissa

Soluhengityksen tarkoituksena on tuottaa ATP-molekyylejä hapetus glukoosia.

Esimerkiksi soluhengityskaava 36 ATP-molekyylin tuottamiseksi glukoosimolekyylistä on C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + -energia (36ATP-molekyylit). ATP-molekyylit varastoivat energiaa kolmessa fosfaattiryhmän sidokset.

Solun tuottama energia varastoidaan kolmannen fosfaattiryhmän sidoksessa, joka lisätään ATP-molekyyleihin solun hengitysprosessin aikana. Kun energiaa tarvitaan, kolmas fosfaattisidos hajoaa ja sitä käytetään solujen kemiallisiin reaktioihin. adenosiinidifosfaatti (ADP) -molekyyli, jossa on kaksi fosfaattiryhmää, on jäljellä.

Soluhengityksen aikana hapettumisprosessista saatua energiaa käytetään ADP-molekyylin muuttamiseen takaisin ATP: ksi lisäämällä kolmas fosfaattiryhmä. ATP-molekyyli on sitten jälleen valmis hajottamaan tämän kolmannen sidoksen energian vapauttamiseksi solun käytettäväksi.

Glykolyysi valmistaa tietä hapettumiselle

Glykolyysissä kuuden hiilen glukoosimolekyyli jaetaan kahteen osaan muodostaen kaksi pyruvaatti molekyylien joukossa reaktioita. Sen jälkeen kun glukoosimolekyyli on saapunut soluun, sen kaksi kolmen hiilen puolia saavat molemmat fosfaattiryhmät kahdessa erillisessä vaiheessa.

Ensinnäkin kaksi ATP-molekyyliä fosforyloida glukoosimolekyylin kaksi puolikasta lisäämällä fosfaattiryhmän kuhunkin. Sitten entsyymit lisäävät vielä yhden fosfaattiryhmän jokaiseen glukoosimolekyylin puolikkaaseen, jolloin saadaan kaksi kolmen hiilen molekyylinpuoliskoa, joissa molemmissa on kaksi fosfaattiryhmää.

Kahdessa lopullisessa ja rinnakkaisessa reaktiosarjassa alkuperäisen glukoosimolekyylin kaksi fosforyloitua kolmen hiilen puolikasta menettävät fosfaattiryhmänsä muodostaen kaksi pyruvaattimolekyyliä. Glukoosimolekyylin lopullinen halkaisu vapauttaa energiaa, jota käytetään lisäämään fosfaattiryhmiä ADP-molekyyleihin ja muodostamaan ATP.

Jokainen puoli glukoosimolekyylistä menettää kaksi fosfaattiryhmäänsä ja tuottaa pyruvaattimolekyylin ja kaksi ATP-molekyyliä.

Sijainti

Glykolyysi tapahtuu solusytosolissa, mutta loput solujen hengitysprosessista siirtyy mitokondriot. Glykolyysi ei vaadi happea, mutta kun pyruvaatti on siirtynyt mitokondrioihin, happea tarvitaan kaikissa muissa vaiheissa.

Mitokondriat ovat energia tehtaita, jotka päästävät happea ja pyruvaaattia pääsemään ulkokalvonsa läpi ja päästävät sitten reaktiotuotteet hiilidioksidin ja ATP: n poistumaan takaisin soluun ja edelleen verenkiertoelimeen.

Krebs-sitruunahapposykli tuottaa elektroninluovuttajia

Sitruunahapposykli on sarja pyöreitä kemiallisia reaktioita, jotka tuottavat NADH: ta ja FADH: ta₂ molekyylejä. Nämä kaksi yhdistettä siirtyvät seuraavaan soluhengitysvaiheeseen, elektronin kuljetusketju, ja luovuta ketjussa käytetyt alkuperäiset elektronit. Tuloksena oleva NAD⁺ ja FAD-yhdisteet palautetaan sitruunahapposykliin vaihtamiseksi takaisin alkuperäisiksi NADH: ksi ja FADH: ksi₂ lomakkeet ja kierrätetään.

Kun kolmen hiilen pyruvaattimolekyylit pääsevät mitokondrioihin, ne menettävät yhden hiilimolekyylinsä muodostaen hiilidioksidin ja kaksihiilisen yhdisteen. Tämä reaktiotuote hapetetaan myöhemmin ja yhdistetään koentsyymi A muodostaa kaksi asetyyli-CoA molekyylejä. Sitruunahapposyklin aikana hiiliyhdisteet yhdistetään nelihiilisiin yhdisteisiin kuuden hiilisitraatin tuottamiseksi.

Sarjassa reaktioita sitraatti vapauttaa kaksi hiiliatomia hiilidioksidina ja tuottaa 3 NADH, 1 ATP ja 1 FADH₂ molekyylejä. Prosessin lopussa sykli muodostaa uudelleen alkuperäisen neljän hiilen yhdisteen ja alkaa uudelleen. Reaktiot tapahtuvat mitokondrioissa ja NADH: ssa ja FADH: ssa₂ molekyylit osallistuvat sitten elektronien kuljetusketjuun mitokondrioiden sisäkalvolla.

Elektronikuljetusketju tuottaa suurimman osan ATP-molekyyleistä

Elektronien kuljetusketju koostuu neljästä proteiinikompleksit sijaitsee mitokondrioiden sisäkalvolla. NADH lahjoittaa elektroneja ensimmäiseen proteiinikompleksiin, kun taas FADH₂ antaa elektronit toiselle proteiinikompleksille. Proteiinikompleksit ohjaavat elektroneja kuljetusketjun alapuolella pelkistyshapetuksen tai oksidaation sarjana redox reaktioita.

Energia vapautuu kunkin redox-vaiheen aikana, ja kukin proteiinikompleksi käyttää sitä pumppaamaan protoneja mitokondriaalikalvon poikki kalvojen väliseen tilaan sisä- ja ulkokalvojen välillä. Elektronit kulkevat neljännen ja viimeisen proteiinikompleksin läpi, jossa happimolekyylit toimivat lopullisina elektroniakseptorina. Kaksi vetyatomia yhdistyvät happiatomin kanssa muodostaen vesimolekyylejä.

Kun protonien konsentraatio sisemmän kalvon ulkopuolella kasvaa, an energiagradientti on vakiintunut, pyrkien houkuttelemaan protoneja takaisin kalvon läpi sivulle, jolla on alhaisempi protonipitoisuus. Sisemmän kalvon entsyymi nimeltään ATP-syntaasi tarjoaa protoneille kulun takaisin sisäkalvon läpi.

Kun protonit kulkevat ATP-syntaasin läpi, entsyymi käyttää protonienergiaa ADP: n muuttamiseksi ATP: ksi, tallentaen protonienergian elektronin kuljetusketjusta ATP-molekyyleihin.

Soluhengitys ihmisissä on yksinkertainen käsite monimutkaisilla prosesseilla

Monimutkaisiin biologisiin ja kemiallisiin prosesseihin, jotka muodostavat hengityksen solutasolla, sisältyy entsyymejä, protonipumppuja ja proteiineja, jotka ovat vuorovaikutuksessa molekyylitasolla hyvin monimutkaisilla tavoilla. Vaikka glukoosin ja hapen syötöt ovat yksinkertaisia ​​aineita, entsyymit ja proteiinit eivät ole.

Katsaus glykolyysiin, Krebsin tai sitruunahapposykliin ja elektroninsiirtoketjuun auttaa osoittamaan, kuinka soluhengitys toimii emästasolla, mutta näiden vaiheiden todellinen toiminta on paljon monimutkaisempaa.

Soluhengitysprosessin kuvaaminen on käsitteellisellä tasolla yksinkertaisempaa. Keho ottaa ravintoaineita ja happea vastaan ​​ja jakaa ruuan glukoosin sekä hapen yksittäisille soluille tarpeen mukaan. Solut hapettavat glukoosimolekyylejä tuottamaan kemiallista energiaa, hiilidioksidia ja vettä.

Energiaa käytetään lisäämään kolmas fosfaattiryhmä ADP-molekyyliin ATP: n muodostamiseksi, ja hiilidioksidi poistuu keuhkojen kautta. Kolmannen fosfaattisidoksen ATP-energiaa käytetään muiden solutoimintojen voimistamiseen. Se, kuinka soluhengitys muodostaa perustan kaikelle muulle ihmisen toiminnalle.