Ląstelinis kvėpavimas žmonėms

apibrėžimas

Ląstelių kvėpavimas, dar vadinamas aerobiniu (iš senovės graikų kalbos „aer“ - oras), apibūdina maistinių medžiagų, tokių kaip gliukozė ar riebalų rūgštys, skaidymą žmonėms, naudojant deguonį (O2) energijai generuoti, o tai būtina ląstelių išlikimui. Proceso metu maistinės medžiagos oksiduojasi, t. Y. Jos atiduoda elektronus, o deguonis sumažėja, o tai reiškia, kad jis priima elektronus. Galutiniai produktai, atsirandantys dėl deguonies ir maistinių medžiagų, yra anglies dioksidas (CO2) ir vanduo (H2O).

Korinio kvėpavimo funkcija ir uždaviniai

Visiems žmogaus kūno procesams reikia energijos. Sportui, smegenų funkcijai, širdies plakimui, seilėms ar plaukams gaminti ir net virškinimui reikalinga energija.

Be to, kūnui išgyventi reikia deguonies. Ląstelinis kvėpavimas čia ypač svarbus. Šio ir dujų deguonies pagalba organizmas gali deginti daug energijos turinčias medžiagas ir iš jų gauti reikiamą energiją. Pats deguonis nesuteikia mums jokios energijos, tačiau jis reikalingas cheminiams degimo procesams organizme atlikti, todėl yra būtinas mūsų išlikimui.

Kūnas žino daug skirtingų energijos nešėjų tipų:

• Gliukozė (cukrus) yra pagrindinis energijos nešėjas ir pagrindinė sudedamoji dalis, taip pat galutinis produktas, padalytas iš visų krakmolingų maisto produktų
• Riebalų rūgštys ir glicerinas yra galutiniai riebalų skaidymo produktai ir taip pat gali būti naudojami energijos gamybai
• Paskutinė energijos nešėjų grupė yra aminorūgštys, kurios lieka kaip baltymų skilimo produktas. Po tam tikros transformacijos kūne jos taip pat gali būti naudojamos ląstelių kvėpavimui ir tokiu būdu energijos generavimui

Skaitykite daugiau apie tai Mankšta ir riebalų deginimas

Labiausiai paplitęs žmogaus kūno energijos šaltinis yra gliukozė. Yra reakcijų grandinė, kuri, vartojant deguonį, galiausiai sukelia produktus CO2 ir H2O. Šis procesas apima Glikolizė, Taigi Gliukozės padalijimas ir produkto perdavimas Piruvatas per tarpinį Acetil-CoA viduje konors Citrinų rūgšties ciklas (Sinonimas: citrinos rūgšties ciklas arba Krebso ciklas). Į šį ciklą patenka ir kitų maistinių medžiagų, tokių kaip aminorūgštys ar riebalų rūgštys, skilimo produktai. Vadinamas procesas, kurio metu riebalų rūgštys „suskaidomos“, kad jos taip pat galėtų tekėti į citrinos rūgšties ciklą Beta oksidacija.

Todėl citrinos rūgšties ciklas yra tam tikras įleidimo taškas, kuriame visi energijos šaltiniai gali būti tiekiami į energijos apykaitą. Ciklas vyksta Mitochondrijos vietoj to - žmogaus ląstelių „energijos jėgainės“.

Visų šių procesų metu tam tikra energija sunaudojama ATP pavidalu, tačiau ji jau buvo gauta, kaip, pavyzdžiui, atliekant glikolizę. Be to, daugiausia yra kitų tarpinių energijos atsargų (pvz., NADH, FADH2), kurios atlieka tik tarpinių energijos atsargų funkciją energijos gamybos metu. Tada šios tarpinės akumuliacinės molekulės patenka į paskutinį ląstelių kvėpavimo etapą, būtent oksidacinio fosforilinimo etapą, dar vadinamą kvėpavimo grandine. Tai žingsnis, kurio link visi procesai dirbo iki šiol. Kvėpavimo grandinė, kuri taip pat vyksta mitochondrijose, taip pat susideda iš kelių pakopų, kurių metu universalus energijos nešėjas ATP gaunamas iš daug energijos turinčių tarpinių molekulių. Iš viso, suskaidžius vieną gliukozės molekulę, iš viso susidaro 32 ATP molekulės.

Ypač besidomintiems

Kvėpavimo grandinėje yra įvairių baltymų kompleksų, kurie čia vaidina labai įdomų vaidmenį. Jie veikia kaip siurbliai, kurie protonus (H + jonus) pumpuoja į mitochondrijų dvigubos membranos ertmę, tuo tarpu vartodami tarpines akumuliacines molekules, todėl ten yra didelė protonų koncentracija. Tai sukelia koncentracijos gradientą tarp tarpmembraninės erdvės ir mitochondrijų matricos. Naudojant šį gradientą, galiausiai yra baltymų molekulė, kuri veikia panašiai kaip vandens turbinos tipas. Dėl šio gradiento protonuose baltymas sintetina ATP molekulę iš ADP ir fosfatų grupės.

Daugiau informacijos rasite čia: Kas yra kvėpavimo grandinė?

ATP

Adenozino trifosfatas (ATP) yra žmogaus kūno energijos nešėjas. Visa energija, atsirandanti dėl ląstelių kvėpavimo, iš pradžių kaupiama ATP pavidalu. Kūnas gali naudoti energiją tik tuo atveju, jei ji yra ATP molekulės forma.

Jei sunaudojama ATP molekulės energija, iš ATP susidaro adenozino difosfatas (ADP), kurio metu molekulės fosfatų grupė yra padalijama ir išsiskiria energija. Ląstelių kvėpavimas arba energijos generavimas tarnauja nuolatiniam ATP regeneravimui iš vadinamojo ADP, kad kūnas galėtų jį vėl panaudoti.

Reakcijos lygtis

Atsižvelgiant į tai, kad riebalų rūgštys yra skirtingo ilgio ir kad aminorūgštys taip pat turi labai skirtingą struktūrą, neįmanoma nustatyti paprastos šių dviejų grupių lygties, tiksliai apibūdinančios jų energijos kiekį ląstelių kvėpavimo metu. Nes kiekvienas struktūrinis pokytis gali nulemti, kuriame citrato ciklo etape teka aminorūgštis.
Riebalų rūgščių skilimas vadinamojoje beta oksidacijoje priklauso nuo jų ilgio. Kuo ilgesnės riebalų rūgštys, tuo daugiau energijos galima gauti iš jų. Tai skiriasi tarp sočiųjų ir nesočiųjų riebalų rūgščių, nesočiosios riebalų rūgštys suteikia minimaliai mažiau energijos, jei jų yra vienodas kiekis.

Dėl jau paminėtų priežasčių geriausiai galima apibūdinti gliukozės skilimo lygtį. Gliukozės molekulėje (C6H12O6) ir 6 deguonies molekulėse (O2) iš viso susidaro 6 anglies dioksido molekulės (CO2) ir 6 vandens molekulės (H2O):

• C6H12O6 + 6 O2 tampa 6 CO2 + 6 H2O

Kas yra glikolizė?

Glikolizė apibūdina gliukozės, t. Y. Vynuogių cukraus, skaidymą. Šis metabolizmo kelias vyksta žmogaus ląstelėse, taip pat ir kitose, pvz., Mielėse fermentacijos metu. Vieta, kur ląstelės atlieka glikolizę, yra citoplazmoje. Čia yra fermentų, kurie pagreitina glikolizės reakcijas, kad galėtų tiesiogiai sintetinti ATP ir suteikti citrinos rūgšties ciklo substratus. Šis procesas sukuria energiją dviejų ATP molekulių ir dviejų NADH + H + molekulių pavidalu. Glikolizė kartu su citrinos rūgšties ciklu ir kvėpavimo grandine, kurios abi yra mitochondrijoje, rodo paprasto cukraus gliukozės irimo kelią į universalų energijos nešiklį ATP. Glikolizė vyksta visų gyvūnų ir augalų ląstelių citozolyje. . Galutinis glikolizės produktas yra piruvatas, kurį tarpiniu etapu galima įterpti į citrinos rūgšties ciklą.

Iš viso gliukolizėje gliukozės molekulėje naudojama 2 ATP, kad būtų galima įvykdyti reakcijas. Tačiau gaunama 4 ATP, taigi iš tikrųjų gaunamas 2 ATP molekulių grynasis pelnas.

Glikolizė dešimt reakcijos pakopų, kol cukrus su 6 anglies atomais virsta dviem piruvato molekulėmis, kurių kiekviena susideda iš trijų anglies atomų. Per pirmuosius keturis reakcijos etapus cukrus paverčiamas fruktoze-1,6-bisfosfatu dviejų fosfatų ir pertvarkymo pagalba. Šis aktyvuotas cukrus dabar yra padalintas į dvi molekules, turinčias po tris anglies atomus. Tolesnis pertvarkymas ir dviejų fosfatų grupių pašalinimas galiausiai du piruvatus. Jei deguonies (O2) dabar yra, piruvatą galima toliau metabolizuoti į acetil-CoA ir įvesti į citrinos rūgšties ciklą. Apskritai, glikolizė su dviem ATP molekulėmis ir dviem NADH + H + molekulėmis turi palyginti mažą energijos išeigą. Tačiau tai yra pagrindas tolesniam cukraus skaidymui, todėl yra būtinas ATP gamybai ląstelių kvėpavimo procese.

Šiuo metu tikslinga atskirti aerobinę ir anaerobinę glikolizę. Aerobinė glikolizė veda į aukščiau aprašytą piruvatą, kurį vėliau galima panaudoti energijai gaminti.
Priešingai, anaerobinė glikolizė, kuri vyksta deguonies trūkumo sąlygomis, piruvato nebegalima naudoti, nes citrinos rūgšties ciklui reikalingas deguonis. Glikolizės kontekste taip pat sukuriama tarpinė akumuliacinė molekulė NADH, kuri pati yra turtinga energija ir taip pat tekėtų į Krebso ciklą aerobinėmis sąlygomis. Tačiau pagrindinė molekulė NAD + yra būtina glikolizei palaikyti. Štai kodėl kūnas čia „įkanda“ „rūgštų obuolį“ ir paverčia šią didelės energijos molekulę atgal į pradinę formą. Piruvatas naudojamas reakcijai įvykdyti. Iš piruvato susidaro vadinamasis laktatas arba pieno rūgštis.

Skaitykite daugiau apie tai

• Laktatas
• Anaerobinis slenkstis

Kas yra kvėpavimo grandinė?

Kvėpavimo grandinė yra paskutinė gliukozės skaidymo kelio dalis. Po to, kai cukrus metabolizuojamas glikolizės ir citrinos rūgšties ciklo metu, kvėpavimo grandinė atlieka regeneracijos sukurtų redukcijos ekvivalentų (NADH + H + ir FADH2) regeneravimo funkciją. Tai sukuria universalų energijos nešiklį ATP (adenozino trifosfatą). Kaip ir citrinos rūgšties ciklas, kvėpavimo grandinė yra mitochondrijose, todėl jos taip pat vadinamos „ląstelės elektrinėmis“. Kvėpavimo grandinė susideda iš penkių fermentų kompleksų, įterptų į vidinę mitochondrijų membraną. Pirmieji du fermentų kompleksai kiekvienas regeneruoja NADH + H + (arba FADH2) į NAD + (arba FAD). Vykstant NADH + H + oksidacijai, keturi protonai pernešami iš matricos erdvės į tarpmembraninę erdvę. Du protonai taip pat pumpuojami į tarpmembraninę erdvę kiekviename iš šių trijų fermentų kompleksų. Tai sukuria koncentracijos gradientą, kuris naudojamas ATP gamybai. Šiuo tikslu protonai iš tarpmembraninės erdvės per ATP sintazę teka atgal į matricos erdvę. Išleista energija naudojama galutinai gaminant ATP iš ADP (adenozino difosfato) ir fosfato. Kitas kvėpavimo grandinės uždavinys yra perimti elektronus, kuriuos generuoja redukcijos ekvivalentų oksidacija. Tai daroma perkeliant elektronus į deguonį. Subūrus elektronus, protonus ir deguonį, ketvirtame fermentų komplekse (citochromo c oksidazėje) susidaro normalus vanduo. Tai taip pat paaiškina, kodėl kvėpavimo grandinė gali vykti tik tada, kai yra pakankamai deguonies.

Kokios yra mitochondrijų užduotys kvėpuojant ląstelėmis?

Mitochondrijos yra organeliai, kurių yra tik eukariotinėse ląstelėse. Jie taip pat vadinami „ląstelės jėgainėmis“, nes būtent jose vyksta ląstelių kvėpavimas. Galutinis ląstelių kvėpavimo produktas yra ATP (adenozino trifosfatas). Tai universalus energijos nešėjas, reikalingas visam žmogaus organizmui. Mitochondrijų suskaidymas dalimis yra būtina ląstelių kvėpavimo sąlyga. Tai reiškia, kad mitochondrijoje yra atskiros reakcijos erdvės. Tai pasiekiama naudojant vidinę ir išorinę membraną, kad būtų tarpmembraninė erdvė ir vidinė matricos erdvė.

Kvėpavimo grandinės eigoje protonai (vandenilio jonai, H +) pernešami į tarpmembraninę erdvę, todėl atsiranda protonų koncentracijos skirtumas. Šie protonai gaunami iš įvairių redukcijos ekvivalentų, tokių kaip NADH + H + ir FADH2, kurie tokiu būdu yra regeneruojami į NAD + ir FAD.

ATP sintazė yra paskutinis kvėpavimo grandinės fermentas, kuriame galiausiai gaminasi ATP. Koncentracijos skirtumo varomi protonai teka iš tarpmembraninės erdvės per ATP sintazę į matricos erdvę. Šis teigiamo krūvio srautas išskiria energiją, kuri naudojama gaminant ATP iš ADP (adenozino difosfato) ir fosfato. Mitochondrijos ypač tinka kvėpavimo grandinei, nes dėl dvigubos membranos jos turi dvi reakcijos erdves. Be to, mitochondrijoje vyksta daug medžiagų apykaitos kelių (glikolizė, citrinų rūgšties ciklas), kurie suteikia kvėpavimo grandinės pradines medžiagas (NADH + H +, FADH2). Šis erdvinis artumas yra dar vienas privalumas, todėl mitochondrijos tampa idealia vieta ląstelių kvėpavimui.

Čia galite sužinoti viską apie kvėpavimo grandinės temą

Energijos balansas

Ląstelių kvėpavimo energijos balansą gliukozės atveju galima apibendrinti taip, kad kiekvienoje gliukozėje susidarytų 32 ATP molekulės:

C6H12O6 + 6 O2 tampa 6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP

(Aiškumo sumetimais ADP ir fosfato liekana Pi buvo praleisti iš edukologų)

Anaerobinėmis sąlygomis, ty deguonies trūkumu, citrinos rūgšties ciklas negali vykti, o energiją galima gauti tik atliekant aerobinę glikolizę:

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP tampa 2 laktatais + 2 ATP. + 2 H2O. Taigi vienai gliukozės molekulei gaunama tik apie 6% proporcijos, kaip būtų daroma atliekant aerobinę glikolizę.

Ligos, susijusios su ląstelių kvėpavimu

Ląstinis kvėpavimas yra būtinas norint išgyventi, t. y., kad daugelis genų, koduojančių ląstelių kvėpavimo baltymus, pvz., glikolizės fermentų, mutacijos yra mirtinos (mirtinas) yra. Tačiau pasitaiko genetinių ląstelinio kvėpavimo ligų. Jie gali kilti iš branduolinės DNR, taip pat iš mitochondrijų DNR. Pačiuose mitochondrijose yra sava genetinė medžiaga, reikalinga ląstelių kvėpavimui. Tačiau šioms ligoms būdingi panašūs simptomai, nes jas visas sieja vienas dalykas: jos kišasi į ląstelių kvėpavimą ir jį sutrikdo.

Ląstelinės kvėpavimo takų ligos dažnai rodo panašius klinikinius simptomus. Čia ypač svarbu Audinių sutrikimai, kuriems reikia daug energijos. Tai ypač nervų, raumenų, širdies, inkstų ir kepenų ląstelės. Tokie simptomai kaip raumenų silpnumas ar smegenų pažeidimo požymiai dažnai pasireiškia net jaunystėje, jei ne gimimo metu. Taip pat kalba tariamai Pieno rūgšties acidozė (Per didelis organizmo parūgštinimas laktatu, kuris kaupiasi, nes citrinos rūgšties cikle piruvato negalima pakankamai suskaidyti). Vidaus organai taip pat gali veikti netinkamai.

Ląstelinio kvėpavimo ligų diagnozę ir terapiją turėtų perimti specialistai, nes klinikinis vaizdas gali pasirodyti labai įvairus ir skirtingas. Šiandien tai tebėra nėra priežastinio ir gydomojo gydymo duoda. Ligos gali būti gydomos tik simptomiškai.

Kadangi mitochondrijų DNR iš motinos vaikams perduodama labai kompleksiškai, moterys, sergančios ląstelių kvėpavimo liga, norėdamos susilaukti vaikų turėtų kreiptis į specialistą, nes tik jos gali įvertinti paveldėjimo tikimybę.