Ćelijsko disanje

Ćelijsko disanje je proces u kojem se hemijske veze iz molekula složenijih molekula, bogatih energijom, kao što je glukoza, razgrađuju, nastajanjem prostijih spojeva, uz oslobađanje energije koja je neophodna za životne procese. Svaka oksidacija organskih molekula je egzotermna reakcija koja brzo proizvodi velike količine energije. Primjerice, jednačina oksidacije glukoze je:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energija (2830 kJ).

Prilikom spaljivanja, u vatri se nekontrolirano oslobađa ogromna energija u obliku svjetlosti i toplote. Ćelijsko disanje je isti proces, koji se odvija postepeno, u nekoliko koraka, bez oštećenja ćelijskih struktura. Rezultat tog procesa je pretvaranje energije ugrađene u molekulama glukoze u upotrebljivu hemijsku energiju u obliku adenozin trifosfata (ATP).^[1]

Aerobno disanje

Za odvijanje aerobnog disanja, neophodno je prisustvo kisika. Ovo je jedan od čestih procesa u metabolizmu, u kojem se razlaže piruvat, putem glikolize, i u kojem pirivat ulazi u mitohondrije da bi bio potpuno oksidiran tokom Krebsovog ciklusa. Produkt ovog procesa je energija u obliku ATP, putem fosforilacije NADH i FADH2. Redukcijski potencijal NADH i FADH2 se pretvrara u dodatni broj molekula adenozin trifosfata, putem lanca transporta elektrona u kojem je kisik krajnji primatelj (akceptor) elektrona. Većina molekula ATP-a stvorenih u ćelijskoj respiraciji su rezultat oksidacijske forsforilacije, gdje ove molekule nastaju zahvaljujući hemiosmotskom potencijalu kojim upravlja katalizator. U idealnim uvjetima, razlaganjem jednog molekula glukoze do krajnjih proizvoda (CO₂ i voda), u ćelijskom disanju stvara se 38 molekula adenozin trifosfata. Međutim, obično s ne stvara toliko ATP, jer se neki od molekula energije utroše na procese kao što je transport pirogrožđane kiseline u mitohondrije. Kod eukariota, ćelijska respiracija se odvija u mitohondrijama, a kod prokariota u ćelijskoj membrani.^[2]^[3]^[4]^[5]

Aerobni metabolizam je efikasniji od anaerobnog. Počinje glikolizom anaerobnog metabolizma, a nastavlja se tokom Krebsovog ciklusa i oksidacijskom fosforilacijom.

Glikoliza

Glikoliza je metabolički proces koji je prisutan u svim živim organizmima i pri kom nije potrebno prisustvo kisika. Procesom se po jednoj molekuli glukoze dobijaju dva molekula pirogrožđane kiseline i energiju u obliku dva molekula adenozin trifosfata.

Od jedne molekule glukoze proizvedu se četiri molekule ATP-a, ali dva se utroše u pripremi ćelije za ulazak u glikolizu. Neophodna je početna fosforilacija glukoze, da bi se molekula destibilizirala i od šestočlanog šećera nastale dvije trioze, odnosno dva šećera od po tri ugljikova atoma. Tokom posljednjih koraka glikoze, četiri fosfatne grupe se fosforilacijom prebace u adenozin difosfat (ADP), kako bi putem oksidacije nastala četiri molekule adenozin trifosfata (ATP) i dvije molekule NADH. Glikoliza se odvija u citoplazmi ćelije.

Jednačina ovog procesa je kako slijedi:

Glukoza + 2 ATP + 2 NAD⁺ + 2 P_i + 4 ADP → 2 Pirivat + 2 ADP + 2 NADH + 4 ATP + 2 H₂O + 4 H⁺

Enzimi glikolize

Kinaza - transfer fosforil grupe

Mutaza - fosforil grupa se pomjera sa jednog na drugi kisik iste molekule

Izomeraza - transformacija aldoze u ketozu i obrnuto

Dehidrataza - eliminacija molekula vode

Aldoza - enzim kida S-S (ugljikovu) vezu pri čemu se iz jednog molekula dobijaju aldoza i ketoza

Oksidacijska dekarboksilacija

Oksidativna dekarboksilacija je proces stvaranja pirogrožđane kieline iz acetil koenzima A, skrećeno acetil-CoA. Produkt ova reakcije je također ugljen dioksid.

Krebsov ciklus

Krebsov ciklus je poznat i kao ciklus limunske kiseline. U prisustvu kisik, acetil-CoA ulazi u Krebsov ciklus u kom se oksidira do ugljen dioksida, dok se istovremeno reducira nikotinamid adenin dinukleotid, odnosno NAD u NADH, gdje je H jedan atom vodika. NADH dalje ulazi u lanac transporta elektrona, gdje se stvaraju molekule adenozin trifosfata, dijelom putem oksidacijske fosforilacije.

U aerobnim uvjetima, piruvat koji je nastao u procesu glikolize se dekarboksilizira i nastaje acetil. On se spaja sa koenzimom A (CoA) i nastaje acetat-CoA. Ovaj se spaja sa oksalosirćetnom kiselinom i formira limunsku kiselinu. Ona se dekarboksilizira do α-ketoglutarne kiseline. Ponovo se odvija dekarboksilacija pa nastaje ćilibarna kiselina. Nakon toga, više nema dekarboksilacije. Ćilibarna kiselina se dalje pretvara u fumarnu, ona u jabučnu kiselinu, koja konačno prelazi u oksalosirćetnu kiselinu. Tako nastaje početno jedinjenje za obnovu Krebsovog ciklusa.

Anaerobno disanje

Kada nema kisika, pirogrožđanu kiselinu je nemoguće metabolizirati u ćelijskoj respiracijom, pa se u tom slučaju metabolizam odvija putem fermentacije.

Također pogledajte

Reference

^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
^ Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.
^ Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
^ Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

Vanjski linkovi

[1] Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.

[2] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[3] Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.

[4] Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.

[5] Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]