Ћелијско дисање код људи

дефиниција

Ћелијско дисање, које се такође назива аеробно (од грчког „аер“ - ваздух), описује распад хранљивих састојака као што су глукоза или масне киселине у људима који користе кисеоник (О2) да би створили енергију, која је неопходна за опстанак ћелија. Хранљиве материје се оксидују, тј. они одају електроне док се смањује кисеоник, што значи да прихвата електроне. Крајњи производи који настају из кисеоника и хранљивих састојака су угљен диоксид (ЦО2) и вода (Х2О).

Функција и задаци ћелијског дисања

Сви процеси у људском телу захтевају енергију. Вежбање, рад мозга, откуцаји срца, стварање пљувачке или косе, па чак и варење, за енергију је потребна енергија.

Поред тога, телу је потребан кисеоник да би преживео. Овде је од посебног значаја ћелијско дисање. Уз помоћ овог и гасног кисеоника, тело може сагорети материје богате енергијом и из њих добијати потребну енергију. Сам кисеоник нам не пружа никакву енергију, али је потребан за спровођење процеса хемијског сагоревања у телу и због тога је неопходан за наш опстанак.

Тело познаје много различитих врста носача енергије:

• Глукоза (шећер) је главни извор енергије и основни градивни блок, као и раздвојен крајњи производ од свих шкробних намирница
• Масне киселине и глицерин крајњи су производи распада масти и могу се користити и у производњи енергије
• Последња група извора енергије су аминокиселине које су преостале као продукт распада протеина. Након одређене трансформације у телу, ове се такође могу користити за ћелијско дисање и тако за стварање енергије

Више о томе прочитајте под Вежба и сагоревање масти

Најчешћи извор енергије који користи људско тијело је глукоза. Постоји ланац реакција које на крају доводе до продукције ЦО2 и Х2О уз потрошњу кисеоника. Овај процес укључује Гликолиза, па Раздвајање глукозе и преноса производа, Пирувате преко прелазног корака Ацетил-ЦоА у Циклус лимунске киселине (Синоним: циклус лимунске киселине или Кребсов циклус). Производи распада осталих хранљивих материја као што су аминокиселине или масне киселине такође се уливају у овај циклус. Назива се поступак у коме се масне киселине „разграђују“ тако да могу и да доспеју у циклус лимунске киселине Бета оксидација.

Циклус лимунске киселине је, дакле, нека врста улазне тачке у којој се сви носачи енергије могу увести у енергетски метаболизам. Циклус се одвија у Митохондрије уместо тога, "енергетске електране" људских ћелија.

Током свих ових процеса, нешто енергије се троши у облику АТП-а, али оно се већ добија, као што је то случај, на пример, у гликолизи. Поред тога, постоје претежно друге залихе средње енергије (нпр. НАДХ, ФАДХ2) које своју функцију прелазних складишта енергије испуњавају само током производње енергије. Ти интермедијарни складишни молекули се затим уливају у последњи корак ћелијског дисања, наиме у корак оксидативне фосфорилације, такође познат као респираторни ланац. Ово је корак на којем су до сада сви процеси радили. Респираторни ланац, који се такође одвија у митохондријама, такође се састоји од неколико корака у којима се енергетски богати посредни складишни молекули потом користе за екстракцију вишенаменског носача енергије АТП. Укупно, распад једног молекула глукозе резултира са укупно 32 молекула АТП-а.

За оне који су посебно заинтересовани

Респираторни ланац садржи разне протеинске комплексе који овде играју врло занимљиву улогу. Они функционишу као пумпе које пумпају протоне (Х + ионе) у шупљину двоструке мембране митохондрија док троше интермедијарне молекуле складиштења, тако да тамо постоји велика концентрација протона. То узрокује градијент концентрације између интермембранског простора и митохондријског матрикса. Уз помоћ овог градијента, на крају постоји молекул протеина који делује на сличан начин као и водена турбина. Вођен овим градијентом у протонима, протеин синтетише АТП молекул из АДП и фосфатне групе.

Више информација можете пронаћи овде: Шта је респираторни ланац?

АТП

Тхе Аденозин трифосфат (АТП) је енергетски носилац људског тела. Сва енергија која потиче од ћелијског дисања у почетку се чува у облику АТП-а. Тело може да користи енергију само ако је у облику молекула АТП.

Ако се потроши енергија молекула АТП, из АТП се ствара аденозин дифосфат (АДП), при чему се фосфатна група молекула одваја и енергија се ослобађа. Ћелијско дисање или стварање енергије служи у сврху сталне регенерације АТП-а из такозваног АДП-а како би тело поново могло да га користи.

Једнаџба реакције

Због чињенице да су масне киселине различите дужине и да аминокиселине такође имају врло различите структуре, није могуће успоставити једноставну једначину за ове две групе како би се прецизно окарактерисао њихов енергетски принос у ћелијском дисању. Зато што свака структурна промена може одредити у којем кораку циклуса цитрата тече аминокиселина.
Распад масних киселина у такозваној бета оксидацији зависи од њихове дужине. Што дуже масне киселине имају више енергије од њих. То варира између засићених и незасићених масних киселина, а незасићене ће обезбедити минимално мање енергије, под условом да имају исту количину.

Из разлога који су већ наведени, једначина се најбоље може описати за распад глукозе. Ово ствара укупно 6 молекула угљен-диоксида (ЦО2) и 6 молекула воде (Х2О) из молекула глукозе (Ц6Х12О6) и 6 молекула кисеоника (О2):

• Ц6Х12О6 + 6 О2 постаје 6 ЦО2 + 6 Х2О

Шта је гликолиза?

Гликолиза описује разградњу глукозе, тј. Грожђа шећера. Овај метаболички пут се одвија у људским ћелијама као и у другим, нпр. у случају квасца током ферментације. Место где ћелије врше гликолизу налази се у цитоплазми. Овде постоје ензими који убрзавају реакције гликолизе како би директно синтетизовали АТП и обезбедили супстрате за циклус лимунске киселине. Овај процес ствара енергију у облику два молекула АТП-а и два молекула НАДХ + Х +. Гликолиза, заједно са циклусом лимунске киселине и респираторним ланцем, који су обе смештени у митохондрију, представљају пут распада једноставне глукозе шећера до универзалног носача енергије АТП.Гликолиза се одвија у цитосолу свих животињских и биљних ћелија.Крајњи продукт гликолизе је пируват, који се затим може увести у циклус лимунске киселине преко прелазног корака.

Укупно се користи 2 АТП по молекули глукозе у гликолизи како би се могле провести реакције. Међутим, 4 АТП се добијају тако да ефективно има нето добитак од 2 молекула АТП.

Гликолиза десет реакционих корака док се шећер са 6 атома угљеника не претвори у два молекула пирувата, сваки сачињен од три атома угљеника. У прва четири корака реакције шећер се претвара у фруктозу-1,6-бисфосфат уз помоћ два фосфата и преуређивање. Овај активирани шећер је сада подељен у два молекула са по три атома угљеника. Даљње преуређивање и уклањање две фосфатне групе на крају резултирају са два пирувата. Ако је сада доступан кисеоник (О2), пируват се може даље метаболизовати у ацетил-ЦоА и увести у циклус лимунске киселине. Свеукупно, гликолиза са 2 молекула АТП-а и два молекула НАДХ + Х + има релативно низак енергетски принос. Међутим, он поставља основу за даљу разградњу шећера и због тога је неопходан за производњу АТП-а при ћелијском дисању.

У овом тренутку има смисла одвајати аеробну и анаеробну гликолизу. Аеробна гликолиза доводи до горе описаног пирувата, који се затим може користити за производњу енергије.
Супротно томе, анаеробна гликолиза, која се одвија у условима недостатка кисеоника, пируват се више не може употребљавати, јер циклусу лимунске киселине треба кисеоник. У контексту гликолизе такође се ствара интермедијарни складишни молекул НАДХ, који је сам по себи богат енергијом и који би такође ушао у Кребсов циклус под аеробним условима. Међутим, матични молекул НАД + је неопходан за одржавање гликолизе. Због тога тело овде „угризе“ „киселу јабуку“ и претвара овај високоенергетски молекул у његов првобитни облик. За провођење реакције користи се пируват. Из пирувата настаје такозвана лактатна или млечна киселина.

Више о томе прочитајте под

• Лактат
• Анаеробни праг

Шта је респираторни ланац?

Респираторни ланац је последњи део квара глукозе. Након што се шећер метаболизује у гликолизи и лимунској киселини, респираторни ланац има функцију регенерације редукцијских еквивалента (НАДХ + Х + и ФАДХ2) који се стварају. Ово ствара универзални носач енергије АТП (аденозин трифосфат). Као и циклус лимунске киселине, респираторни ланац се налази у митохондријама, које се због тога називају и „електранама ћелије“. Респираторни ланац се састоји од пет ензимских комплекса који су уграђени у унутрашњу митохондријску мембрану. Прва два ензимска комплекса обнављају НАДХ + Х + (или ФАДХ2) у НАД + (или ФАД). Током оксидације НАДХ + Х +, четири протона се транспортују из простора матрице у интермембрански простор. Два протона се такође пумпају у интермембрански простор за следећа три ензимска комплекса. Ово ствара градијент концентрације који се користи за производњу АТП-а. У ту сврху, протони течу из интермембранског простора кроз АТП синтазу назад у простор матрице. Ослобођена енергија користи се за коначно стварање АТП-а из АДП (аденозин-дифосфат) и фосфата. Други задатак респираторног ланца је пресретање електрона генерисаних оксидацијом редукционих еквивалената. Ово се врши преношењем електрона у кисеоник. Обједињавањем електрона, протона и кисеоника ствара се нормална вода у четвртом комплексу ензима (цитокром ц оксидаза). То такође објашњава зашто се респираторни ланац може одвијати само када има довољно кисеоника.

Које задатке имају митохондрији у ћелијском дисању?

Митохондрије су органеле које се налазе само у еукариотским ћелијама. Они се такође називају „електранама ћелије“, јер се у њима одвија респираторно дисање. Крајњи продукт ћелијског дисања је АТП (аденосин трифосфат). Ово је универзални носач енергије који је потребан целокупном људском организму. Одјели митохондрије су предуслов ћелијског дисања. То значи да у митохондрију постоје засебни реакциони простори. То се постиже унутрашњом и спољном мембраном тако да постоји интермембрански простор и унутрашњи простор матрице.

У току респираторног ланца, протони (водони јони, Х +) преносе се у међумембрански простор, тако да долази до разлике у концентрацији протона. Ови протони потичу из различитих еквивалента редукције, као што су НАДХ + Х + и ФАДХ2, који се на тај начин регенеришу у НАД + и ФАД.

АТП синтаза је последњи ензим у респираторном ланцу, где се на крају производи АТП. Вођени разликом концентрације, протони излазе из интермембранског простора кроз АТП синтазу у простор матрице. Овај ток позитивног набоја ослобађа енергију која се користи за производњу АТП-а из АДП (аденосин-дифосфат) и фосфата. Митохондрији су нарочито погодни за респираторни ланац, јер имају два реакциона простора због двоструке мембране. Поред тога, у митохондрију се одвијају многи метаболички путеви (гликолиза, циклус лимунске киселине), који дају полазне материје (НАДХ + Х +, ФАДХ2) за респираторни ланац. Ова просторна близина је још једна предност и чини митохондрије идеалним местом за ћелијско дисање.

Овде можете сазнати све о теми респираторног ланца

Енергетски биланс

Енергетска равнотежа ћелијског дисања у случају глукозе може се сумирати на следећи начин, формирањем 32 молекула АТП по глукози:

Ц6Х12О6 + 6 О2 постаје 6 ЦО2 + 6 Х2О + 32 АТП

(Ради јасноће, АДП и остатак фосфата Пи су изостављени од стране едуката)

Под анаеробним условима, тј. Недостатком кисеоника, циклус лимунске киселине не може да ради и енергија се може добити само аеробном гликолизом:

Ц6Х12О6 + 2 Пи + 2 АДП постаје 2 лактата + 2 АТП. + 2 Х2О. Тако се добије око 6% удела по молекули глукозе, као што је то случај са аеробном гликолизом.

Болести повезане са ћелијским дисањем

Тхе Ћелијско дисање је неопходно за опстанактј. да су многе мутације у генима одговорним за протеине ћелијског дисања, нпр. Ензими гликолизе, кодирања, смртоносни (кобно) аре. Међутим, јављају се генетске болести ћелијског дисања. Оне могу потицати из нуклеарне ДНК или из митохондријске ДНК. Сама митохондрија садржи сопствени генетски материјал који је неопходан за ћелијско дисање. Међутим, ове болести показују сличне симптоме, јер имају све једно заједничко: умешају се у ћелијско дисање и ометају га.

Ћелијске респираторне болести често показују сличне клиничке симптоме. Овде је посебно важно Поремећаји ткива, којима је потребно пуно енергије. Они нарочито укључују ћелије нерва, мишића, срца, бубрега и јетре. Симптоми попут слабости мишића или знакова оштећења мозга често се јављају већ у младој доби, ако не и у време рођења. Такође изговара изражено Млечна ацидоза (Прекомерно закисељавање тела лактатом, који се накупља јер се пируват не може довољно разградити у циклусу са лимунском киселином). Унутрашњи органи такође могу неправилно функционисати.

Дијагнозу и терапију болести ћелијског дисања треба да спроведу специјалисти, јер клиничка слика може бити веома разнолика и различита. Од данас је то још увек нема узрочно-лековите терапије даје. Болести се могу лечити само симптоматски.

Пошто се ДНК митохондрија преноси са мајке на децу на врло компликован начин, жене које пате од болести ћелијског дисања треба да се обрате специјалисту ако желе да имају децу, јер само оне могу проценити вероватноћу наследства.