Dakle, stanično disanje se događa u stanici.

Ali gdje točno? Koja organela provodi taj proces?

Glavna faza staničnog disanja odvija se u. Kao što znate, glavni proizvod mitohondrija - molekule ATP-a - sinonim je za koncept "energije" u biologiji. Doista, glavni produkt ovog procesa je energija, ATP molekule.

ATPje molekula sinonim za energiju u biologiji. Skraćenica je za adenozin trifosfat ili adenozin trifosfornu kiselinu. Kao što se može vidjeti iz slike formule, molekula sadrži:

1. tri veze s ostacima fosforne kiseline, čijim pucanjem se oslobađa velika količina energije,
2. ugljikohidrat riboza (pentatomski šećer) i
3. dušična baza

1 Faza staničnog disanja - pripremna

Kako tvari dospijevaju u stanice? Tijekom procesa probave tijela. Bit procesa probave je razgradnja polimera koji ulaze u tijelo s hranom u monomere:

• razgrađuju se na aminokiseline;
• - na glukozu;
• razgrađuju se na glicerol i masne kiseline.

Oni. monomeri već ulaze u stanicu.

Faza 2 stanične probave

Glikoliza- enzimski proces uzastopne razgradnje glukoze u stanicama, popraćen sintezom ATP-a.

Glikoliza pri aerobnim uvjetima dovodi do stvaranja pirogrožđane kiseline (PVA) (piruvat),

glikoliza u anaerobnim uvjetima(bez kisika ili nedostatak kisika) dovodi do stvaranja mliječne kiseline (laktata).

CH3-CH(OH)-COOH

Proces se odvija uz sudjelovanje molekula fosforne kiseline, zbog čega se zove oksidativne fosforilacije

Glikoliza je glavni put glukoze u životinja.

Transformacije se događaju u, tj. proces će biti jasno anaeroban: molekula glukoze će se razgraditi na PVA - pirogrožđanu kiselinu uz oslobađanje 2 molekule ATP:

3 Faza stanične probave (kisik)

Ulaskom u mitohondrije dolazi do oksidacije: PVK se pod utjecajem kisika razgrađuje do ugljičnog dioksida (ukupna jednadžba):

Prvo se uklanja jedan ugljikov atom pirogrožđane kiseline. Pritom nastaje ugljikov dioksid, energija (pohranjena je u jednoj molekuli NADP-a) i molekula s dva ugljika - acetilna skupina. Reakcijski lanac zatim ulazi u centar metaboličke koordinacije stanice - Krebsov ciklus.

Krebsov ciklus

(ciklus limunske kiseline)

Krebsov ciklus je reakcija koja počinje kada se određena ulazna molekula spoji s drugom molekulom koja djeluje kao "pomagač". Ova kombinacija inicira niz drugih kemijske reakcije, u kojem nastaju molekule produkta i na kraju se ponovno stvara pomoćna molekula, koja može ponovno pokrenuti cijeli proces.

Za obradu energije pohranjene u jednu molekulu glukoze, potreban je Krebsov ciklus proći dvaput

Proces je višefazni, a osim raznih kiselina zanimljivih naziva, uključeni su i koenzimi (CoA).

Što su koenzimi?

(koenzimi)

• To su male organske tvari
• oni se mogu kombinirati s proteinima (ili izravno s enzimima, koji, usput, imaju proteinsku prirodu), tvoreći aktivnu tvar, cosplex, koji će biti nešto poput katalizatora.

Prefiks "ko-" je kao "ko-" - koproducent, sunarodnjak itd. Oni. "zajedno s "

Glikoliza- katabolički put od iznimne važnosti.

Osigurava energiju za stanične reakcije, uključujući sintezu proteina.

Intermedijarni produkti glikolize koriste se u sintezi masti.

Piruvat se također može koristiti za sintezu drugih spojeva. Zahvaljujući glikolizi, performanse mitohondrija i dostupnost kisika ne ograničavaju snagu mišića tijekom kratkotrajnih ekstremnih opterećenja.

Stanice živih organizama stalno zahtijevaju energiju za obavljanje raznih životnih procesa. Univerzalni dobavljač ove energije je ATP, koji nastaje u reakcijama energetskog metabolizma. U većini organizama ATP se primarno sintetizira kroz proces staničnog disanja. Stanično disanje - složen proces tijekom kojeg se organske tvari razgrađuju (u konačnici na najjednostavnije anorganske spojeve), a oslobođena energija njihovih kemijskih veza se pohranjuje i potom koristi u stanici (slika 60).

Većina živih organizama (sve biljke, većina životinja, gljive i protisti, mnoge bakterije) koriste kisik u procesu staničnog disanja. Takvi se organizmi nazivaju aerobi (od grč. aer- zrak, bios- život), a njihov tip disanja je aerobno disanje. Razmotrimo kako se proces staničnog disanja odvija u aerobnim uvjetima (tj. U uvjetima slobodnog pristupa kisiku).

Faze staničnog disanja. Pripremna faza sastoji se od razgradnje velikih organskih molekula u jednostavnije spojeve. Ovi se procesi odvijaju u probavni sustav(u životinja) i citoplazmi stanica bez uporabe kisika. Pod djelovanjem probavnih enzima polisaharidi se razgrađuju na monosaharide, masti na glicerol i više karboksilne kiseline, bjelančevine na aminokiseline, a nukleinske kiseline na nukleotide. U tom se slučaju oslobađa malo energije; ona se ne skladišti u obliku ATP-a, već se rasipa u obliku topline. Štoviše, za odvijanje reakcija razgradnje potrebna je određena količina energije.

Tvari nastale kao rezultat pripremne faze stanica može koristiti u reakcijama plastične izmjene i za daljnju razgradnju za proizvodnju energije.

Drugi stupanj energetskog metabolizma naziva se bez kisika ili anaerobni. Sastoji se od enzimske razgradnje organskih tvari dobivenih tijekom pripremne faze. Kisik ne sudjeluje u reakcijama ovog stadija, štoviše, anaerobni stadij može nastupiti u uvjetima potpunog nedostatka kisika. Glavni izvor energije u stanici je glukoza, pa ćemo drugu fazu razmotriti na primjeru razgradnje glukoze bez kisika – glikolize.

Glikoliza- višestupanjski proces razgradnje glukoze (C 6 H 12 0 6) do pirogrožđane kiseline (C 3 H 4 0 3) bez kisika. Reakcije glikolize katalizirane su posebnim enzimima i odvijaju se u citoplazmi stanica.

Tijekom glikolize svaka se molekula glukoze razgrađuje u dvije molekule pirogrožđane kiseline (PVA). Pri tome se oslobađa energija, od koje se dio rasipa kao toplina, a ostatak se koristi za sintezu. 2 ATP molekule. Intermedijarni proizvodi glikolize podvrgavaju se oksidaciji - atomi vodika se odvajaju od njih, koji se koriste za obnavljanje NDD +.

NAD - nikotinamid adenin dinukleotid (puni naziv nije naveden za pamćenje) - tvar koja djeluje kao prijenosnik atoma vodika u stanici. NAD koji ima vezana dva atoma vodika naziva se reducirani (napisan kao NAD"H+H +). Reducirani NAD može donirati atome vodika drugim tvarima i postati oksidiran (NAD +).

Stoga se proces glikolize može izraziti sljedećom sažetom jednadžbom (radi jednostavnosti, molekule vode nastale tijekom sinteze ATP-a nisu naznačene u svim jednadžbama za reakcije energetskog metabolizma):

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + + 2ADP + 2H 3 P0 4 ->. 2C 3 H 4 0 3 + 2NADH+H+ + 2ATP.

Kao rezultat glikolize oslobađa se samo oko 5% energije sadržane u kemijskim vezama molekula glukoze. Značajan dio energije sadržan je u produktu glikolize – PVK Stoga u aerobnom disanju nakon glikolize slijedi završni stadij –. kisik, ili aerobni.

Pirogrožđana kiselina, nastala kao rezultat glikolize, ulazi u mitohondrijski matriks, gdje se potpuno razgrađuje i oksidira do konačnih proizvoda - CO 2 i H 2 0. Reducirani NAD, nastao tijekom glikolize, također ulazi u mitohondrije, gdje se podvrgava oksidacija. Tijekom aerobnog stadija disanja troši se i sintetizira kisik 36 ATP molekula(na 2 PVC molekule) - CO 2 se oslobađa iz mitohondrija u staničnu hijaloplazmu, a zatim u okoliš. Dakle, ukupna jednadžba za kisikov stadij disanja može se prikazati na sljedeći način:

2C 3 H 4 0 3 + 60 2 + 2NADH+H+ + 36ADP + 36H 3 P0 4 ->. 6C0 2 + 6H 2 0 + + 2NAD+ + 36ATP.

U matriksu mitohondrija, PVK prolazi složeno enzimsko cijepanje, čiji su produkti atomi ugljičnog dioksida i vodika. Potonje se dostavljaju NAD i FAD (flavin adenin dinukleotid) transporterima do unutarnje membrane mitohondrija (Slika 61).

Unutarnja membrana mitohondrija sadrži enzim ATP, sintetski enzim, kao i proteinske komplekse koji tvore lanac prijenosa elektrona (ETC). Kao rezultat funkcioniranja ETC komponenti, atomi vodika dobiveni iz NAD i FAD dijele se na protone (H +) i elektrone. Protoni se prenose kroz unutarnju membranu mitohondrija i nakupljaju se u intermembranskom prostoru. Koristeći ETC, elektroni se predaju u matricu do konačnog akceptora - kisika (0"). Kao rezultat toga, nastaju O 2- anioni.

Nakupljanje protona u intermembranskom prostoru dovodi do pojave elektrokemijskog potencijala na unutarnjoj mitohondrijskoj membrani. Kada se postigne određena koncentracija, protoni se počinju kretati u matricu, prolazeći kroz posebne kanale enzima ATP sintetaze. Elektrokemijska energija koristi se za sintezu velikog broja molekula ATP-a. U matriksu se protoni spajaju s anionima kisika i nastaje voda: 2H+ + O 2- - HoO.

Posljedično, uz potpunu razgradnju jedne molekule glukoze, stanica može sintetizirati 38 ATP molekula(2 molekule tijekom glikolize i 36 molekula tijekom faze kisika). Opća jednadžba za aerobno disanje može se napisati na sljedeći način:

C6H1206+602+38ADP+38H3P04->. 6C02 + 6H20 + 38ATP.

Glavni izvor energije za stanice su ugljikohidrati, ali procesi metabolizma energije mogu koristiti i produkte razgradnje masti i bjelančevina.

1. Je li stanično disanje proces asimilacije ili disimilacije? Zašto?

2. Što je proces staničnog disanja? Odakle dolazi energija za sintezu ATP-a tijekom staničnog disanja?

3. Nabrojite faze staničnog disanja. Koji su od njih popraćeni sintezom ATP-a? Koliko se ATP (po 1 molu glukoze) može formirati tijekom svakog koraka?

4. Gdje se odvija glikoliza? Koje su tvari potrebne za odvijanje glikolize? Koji krajnji proizvodi nastaju?

5. U kojim organelama se javlja kisikov stadij staničnog disanja? Koje tvari ulaze u ovu fazu? Koji proizvodi nastaju?

6. B pripremna faza 81 g glikogena ulazi u stanično disanje. Koja je najveća količina ATP-a (mol) koja se može sintetizirati kao rezultat naknadne glikolize? Tijekom aerobne faze disanja?

7. Zašto je razgradnja organskih spojeva uz sudjelovanje kisika energetski učinkovitija nego u njegovoj odsutnosti?

8. Duljina mitohondrija kreće se od 1 do 60 mikrona, a širina od 0,25-1 mikrona. Zašto je, uz tako značajne razlike u duljini mitohondrija, njihova širina relativno mala i relativno konstantna?

Poglavlje 1. Kemijski sastojci živih organizama

• § 1. Sadržaj kemijskih elemenata u tijelu. Makro- i mikroelementi
• § 2. Kemijski spojevi u živim organizmima. Anorganske tvari

Poglavlje 2. Stanica - strukturna i funkcionalna jedinica živih organizama

• § 10. Povijest otkrića ćelije. Stvaranje stanične teorije
• § 15. Endoplazmatski retikulum. Golgijev kompleks. Lizosomi

Poglavlje 3. Metabolizam i pretvorba energije u tijelu

• § 24. Opće karakteristike metabolizma i pretvorbe energije

Poglavlje 4. Strukturna organizacija i regulacija funkcija u živim organizmima

Svima nam je potrebna energija kako bismo ispravno funkcionirali, a tu energiju dobivamo iz hrane koju jedemo. Najviše učinkovit način Pohranjivanje energije u stanicama pohranjene u hrani je stanično disanje, katabolički proces za proizvodnju adenozin trifosfata (ATP). ATP je visokoenergetska molekula koju koriste radne stanice u tijelu. Stanično disanje odvija se kao u. Postoje tri glavne faze staničnog disanja: glikoliza, ciklus limunske kiseline i oksidativna fosforilacija.

Glikoliza

Glikoliza doslovno znači "razgradnja šećera". Proces glikolize odvija se u. Glukoza i kisik se opskrbljuju stanicama krvotokom. Kao rezultat glikolize nastaju dvije molekule ATP-a, dvije molekule pirogrožđane kiseline i dvije “visokoenergetske” molekule NADH. Glikoliza se može dogoditi sa ili bez kisika. U prisutnosti kisika, glikoliza je prvi stupanj aerobnog staničnog disanja. Bez kisika, glikoliza omogućuje stanicama da proizvode male količine ATP-a. Taj se proces naziva anaerobno disanje ili fermentacija. Fermentacija također proizvodi mliječnu kiselinu, koja se može akumulirati u mišićnom tkivu, uzrokujući bol i peckanje.

Ciklus limunske kiseline

Ciklus limunske kiseline, poznat i kao ciklus trikarboksilne kiseline ili Krebsov ciklus, počinje nakon što se molekule iz procesa glikolize pretvore u nešto drugačiji spoj, acetil-CoA.

Kroz red međufaze Uz dvije molekule ATP-a, formira se nekoliko spojeva koji mogu pohraniti elektrone "visoke energije". Spojevi poznati kao nikotinamid adenin dinukleotid (NAD) i flavin adenin dinukleotid (FAD) reduciraju se u procesu. Ovi reducirani oblici prenose elektrone "visoke energije" u sljedeći stupanj.

Ciklus limunske kiseline događa se samo kada postoji kisik, ali ne koristi kisik izravno. Sve reakcije ovog ciklusa odvijaju se u staničnim mitohondrijima.

Oksidativne fosforilacije

Elektronički transport zahtijeva neposrednu dostupnost kisika. Lanac prijenosa elektrona je niz prijenosnika elektrona u membrani eukariotskih stanica. Kroz niz reakcija elektroni visoke energije prenose se na kisik. To stvara gradijent i na kraju proizvodi ATP kroz oksidativnu fosforilaciju. Enzim ATP sintaza koristi energiju koju stvara lanac prijenosa elektrona za fosforilaciju ADP-a u ATP.

Maksimalni izlaz ATP-a

Tako prokariotske stanice mogu proizvesti 38 molekula ATP-a, a eukariotske najviše 36. U eukariotske stanice molekule NADH nastale u glikolizi prolaze kroz mitohondrije, što “košta” dvije molekule ATP-a.

Korištenje različitih polaznih supstrata

Početni supstrati za disanje mogu biti različite tvari koje se tijekom specifičnih metaboličkih procesa pretvaraju u acetil-CoA uz oslobađanje niza nusproizvoda. Već u ovoj fazi može doći do redukcije NAD (NADP) i stvaranja ATP-a, no većina njih nastaje u ciklusu trikarboksilne kiseline tijekom obrade acetil-CoA.

Glikoliza

Glikoliza – put enzimske razgradnje glukoze – proces je zajednički gotovo svim živim organizmima. Kod aeroba prethodi samom staničnom disanju; kod anaeroba završava fermentacijom. Sama glikoliza je potpuno anaerobni proces i ne zahtijeva prisutnost kisika da bi se odvijala.

Njegova prva faza nastavlja se potrošnjom energije 2 molekule ATP-a i uključuje cijepanje molekule glukoze u 2 molekule gliceraldehid-3-fosfata. U drugom stupnju dolazi do NAD-ovisne oksidacije gliceraldehid-3-fosfata, praćene fosforilacijom supstrata, odnosno dodavanjem ostatka fosforne kiseline na molekulu i stvaranjem visokoenergetske veze u njoj, nakon čega se ostatak se prenosi na ADP uz stvaranje ATP-a.

Dakle, jednadžba za glikolizu ima sljedeći pogled:

Smanjujući ATP i ADP s lijeve i desne strane jednadžbe reakcije, dobivamo:

Oksidativna dekarboksilacija piruvata

Pirogrožđana kiselina (piruvat) nastala tijekom glikolize, pod djelovanjem kompleksa piruvat dehidrogenaze (složena struktura od 3 različita enzima i više od 60 podjedinica), razgrađuje se na ugljični dioksid i acetaldehid, koji zajedno s koenzimom A stvara acetil- CoA. Reakcija je popraćena vraćanjem NAD u NADH.

Kod eukariota proces se odvija u matrici mitohondrija.

β-oksidacija masnih kiselina

Glavni članak: β-oksidacija

Konačno, u četvrtoj fazi, nastala β-ketokiselina se cijepa pomoću β-ketotiolaze u prisutnosti koenzima A u acetil-CoA i novi acil-CoA, u kojem je ugljikov lanac 2 atoma kraći. Ciklus β-oksidacije se ponavlja sve dok se sva masna kiselina ne pretvori u acetil-CoA.

Ciklus trikarboksilnih kiselina

Jednadžba ukupne reakcije:

Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

U eukariota su enzimi ciklusa u slobodnom stanju u matriksu mitohondrija, samo je sukcinat dehidrogenaza ugrađena u unutarnju membranu mitohondrija.

Većina molekula ATP-a nastaje oksidativnom fosforilacijom u posljednjoj fazi staničnog disanja: u lancu prijenosa elektrona. Ovdje dolazi do oksidacije NADH i FADN 2, reducirane u procesima glikolize, β-oksidacije, Krebsovog ciklusa itd., zbog lanca prijenosnika elektrona koji se nalaze u unutarnjoj membrani mitohondrija (kod prokariota - u citoplazmatskoj membrani), pretvara se u transmembranski protonski potencijal. Enzim ATP sintaza koristi ovaj gradijent za sintezu ATP-a, pretvarajući njegovu energiju u energiju kemijskih veza. Izračunato je da molekula NAD∙H tijekom ovog procesa može proizvesti 2,5 molekula ATP-a, FADH 2 - 1,5 molekula.

Konačni akceptor elektrona u aerobnom dišnom lancu je kisik.

Anaerobno disanje

Opća jednadžba disanja, ravnoteža ATP-a

Bilješke

vidi također

Zaklada Wikimedia. 2010.

Moderna enciklopedija

Skup procesa koji osiguravaju ulazak kisika u tijelo i uklanjanje ugljičnog dioksida (vanjsko disanje), kao i korištenje kisika od strane stanica i tkiva za oksidaciju organskih tvari, oslobađajući energiju potrebnu za... ... Veliki enciklopedijski rječnik

Dah- DISANJE, skup procesa koji osiguravaju ulazak kisika u tijelo i uklanjanje ugljičnog dioksida (vanjsko disanje), kao i korištenje kisika u stanicama i tkivima za oksidaciju organskih tvari uz oslobađanje energije, ... ... Ilustrirani enciklopedijski rječnik

DAH, I, usp. 1. Proces apsorpcije kisika i oslobađanja ugljičnog dioksida od strane živih organizama. Dišni sustav. Cellular d. (poseban). 2. Udisanje i ispuštanje zraka plućima. Glatko d. Suzdržati D. proljeće (prevedeno). Navala drugog vjetra...... Rječnik Ozhegova

DISANJE, DISANJE, I; oženiti se 1. Usisavanje i ispuštanje zraka plućima ili (kod nekih životinja) drugim relevantnim organima kao proces apsorpcije kisika i otpuštanja ugljičnog dioksida od strane živih organizama. Dišni sustav. Bučno, teško... enciklopedijski rječnik

U uobičajenom smislu označava niz pokreta prsnog koša koji se kontinuirano izmjenjuju tijekom života u obliku udisaja i izdisaja i određuju, s jedne strane, dotok svježeg zraka u pluća, as druge strane, uklanjanje već pokvarenog zraka od njih... ... Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron

I Disanje (respiracija) je skup procesa koji osiguravaju unos iz atmosferski zrak kisika u tijelo, njegovu upotrebu u biološkoj oksidaciji organskih tvari i uklanjanju ugljičnog dioksida iz tijela. Kao rezultat... ... Medicinska enciklopedija

Protok energije u stanici

Tijek energije u stanici temelji se na procesima prehrane organizama i staničnom disanju.

1. Hrana– proces dobivanja tvari i energije od strane živih organizama.

2. Stanično disanje- proces kojim živi organizmi oslobađaju energiju iz njome bogatih organskih tvari kada se one enzimatski razgrađuju (disimiluju) na jednostavnije. Stanično disanje može biti aerobno i anaerobno.

3. Aerobno disanje– energija se dobiva uz sudjelovanje kisika u procesu razgradnje organskih tvari. Naziva se još i kisikov (aerobni) stupanj metabolizma energije.

Anaerobno disanje– dobivanje energije iz hrane bez korištenja slobodnog atmosferskog kisika. U opći pogled Tok energije u ćeliji može se prikazati na sljedeći način (slika 5.3.)

sl.5.3. Protok energije u stanici

Kemijski rad : biosinteza u stanici proteina, nukleinskih kiselina, masti, polisaharida.

Mehanički rad: kontrakcija mišićnih vlakana, lupanje trepetljika, divergencija kromosoma tijekom mitoze.

Električni radovi– održavanje razlike potencijala preko stanične membrane.

Osmotski rad– održavanje gradijenata tvari u stanici i njezinoj okolini.

Proces aerobnog disanja odvija se u tri faze: 1) pripremna; 2) bez kisika; 3) kisik.

Prva razina – pripremni ili probavni stadij, koji uključuje enzimatsku razgradnju polimera u monomere: proteina u aminokiseline, masti u glicerol i masne kiseline, glikogena i škroba u glukozu, nukleinskih kiselina u nukleotide. Propušta gastrointestinalni trakt uz sudjelovanje probavnih enzima i citoplazme stanica uz sudjelovanje enzima lizosoma.

U ovoj fazi oslobađa se mala količina energije koja se raspršuje u obliku topline, a nastali monomeri podliježu daljnjoj razgradnji u stanicama ili se koriste kao građevni materijal.

Druga faza – anaerobni (bez kisika). Javlja se u citoplazmi stanica bez sudjelovanja kisika. Monomeri nastali u prvoj fazi podliježu daljnjem cijepanju. Primjer takvog procesa je glikoliza – nepotpuna razgradnja glukoze bez kisika.

U reakcijama glikolize iz jedne molekule glukoze (C 6 H 12 O 6) nastaju dvije molekule pirogrožđane kiseline (C 3 H 4 O 3 - PVK). U tom slučaju, 4 H+ atoma se odvajaju od svake molekule glukoze i nastaju 2 molekule ATP. Atomi vodika vezani su za NAD + (nikotinamid adenin dinukleotid; funkcija NAD i sličnih prijenosnika je da prihvate vodik u prvoj reakciji (reduciraju) i odaju ga (oksidiraju) u drugoj.

Ukupna jednadžba za glikolizu izgleda ovako:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2

Tijekom glikolize oslobađa se 200 kJ/mol energije, od čega 80 kJ ili 40% odlazi na sintezu ATP-a, a 120 kJ (60%) se raspršuje kao toplina.

a) u životinjskim stanicama nastaju 2 molekule mliječne kiseline, koje se zatim pretvaraju u glikogen i talože u jetri;

b) u biljnim stanicama odvija se alkoholno vrenje uz oslobađanje CO 2. Krajnji produkt je etanol.

Anaerobno disanje je u usporedbi s disanjem kisikom evolucijski raniji, ali manje učinkovit oblik dobivanja energije iz hranjivih tvari.

Treća faza – aerobni(kisik, tkivno disanje) događa se u mitohondrijima i zahtijeva prisutnost kisika.

Organski spojevi nastali u prethodnom stupnju bez kisika oksidiraju se eliminacijom vodika u CO 2 i H 2 O. Odvojeni atomi vodika se uz pomoć nosača prenose na kisik, stupaju u interakciju s njim i tvore vodu. Ovaj proces je popraćen oslobađanjem značajne količine energije, od čega dio (55%) odlazi na stvaranje vode. U kisikovom stadiju mogu se razlikovati reakcije Krebsovog ciklusa i reakcije oksidativne fosforilacije.

Krebsov ciklus(ciklus trikarboksilne kiseline) javlja se u mitohondrijskom matriksu. Otkrio ju je engleski biokemičar H. Krebs 1937. godine.

Krebsov ciklus započinje reakcijom pirogrožđane kiseline s octenom kiselinom. U tom slučaju nastaje limunska kiselina, koja nakon niza uzastopnih transformacija ponovno postaje octena kiselina i ciklus se ponavlja.

Tijekom reakcija Krebsovog ciklusa iz jedne molekule PVC-a nastaju 4 para atoma vodika, dvije molekule CO 2 i jedna molekula ATP. Ugljični dioksid se uklanja iz stanice, a atomi vodika pridružuju se molekulama nositeljima – NAD i FAD (flavin adenin dinukleotid), pri čemu nastaju NADH 2 i FADH 2.

Prijenos energije iz NADH 2 i FADH 2, koji su nastali u Krebsovom ciklusu i prethodnom anaerobnom stadiju, na ATP odvija se na unutarnjoj membrani mitohondrija u respiratornom lancu.

Respiratorni lanac ili transportni lanac elektrona (transportni lanac elektrona) nalazi se u unutarnjoj membrani mitohondrija. Temelji se na prijenosnicima elektrona, koji su dio enzimskih kompleksa koji kataliziraju redoks reakcije.

Parovi vodika se odvajaju od NADH 2 i FADH 2, u obliku protona i elektrona (2H + +2e), i ulaze transportni lanac elektrona. U dišnom lancu stupaju u niz biokemijskih reakcija čiji je krajnji rezultat sinteza ATP-a (slika 5.4.)

Riža. 5.4 Transportni lanac elektrona

Elektrone i protone hvataju molekule nositelja respiratornog lanca i transportiraju: elektroni na unutarnju stranu membrane, a protoni na vanjsku. Elektroni se spajaju s kisikom. Atomi kisika postaju negativno nabijeni:

O 2 + e - = O 2 -

Protoni (H +) nakupljaju se s vanjske strane membrane, a anioni (O 2-) s unutarnje strane. Kao rezultat toga, potencijalna razlika se povećava.

Na pojedinim mjestima membrane ugrađene su molekule enzima za sintezu ATP-a (ATP sintetaze) koji ima ionski (protonski) kanal. Kada razlika potencijala preko membrane dosegne 200 mV, protoni (H +) jačaju električno polje guraju se kroz kanal i prelaze na unutarnju stranu membrane gdje stupaju u interakciju s O 2 -, stvarajući H 2 O

½ O 2 + 2H + = H 2 O

Kisik koji ulazi u mitohondrije neophodan je za vezivanje elektrona (e -), a potom i protona (H+). U nedostatku O2 zaustavljaju se procesi povezani s prijenosom protona i elektrona. U tim slučajevima mnoge stanice sintetiziraju ATP razgradnjom hranjivim tvarima tijekom procesa fermentacije.

Sumarna jednadžba kisikovog stupnja

2C 3 H 4 O 3 + 36 H 3 PO 4 + 6 O 2 + 36 ADP = 6 CO 2 + 42 H 2 O + 36 ATP + 2600 kJ

1440 (40·36) akumulirano u ATP-u

1160 kJ oslobođeno kao toplina

Sažeta jednadžba disanja s kisikom, uključujući faze bez kisika i kisika :

C 6 H 12 O 6 + 38 ADP + 38 H 3 PO 4 + 6 O 2 = 38 ATP + 6 CO 2 + 44 H 2 O

Krajnji produkti energetskog metabolizma (CO 2, H 2 O, NH 3), kao i višak energije, oslobađaju se iz stanice kroz stanična membrana, čija struktura i funkcije zaslužuju posebnu pozornost.