Τι είναι η ζύμωση στην κυτταρική αναπνοή

Η σημασία της ζύμωσης στην κυτταρική αναπνοή

Όταν τα κύτταρα χρειάζεται να κάνουν ATP, χρησιμοποιούν τη ζύμωση για να παράγουν NADH+H+. Αυτός είναι ο πρόδρομος ενός βασικού μορίου που χρησιμοποιείται κατά το έκτο στάδιο της γλυκόλυσης. Χωρίς τις απαραίτητες οδούς για την ολοκλήρωση της γλυκόλυσης, το ATP δεν θα παραγόταν. Χωρίς ζύμωση, το έκτο βήμα της κυτταρικής αναπνοής δεν θα συμβεί. Επομένως, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τη σημασία της ζύμωσης στην κυτταρική αναπνοή.

Η διαδικασία της ζύμωσης NADH+H+ αποτελεί μέρος της κυτταρική αναπνοή. Εμφανίζεται όταν το NADH μετατρέπεται ξανά σε NAD+ από μια οργανική ένωση, όπως το αλκοόλ. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει να προχωρήσει η γλυκόλυση. Στη ζύμη, η ζύμωση λαμβάνει χώρα μέσω διαφορετικών οδών, συμπεριλαμβανομένης της αιθανόλης, του προπιονικού οξέος και της μηλογαλακτικής ζύμωσης. Κάθε μία από αυτές τις οδούς ζύμωσης ξεκινά με το πυροσταφυλικό, μια ένωση που σχηματίζεται από την οξείδωση των σακχάρων.

Η γλυκόλυση παράγει δύο μόρια πυροσταφυλικού, το οποίο περιέχει τρία άτομα άνθρακα. Αυτά τα μόρια στη συνέχεια διασπώνται και συνδυάζονται με το συνένζυμο Α, παράγοντας ακετυλο-CoA. Αυτό το προϊόν εισέρχεται στη μήτρα των μιτοχονδρίων, ξεκινώντας τον κύκλο του κιτρικού οξέος. Το πυροσταφυλικό στη συνέχεια απελευθερώνεται ως απόβλητο προϊόν και τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας στο NADH δεσμεύονται.

Η γλυκόλυση παράγει μεγάλες ποσότητες NADH

Εκτός από αυτή τη διαδικασία, η γλυκόλυση παράγει μεγάλες ποσότητες NADH. Ωστόσο, όταν αυτό το μόριο εξαντληθεί, πρέπει να μετατραπεί ξανά σε NAD+ είτε μέσω σύνθεσης είτε μέσω ανακύκλωσης. Και οι δύο διαδικασίες είναι απαραίτητες και συμβάλλουν στην κυτταρική ενεργειακή ισορροπία. Εάν τα επίπεδα NAD+ είναι πολύ χαμηλά, το κύτταρο δεν μπορεί να παράγει ATP. Επομένως, η οξείδωση μικρών οργανικών ενώσεων, συμπεριλαμβανομένης της γλυκόλυσης, εξαντλεί το NAD+.

Η αναερόβια ζύμωση δεν απαιτεί οξυγόνο, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις δεν υπάρχει οξυγόνο. Αυτές οι συνθήκες απαιτούν γλυκολυτικά προϊόντα εκτός από το πυροσταφυλικό. Οι αναερόβιες συνθήκες οδηγούν επίσης στην παραγωγή αναερόβιου αερίου, αλλά απαιτείται οξυγόνο για την οξείδωση του NADH. Χωρίς οξυγόνο, αυτές οι αντιδράσεις θα οδηγήσουν σε ομογαλακτική ζύμωση και αλκοολική ζύμωση. Αν αναρωτιέστε για τη ζύμωση NADH+H+, εδώ είναι μια σύντομη εξήγηση.

Κατά την αερόβια αναπνοή, μία γλυκόζη μετατρέπεται σε 38 ATP. Η άλλη διαδικασία, που ονομάζεται γλυκόλυση, απαιτεί τη μετατροπή ενός μορίου γλυκόζης σε δύο πυροσταφυλικά. Ως εκ τούτου, η αντίδραση παράγει επίσης δύο Αιθανόλες. Η τελευταία μορφή χρησιμοποιείται από το κύτταρο για την αναγέννηση του NADH+ χωρίς οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στο κύτταρο να διατηρήσει την ομοιόσταση του pH.

NADH δεν χρησιμοποιείται για την οξείδωση της γλυκόζης

Στην αερόβια αναπνοή, το NADH δεν χρησιμοποιείται για την οξείδωση της γλυκόζης. Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, η οποία παράγει ATP, απαιτεί NAD+ και οξυγόνο. Ο κύκλος του κιτρικού οξέος δεν μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση γαλακτικού οξέος και την κόπωση. Είναι επίσης σημαντικό να σημειωθεί ότι το NADH συσσωρεύεται και αναστέλλει τη γλυκόλυση κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής. Η ζύμωση του NADH+H+ έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό γαλακτικού οξέος στους μυς, το οποίο στη συνέχεια καταβολίζεται για ενέργεια.

Η γλυκόλυση είναι μια σειρά από εννέα αντιδράσεις που καταλύονται από ένα μοναδικό ένζυμο, που συμβαίνει σε ΟΛΟΥΣ τους οργανισμούς. Το ATP μετατρέπεται σε ADP συνδέοντας ένα φωσφορικό άλας στη γλυκόζη σε αυτή τη διαδικασία. Σε αυτή τη διαδικασία, το NAD+ ανάγεται σε NADH + H+. Αυτή η αντίδραση παράγει ενέργεια, την κύρια πηγή ενέργειας για το κύτταρο.

Η ενεργειακή απαίτηση του κυττάρου είναι πολύ υψηλή ώστε η οξειδωτική οδός να επεξεργαστεί όλα τα άτομα υδρογόνου που έχει ενώσει το NADH. Έτσι, η ζύμωση NADH+H+ λαμβάνει χώρα σε αναερόβια γλυκόλυση, όπου ζεύγη υδρογόνου συνδυάζονται με πυροσταφυλικό για να σχηματίσουν γαλακτικό. Το γαλακτικό είναι πρόδρομος του ηπατικού γλυκογόνου. Καθώς η διαδικασία προχωρά, το NAD+ προσκολλάται στο υδρογόνο από γαλακτικό και αναγεννάται.

Η ζύμωση NADH+H+ στην κυτταρική αναπνευστική διαδικασία ξεκινά με την απελευθέρωση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας από τα FADH2 και NADH. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε διάφορες πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια μεταφέρονται στο οξυγόνο και μετατρέπονται σε δύο μόρια νερού. Αυτή η ενέργεια στη συνέχεια τροφοδοτεί τη σύνθεση του ATP στο κύτταρο. Αυτή η διαδικασία είναι επίσης ένα ασφαλές τελικό σημείο για τα ηλεκτρικά ρεύματα.

Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε όλα τα ζωντανά κύτταρα

Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε όλα τα ζωντανά κύτταρα. Χρησιμοποιεί γλυκόζη για να απελευθερώσει χημική ενέργεια στο ATP. Τα κύτταρα υποβάλλονται σε αυτή τη διαδικασία για να αποθηκεύσουν ενέργεια. Το γλυκογόνο και το οξυγόνο είναι τα δύο βασικά στοιχεία. Το ATP είναι το υποπροϊόν αυτής της διαδικασίας. Η αντίδραση απελευθερώνει μεγάλες ποσότητες ελεύθερης ενέργειας και παράγει μια χημική ένωση που ονομάζεται ATP. Εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα. Αυτή η διαδικασία είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη και την ανάπτυξη ενός υγιούς και ενεργού κυττάρου.

Το πρώτο βήμα στην κυτταρική αναπνοή περιλαμβάνει τη δημιουργία NADH+, το οποίο χρησιμοποιείται για την αναγέννηση του ATP. Το NADH συνδέει ένα ηλεκτρόνιο στο πυροσταφυλικό ή στα παράγωγά του κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας. Το γαλακτικό είναι ένας έμμεσος πρόδρομος του ηπατικού γλυκογόνου. Στο δεύτερο στάδιο της γλυκόλυσης, ένα ηλεκτρόνιο μεταφέρεται από το NADH σε ένα υπόστρωμα, το πυροσταφυλικό, το οποίο μεταβολίζεται σε αιθανόλη. Στη συνέχεια, το NAD+ συνδέεται με το υδρογόνο από γαλακτικό για την παραγωγή ΑΤΡ. Στη ζύμωση μαγιάς, παρασκευάζεται αιθανόλη και διοξείδιο του άνθρακα, ενώ η φωσφορυλίωση σε επίπεδο υποστρώματος δεν απαιτεί οξυγόνο.

Αυτό το βήμα είναι απαραίτητο για τον ανεφοδιασμό των κυψελών. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, τα μόρια πυροσταφυλικού μεταφέρονται από τη γλυκόλυση στο μιτοχόνδριο, όπου διασπώνται σε ενεργειακά πακέτα μεγέθους πίντας. Στον Κύκλο του Kreb, η οξείδωση του NADH+ απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε ATP. Η διαδικασία παράγει επίσης το FADH2, το αστέρι της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων.

Η αναγωγή της ακεταλδεΰδης σε αιθανόλη

Το επόμενο βήμα στη ζύμωση NADH+ είναι η αναγωγή της ακεταλδεΰδης σε αιθανόλη. Αυτό το βήμα χρησιμοποιεί αλκοόλες δύο άνθρακα για να μειώσει η μία την άλλη. Η ένωση που προκύπτει είναι πιο συμπυκνωμένη από την αρχική και είναι το καύσιμο στον κυτταρικό μεταβολισμό. Επιπλέον, η μετατροπή του πυροσταφυλικού σε αιθανόλη απαιτεί δύο ακόμη ηλεκτρόνια για τη σύνθεση του ATP.

Το NADH+ που παράγεται στον κύκλο του Krebs πρέπει να μετατραπεί σε NAD+ για να παραχθεί ATP. Στην αερόβια αναπνοή, το μόριο του οξυγόνου είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων. Ωστόσο, το NADH πρέπει να επαναοξειδωθεί σε NAD+ κατά την αερόβια αναπνοή πριν από τη γλυκόλυση. Τα κύτταρα των σκελετικών μυών μπορούν να χρησιμοποιήσουν οποιαδήποτε από τις τρεις μεθόδους ζύμωσης. Ένα κύτταρο μπορεί να αναγεννήσει NADH από NADH με οποιαδήποτε από αυτές τις δύο μεθόδους.

Ενώ η αερόβια κυτταρική αναπνοή παράγει 36 μόρια ATP από τη γλυκόζη, η ζύμωση παράγει δύο μόρια ATP ανά μόριο γλυκόζης. Ως αποτέλεσμα, η ζύμωση παράγει ATP πιο αργά από την αερόβια αναπνοή αλλά πιο αποτελεσματικά. Το γαλακτικό οξύ συσσωρεύεται στους μύες και μπορεί τελικά να συσσωρευτεί στο αίμα και να προκαλέσει μυϊκή κόπωση και πόνο. Το γαλακτικό οξύ στην κυκλοφορία του αίματος στη συνέχεια μεταφέρεται στο ήπαρ για να υποβληθεί σε επεξεργασία στην υπόλοιπη κυτταρική αναπνοή.

Το επόμενο βήμα στην κυτταρική αναπνοή είναι η διάσπαση του πυροσταφυλικού σε NADH και ακετυλο-CoA. Η διαδικασία απαιτεί ένα σύμπλεγμα τριών ενζύμων που περιέχουν πολλαπλά αντίγραφα το ένα του άλλου και ανακαλύπτεται στα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών κυττάρων. Αντίθετα, η παραγωγή πυροσταφυλικού εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών κυττάρων. Όταν το πυροσταφυλικό άλας διασπάται, σχηματίζει ένα μόριο NADH και ένα μόριο CO2.

Τα τρόφιμα περιλαμβάνουν υδατάνθρακες, άμυλα, λίπη και πρωτεΐνες

Όπως και με την αερόβια αναπνοή, η διάσπαση των τροφών συμβαίνει παρουσία οξυγόνου. Και τα δύο προϊόντα χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση ATP. Τα τρόφιμα περιλαμβάνουν υδατάνθρακες, άμυλα, λίπη και πρωτεΐνες. Για παράδειγμα, όλοι οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη Γλυκόζη ως πηγή τροφής. Όταν οι υδατάνθρακες διασπώνται, ενώνονται με έξι μόρια οξυγόνου και τα οξειδώνουν για να σχηματίσουν μεθάνιο. Αντίθετα, η οδός οξειδωτικής φωσφορυλίωσης δημιουργεί NAD+ από NADH.

Η κυτταρική αναπνοή είναι μια μέθοδος με την οποία οι ζωντανοί οργανισμοί μετατρέπουν τη βιοχημική ενέργεια από θρεπτικά συστατικά και παράγουν ενέργεια από το ATP και τα απόβλητα. Τα κύτταρα υποβάλλονται σε τρία στάδια αυτής της διαδικασίας: γλυκόλυση, κύκλος Krebs και αναπνευστική μεταφορά ηλεκτρονίων. Με την παρουσία οξυγόνου, αυτή η διαδικασία μπορεί να ταξινομηθεί ως αερόβια και αναερόβια και αφαιρούνται πάντα με συγκεκριμένη σειρά. Ωστόσο, παρουσία οξυγόνου, μπορεί να συμβεί ζύμωση.

Αναερόβιες και αερόβιες διεργασίες

Οι αναερόβιες και αερόβιες διεργασίες είναι συμπληρωματικές μεταξύ τους. Το πρώτο περιλαμβάνει γλυκόλυση και παράγει δύο μόρια ATP, ενώ το δεύτερο παράγει 36 ή περισσότερα. Το τελευταίο λαμβάνει χώρα στη μιτοχονδριακή μήτρα και στο κυτταρόπλασμα, αντίστοιχα. Ο αερόβιος και ο αναερόβιος μεταβολισμός είναι επίσης συμπληρωματικοί, με τον πρώτο να περιλαμβάνει την παραγωγή δύο μορίων ATP. Χωρίς ATP, ένα κύτταρο θα πεθάνει.

Τα ανθρώπινα μυϊκά κύτταρα υποβάλλονται σε ζύμωση για να παράγουν ενέργεια όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου. Στους ανθρώπους, αυτή η διαδικασία αναφέρεται ως ζύμωση γαλακτικού οξέος. Οι δύο προσεγγίσεις είναι διαφορετικές, αλλά μοιράζονται πολλά χαρακτηριστικά. Η μέθοδος της ζύμωσης απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Είναι επιβεβλημένο κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης και της διαδικασίας θερμογένεσης του καφέ λίπους. Δεν υπάρχει σταθερή πειραματική απόδειξη ότι οι άνθρωποι μπορούν να παράγουν ATP από ζύμωση NADH+.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *