Πώς είναι παρόμοια η ζύμωση και η κυτταρική αναπνοή

Κυτταρική αναπνοή και ζύμωση

Τόσο η κυτταρική αναπνοή όσο και η ζύμωση παράγουν ενέργεια για τα κύτταρα. Σχεδόν όλοι οι οργανισμοί στη γη αποθηκεύουν ενέργεια σε οργανικά μόρια. Η κυτταρική αναπνοή απελευθερώνει ενέργεια από αυτά τα μόρια διασπώντας τα. Ένα από τα πιο σημαντικά μόρια που παράγονται είναι το ATP ή η τριφωσφορική αδενοσίνη. Το ATP είναι το κύριο μόριο που αποθηκεύει και μεταφέρει ενέργεια σε κυτταρικό επίπεδο. Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής, το ATP διασπάται σε δύο μόρια: το ADP και το φωσφορικό.

Το ATP είναι ένα μόριο που τροφοδοτεί τις κυτταρικές αντιδράσεις μεταφέροντας μια φωσφορική ομάδα από το ένα μόριο στο άλλο. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως φωσφορυλίωση, συμβαίνει μεταξύ ειδικών ενζύμων που συνδέουν την απελευθέρωση ενέργειας από το ATP στις κυτταρικές δραστηριότητες. Καθώς η ενέργεια από το ATP απελευθερώνεται σε διαφορετικές αντιδράσεις, λειτουργεί ως χημική μπαταρία.

Το ATP είναι το κύριο μόριο για την παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας σε κυτταρικό επίπεδο. Αποτελείται από το μόριο αδενίνης, το οποίο συνδέεται με τη ριβόζη, η οποία είναι ένα σάκχαρο πέντε άνθρακα που βρίσκεται στο RNA. Επιπλέον, μια δεύτερη φωσφορική ομάδα προστίθεται για τη δημιουργία διφωσφορικής αδενοσίνης, η οποία διασπάται περαιτέρω για να σχηματίσει τριφωσφορική αδενοσίνη.

Απαραίτητη πηγή ενέργειας για το σώμα

Το μόριο ATP είναι μια βασική πηγή ενέργειας για το σώμα, το οποίο καταναλώνει το 25% της συνολικής του ενέργειας. Ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί το ATP για να διατηρήσει τις συγκεντρώσεις ιόντων που είναι απαραίτητες για τη συναπτική μετάδοση και τη νευρωνική σηματοδότηση, δύο διαδικασίες που απαιτούν πολύ ενέργεια. Απαιτείται ATP για τη δημιουργία της βαθμίδας ιόντων στο προσυναπτικό τερματικό και την εκκίνηση των κυστιδίων για απελευθέρωση. Όταν παραδίδεται σε ένα προσυναπτικό τερματικό, ένα δυναμικό δράσης σηματοδοτεί το κύτταρο να απελευθερώσει τα φορτωμένα κυστίδια, τα οποία αφαιρούν την ενέργεια. Το μόριο ATP μετατρέπεται σε διφωσφορική αδενοσίνη (ADP), μια άλλη πηγή ενέργειας.

Το ATP παράγεται στον κυτταρικό μεταβολισμό μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως χημειόσμωσης. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί το 90 τοις εκατό του μορίου ATP κατά τον καταβολισμό της γλυκόζης. φωτοσύνθεση είναι μια διαδικασία παρόμοια με τη χημειόσμωση. Η διαδικασία περιλαμβάνει οξυγόνο, το οποίο είναι απαραίτητο για την παραγωγή ΑΤΡ. Ως αποτέλεσμα, το ATP είναι το κύριο μόριο για την αποθήκευση και τη μεταφορά ενέργειας σε κυτταρικό επίπεδο.

Στο κυτταρικό περιβάλλον, το ATP είναι το κύριο μόριο για τη μεταφορά ενέργειας. Το μόριο ATP είναι το πιο άφθονο μόριο για μεταφορά ενέργειας, με δύο υψηλής ενέργειας δεσμούς φωσφορικού-φωσφορικού. Η φωσφορυλίωση άλλων μορίων απελευθερώνει περίσσεια ελεύθερη ενέργεια και χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία της σύνθεσης ATP. Αυτή η διαδικασία είναι μη αναστρέψιμη σε ένα υδατικό διάλυμα, απελευθερώνοντας ενέργεια ως μορφή χημικής ενέργειας.

Το διοξείδιο του άνθρακα παράγεται επίσης από τον κύκλο TCA Η

αναερόβια αναπνοή περιλαμβάνει την οξείδωση οργανικών ενώσεων για την παραγωγή ATP και απλούστερων ενώσεων, όπως το γαλακτικό, που χρειάζονται τα βακτηριακά κύτταρα για τη διεξαγωγή μεταβολικών διεργασιών. Στην κυτταρική αναπνοή, ο κύκλος του Krebs αποκαρβοξυλιώνει το πυροσταφυλικό για να παράγει διοξείδιο του άνθρακα και 15 mol ATP. Η διάσπαση του PEP από το βακτήριο έχει επίσης οξικό και μυρμηκικό. Και τα δύο αυτά προϊόντα στη συνέχεια ανακυκλώνονται από το συκώτι.

Ο βασικός μοχλός αυτής της διαδικασίας είναι ο κύκλος TCA στη ζύμωση και την κυτταρική αναπνοή. Χρησιμοποιεί ακετυλ CoA, που προέρχεται αρχικά από γλυκόζη, ως πρώτη ύλη. Ο κύκλος TCA χρησιμοποιεί NADH, ανηγμένους φορείς ηλεκτρονίων, για να περάσει ηλεκτρόνια σε μια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Ο κύκλος TCA παράγει επίσης διοξείδιο του άνθρακα, επομένως είναι απαραίτητο να υπάρχει μια καλή πηγή οξυγόνου για να πραγματοποιηθεί αυτή η διαδικασία.

Οι δύο πρώτοι άνθρακες στον κύκλο του κιτρικού οξέος εισέρχονται στο πυροσταφυλικό. Οι υπόλοιποι άνθρακες εισέρχονται στον κύκλο TCA ως διοξείδιο του άνθρακα. Οι άνθρακες απομακρύνονται από τα μόρια του πυροσταφυλικού, τα οποία υφίστανται μια σειρά χημικών αντιδράσεων, με την ενέργεια να δεσμεύεται σε μόρια-φορείς, όπως το NADH και το FAD. Στην πορεία παράγονται δύο μόρια CO2 και ένα μόριο ΑΤΡ.

Πώς ένα βακτήριο χρησιμοποιεί οξυγόνο

Ομοίως, ο κύκλος TCA καθορίζει πώς ένα βακτήριο χρησιμοποιεί οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με το ηλεκτρικό ρεύμα της φωτοσυνθετικής μεταφοράς ηλεκτρονίων στους χλωροπλάστες. Ο κύκλος TCA είναι αναπόσπαστο μέρος της κυτταρικής αναπνοής και είναι απαραίτητος για την παραγωγή ATP και νερού.

Ο κύκλος TCA στη ζύμωση και την κυτταρική αναπνοή είναι μια διαδικασία που περιλαμβάνει πολλά ένζυμα. Η οξειδάση του κυτοχρώματος είναι το πιο κοινό ένζυμο στον κύκλο TCA, αλλά δεν υπάρχει γνωστή καθαρή έκδοση. Το ένζυμο βρίσκεται συνδεδεμένο με αδιάλυτη ύλη στην ομογενοποίηση των κυττάρων. Το δινουκλεοτίδιο φλαβοαδενίνης είναι μια ευρέως κατανεμημένη ένωση που σχετίζεται με διάφορα ένζυμα.

Και οι δύο τύποι κυτταρικής αναπνοής απαιτούν ενέργεια. Το ATP είναι το κύριο καύσιμο που χρησιμοποιείται από τα κύτταρα. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη γλυκόλυση, τον κύκλο του κιτρικού οξέος και την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Το αποτέλεσμα είναι συνολικά 38 μόρια ATP. Το ATP είναι απαραίτητο για πολλές κυτταρικές λειτουργίες. Η αναερόβια αναπνοή είναι λιγότερο αποτελεσματική. Η αναερόβια αναπνοή χρησιμοποιείται από βακτήρια, φυτά και μικρά ζώα.

Τα κύτταρα μετατρέπουν την τροφή σε ενέργεια

Το ATP παράγεται κατά την κυτταρική αναπνοή, μια διαδικασία με την οποία τα κύτταρα μετατρέπουν την τροφή σε ενέργεια. Η τροφή προέρχεται από τη γλυκόζη, η οποία διασπάται από ένζυμα σε πυροσταφυλικό και τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο πυροσταφυλικό χρησιμοποιείται από τα μυϊκά κύτταρα στο τρίτο στάδιο για να παράγουν περισσότερο ATP. Η κυτταρική αναπνοή μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο αερόβια (με χρήση οξυγόνου) όσο και αναερόβια.

Το δεύτερο μέρος της κυτταρικής αναπνοής είναι η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Το ATP παράγεται όταν συνδυάζονται γλυκόζη και οξυγόνο. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται γρήγορα από το ένα συστατικό στο άλλο και το νερό είναι το κύριο απόβλητο προϊόν. Το ATP είναι το νόμισμα ισχύος του κυττάρου. Είναι απαραίτητο για την παραγωγή ενέργειας και βοηθά στη διατήρηση της υγείας του κυττάρου. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η κυτταρική αναπνοή συμβαίνει τόσο αερόβια όσο και αναερόβια και τα φυτά προτιμούν το δεύτερο.

Όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο, αρχίζει η ζύμωση. Η γλυκόλυση, η οποία μετατρέπει τη γλυκόζη σε ATP, είναι το πρώτο στάδιο αυτής της διαδικασίας. Η αναερόβια αναπνοή, ωστόσο, παράγει λιγότερα μόρια ATP από την αερόβια αναπνοή. Η αναερόβια αναπνοή μπορεί να συμβεί σε ερυθρά αιμοσφαίρια χωρίς μιτοχόνδρια, μύες κατά τη διάρκεια έντονης δραστηριότητας και ορισμένα βακτήρια.

ακραιόφιλα ζουν σε περιβάλλοντα

Οι περισσότεροι οργανισμοί πραγματοποιούν κυτταρική αναπνοή χρησιμοποιώντας οξυγόνο. Από την άλλη πλευρά, τα ακραιόφιλα ζουν σε περιβάλλοντα που δεν έχουν οξυγόνο, συμπεριλαμβανομένων των σπηλαίων και των υδροθερμικών αεραγωγών βαθιών ωκεανών. Δεν χρησιμοποιούν οξυγόνο αλλά αντ’ αυτού ανόργανους δέκτες, οι οποίοι είναι πιο εύκολα διαθέσιμοι κάτω από τέτοιες συνθήκες. Αυτά τα ακραία περιβάλλοντα το ονομάζουν αναερόβια αναπνοή.

Τόσο η κυτταρική αναπνοή όσο και η ζύμωση απελευθερώνουν ενέργεια από τα αποθηκευμένα μόρια των τροφίμων. Τα κύτταρα έχουν σημασία σε οργανικά μόρια όπως τα σάκχαρα και τα λίπη και τα χρησιμοποιούν για να δημιουργήσουν το ATP, το ενεργειακό νόμισμα του σώματος. Τα κύτταρα μπορούν να δημιουργήσουν έως και 38 μόρια ATP από ένα μόνο μόριο γλυκόζης. Ωστόσο, η ενέργεια από τα αποθηκευμένα σάκχαρα δεν είναι σταθερή, επομένως τα κύτταρα πρέπει να τα επεξεργάζονται συνεχώς για να δημιουργήσουν νέο ATP. Επιπλέον, η αερόβια αναπνοή παράγει μια σημαντική ποσότητα ATP από ένα μόριο σακχάρου – περίπου 36 μόρια σε μία μόνο αντίδραση! Η ζύμωση, από την άλλη πλευρά, απελευθερώνει μόνο λίγα μόρια – μεταξύ δύο και τεσσάρων.

Η κυτταρική αναπνοή και η ζύμωση είναι διαδικασίες απελευθέρωσης ενέργειας, αλλά η ζύμωση έχει ένα σαφές πλεονέκτημα. Η κυτταρική αναπνοή απελευθερώνει ενέργεια παρουσία οξυγόνου, ενώ η ζύμωση απαιτεί αναερόβιο περιβάλλον. Σε αντίθεση με την κυτταρική αναπνοή, η ζύμωση παράγει δύο καθαρά μόρια ATP αντί για τα συνηθισμένα 38. Επιπλέον, η ζύμωση χρησιμοποιεί διαφορετικό σύνολο ενζύμων από την αναπνοή και έχει ενέργεια δεκαέξι φορές πιο αργή από την αναπνοή.

Υποβρύχιες σπηλιές ή υδροθερμικές οπές

Κατά τη διάρκεια της αερόβιας αναπνοής, οι οργανισμοί χρειάζονται οξυγόνο για να παράγουν ATP. Αλλά το οξυγόνο είναι ανεπαρκές σε ακραία περιβάλλοντα, όπως υποβρύχιες σπηλιές ή υδροθερμικές οπές. Αντ’ αυτού χρησιμοποιούν ανόργανους δέκτες, οι οποίοι είναι διαθέσιμοι σε αυτά τα περιβάλλοντα. Ως εκ τούτου, η αναερόβια αναπνοή είναι η προτιμώμενη μέθοδος σε ακραία περιβάλλοντα. Σχηματίζονται ADP και φωσφορικές ομάδες.

Η κυτταρική αναπνοή απελευθερώνει οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και νερό για να μετατρέψει τη γλυκόζη σε ενέργεια. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως κυτταρική αναπνοή και όλοι οι πολυκύτταροι οργανισμοί και ορισμένοι μονοκύτταροι οργανισμοί χρησιμοποιούν αυτή τη διαδικασία. Η κυτταρική αναπνοή χρειάζεται συνεχή παροχή οξυγόνου, το οποίο είναι απαραίτητο για τις διαδικασίες ζωής των ευκαρυωτών. Και ενώ είναι μια πιο αργή διαδικασία, μπορεί να παράγει την ενέργεια που απαιτείται από το σώμα.

Μια παρόμοια διαδικασία πραγματοποιείται από τα μυϊκά κύτταρα. Η ζύμωση γαλακτικού οξέος συμβαίνει στα μυϊκά κύτταρα όταν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου. Αυτό μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια έντονης σωματικής άσκησης. Η συσσώρευση γαλακτικού στους μυς πίστευαν παλαιότερα ότι είναι η πηγή του πόνου μετά από μια έντονη προπόνηση. Η κυκλοφορία του αίματος μεταφέρει γαλακτικό οξύ στο ήπαρ, το οποίο το μετατρέπει ξανά σε πυροσταφυλικό στα υπόλοιπα στάδια της κυτταρικής αναπνοής.

 

Leave a Reply

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