glikoliza: utlenia glukozę do formpirogronianu

Ch.9 oddychanie komórkowe

przegląd

istnieją trzy etapy oddychania komórkowego:

1. Glikoliza

· występuje w cytoplazmie

2. Krebscycle (aka cykl kwasu cytrynowego)

· występuje w macierzy mitochondrialnej

· kończy utlenianie glukozy

i. Rozkłada pirogronian na CO2

3. Łańcuch elektronowy i fosforylacja oksydacyjna

· występuje na błonach wewnętrznych themitochondriów

· przyjmuje energizowane elektrony z cząsteczek nośnych reduktoenzymu (NADH i FADH2).

· wykorzystuje ruch elektronów do tworzenia fosforylacji utleniającej ATP. Produkuje około 90% ATP.

o elektrony zbierane były podczas glikolizy i cyklu Krebsa.

o Oxygenpulsuje elektrony przez serię reakcji w łańcuchu transportu elektronów do kolejno niższych stanów energetycznych

szlaku katabolicznego, podczas którego cząsteczka glukozy o masie 6 węgla dzieli się na dwa cukry o masie 3 węgla, które są następnie utleniane i przekształcane w procesie metabolicznym, który wytwarza dwie cząsteczki kwasu pirogronowego.

· każda reakcja w glikolizie jest katalizowana przez swoisty enzym w cytoplazmie

· w procesie utleniania glukozy do pirogronianu nie uwalniany jest CO2.

· może wystąpić z lub bez O2

reakcje glikolizy zachodzą w 2 fazach:

1. Faza inwestycji energetycznych: 5-stopniowy proces, który dzieli glukozę na dwie części. Proces ten zużywa ATP.

Krok 1: glukoza dostaje się do komórki i węgiel # 6 jestfosforylowany (wiąże się z nią fosforan). Reakcja ta wykorzystuje ATP.

Krok 2: enzym zwany izomerazą katalizuje działanie, które zmienia strukturę 6-fosforanu glukozy na jego 6 – fosforan izomerfruktozy.

Krok 3: węgiel # 1 6-fosforanu fruktozy jestfosforylowany. Używa ATP.

Krok 4: fruktoza 1,6 difosforan jest cięty na dwa identyczne trzy-węglowe cukry w reakcji kontrolowanej przez enzym. Jest to reakcja, która daje glikolysjego nazwa.

Krok 5: Kontrola Enzymureakcja, która pozwala na przekształcenie dwóch cukrów w drugi.

2. Faza energetyczna: 2 pośrednie cząsteczki 3carbonu są utleniane i wytwarzane są ATP i NADH.

• zysk netto O 2 ATP przez fosforylację na poziomie substratu (wytwarzanie ATP przez bezpośredni transfer PO4 z substratu pośredniego do ADP. Reakcja jest kontrolowana przez enzymy)

· 2 cząsteczki NAD są redukowane do formNADH. Energia w wysokoenergetycznych elektronach NADH zostanie wykorzystana do wytworzenia ATP w fosforylacji oksydacyjnej (przy produkcji z egzergonicznego transferu elektronu z cząsteczek żywności do końcowego akceptora elektronów, w tym przypadku O2.

Krok 1: 2 reakcje katalizowane enzymami, jedna redukuje NADto NADH, a druga fosforyluje 2 cukry. 2 cząsteczki NADH są wytwarzane z kazda cząsteczka glukozy.

Krok 2: ATP jest wytwarzany na poziomie substratu. PO4 jest przenoszony z fosforylowanych cukrów do ADP. Wytwarza 2 cząsteczki ATP z każdej glukozemolekuły. Zastępuje to 2 ATP stosowane w fazie inwestycji w energię.

Krok 3: przygotowuje się do następnej reakcji. Przenosi fosforan z węgla # 3 do Węgla#2.

Krok 4: enzymy usuwają wodę. To sprawia, że Wiązanie trzymające fosforan na węglu #2 jest słabe i niestabilne.

Krok 5: 2 cząsteczki ATP są wytwarzane przez fosforylację podłoża.

równanie sumaryczne:

C6H12O6 + 2 NAD + 2 ATP – – – > 2 C3H4O3 + 2H2O + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP

glukoza utlenia się do 2cząsteczek kwasu pirogronowego w reakcji egzergonicznej. Większość energii jest zachowana w wysokoenergetycznych elektronach NADH i wiązaniach fosforanowych ATP.

KrebsCycle

Krebscycle kończy utlenianie cząsteczek organicznych. Uwalnia energię, która jest przechowywana w cząsteczkach pirogronianu. Pirogronian może być całkowicie utleniony w obecności tlenu.

1. Zanim wejdziemy do cyklu Krebsa, musimy wytworzyć Acetylo-Co-a

· cząsteczki kwasu pirogronowego są przenoszone z cytoplazmy do mitochondriów przez białka nośnikowe w mitochondriach. Po wejściu do mitochondrium pirogronian przekształca się w Acetylo Co-a w reakcji wykorzystującej wiele enzymów.

o CO2 jest usuwany z grupy karboksylowej pirogronianu, zmieniając go z 3-węglowego na 2-węglowy związek. CO2 jest uwalniany.

o cząsteczka 2-węgla jest utleniona do formoctanu. NAD jest redukowany do NADH w procesie i wytwarzane są 2 cząsteczki NADH.

o koenzym A, związek utworzony z witaminy A, przyłącza się do octanu i tworzy Acetylo-Co-a, który jest znacznie bardziej reaktywny niżpirogronian.

2. Cykl Krebsa

na każdy obrót Krebscyklu:

· 1 cząsteczka ATP jest wytwarzana przez fosforylację na poziomie substratu

dla każdej cząsteczki glukozy, która ulega rozszczepieniu podczas glikolizy:

etapy Krebscycle: każdy etap jest enzymatyczny

1. Acetyl co-a rozpada się, a octan 2-węglowy łączy się z cząsteczką 4-węglową szczawiooctanu (związku występującego naturalnie w matrycy themitochondrialnej) i tworzy kwas cytrynowy.

2. Kwas cytrynowy przekształca się w jego izomer, kwas izocytrynowy.

3. 2 rzeczy się zdarzają:

a. kwas Izocytrynowy traci CO2, pozostawiając 5 cząsteczek węgla

b. związek 5 węgla jest utleniony, a NAD jest zredukowany

4. Katalizowany przez wiele enzymów:

A. CO2 jest usuwany z cząsteczki 5 węgla

B. Pozostałe 4 cząsteczki węgla są utleniane, a nad redukuje się

5. Występuje fosforylacja na poziomie substratu. Powstaje 1 ATP.

6. Cząsteczka jest utleniona FAD redukuje się do postaci fadh2

7. Dodaje się wodę, aby umożliwić następną reakcję

8. Cząsteczka jest utleniona, a NAD ulega redukcji do postaci NADH, a szczawiooctan jest regenerowany, aby cykl mógł rozpocząć się ponownie.

2 zwoje cyklu Krebsa wytwarzają następującą postać każdej cząsteczki glukozy:

6 cząsteczek CO2

2 cząsteczki ATP powstają w wyniku fosforylacji podłoża

6 cząsteczek NADH

2 cząsteczki FADH2

łańcuch transportu elektronów

ETC jest zbudowany z cząsteczek nośnika elektronów osadzonych w błonie innermitochondrialnej. Każdy nośnik jest bardziej elektroujemny niż ten przed nim, więc elektrony są ściągane w dół łańcucha, aż dotrą do ostatecznego akceptora elektronów, tlenu.

· Większość nośników w ETC to białka, które są związane z kofaktorami. To kofaktory akceptują i oddają elektrony.

Sekwencja reakcji W ETC:

NADH utlenia się, a flawoproteina ulega redukcji. Wysokoenergetyczne elektrony są przenoszone z NADH do FMN

Flawoproteina jest utleniana, gdy przechodzi elektrony do żelazo-siarkoproteiny (FeS)

Fes ulega utlenieniu w miarę przechodzenia elektronów do jedynego niebałkowego związku w łańcuchu, uniquinonu (Q)

Q przekazuje elektrony do kolejnych cząsteczek cytochromu

cytochrom a3, ostatni nośnik w łańcuchu, przechodzi do tlenu cząsteczkowego, O2

wraz z redukcją O2 tworzy woda. Na każde 2 cząsteczki NADH powstaje jedna cząsteczka O2is zredukowana i 2 cząsteczki H2O.

Uwaga: ETC nie robi ATP bezpośrednio. Tworzy gradient protonowy na wewnętrznej błonie mitochondriów. Magazynuje to chemiczną energię potencjalną, którą można wykorzystać do fosforylacji ADP.

Chemiosmoza: połączenie procesów przepływu egzergonikelektronu w łańcuchu transportu elektronów do endergonicznej produkcji ATP przez wytworzenie gradientu protonu przez błonę. Gradient protonów napędza syntezę ATP, gdy protony dyfundują z powrotem przez membranę.

· Empatizes the link between phosphorylationand proton gradients

przegląd procesu

Sekwencja przepływu energii:

Glucose -> NADH ->ETC -> proton gradient -> ATP

fermentacja

umożliwia komórkom produkcjęatp bez tlenu.

1. Glikoliza występuje dokładnie tak, jak w oddychaniu tlenowym, ale w oddychaniu beztlenowym pirogronian jest zredukowany, a NAD regenerowany. Zapobiega to zatrzymywaniu przez komórkę dopływu NAD, który jest niezbędny do oddychania tlenowego.

2. Pirogronian następnie ulega fermentacji. Istnieją 2 rodzaje fermentacji.

a. fermentacja alkoholowa: występuje w roślinach, drożdżach i bakteriach. Pirogronian przekształca się w Etanol.

1. Pirwawatelozy CO2 i przekształca się w związek 2-węglowy aldehyd octowy.

2. NADHis utleniony i aldehyd octowy ID zredukowany do etanolu

B. fermentacja kwasu mlekowego: występuje w komórkach zwierzęcych. Pirogronian przekształca się w kwas mlekowy. Używany do produkcji sera i jogurtu oraz w komórkach ludzkich mięśni, gdy brakuje tlenu.

1. NADHis utleniony i pirogronian jest przekształcany w kwas mlekowy