Ћелијско дисање код људи

дефиниција

Ћелијско дисање, такође названо аеробно (од старогрчког „аер“ - ваздух), описује разградњу хранљивих састојака попут глукозе или масних киселина код људи који користе кисеоник (О2) за генерисање енергије, неопходне за опстанак ћелија. У том процесу се хранљиве материје оксидирају, тј. Одају електроне, док се кисеоник смањује, 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, функција мозга, откуцаји срца, стварање пљувачке или косе, па чак и варење захтевају енергију да би функционисали.

Поред тога, телу је потребан кисеоник да би преживело. Овде је од посебне важности ћелијско дисање. Уз помоћ овог и гасног кисеоника могуће је да тело сагорева енергетски богате супстанце и од њих добије потребну енергију. Кисеоник нам сам по себи не даје никакву енергију, али је потребан за спровођење хемијских процеса сагоревања у телу и због тога је неопходан за наш опстанак.

Тело познаје много различитих врста носача енергије:

• Глукоза (шећер) је главни носилац енергије и основни градивни елемент, као и крајњи производ који се раздваја од све шкробне хране
• Масне киселине и глицерин су крајњи производи разградње масти и такође се могу користити у производњи енергије
• Последња група носача енергије су аминокиселине, које су остале као производ разградње протеина. После одређене трансформације у телу, оне се такође могу користити у ћелијском дисању, а тиме и за производњу енергије

Прочитајте више о овоме испод Вежбање и сагоревање масти

Најчешћи извор енергије који користи људско тело је глукоза. Постоји ланац реакција који на крају доводе до производа ЦО2 и Х2О уз потрошњу кисеоника. Овај процес укључује Гликолиза, тако да Цепање глукозе и пренос производа, Пируват преко средњег корака Ацетил-ЦоА у Циклус лимунске киселине (Синоним: циклус лимунске киселине или Кребсов циклус). У овај циклус се уливају и производи разградње других хранљивих састојака као што су аминокиселине или масне киселине. Назван је поступак у којем се масне киселине „разграђују“ како би могле да се уливају и у циклус лимунске киселине Бета оксидација.

Стога је циклус лимунске киселине нека врста улазне тачке где се сви извори енергије могу увести у енергетски метаболизам. Циклус се одвија у Митохондрије уместо тога, „енергетске електране“ људских ћелија.

Током свих ових процеса, одређена енергија се троши у облику АТП, али она је већ добијена, као што је то, на пример, случај код гликолизе. Поред тога, претежно постоје и друге међуенергетске залихе (нпр. НАДХ, ФАДХ2) које испуњавају своју функцију као међуфазне залихе енергије током производње енергије. Ови молекули за средње складиштење затим се уливају у последњи корак ћелијског дисања, односно у корак оксидативне фосфорилације, такође познат као респираторни ланац. Ово је корак према којем су сви процеси до сада функционисали. Респираторни ланац, који се такође одвија у митохондријима, такође се састоји од неколико корака, у којима се затим свестрани носач енергије АТП добија из енергетски богатих молекула интермедијарних складишта. Укупно, распад једног молекула глукозе резултира са укупно 32 молекула АТП.

За оне посебно заинтересоване

Ланац за дисање садржи разне протеинске комплексе који овде играју веома занимљиву улогу. Функционишу као пумпе које пумпају протоне (Х + јони) у шупљину двоструке мембране митохондрија, док троше молекуле средњег складишта, тако да тамо постоји велика концентрација протона. То узрокује градијент концентрације између интермембранског простора и митохондријске матрице. Уз помоћ овог градијента, на крају постоји молекул протеина који делује на сличан начин као тип водене турбине. 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 носилац енергије људског тела. Сва енергија која произлази из ћелијског дисања у почетку се складишти у облику АТП. Тело енергију може да користи само ако је у облику молекула АТП.

Ако се потроши енергија АТП молекула, 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 континуиране регенерације АТП из такозваног АДП-а, тако да тело може поново да га користи.

Једначина реакције

Због чињенице да су масне киселине различите дужине и да аминокиселине такође имају веома различите структуре, није могуће поставити једноставну једначину за ове две групе која би прецизно окарактерисала њихов енергетски принос у ћелијском дисању. Јер свака структурна промена може одредити у ком кораку цитратног циклуса тече аминокиселина.
Разградња масних киселина у такозваној бета оксидацији зависи од њихове дужине. Што су масне киселине дуже, то се више енергије од њих може добити. Ово варира између засићених и незасићених масних киселина, с тим што незасићене масне киселине пружају минимално мање енергије, под условом да имају исту количину.

Из већ поменутих разлога, једначина се најбоље може описати за разградњу глукозе. Молекули глукозе (Ц6Х12О6) и 6 молекула кисеоника (О2) резултирају са укупно 6 молекула угљен-диоксида (ЦО2) и 6 молекула воде (Х2О):

• Ц6Х12О6 + 6 О2 постају 6 ЦО2 + 6 Х2О

Шта је гликолиза?

Гликолиза описује разградњу глукозе, односно шећера од грожђа. Овај метаболички пут одвија се у људским ћелијама, као и у другима, нпр. У квасцу током ферментације. Место на коме ћелије врше гликолизу налази се у цитоплазми. Овде су присутни ензими који убрзавају реакције гликолизе како би се директно синтетизовао АТП и обезбедили супстрати за циклус лимунске киселине. Овај процес ствара енергију у облику два молекула АТП и два молекула НАДХ + Х +. Гликолиза, заједно са циклусом лимунске киселине и респираторним ланцем, који се налазе у митохондрију, представљају пут распадања једноставне глукозе шећера до универзалног носача енергије АТП. ​​Гликолиза се одвија у цитозолу свих животињских и биљних ћелија . Крајњи продукт гликолизе је пируват, који се затим може увести у циклус лимунске киселине посредним кораком.

Укупно се користе 2 АТП по молекулу глукозе у гликолизи како би се могле спровести реакције. Међутим, добијају се 4 АТП, тако да постоји ефективни нето добитак од 2 молекула АТП.

Гликолиза у десет реакционих корака док се шећер са 6 атома угљеника не претвори у два молекула пирувата, од којих се сваки састоји од три атома угљеника. У прва четири реакциона корака шећер се претвара у фруктоза-1,6-бисфосфат уз помоћ два фосфата и преуређивањем. Овај активирани шећер се сада дели на два молекула са по три атома угљеника. Даља преуређења и уклањање две фосфатне групе на крају резултирају са два пирувата. Ако је кисеоник (О2) сада доступан, пируват се може даље метаболизовати у ацетил-ЦоА и увести у циклус лимунске киселине. Генерално, гликолиза са два молекула АТП и два молекула НАДХ + Х + има релативно низак енергетски принос. Међутим, он поставља темеље за даље разградњу шећера и стога је од суштинског значаја за производњу АТП у ћелијском дисању.

У овом тренутку има смисла раздвојити аеробну и анаеробну гликолизу. Аеробна гликолиза доводи до горе описаног пирувата, који се затим може користити за генерисање енергије.
Насупрот томе, анаеробна гликолиза, која се одвија у условима недостатка кисеоника, пируват више не може да се користи јер циклус лимунске киселине захтева кисеоник. У контексту гликолизе, такође се ствара молекул за међусобно складиштење НАДХ, који је сам богат енергијом и који би такође текао у Кребсов циклус под аеробним условима. Међутим, матични молекул НАД + је неопходан за одржавање гликолизе. Због тога тело овде „гризе“ „киселу јабуку“ и претвара овај високоенергетски молекул у свој изворни облик. Пируват се користи за спровођење реакције. Из пирувата настаје такозвани лактат или млечна киселина.

Прочитајте више о овоме испод

• Лактат
• Анаеробни праг

Шта је респираторни ланац?

Дишни ланац је последњи део пута распадања глукозе. Након што се шећер метаболише у гликолизи и циклусу лимунске киселине, респираторни ланац има функцију регенерације редукованих еквивалената (НАДХ + Х + и ФАДХ2) који се стварају. Ово ствара универзални носач енергије АТП (аденозин трифосфат). Попут циклуса лимунске киселине, и респираторни ланац се налази у митохондријима, који се због тога називају и „електранама ћелије“. Респираторни ланац се састоји од пет ензимских комплекса који су уграђени у унутрашњу мембрану митохондрија. Прва два ензимска комплекса регенеришу НАДХ + Х + (или ФАДХ2) до 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 у сваком од следећа три ензимска комплекса. Ово ствара градијент концентрације који се користи за производњу АТП. У ту сврху протони теку из интермембранског простора кроз АТП синтазу натраг у простор матрице. Ослобођена енергија користи се за коначно стварање АТП из АДП (аденозин дифосфата) и фосфата. Други задатак респираторног ланца је пресретање електрона генерисаних оксидацијом редукционих еквивалената. То се постиже преношењем електрона у кисеоник. Окупљањем електрона, протона и кисеоника ствара се нормална вода у четвртом ензимском комплексу (цитокром ц оксидаза). Ово такође објашњава зашто се респираторни ланац може одвијати само када има довољно кисеоника.

Који су задаци митохондрија у дисању ћелија?

Митохондрији су органеле које се налазе само у еукариотским ћелијама. Такође се називају „електранама ћелије“, јер се у њима одвија дисање ћелија. Крајњи производ ћелијског дисања је АТП (аденозин трифосфат). Ово је универзални носач енергије који је потребан у целом људском организму. Компартментализација митохондрија је предуслов за дисање ћелија. То значи да у митохондриону постоје одвојени реакциони простори. То се постиже унутрашњом и спољном мембраном, тако да постоји интермембрански простор и унутрашњи матрични простор.

Током респираторног ланца, протони (јони водоника, Х +) се транспортују у интермембрански простор, тако да долази до разлике у концентрацији протона. Ови протони потичу из различитих еквивалената 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 у концентрацији, протони теку из интермембранског простора кроз АТП синтазу у простор матрице. Овај ток позитивног наелектрисања ослобађа енергију која се користи за производњу АТП из АДП (аденозин дифосфата) и фосфата. Митохондрији су посебно погодни за респираторни ланац, јер због двоструке мембране имају два реакциона простора. Поред тога, многи метаболички путеви (гликолиза, циклус лимунске киселине), који пружају почетне материјале (НАДХ + Х +, ФАДХ2) за респираторни ланац, одвијају се у митохондрију. Ова просторна близина је још једна предност и чини митохондрије идеалним местом за дисање ћелија.

Овде можете сазнати све о теми респираторног ланца

Енергетски биланс

Енергетски биланс ћелијског дисања у случају глукозе може се сумирати на следећи начин, формирајући 32 молекула АТП по глукози:

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

(Ради јасноће, АДП и фосфатни остатак Пи изостављени су из едуката)

У анаеробним условима, тј. Недостатку кисеоника, циклус лимунске киселине не може да тече и енергија се може добити само аеробном гликолизом:

Ц6Х12О6 + 2 Пи + 2 АДП постају 2 лактата + 2 АТП. + 2 Х2О. Дакле, само око 6% удела се добије по молекулу глукозе, као што би био случај са аеробном гликолизом.

Болести повезане са ћелијским дисањем

Тхе Ћелијско дисање је неопходно за преживљавање, тј. да су многе мутације у генима који кодирају протеине ћелијског дисања, нпр. ензими гликолизе, смртоносне (фаталан) су. Међутим, јављају се генетске болести ћелијског дисања. Они могу потицати из нуклеарне ДНК, као и из митохондријске ДНК. Сами митохондрији садрже свој генетски материјал, неопходан за дисање ћелија. Међутим, ове болести показују сличне симптоме, јер им је свима заједничко једно: интервенишу у ћелијском дисању и ометају га.

Ћелијске респираторне болести често показују сличне клиничке симптоме. Овде је посебно важно Поремећаји ткива, којима је потребно много енергије. То нарочито укључује ћелије нерва, мишића, срца, бубрега и јетре. Симптоми као што су слабост мишића или знаци оштећења мозга често се јављају чак и у младости, ако не и у време рођења. Такође говори изражено Млечна ацидоза (Прекомерно закисељавање тела лактатом, који се акумулира јер се пируват не може довољно разградити у циклусу лимунске киселине). Унутрашњи органи такође могу неисправно радити.

Дијагнозу и терапију болести ћелијског дисања треба да преузму специјалисти, јер клиничка слика може да се покаже врло разноврсном и различитом. Од данас је још увек без узрочне и куративне терапије даје. Болести се могу лечити само симптоматски.

Будући да се митохондријска ДНК преноси са мајке на децу на врло компликован начин, жене које пате од болести ћелијског дисања треба да контактирају специјалисте ако желе да имају децу, јер само оне могу проценити вероватноћу наслеђивања.