oddychanie: tlenowe, aerobowe, fermentacja

Alternatywny zapis:

całkowitego utleniania glukozy do dwutlenku węgla i wody musi przebiegać wieloetapowo (inaczej komórka ulegnie uszkodzeniu) ALDEHYD 3- FOSFOGLICERYNOWY GLUKOZA x2 x2 1,3- BIFOSFOGLICERYNIAN FRUKTOZO- 1,6 - BIFOSFORAN 2 NAD+ i 2P 2 NADH i 2H x2 3- FOSFOGLICERYNIAN 2 ADP 2 ATP CH3 FOSFOENOLOPIROGRONIAN x2 PIROGRONIAN S 2 ADP 2 ATP XPIROGRONIAN 2 ATP 2 ADP Glikoliza C-O+H FOSFORYLACJA GLUKOZY w wyniku przeniesienia reszt fosforanowych na glukozę ulega ona aktywacji FOSFODIHY. DROKSYACETON Pirogronian odrazu po transporcie do matrix mitochondrium przechodzi przez kolejny etap oddychania tlenowego, którym jest reakcja pomostowa. Zysk reakcji pomostowej ROZKŁAD NA 2 TRÓJWĘGLOWE CUKRY, Z CZEGO JEDEN NATYCHMIAST PRZEKSZTAŁCA SIĘ W DRUGI REDUKCJA NAD+, Protony wodoru pochodzą z aldehydu UTLENIANIE I FOSFORYLACJA FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA ALDEHYDU odłączenie 2 protonów wodoru i przełączenie po jednej reszcie fosforanowej do każdego aldehydu FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA DEKARBOSKYLACJA Reakcja pomostowa Zysk glikolizy w glikolizie zostają uwolnione 4 cząsteczki ATP, jednak wcześniej 2 są wykorzystywanie w nakładzie energetycznym do fosforylacji glukozy. Dlatego też produktami tego procesu są 2 cząsteczki ATP, NADH (którego elektrony przenoszone są na łańcuch oddechowy) oraz pirogronian, który powstaje w cytozolu. x2 KOENZYMA PIROGRONIAN jednak odrazu po glikolizie ulega transportu przez błonę wewnętrzna i zewnętrzna w mitochondrium do jego matrix, gdzie jest substratem do zajścia kolejnego etapu. REDUKCJA NAD+ HS-COA NAD+ NADH+ H x2 ACETYLOKOENZYMA ACETYLO-COA CH3-C-S-CoA + CO₂ PRZYŁĄCZENIE COA Powstanie NADH i protonu wodoru, które są następnie wykorzystywane w tańcuchu oddechowym jako siła napędowa do wytwarzania cząsteczek ATP. Oprócz tego produktem jest acetylokoenzym A, którego funkcja jest przekazanie grupy acetylowej (w którego to ona wchodzi w skład) do kolejnego etapy oddychania tlenowego - cyklu Krebsa x2 oooo SZCZAWIOOCTAN FUMARAN oooo хов H₂ JABŁCZAN o-o-o-o x2 x2 wwwww wwwww x ACETYLO-COA oo-wot wot BURSZTYNIAN o-o-o-o x2 NADH + H+ NAD+ x2 FADH2 FAD 2e™ I NADH NAD+ 2e-00 0 FADH2 FAD Cykl Krebsa CYKL KWASU CYTRYNOWEGO Wyjaśnienie podczas procesów redukcji protony wodoru są odłączone od substratów MATRIX produkt z reakcji pomostowej CYTRYNIAN x20-0-0-0-0-0 +2² BURSZTYNYLO-COA ATP ADP + P O-O-OowA хов NAD+ NADH + H+ ZEWNĘTRZNA BŁONA PRZESTRZEŃ MIĘDZYBŁONOWA 2.e III 2e X IZOCYTRYNIAN oooooo x2 x200000 CA NAD+ MXx2 CO₂ x2 NADH + H+ 07 H+ ALFA-KETOGLUTARAN PARTE H+ IVARARE 4e- 4H+ O2 H2O об Co₂ x₁ x2 Lańcuch oddechowy WRAZ Z FOSFORYLACJĄ OKSYDACYJNĄ Zysk Lańcucha Jest to najbardziej wydajny etap, ponieważ to właśnie w nim wytwarzane są od 26 do 28 cząsteczek ATP Zachodzące procesy DEKARBOKSYLACJA X4 ADP + P ATP REDUKCJA NAD+ DO NADH X6 FOSFORYLACJA ADP DO ATP X2 (H+ REDUKCJA FAD DO FADH2 X2 Zysk Cyklu Krebsa Na samym początku dwie grupy acetylowe zostają przyłączane do szczawiooctanu. Jednak w późniejszym etapie zostają całkowicie utlenione do dwóch cząsteczek dwutlenku węgla - 1,2 produkt (utlenianie zachodzi w procesie pomiędzy izocytryníanem a alfa-keroglutaranem). Jednocześnie w wyniku redukcji powstają dwie cząsteczki NADH- 3,4 produkt. Następnie zachodzi fosforylacja substratowa i powstają z cząsteczki ATP-5,6 produkt. w kolejnych etapach zachodzą redukcje do FADH2 -7,8 produkt a także redukcja do NADH + H+ ŁAŃCUCH ODDECHOWY Tworzą go 4 duże KOMPLEKSY BIAŁKOWE (I, II, III i IV), które są zlokalizowane w grzebieniach mitochondrialnych, czyli że w wewnętrznej błonie mitochondrium. Funkcja I, II i III kompleksu jest transport elektronów zgodnie z potencjałem redoks. To właśnie ich energia jest wykorzystywana do AKTYWNEGO transportu protonów wodoru do przestrzeni międzybłonowej z matrix Oprócz tego I, II i IV kompleks pełnia funkcję transportu protonów wodoru, które pochodzą między innymi z wcześniejszych etapów oddychania oraz z utlenionych nukleotydów (NADH oraz FADH2) FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA w wyniku wcześniejszych procesów w przestrzeni między błonowej zostaje wytworzony GRADIENT PROTONÓW. Jest on sitą napędowa do fosforylacji ADP i powstają ATP przy pomocy enzymu SYNTAZA ATP. Nazwa fosforylacji w tańcuchu oddechowym to właśnie FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA Bilans energetyczny ETAP GLIKOLIZA Bilans i intensywność R. POMOSTOWA CYKL KREBSA Ł. ODDECHOWY OGÓŁEM WYTWORZONE 4 ATP, 2 NADH 2 NADH 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2 26-28 ATP 32-34 ATP ZUŻYTE 2 ATP 2 ATP OGÓLNY ZYSK 4 ATP, 2 NADH 2 NADH 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2 26-28 ATP 30-32 ATP Od tego jakie zapotrzebowanie energetyczne potrzebuje komórka taka będzie intensywność procesu oddychania, a więc jej rodzaj zależy od: - RODZAJU ORGANIZMU - TYPU TKANKI Wpływ czynników na intensywność oddychania Intensywność procesu oddychania można ocenić na podstawie ilości wytworzonego DWUTLENKU WĘGLA lub TLENK Oprócz czynników, będących substratamí do procesu oddychania jest konieczna odpowiednia ilość czynników wpływających na aktywność enzymów (reakcja ta wymaga ich obecności) Zastosowania czynników: - przetrzymywanie warzyw i owoców w specjalnych przechowywaniach przez co następuje ograniczenie utraty ich związków organicznych utlenienie 1 cząsteczki glukozy powoduje, że az 40% uwolnionej z niej energii zostanie zmagazynowana w ATP a reszta zostaje rozproszona w postaci ciepła * utlenienie 1 cząsteczki NADH daje 2,5 cząsteczki ATP * utlenienie 1 cząsteczki FADH2 daje 1,5 cząsteczki ATP - odpowiednie wysuszenie nasion roślin co powoduje zachamowanie procesów metabolicznych i rozwoju, ale nie pozbawia zdolności kiełkowania temperatura Enzymy najlepiej przeprowadzają reakcje w temperaturze od 35 do 38 stopni Celsjusza, a powyżej 40 stopni zaczyna ona słabnąć (enzymy ulegają denaturacji) stężenie 602 i 02 Im większa ilość w środowisku CO2, który jest substratem do oddychania tym intensywność będzie większa, a im więcej 02 tym reakcja ta będzie słabsza (ponieważ w wdechu szybciej dostarczymy odpowiednia ilość tlenu) zawartość wody zwiększenie uwodnienia komórek zwiększa intensywność oddychania, ponieważ w wyniku jej rozkładu powstaje więcej protonów wodorowych, które zwiększają gradient protonowy i umożliwiają enzymów syntaza ATP wytworzenie ATP GLEBA (H+) 2e ZEWNĘTRZNA BŁONA MINNA PRZESTRZEŃ MIĘDZYBŁONOWA Q H. Oddychanie beztlenowe CAŁKOWITE UTLENIANIE SUBSTRATU ORGANICZNEGO TRART NADH NAD+ FADH2 FAD GLUKOZA || 2e- CYTOZOL tlen nie bierze udziału - nie ma lańcucha elektronów (nie powstaje gradient protonowy) 000000 GLUKOZA 2e7 2e- 2NAD+ 2NADH HNO3-NO2--> N2) 2NAD+ 2NADH K NO3- H+ ADP + P ATP Różnica pomiędzy oddychaniem tlenowym i beztlenowym: W oddychaniu tlenowym ostatním akceptorem elektronów przepływający przez łańcuch protonów i elektronów jest tlen tworząc tym samym cząsteczkę wody. Natomiast w oddychaniu beztlenowym ostatním akceptorem są inne substancje: zazwyczaj AZOTANY lub SIARCZANY 2ADP 2ATP 4H+ O2 H2O uwaga: w procesie oddychanie beztlenowego nie powstaje woda, ponieważ tlen nie jest substratem tego procesu (H+) PIROGRONIAN 2ADP 2ATP x2 x2 N2 H+ Fermentacja PROCES, KTÓREGO CELEM JEST UZYSKANIE ENERGII CHEMICZNEJ Z NIECAŁKOWITEGO UTLENIENIA SUBSTRATU ORGANICZNEGO PIROGRONIAN 2CO2 organizmy tkankowe (korzenie roślin bagiennych lub nasiona roślin okryte twardą tupką H+ H. x2 2 NADH 2NAD+ ETANAL x2 -zachodzi w ŚRODOWISKU BEZTLENOWYM - przeprowadzają je tylko niektóre bakterie na przykład bakterie denitryfikacyjne w glebie, których proces został przedstawiony na rysunku F. Alkoholowa F.Mecznowa - drożdże SACCHAROMYCES - bakterie SARCINA MLECZAN Przebieg Przebieg oddychania beztlenowego u bakterii denitryfikacyjnych: 1) Przez niektóre przenośniki białkowe znajdujące się w tańcuchu transportu przechodzą aktywnie (energia pochodzi z wybijanych elektronów) protony wodoru w celu wytworzenia gradientu chemicznego 2) w wyniku utlenienia glukozy powstaje NADH, który ulega utlenieniu, a elektrony z niego zostają przekazane na JON NIEORGANICZNY- w tym przypadku NO3- (ostatní akceptor elektronów) 3) Następnie w przestrzeni międzybłonowej jon ulega procesowi DENITRYFIKACJI, czyli stopniowej redukcji do N2 i transportu go do gleby 4) Powstały gradient protonowy aktywuje anzym syntaza ATP, przez który zgodnie z gradientem stężeń, (transport bierny), przechodzą protony wodoru i powstaje cząsteczka ATP 2 NADH 2NAD+ -bakterie LACTOBACILLUS lub LACTOCOCUus -grzyby erytrocyty ssaków (brak mitochondrium) -mięśnie poprzecznie prążkowane szkieletowe (podczas niedoboru tlenu i intensywnych skurczy) ETANOL F. ALKOHOLOWA - ODNOWIENIE PULI NAD+ POTRZEBNEJ DO KONTYNUACJI GLIKOLIZY - DEKARBOKSYLACJA PIROGRONIANU UTLENIENIE GLUKOZY REDUKCJA ETANALU F. MLECZANOWA - ODNOWIENIE PULI NAD+ POTRZEBNEJ DO KONTYNUACJI GLIKOLIZY - PIROGRONIAN JEST REDUKOWANY DO MLECZANU BEZPOŚREDNIO PRZEZ NADH BEZ DEKARBOKSYLACJI UTLENIENIE GLUKOZY OGÓRKI KISZONE SERY PLEŚNIOWE PIWA, WINA CIASTA JOGURTY