Glikoliza i etapy oddychania tlenowego

Oddychanie tlenowe to złożony proces metaboliczny, który składa się z czterech głównych etapów. Pierwszym z nich jest glikoliza, zachodząca w cytozolu komórki. Kolejne etapy to reakcja pomostowa i cykl Krebsa, które odbywają się w matrix mitochondrialnym, oraz łańcuch oddechowy zlokalizowany w wewnętrznej błonie mitochondrium.

Definicja: Glikoliza to proces, w którym sześciowęglowa cząsteczka glukozy jest rozkładana do dwóch trójwęglowych cząsteczek pirogronianu.

Podczas glikolizy zachodzą cztery fosforylacje, a produktami końcowymi są:

• 2 cząsteczki pirogronianu
• 2 cząsteczki ATP
• 2 cząsteczki NADH+H+

Highlight: Glikoliza zachodzi bez udziału tlenu, co umożliwia jej przebieg zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych.

Organizmy można podzielić ze względu na ich zapotrzebowanie na tlen:

1. Aeroby (tlenowce) - żyją wyłącznie w środowisku tlenowym
2. Anaeroby obligatoryjne (beztlenowce bezwzględne) - żyją wyłącznie w środowisku beztlenowym
3. Anaeroby fakultatywne (beztlenowce względne) - mogą żyć zarówno w środowisku tlenowym, jak i beztlenowym

Example: Przykładem anaeroba fakultatywnego są drożdże, które w obecności tlenu oddychają tlenowo, a przy jego braku przeprowadzają fermentację alkoholową.

Oddychanie komórkowe można podsumować równaniem: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energia (32-33 ATP)

Bilans energetyczny i oddychanie beztlenowe

Zysk energetyczny oddychania tlenowego jest znacznie wyższy niż w przypadku procesów beztlenowych. Całkowity bilans ATP w oddychaniu tlenowym wynosi 32-34 cząsteczki ATP na jedną cząsteczkę glukozy.

Rozkład zysku energetycznego w poszczególnych etapach:

• Glikoliza: 2 ATP
• Reakcja pomostowa: 0 ATP
• Cykl Krebsa: 2 ATP
• Łańcuch oddechowy: 26-28 ATP

Highlight: Łańcuch oddechowy jest najbardziej wydajnym etapem oddychania tlenowego, dostarczając ponad 80% całkowitej energii.

Oddychanie beztlenowe to proces uzyskiwania energii bez udziału tlenu. Można wyróżnić dwa główne typy:

1. Oddychanie beztlenowe z udziałem łańcucha przenośników elektronów:

   • Zachodzi w błonie komórkowej
   • Polega na całkowitym utlenieniu substratu organicznego
   • Ostatecznymi akceptorami elektronów są np. azotany i siarczany

2. Fermentacja:

   • Zachodzi bez udziału łańcucha przenośników elektronów
   • Polega na niecałkowitym utlenieniu substratu organicznego
   • Ostatecznym akceptorem jest związek organiczny

Example: Przykłady fermentacji to fermentacja alkoholowa (przeprowadzana przez drożdże) i fermentacja mleczanowa (przeprowadzana przez bakterie z rodzaju Lactobacillus lub Lactococcus).

Równania fermentacji:

• Alkoholowa: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2 cząsteczki ATP
• Mleczanowa: C₆H₁₂O₆ → 2CH₃CH(OH)COOH + 2 cząsteczki ATP

Vocabulary: Pirogronian to kluczowy związek pośredni w procesach fermentacji.

Porównanie oddychania tlenowego i beztlenowego pokazuje, że procesy beztlenowe są znacznie mniej wydajne energetycznie. Podczas gdy oddychanie tlenowe dostarcza 32-34 ATP, fermentacja produkuje tylko 2 ATP na cząsteczkę glukozy.

Definition: Anaeroby fakultatywne to organizmy, które mogą przełączać się między oddychaniem tlenowym a beztlenowym w zależności od dostępności tlenu.