Основное содержание
Биология
Course: Биология > Модуль 9
Урок 2: Этапы клеточного дыханияЭтапы клеточного дыхания
Клеточное дыхание — это метаболический процесс, при котором расщепляется глюкоза и образуется АТФ. Клеточное дыхание делится на следующие этапы: гликолиз, окисление пирувата, цикл трикарбоновых кислот (или цикл Кребса) и окислительное фосфорилирование.
Введение
Клеточное дыхание — это один из самых отлаженных, внушительных и интереснейших метаболических путей на Земле! В то же время, он — один из самых сложных. Когда я впервые о нём услышал, мне показалось, что меня поймали и бросили в кастрюлю с органикохимическим супом, состоящим из одних букв!
К счастью, в клеточном дыхании, если хорошо разобраться, нет ничего страшного. Мы начнём с общих принципов клеточного дыхания, рассмотрим четыре основные его этапа и изучим, как они связаны друг с другом.
Этапы клеточного дыхания
В процессе клеточного дыхания глюкоза постепенно расщепляется до углекислого газа и воды. Попутно некоторое количество АТФ образуется непосредственно в реакциях расщепления глюкозы.Однако, основная часть АТФ синтезируется позже в процессе окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование обеспечивается движением электронов по электрон-транспортной цепи, которая представлена группой белков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрии.
Изначально эти электроны переходят от глюкозы и переносятся в электрон-транспортную цепь переносчиками электронов start text, Н, А, Д, end text, start superscript, plus, end superscript и start text, Ф, А, Д, end text, которые, получая электроны, превращаются в start text, Н, А, Д, H, end text, start superscript, plus, end superscript и start text, Ф, А, Д, H, end text, start subscript, 2, end subscript. Именно это и происходит на приведенной выше схеме, где указано «plus start text, Н, А, Д, H, end text» или «plus start text, Ф, А, Д, H, end text, start subscript, 2, end subscript». Молекула не создаётся с нуля, она просто преобразуется в свою электронпереносящую форму:
start text, Н, А, Д, end text, start superscript, plus, end superscript plus 2, e, start superscript, minus, end superscript plus 2, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript right arrow start text, Н, А, Д, Н, end text plus start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript
start text, Ф, А, Д, end text plus 2, e, start superscript, minus, end superscript plus 2, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript right arrow start text, Ф, А, Д, Н, end text, start subscript, 2, end subscript
Чтобы понять, как в клетках вашего тела глюкоза превращается в углекислый газ и как высвободившаяся энергия запасается в виде АТФ и start text, Н, А, Д, H, end textslashstart text, Ф, А, Д, H, end text, start subscript, 2, end subscript, давайте подробно пройдёмся по каждому этапу клеточного дыхания.
- Гликолиз. В процессе гликолиза глюкоза, 6-углеродный сахар, претерпевает серию химических превращений. В итоге она преобразуется в две 3-углеродные молекулы пирувата. Попутно образуется АТФ, а также start text, Н, А, Д, end text, start superscript, plus, end superscript превращается в start text, Н, А, Д, Н, end text.
- Окисление пирувата. Каждая молекула пирувата, образовавшаяся после гликолиза, попадает в матрикс митохондрии — внутреннее ее пространство. Там он преобразуется в 2-углеродную молекулу и связывается с коферментом А с образованием ацетил-КоА. Попутно выделяется углекислый газ и образуется start text, Н, А, Д, H, end text.
- Цикл трикарбоновых кислот. Ацетил-КоА, образовавшийся на предыдущем этапе, соединяется с 4-углеродной молекулой и проходит цикл реакций, в результате которых снова образуется та же изначальная 4-углеродная молекула. Попутно образуются молекулы АТФ, start text, Н, А, Д, H, end text и start text, Ф, А, Д, H, end text, start subscript, 2, end subscript и выделяется углекислый газ.
- Окислительное фосфорилирование. Молекулы start text, Н, А, Д, H, end text и start text, Ф, А, Д, H, end text, start subscript, 2, end subscript, образовавшиеся на других этапах, отдают электроны в электрон-транспортную цепь на внутреннюю мембрану митохондрий снова принимая свою «свободную» форму start text, Н, А, Д, end text, start superscript, plus, end superscript и start text, Ф, А, Д, end text. По мере движения электронов по цепи выделяется энергия, которая используется для переноса протонов из матрикса приводя к образованию градиента. Протоны, возвращаясь в матрикс, проходят сквозь ферментативный комплекс АТФ-синтазу, вызывая синтез АТФ. В конце электрон-транспортной цепи электроны переходят на кислород, который принимает протоны с образованием воды.
Гликолиз может протекать без участия кислорода, в этом случае он называется брожением. Остальные три стадии клеточного дыхания — окисление пирувата, цикл трикарбоновых кислот и окислительное фосфорилирование — требуют присутствия кислорода. Напрямую кислород необходим только на стадии окислительного фосфорилирования, однако остальные два этапа не могут протекать без окислительного фосфорилирования.
Каждый этап клеточного дыханиях подробно разобран в других материалах и видеороликах нашего сайта. Начните изучение либо с обзорного видео, либо сразу перейдите к соответствующим материалам по ссылкам ниже.
Хотите присоединиться к обсуждению?
Пока нет ни одной записи.