Šūnu elpošana
Šūnu elpošana ir šūnu darbība, kuras laikā tiek sadalīti cukuri, lai iegūtu enerģiju, ko tās var izmantot. Šūnu elpošana uzņem pārtiku un izmanto to, lai radītu ATP - ķīmisku vielu, ko šūna izmanto enerģijai.
Parasti šajā procesā tiek izmantots skābeklis, un to sauc par aerobo elpošanu. Tai ir četri posmi, kas pazīstami kā glikolīze, Linka reakcija, Krebsa cikls un elektronu transporta ķēde. Šādā procesā rodas ATP, kas nodrošina šūnām nepieciešamo enerģiju, lai veiktu darbu.
Ja šūnās trūkst skābekļa, tās izmanto anaerobo elpošanu, kurai skābeklis nav nepieciešams. Tomēr šajā procesā rodas pienskābe, un tas nav tik efektīvs kā skābekļa izmantošanas gadījumā.
Aerobās elpošanas procesā, kurā tiek izmantots skābeklis, tiek saražots daudz vairāk enerģijas un nerodas pienskābe. Tā rezultātā rodas arī oglekļa dioksīds kā atkritumprodukts, kas nonāk asinsrites sistēmā. Oglekļa dioksīds tiek nogādāts plaušās, kur tas tiek apmainīts pret skābekli.
Aerobās šūnu elpošanas vienkāršotā formula ir šāda:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + enerģija (kā ATP)
Tam ir šāds vārdu vienādojums:
Glikoze (cukurs) + skābeklis → oglekļa dioksīds + ūdens + enerģija (kā ATP)
Aerobā šūnu elpošana notiek četros posmos. Katrs no tiem ir svarīgs, un tas nevarētu notikt bez iepriekšējā posma. Aerobās šūnu elpošanas posmi ir šādi:
Glikolīze
Glikolīzes laikā glikoze citoplazmā sadalās divās piruvāta molekulās. Desmit starpposma savienojumiem šajā procesā ir nepieciešami desmit enzīmi.
- Procesu iedarbina divi ar enerģiju bagāti ATP.
- Beigās ir divas piruvāta molekulas, kā arī
- Substrāta līmenis - 7. un 10. reakcijā tiek saražotas četras ATP molekulas.
- Šūnās, kas izmanto skābekli, piruvāts tiek izmantots otrajā procesā - Krebsa ciklā, kurā rodas vairāk ATP molekulu.
Cikla produktivitāte
Bioloģijas mācību grāmatās bieži norādīts, ka šūnu elpošanas laikā no vienas oksidētas glikozes molekulas var iegūt 38 ATP molekulas (divas glikolīzē, divas Krebsa ciklā un aptuveni 34 elektronu transporta ķēdē). Tomēr patiesībā šajā procesā rodas mazāk enerģijas (ATP), jo rodas zudumi caur caurlaidīgām membrānām. Tiek lēsts, ka uz vienu glikozi ir 29 līdz 30 ATP.
Aerobā vielmaiņa ir aptuveni (sk. teikumu iepriekš) 15 reizes efektīvāka nekā anaerobā vielmaiņa. Anaerobā vielmaiņa dod 2 mol ATP uz 1 mol glikozes. Tiem ir kopīgs sākotnējais glikolīzes ceļš, bet aerobā vielmaiņa turpinās ar Krebsa ciklu un oksidatīvo fosforilēšanu. Pēc glikolītiskās reakcijas notiek eikariotisko šūnu mitohondrijos, bet prokariotisko šūnu - citoplazmā.
Saites reakcija
Glikolīzē iegūtais piruvāts tiek aktīvi iesūknēts mitohondrijos. No piruvāta tiek atdalīta viena oglekļa dioksīda molekula un viena ūdeņraža molekula (to sauc par oksidatīvo dekarboksilēšanu), lai iegūtu acetila grupu, kas savienojas ar enzīmu CoA, veidojot acetil CoA. Tas ir būtiski Krebsa ciklam.
Krebsa cikls
Acetil CoA savienojas ar oksalacetātu, veidojot savienojumu ar sešiem oglekļa atomiem. Tas ir pirmais solis Krebsa ciklā, kas nemitīgi atkārtojas. Tā kā no katras glikozes molekulas rodas divas acetil-CoA molekulas, katrai glikozes molekulai ir nepieciešami divi cikli. Tāpēc divu ciklu beigās rodas šādi produkti: divi ATP, seši NADH, divi FADH un četri CO2. ATP ir molekula, kas ķīmiskā formā pārnes enerģiju, lai to izmantotu citos šūnas procesos. Šo procesu dēvē arī par TCA ciklu (trikarboksilskābes (try-car-box-ILL-ick) cikls), citronskābes ciklu vai Krebsa ciklu bioķīmiķa, kurš noskaidroja tā reakcijas, vārdā.
Elektronu transporta ķēde (ETC)
Tieši šeit veidojas lielākā daļa ATP. Visas iepriekšējos posmos (Krebsa cikls, Linka reakcija) atdalītās ūdeņraža molekulas tiek sūknētas mitohondrijā, izmantojot atbrīvoto elektronu enerģiju. Galu galā elektroni, kas nodrošina ūdeņraža sūknēšanu mitohondrijā, sajaucas ar daļu ūdeņraža un skābekļa, veidojot ūdeni, un ūdeņraža molekulas pārstāj sūknēt.
Galu galā ūdeņradis caur olbaltumvielu kanāliem nonāk atpakaļ mitohondriju citoplazmā. Ūdeņradim plūstot, no ADP un fosfātu joniem veidojas ATP.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir šūnu elpošana?
A: Šūnu elpošana ir process, ko šūnas izmanto, lai sadalītu cukurus un iegūtu enerģiju, ko tās var izmantot. Tā uzņem pārtiku un izmanto to, lai radītu ATP - ķīmisku vielu, ko šūna izmanto enerģijai.
J: Kādi ir divi elpošanas veidi?
A: Divi elpošanas veidi ir aerobā elpošana un anaerobā elpošana. Aerobā elpošana izmanto skābekli un rada vairāk enerģijas nekā anaerobā elpošana, bet nerada pienskābi. Anaerobā elpošanā skābeklis netiek izmantots, bet tā vietā rodas pienskābe.
J: Kāda ir aerobās šūnu elpošanas formula?
A: Aerobās šūnu elpošanas formula ir šāda: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + enerģija (kā ATP). Vārda vienādojums ir šāds: glikoze (cukurs) + skābeklis → oglekļa dioksīds + ūdens + enerģija (kā ATP).
J: Cik posmu ir aerobā šūnu elpošana?
A: Aerobā šūnu elpošanā ir četri posmi - glikolīze, Linka reakcija, Krebsa cikls un elektronu transporta ķēde, no kuriem katrs ir svarīgs un nevar notikt bez iepriekšējā posma.
J: Kas notiek ar oglekļa dioksīdu, kas rodas aerobās šūnu elpošanas laikā?
A: Aerobās šūnu elpošanas laikā radušais oglekļa dioksīds nonāk asinsrites sistēmā, no kurienes tas nonāk plaušās, kur to apmaina pret skābekli.
J: Kāda veida atkritumproduktus rada anaerobā elpošana?
A: Anaerobās elpošanas laikā kā atkritumprodukts rodas pienskābe, bet aerobās elpošanas laikā kā atkritumprodukts rodas oglekļa dioksīds.
