Hô hấp của tế bào

Hô hấp của tế bào, còn được gọi là 'oxy hóa chuyển hóa', là một trong những cách quan trọng là một lợi ích năng lượng tế bào. Đây là tập hợp các phản ứng trao đổi chất và các quá trình diễn ra trong các tế bào sinh vật 'để chuyển đổi năng lượng sinh hóa từ các chất dinh dưỡng thành adenosine triphosphate (ATP), và sau đó tạo ra sản phẩm . Các phản ứng liên quan đến hô hấp là phản ứng catabolic có liên quan đến các quá trình oxy hóa của một phân tử và biến đổi các chất khác. Các giai đoạn của quá trình hô hấp1. các Aerobic hô hấp   Aerobic hô hấp (mũi tên màu đỏ) có nghĩa là chính mà cả hai loài thực vật và động vật sử dụng năng lượng ở dạng hợp chất hữu cơ đã được tạo ra trước đó thông qua quang hợp (green arrow). 2. Glycolysis Glycolysis là một chuỗi phản ứng trao đổi chất được tìm thấy trong các tế bào chất của các tế bào trong tất cả các sinh vật sống và sinh vật kỵ khí (nghĩa là, không cần oxy). Quá trình này chuyển đổi một phân tử glucose thành hai phân tử pyruvate, và làm cho năng lượng ở dạng hai phân tử ATP tạo ra. Bốn phân tử ATP cho mỗi phân tử đường,nhưng trên thực tế , thì hai được tiêu thụ cho giai đoạn chuẩn bị. Các phosphoryl ban đầu của đường phải cần thiết cho sự mất cân bằng phân tử cho sự phân tách thành hai loại đường triose. Trong giai đoạn tách ra của glycolysis, bốn nhóm phosphate được chuyển giao cho ADP bởi chất nền-phosphoryl cấp để làm cho bốn ATP, và hai NADH được sản xuất khi đường triose làm oxi hóa. Phản ứng chung có thể được thể hiện như sau: Glucose + 2 NAD + + 2 Pi + 2 ADP → 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP + 2 H + + 2 H2O 3. Oxy hóa pyruvate Pyruvate được ôxi hóa thành acetyl-CoA và CO2 do phức hợp dehydrogenase Pyruvat, một cụm các enzyme-nhiều bản sao của mỗi ba enzym-nằm trong ty thể của các tế bào nhân chuẩn và trong tế bào chất của sinh vật nhân sơ. Trong quá trình một phân tử NADH được tạo thành bởi pyruvate bị ôxi hóa, và 3 mol ATP được hình thành cho mỗi mol của pyruvate. Bước này cũng được gọi là các phản ứng liên kết, vì nó liên kết glycolysis và chu trình Krebs. 4. Acid citric chu kỳ Đây cũng được gọi là chu kỳ Krebs hoặc chu trình axit tricarboxylic. Khi có mặt của oxy, acetyl-CoA được sản xuất từ các phân tử pyruvate tạo ra từ glycolysis. Khi acetyl-CoA được hình thành, hai quá trình có thể xảy ra, hô hấp hiếu khí hoặc kỵ khí. Khi có mặt oxy , các ty thể sẽ trải qua hô hấp hiếu khí dẫn đến các chu trình Krebs. Tuy nhiên, nếu oxy không có mặt, quá trình lên men của phân tử pyruvate sẽ xảy ra. Trong sự hiện diện của oxy, khi acetyl-CoA được sản xuất, phân tử sau đó vào chu trình axit citric (chu trình Krebs) bên trong cơ chất của ti thể, và bị ôxi hóa thành khí CO2 trong khi cùng một lúc để giảm NAD, NADH. NADH có thể được sử dụng bởi chuỗi vận chuyển điện tử để tạo ra ATP tiếp tục là một phần của phosphoryl oxy hoá. Để ôxi hóa hoàn toàn tương đương với một phân tử glucose, hai acetyl-CoA phải được chuyển hóa bởi chu trình Krebs. Hai sản phẩm H2O và CO2, được tạo ra trong suốt chu kỳ này. Chu trình acid citric là một 8-giai đoạn liên quan đến 8 enzym khác nhau. Trong suốt toàn bộ chu trình, acetyl-CoA thay đổi vào citrate, isocitrate, α-ketoglutarate, succinyl-CoA, Succinate, fumarate, malat, và cuối cùng, oxaloacetate. Việc đạt được năng lượng ròng từ một chu kỳ là 3 NADH, 1 FADH, và 1 ATP. Như vậy, tổng số sản lượng năng lượng từ một phân tử glucose toàn (2 phân tử pyruvate) là 6 NADH, 2 FADH, và 2 ATP. chu trình krebs5. Oxy hóa phosphoryl Trong sinh vật nhân chuẩn, oxy hóa phosphoryl xảy ra trong cơ chất của ti thể. Nó bao gồm các dây chuyền vận tải điện tử mà thiết lập một gradient proton(chemiosmotic tiềm năng) qua màng trong ôxi hóa bên trong của các NADH sản xuất từ chu trình Krebs. ATP là tổng hợp của các enzym ATP synthase khi gradient được sử dụng để truyền phosphoryl của ADP. Các electron cuối cùng được chuyển giao cho oxy Trong sinh vật nhân chuẩn, oxy hóa phosphoryl xảy ra trong cơ chất của ty thể . Nó bao gồm các dây chuyền vận tải điện tử mà thiết lập một gradient proton ngoại sinh, với việc bổ sung hai proton, nước được thành lập. 6. Sản lượng lý thuyếtMặc dù trên lý thuyết là thu được 36-38 ATP cho mỗi phân tử glucose trong quá trình hô hấp tế bào, nhưng trên thực tế do sự mất mát như chi phí di chuyển pyruvate (từ glycolysis), phosphat, và ADP (chất nền cho ATP tổng hợp) vào các ty thể. Tất cả đang tích cực vận chuyển như chất mang năng lượng lưu trữ trong gradient điện hóa proton. • Pyruvat tham gia vào quá trình vận chuyển, để giảm quảng đường đưa nó vào cơ chất của ti thể cho quá trình oxy hóa bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase. • Các phosphate translocase là một symporter làm động lực cho di chuyển các ion phosphat vào ty thể là động lực proton lực. • The adenine nucleotide carrier là một antiporter và trao đổi ADP và ATP trên màng trong của tế bào. Động lực là do sự ATP (-4) có tính tiêu cực nhiều hơn ADP (-3) và do đó nó tiêu hao một số thành phần điện của gradient điện hóa proton. Kết quả của những quá trình vận chuyển bằng cách sử dụng gradient điện hóa proton là 3H+ là cần thiết để làm cho 1 ATP. Rõ ràng điều này làm giảm hiệu quả lý thuyết của quá trình và tối đa chỉ thu được 28-30 [2] Trong thực tế hiệu quả có thể ,thậm chí thấp hơn do sự hao hụt proton ở màng trong của ty thể .. [3 ] Các nhân tố khác cũng có thể hao hụt gradient proton do màng trong ty thể ..Một protein được gọi là thermogenin được thấy trong một số loại tế bào và là một kênh, có thể vận chuyển proton. Khi protein này hoạt động ở bên trong màng tế bào nó ngắn mạch các khớp nối giữa các chuỗi vận chuyển điện tử và tổng hợp ATP. Năng lượng tiềm tàng từ gradient proton là không được sử dụng để tạo ra ATP nhưng tạo ra nhiệt. Điều này đặc biệt quan trọng trong thermogenesis mỡ động vật có vú của con non và động vật ngủ đông7. Lên men Nếu không có ôxy, pyruvate không phải là chuyển hóa bởi hô hấp tế bào nhưng trải qua một quá trình lên men. Pyruvate này không phải vận chuyển vào màng trong ty thể, nhưng vẫn còn trong tế bào chất, nơi nó được chuyển đổi sang các sản phẩm chất khác và ra khỏi tế bào. Điều này nhằm mục đích của oxy hóa hydro dự trữ để nó có thể thực hiện thủy phân glucoz một lần nữa và loại bỏ những pyruvate vượt quá. Sản phẩm khác nhau tùy thuộc vào cơ thể. Trong cơ xương, các sản phẩm tạo ra là acid lactic. Loại lên men được gọi là axit lactic lên men. Trong nấm men, những sản phẩm chất thải là ethanol và khí carbon dioxide. Loại này được gọi là quá trình lên men rượu hoặc lên men ethanol. Các ATP được tạo ra trong quá trình này được thực hiện bởi chất nền cấp phosphoryl, mà không cần oxy. Sự lên menHÔ HẤP KỴ KHÍHô hấp kỵ khí được sử dụng bởi một số vi sinh vật mà trong đó không oxy (hiếu khí hô hấp) và cũng không có pyruvate hoặc pyruvate phái sinh (lên men) là acceptor electron cuối cùng. Thay vào đó, một acceptor vô cơ (ví dụ: Lưu huỳnh) được sử dụng.