Процесс клеточного дыхания и его этапы

Мы все нуждаемся в энергии, чтобы нормально функционировать, и мы получаем эту энергию из продуктов, которые употребляем в пищу. Наиболее эффективным способом накопления энергии клетками, хранящейся в пище является клеточное дыхание, катаболический процесс для производства аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ — молекула с высоким содержанием энергии, используемая рабочими клетками организма. Клеточное дыхание протекает как в эукариотических, так и прокариотических клетках. Существуют три основные этапа клеточного дыхания: гликолиз, цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование.

Гликолиз

Гликолиз буквально означает «расщепление сахара». Процесс гликолиза происходит в цитоплазме клетки. Глюкоза и кислород подаются в клетки кровотоком. В результате гликолиза образуются две молекулы АТФ, две молекулы пировиноградной кислоты и две «высокоэнергетичные» молекулы НАДН. Гликолиз может происходить с кислородом или без него. В присутствии кислорода гликолиз является первой стадией аэробного клеточного дыхания. Без кислорода гликолиз позволяет клеткам производить небольшое количество АТФ. Этот процесс называется анаэробным дыханием или ферментацией. Ферментация также производит молочную кислоту, которая может накапливаться в мышечной ткани, вызывая болезненность и жжение.

Читайте также: Различия между аэробным и анаэробным дыханием

Цикл лимонной кислоты

Цикл лимонной кислоты, также известный как цикл трикарбоновой кислоты или цикл Кребса, начинается после того, как молекулы из процесса гликолиза, преобразуются в несколько другое соединение — ацетил-КоА.

Через ряд промежуточных этапов наряду с двумя молекулами АТФ образуются несколько соединений, способных хранить «высокоэнергетические» электроны. Соединения, известные как никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и флавинадениндинуклеотид (ФАД), снижаются в процессе. Эти приведенные формы переносят «высокоэнергетические» электроны на следующий этап.

Цикл лимонной кислоты происходит только тогда, когда есть кислород, но он не использует кислород напрямую. Все реакции этого цикла протекают в клеточных митохондриях.

Окислительное фосфорилирование

Электронный транспорт нуждается в непосредственном наличии кислорода. Электронно-транспортная цепь представляет собой ряд электронных носителей в мембране митохондрий эукариотических клеток. Через серию реакций электроны с высокой энергией передаются в кислород. При этом образуется градиент, и в конечном итоге путем окислительного фосфорилирования получается АТФ. Фермент АТФ-синтаза использует энергию, создаваемую электронно-транспортной цепью для фосфорилирования АДФ в АТФ.

Максимальный выход ATФ

Таким образом, прокариотические клетки могут давать 38 АТФ-молекул, тогда как эукариотические клетки дают максимум 36. В эукариотических клетках молекулы НАДН, полученные в гликолизе, проходят через митохондриальную мембрану, которая «стоит» двух молекул АТФ.