Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Typerne af celler, der bruger glukose til energi
- Cellulær respiration lader organismer fange glukoseenergi
- Cellulær respiration starter ved at bryde glukose i to dele
- Hvilken af cellernes organeller frigiver energi, der er gemt i fødevarer?
- Citronsyrecyklus producerer enzymer til cellulær respiration
- Elektrontransportkæden fanger det meste af energien fra cellulær respiration
- ATP-molekylet opbevarer cellulær respirationsenergi i dets fosfatbindinger
Levende organismer danner en energikæde, hvor planter producerer mad, som dyr og andre organismer bruger til energi. Den vigtigste proces, der producerer mad, er fotosyntese i planter, og den vigtigste metode til konvertering af fødevarer til energi er cellulær respiration.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Det energioverførende molekyle, der bruges af celler, er ATP. Processen med cellulær respiration konverterer molekylet ADP til ATP, hvor energien er lagret. Dette foregår via den tretrins proces med glykolyse, citronsyrecyklus og elektrontransportkæden. Cellulær respiration splitter og oxiderer glukose til dannelse af ATP-molekyler.
Under fotosyntesen fanger planter lysenergi og bruger den til at fremkalde kemiske reaktioner i plantecellerne. Den lette energi lader planter kombinere kulstof fra kuldioxid i luften med brint og ilt fra vand til dannelse glucose.
Ved cellulær respiration spiser organismer som dyr mad, der indeholder glukose og nedbryder glukosen til energi, kuldioxid og vand. Kuldioxid og vand udvises fra organismen, og energien opbevares i et molekyle kaldet adenosintriphosphat eller ATP. Det energioverførende molekyle, der bruges af celler, er ATP, og det giver energien til alle andre celle- og organismeraktiviteter.
Typerne af celler, der bruger glukose til energi
Levende organismer er enten encelle prokaryoter eller eukaryoter, som kan være encellede eller flercellede. Den største forskel mellem de to er, at prokaryoter har en enkel cellestruktur uden kerne eller celleorganeller. Eukaryoter har altid en kerne og mere komplicerede celleprocesser.
Enkeltcelleorganismer af begge typer kan anvende flere metoder til at producere energi, og mange bruger også cellulær respiration. Avancerede planter og dyr er alle eukaryoter, og de bruger næsten udelukkende cellulær åndedræt. Planter bruger fotosyntesen til at fange energi fra solen, men lagrer derefter det meste af den energi i form af glukose.
Både planter og dyr bruger glukosen produceret fra fotosyntesen som en energikilde.
Cellulær respiration lader organismer fange glukoseenergi
Fotosyntesen producerer glukose, men glukosen er bare en måde at opbevare kemisk energi og kan ikke bruges direkte af celler. Den overordnede fotosynteseproces kan sammenfattes i følgende formel:
6CO2 + 12H2O + lysenergi → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Planterne bruger fotosyntesen til at konvertere lysenergi i kemisk energi, og de lagrer den kemiske energi i glukose. En anden proces er nødvendig for at gøre brug af den lagrede energi.
Cellulær respiration konverterer den kemiske energi, der er lagret i glukose, til kemisk energi, der er lagret i ATP-molekylet. ATP bruges af alle celler til at styrke deres stofskifte og deres aktiviteter. Muskelceller er blandt de typer celler, der bruger glukose til energi, men først konverterer det til ATP.
Den samlede kemiske reaktion for cellulær respiration er som følger:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP-molekyler
Cellerne nedbryder glukose ned i kuldioxid og vand, mens de producerer energi, som de opbevarer i ATP-molekyler. De bruger derefter ATP-energien til aktiviteter som muskelkontraktion. Den komplette cellulære respirationsproces har tre faser.
Cellulær respiration starter ved at bryde glukose i to dele
Glukose er et kulhydrat med seks carbonatomer. I den første fase af den cellulære respirationsproces kaldes glykolysecellen bryder glukosemolekylerne i to molekyler af pyruvat eller tre-carbon molekyler. For at få processen i gang tager energi energi, så to ATP-molekyler fra cellereserverne bruges.
Ved afslutningen af processen, når de to pyruvatmolekyler dannes, frigives og lagres energi i fire ATP-molekyler. Glykolyse bruger to ATP-molekyler og producerer fire for hvert behandlet glukosemolekyle. Nettogevinsten er to ATP-molekyler.
Hvilken af cellernes organeller frigiver energi, der er gemt i fødevarer?
Glykolyse starter i cellecytoplasma, men celle respirationsprocessen finder hovedsageligt sted i mitokondrier. De typer celler, der bruger glukose til energi inkluderer næsten hver eneste celle i den menneskelige krop med undtagelse af højt specialiserede celler, såsom blodlegemer.
Mitokondrierne er små membranbundne organeller og er cellefabrikkerne, der producerer ATP. De har en glat ydre membran og en meget foldet indre membran hvor de cellulære respirationsreaktioner finder sted.
Reaktionerne finder først sted inden i mitokondrierne for at frembringe en energigradient over den indre membran. Efterfølgende reaktioner, der involverer membranen, producerer den energi, der bruges til at skabe ATP-molekyler.
Citronsyrecyklus producerer enzymer til cellulær respiration
Pyruvatet produceret ved glykolyse er ikke det endelige produkt af cellulær respiration. Et andet trin behandler de to pyruvatmolekyler til et andet mellemliggende stof kaldet acetyl CoA. Acetyl CoA indgår i citronsyrecyklus, og carbonatomer fra det originale glukosemolekyle omdannes fuldstændigt til CO2. Citronsyre-roden genanvendes og kobles til et nyt acetyl CoA-molekyle for at gentage processen.
Oxidationen af carbonatomer producerer yderligere to ATP-molekyler og omdanner enzymerne NAD+ og FAD til NADH og FADH2. De konverterede enzymer anvendes i det tredje og sidste trin i cellulær respiration, hvor de fungerer som elektrondonorer for elektrontransportkæden.
ATP-molekylerne fanger noget af den producerede energi, men det meste af den kemiske energi forbliver i NADH-molekylerne. Citronsyrecyklusreaktionerne finder sted inde i mitokondrierne.
Elektrontransportkæden fanger det meste af energien fra cellulær respiration
Det elektrontransportkæde (ETC) består af en række forbindelser placeret på den indre membran i mitokondrierne. Den bruger elektroner fra NADH og FADH2 enzymer produceret af citronsyrecyklus for at pumpe protoner over membranen.
I en reaktionskæde elektroner med høj energi fra NADH og FADH2 sendes gennem serien af ETC-forbindelser med hvert trin, der fører til en lavere elektronenergitilstand og protoner, der pumpes over membranen.
Ved afslutningen af ETC-reaktionerne accepterer iltmolekyler elektronerne og danner vandmolekyler. Elektronenergien, der oprindeligt kommer fra opdeling og oxidation af glukosemolekylet, er omdannet til a proton energi gradient over mitokondriens indre membran.
Fordi der er en ubalance af protoner på tværs af den indre membran, oplever protonerne en kraft til at diffundere tilbage ind i mitokondrierens indre. Et enzym kaldet ATP-syntase er indlejret i membranen og skaber en åbning, så protonerne kan bevæge sig tilbage over membranen.
Når protoner passerer gennem ATP-syntaseåbningen, bruger enzymet energien fra protonerne til at skabe ATP-molekyler. Størstedelen af energien fra cellulær respiration opsamles på dette trin og opbevares i 32 ATP-molekyler.
ATP-molekylet opbevarer cellulær respirationsenergi i dets fosfatbindinger
ATP er et komplekst organisk kemikalie med en adeninbase og tre fosfatgrupper. Energi lagres i obligationerne, der indeholder phosphatgrupperne. Når en celle har brug for energi, bryder den en af bindingen i fosfatgrupperne og bruger den kemiske energi til at skabe nye bindinger i andre celle stoffer. ATP-molekylet bliver adenosindiphosphat eller ADP.
I cellulær respiration bruges den frigjorte energi til at tilføje en phosphatgruppe til ADP. Tilsætningen af fosfatgruppen opsamler energien fra glykolyse, citronsyrecyklus og den store mængde energi fra ETC. De resulterende ATP-molekyler kan bruges af organismen til aktiviteter såsom bevægelse, på udkig efter mad og reproduktion.