NộI Dung
Tất cả các sinh vật sử dụng một phân tử được gọi là glucose và một quá trình gọi là đường phân để đáp ứng một số hoặc tất cả các nhu cầu năng lượng của họ. Đối với các sinh vật prokaryote đơn bào, chẳng hạn như vi khuẩn, đây là quá trình duy nhất có sẵn để tạo ATP (adenosine triphosphate, "tiền tệ năng lượng" của tế bào).
Các sinh vật nhân thực (động vật, thực vật và nấm) có bộ máy tế bào tinh vi hơn và có thể thu được nhiều hơn từ một phân tử glucose - trên thực tế gấp 15 lần ATP. Điều này là do các tế bào này sử dụng hô hấp tế bào, trong đó toàn bộ là glycolysis cộng với hô hấp hiếu khí.
Một phản ứng liên quan đến decarboxyl hóa oxy hóa trong hô hấp tế bào gọi là phản ứng cầu phục vụ như một trung tâm xử lý giữa các phản ứng kỵ khí nghiêm ngặt của glycolysis và hai bước hô hấp hiếu khí xảy ra trong ty thể. Giai đoạn cầu này, chính thức hơn được gọi là quá trình oxy hóa pyruvate, do đó là rất cần thiết.
Tiếp cận cây cầu: Glycolysis
Trong glycolysis, một loạt mười phản ứng trong tế bào chất tế bào chuyển đổi glucose phân tử đường sáu carbon thành hai phân tử pyruvate, một hợp chất ba carbon, trong khi tạo ra tổng cộng hai phân tử ATP. Trong phần đầu tiên của glycolysis, được gọi là giai đoạn đầu tư, hai ATP thực sự cần thiết để di chuyển các phản ứng dọc theo, trong khi trong phần thứ hai, giai đoạn trở lại, điều này được bù đắp nhiều hơn bằng cách tổng hợp bốn phân tử ATP.
Giai đoạn đầu tư: Glucose có một nhóm phosphate gắn vào và sau đó được sắp xếp lại thành một phân tử fructose. Lần lượt phân tử này có một nhóm phốt phát được thêm vào, và kết quả là một phân tử fructose được phosphoryl hóa gấp đôi. Phân tử này sau đó được phân tách và trở thành hai phân tử ba carbon giống hệt nhau, mỗi phân tử có nhóm phosphate riêng.
Giai đoạn trở lại: Mỗi trong số hai phân tử ba carbon có cùng số phận: Nó có một nhóm phốt phát khác, và mỗi phân tử này được sử dụng để tạo ATP từ ADP (adenosine diphosphate) trong khi được sắp xếp lại thành một phân tử pyruvate. Pha này cũng tạo ra một phân tử NADH từ một phân tử NAD+.
Do đó, năng suất ròng là 2 ATP mỗi glucose.
Phản ứng cầu
Phản ứng cầu, còn được gọi là phản ứng chuyển tiếp, bao gồm hai bước. Đầu tiên là khử carboxyl của pyruvate, và thứ hai là gắn những gì còn lại vào một phân tử được gọi là coenzyme A.
Sự kết thúc của phân tử pyruvate là một liên kết đôi carbon với một nguyên tử oxy và liên kết đơn với một nhóm hydroxyl (-OH). Trong thực tế, nguyên tử H trong nhóm hydroxyl được tách ra khỏi nguyên tử O, do đó phần pyruvate này có thể được coi là có một nguyên tử C và hai nguyên tử O. Trong decarboxylation, điều này được loại bỏ dưới dạng CO2, hoặc là cạc-bon đi-ô-xít.
Sau đó, phần còn lại của phân tử pyruvate, được gọi là nhóm acetyl và có công thức CH3C (= O), được nối với coenzyme A tại vị trí trước đó bị nhóm carboxyl của pyruvate chiếm giữ. Trong quá trình, NAD+ được giảm xuống NADH. Trên mỗi phân tử glucose, phản ứng cầu là:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Sau cầu: Hô hấp hiếu khí
Chu trình Krebs: Vị trí chu trình Krebs nằm trong ma trận ty thể (vật liệu bên trong màng). Ở đây, acetyl CoA kết hợp với một phân tử bốn carbon gọi là oxaloacetate để tạo ra một phân tử sáu carbon, citrate. Phân tử này được phân loại trở lại thành oxaloacetate trong một loạt các bước, bắt đầu chu kỳ một lần nữa.
Kết quả là 2 ATP cùng với 8 NADH và 2 FADH2 (chất mang điện tử) cho bước tiếp theo.
Chuỗi vận chuyển điện tử: Những phản ứng này xảy ra dọc theo màng ty thể bên trong, trong đó bốn nhóm coenzyme chuyên biệt, được đặt tên là Complex I đến IV, được nhúng vào. Chúng sử dụng năng lượng trong các electron trên NADH và FADH2 để thúc đẩy quá trình tổng hợp ATP, với oxy là chất nhận điện tử cuối cùng.
Kết quả là 32 đến 34 ATP, đặt năng suất tổng thể của hô hấp tế bào ở mức 36 đến 38 ATP trên mỗi phân tử glucose.