hô hấp tế bào là gì

Bách khoa toàn thư há Wikipedia

Hô hấp tế bào ở loại vật nhân thực điển hình

Hô hấp tế bào là 1 trong tập kết những phản xạ và quy trình trao thay đổi hóa học ra mắt trong những tế bào của loại vật nhằm quy đổi tích điện chất hóa học với nhập dưỡng chất trở nên adenosine triphosphate (ATP), và tiếp sau đó hóa giải những hóa học thải.[1] Các phản xạ tương quan cho tới thở là những phản xạ dị hóa, đánh tan những phân tử rộng lớn trở nên những phân tử nhỏ rộng lớn, hóa giải tích điện nhập quy trình, tự links yếu ớt "cao năng" sẽ tiến hành thay cho vì chưng links mạnh rộng lớn trong những thành phầm. Hô hấp là 1 trong trong mỗi công thức chủ yếu hùn tế bào hóa giải tích điện chất hóa học nhằm cung ứng tích điện cho những hoạt động và sinh hoạt của tế bào. Hô hấp tế bào được xem như là phản xạ oxy hóa-khử và hóa giải nhiệt độ. Phản ứng tổng thể được triển khai trải qua hàng loạt quá trình không giống nhau, đa số nhập số này là phản xạ oxy hóa-khử. Hô hấp tế bào, nếu như nói tới mặt mày chuyên môn là 1 trong phản xạ thắp cháy, tuy nhiên thực ra thì không giống như vậy. Khi thở tế bào xẩy ra nhập tế bào sinh sống, tích điện được hóa giải kể từ từ qua quýt một loạt những phản xạ, chứ không hề bùng phát nhiệt độ như phản xạ cháy thường thì.

Bạn đang xem: hô hấp tế bào là gì

Các dưỡng chất thông thường được dùng vì chưng những tế bào động vật hoang dã và thực vật mang đến thở hoàn toàn có thể kể tới như lối, amino acid và axit phệ, và hóa học lão hóa thông dụng nhất (chất nhận năng lượng điện tử) là oxy phân tử (O2). Năng lượng chất hóa học được tàng trữ nhập ATP (nhóm phosphate loại thân phụ của chính nó links yếu ớt với phần còn sót lại của phân tử và bị đánh tan một cơ hội dễ dàng và đơn giản được chấp nhận tạo hình links mạnh rộng lớn, vì thế gửi tích điện mang đến tế bào sử dụng) hoàn toàn có thể được dùng nhằm xúc tiến những quy trình yên cầu tích điện, bao hàm sinh tổ hợp, hoạt động hoặc vận gửi những phân tử qua quýt màng tế bào.

Hô hấp hiếu khí[sửa | sửa mã nguồn]

Hô hấp hiếu khí cần phải với oxy (O2) muốn tạo đi ra ATP. Mặc mặc dù carbohydrate, hóa học phệ và protein đều hoàn toàn có thể dùng thực hiện hóa học phản xạ, cách thức "ưa thích" của tế bào là tạo nên pyruvate nhập lối phân và pyruvate này sẽ chuồn nhập ty thể và để được lão hóa trọn vẹn vì chưng quy trình Krebs. Các thành phầm của quy trình này là carbon dioxide và nước, tích điện đã có được tiếp tục dùng nhằm đánh tan links nhập ADP trong những khi group phosphate loại thân phụ được thêm nữa nhằm tạo thành ATP (adenosine triphosphate), theo đuổi cách thức phosphoryl hóa nút cơ hóa học. Trong khi, thành phầm còn tồn tại NADH và FADH2

Phương trình tổng quát: C6H12O6 (r) + 6 O2 (k) → 6 CO2 (k) + 6 H2O (l) + nhiệt
ΔG = −2880 kJ từng mol C6H12O6

ΔG âm cho rằng phản xạ này hoàn toàn có thể xẩy ra một cơ hội tự động vạc.

Thế năng của NADH và FADH2 được quy đổi trở nên nhiều ATP rộng lớn trải qua một chuỗi vận gửi năng lượng điện tử với oxy là "chất nhận năng lượng điện tử cuối cùng". Hầu không còn ATP được tạo ra vì chưng thở hiếu khí được tạo nên vì chưng quy trình phosphoryl hóa lão hóa. Phương thức này hoạt động và sinh hoạt bằng phương pháp dùng tích điện hóa giải kể từ pyruvate muốn tạo đi ra một thế năng năng lượng điện hóa bằng phương pháp bơm proton qua quýt màng. Thế năng này sau này được dùng nhằm thực hiện cù ATP synthase và tạo nên ATP kể từ ADP và một group phosphate. Sách giáo khoa sinh học tập thông thường ghi chép với 38 phân tử ATP hoàn toàn có thể được tạo nên cho từng phân tử glucose lão hóa nhập quy trình thở tế bào (2 kể từ lối phân, 2 kể từ quy trình Krebs, và khoảng tầm 34 kể từ khối hệ thống vận gửi electron).[2] Tuy nhiên, sản lượng tối nhiều này sẽ không khi nào đạt được tự thất bay vì như thế màng bị nhỉ gần giống ngân sách tích điện nhằm vận gửi pyruvate và ADP nhập hóa học nền ty thể, và dự trù thời điểm hiện tại thì chỉ có tầm khoảng 29 cho tới 30 ATP bên trên từng glucose.[2]

Hô hấp hiếu khí với hiệu suất cao vội vàng 15 thứ tự đối với thở kỵ khí (tạo đi ra 2 phân tử ATP bên trên 1 phân tử glucose). Tuy nhiên, một số trong những loại vật yếm khí, ví dụ như vi loại vật sinh methane hoàn toàn có thể nối tiếp thở kỵ khí, tạo nên nhiều ATP rộng lớn bằng phương pháp dùng những phân tử vô sinh không giống (không cần oxy) thực hiện hóa học nhận năng lượng điện tử sau cùng nhập chuỗi vận gửi năng lượng điện tử. Hai quy trình này chuồn cộng đồng con phố thuở đầu của quy trình gửi hóa lối phân tuy nhiên chỉ thở hiếu khí mới mẻ nối tiếp với quy trình Krebs và phosphoryl hóa lão hóa. Các phản xạ sau lối phân ra mắt nhập ti thể trong những tế bào nhân chuẩn chỉnh, và nhập tế bào hóa học nhập tế bào nhân sơ.

Tổng quan lại thở hiếu khí[sửa | sửa mã nguồn]

1. Đường phân:

--- 2 ATP + Glucose → 2 Acid Pyruvic + 4 Hydro + 4 ATP

2. Hình trở nên Acetyl CoA:

--- 2 Acid Pyruvic + 2 CoA → 2 Acetyl CoA + 2 Carbon Dioxide + 2 Hydro

3. Chu trình Krebs:

--- 2 Acetyl CoA + 3 O2 → 6 Hydro + 4 Carbon Dioxide + 2 ATP

4. Chuỗi truyền năng lượng điện tử:

--- 12 Hydro + 3 O2 → 6 nước + 32 ATP

Phương trình tổng quát:

--- Glucose + 6 O2 → 6 Carbon Dioxide + 6 nước + 36 ATP

Đường phân[sửa | sửa mã nguồn]

Đường phân là con phố trao thay đổi hóa học ra mắt nhập bào tương ở toàn bộ những loại vật sinh sống. Con lối này hoàn toàn có thể ra mắt nhập cả ĐK hiếu khí và yếm khí. Tại người, ĐK hiếu khí tạo nên pyruvate và yếm khí tạo nên axit lactic. Trong ĐK hiếu khí, một phân tử glucose sẽ tiến hành thay đổi trở nên nhị phân tử pyruvate (axit pyruvic), và thu về tích điện bên dưới dạng nhị phân tử ATP. Trên thực tiễn, thì từng glucose hoàn toàn có thể tạo nên tứ phân tử ATP, tuy vậy, nhị phân tử được hấp phụ như là 1 trong phần của quy trình sẵn sàng. Sự phosphoryl hóa glucose thuở đầu là quan trọng nhằm hoạt hóa glucose (làm hạn chế chừng ổn định định) nhằm phân tử này hoàn toàn có thể được tách trở nên nhị phân tử pyruvate vì chưng enzyme aldolase. Trong quy trình tịch thu tích điện của lối phân, tứ group phosphate được gửi cho tới ADP theo đuổi cách thức phosphoryl hóa nút cơ hóa học muốn tạo đi ra tứ ATP, và nhị NADH được tạo nên khi pyruvate bị lão hóa. Phản ứng tổng thể hoàn toàn có thể được ghi chép như sau:

Glucose + 2 NAD+ + + 2 Pi + 2 ADP → 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O + nhiệt

Bắt đầu với glucose, 1 ATP được dùng nhằm gửi một group phosphate cho tới glucose muốn tạo đi ra glucose 6-phosphate. Glycogen cũng hoàn toàn có thể được gửi trở nên glucose 6-phosphate với việc trợ giúp của enzyme glycogen phosphorylase. Trong quy trình gửi hóa tích điện, glucose 6-phosphate được thay đổi trở nên fructose 6-phosphate. Một ATP bổ sung cập nhật được dùng nhằm phosphoryl hóa fructose 6-phosphate trở nên fructose 1,6-disphosphate nhờ enzyme phosphofructokinase. Fructose 1,6-diphosphate sau này được phân tích trở nên nhị phân tử được phosphoryl hóa với mạch khuông thân phụ carbon và nối tiếp được thay đổi trở nên pyruvate.

Xem thêm: the next stage in the development of television is

Đường phân hoàn toàn có thể được dịch theo đuổi nghĩa đen giòn là "tách đường"[3]

Khử carboxyl hóa lão hóa pyruvate[sửa | sửa mã nguồn]

Pyruvate tiếp sau bị lão hóa trở nên acetyl-CoA và CO2 vì chưng phức tạp pyruvate dehydrogenase (PDC). PDC đựng nhiều phiên bản sao của thân phụ enzyme và trực thuộc ti thể của những tế bào nhân chuẩn chỉnh và nhập bào tương của loại vật nhân sơ. Trong quy trình quy đổi pyruvate trở nên acetyl-CoA, một phân tử NADH và một phân tử CO2 cũng khá được tạo nên trở nên.

Chu trình acid citric[sửa | sửa mã nguồn]

Chu trình này cũng khá được gọi là quy trình Krebs hoặc quy trình axit tricarboxylic. Khi với oxy, pyruvate tạo nên kể từ quy trình lối phân sẽ tiến hành quy đổi trở nên acetyl-CoA. Khi acetyl-CoA được tạo hình, thở hiếu khí hoặc kỵ khí hoàn toàn có thể xẩy ra.[4] Khi với oxy, ti thể tiếp tục trải qua quýt thở hiếu khí kéo theo quy trình Krebs. Tuy nhiên, nếu như không tồn tại oxy, phân tử pyruvate sẽ theo con phố lên men. Trong tình huống với oxy, sau thời điểm acetyl-CoA được tạo nên, phân tử này tiếp tục chuồn nhập quy trình axit citric (chu trình Krebs) phía bên trong hóa học nền ty thể, và bị lão hóa trở nên CO2 trong những khi bên cạnh đó khử NAD trở nên NADH. NADH hoàn toàn có thể được dùng vì chưng chuỗi vận gửi năng lượng điện tử muốn tạo tăng ATP như một trong những phần của quy trình phosphoryl hóa lão hóa. Để lão hóa trọn vẹn một phân tử glucose, nhị acetyl-CoA cần được gửi hóa vì chưng quy trình Krebs. Hai thành phầm "thừa" tế bào, H2O và CO2, cũng khá được tạo nên nhập chu kỳ luân hồi này.

Chu trình axit citric là 1 trong quy trình bao gồm 8 bước tương quan cho tới 18 loại enzyme và co-enzyme không giống nhau.[4] Trong quy trình này, acetyl-CoA (mạch khuông có: 2 nguyên vẹn tử cacbon) + oxaloacetat (4 nguyên vẹn tử cacbon) tạo nên citrate (6 nguyên vẹn tử cacbon), được bố trí lại trở nên dạng phản xạ mang tên gọi isocitrate (6 nguyên vẹn tử cacbon). Isocitrate được thay đổi trở nên α-ketoglutarate (5 nguyên vẹn tử cacbon), succinyl-CoA, succinate, fumarate, malate và sau cùng là oxaloacetate.

Năng lượng thực tiễn nhận được từ là 1 chu kỳ luân hồi là 3 NADH, 1 FADH2 và 1 GTP; GTP tiếp sau đó hoàn toàn có thể được dùng nhằm tạo ra ATP. Như vậy, tổng sản lượng từ là 1 phân tử glucose (2 phân tử pyruvate) là 6 NADH, 2 FADH2 và 2 ATP.

Phosphoryl hóa oxy hóa[sửa | sửa mã nguồn]

Ở loại vật nhân thực, phosphoryl hóa lão hóa xẩy ra trong những mồng (cristae) của ti thể. Quá trình này bao hàm chuỗi vận gửi năng lượng điện tử hùn tạo nên một gradient proton (thế năng hóa học) thân mật nhị mặt mày màng nhập ty thể bằng phương pháp lão hóa NADH được tạo nên kể từ quy trình Krebs. ATP được tổ hợp vì chưng enzyme tổ hợp ATP khi gradient hóa thẩm được dùng nhằm điều khiển và tinh chỉnh sự phosphoryl hóa của ADP. Các electron sau cùng được gửi cho tới oxy nước ngoài sinh và, nhờ việc bổ sung cập nhật nhị proton, nước được tạo nên.

Hiệu suất tổ hợp ATP[sửa | sửa mã nguồn]

Bước coenzyme tạo nên ra ATP tạo nên ra Nguồn ATP
Pha sẵn sàng mang đến lối phân −2 Phosphoryl hóa glucose và fructose 6-phosphate dùng 2 ATP kể từ bào tương
Pha tịch thu năng lượng 4 Phosphoryl hóa nút cơ chất
2 NADH 3 hoặc 5 Phosphoryl hóa oxy hóa: Mỗi NADH tạo nên 1.5 ATP thực (khác với thông thường là 2.5), nguyên do là tích điện tiêu hao vận gửi NADH qua quýt màng ty thể
Khử carboxyl lão hóa pyuvate 2 NADH 5 Phosphoryl hóa oxy hóa
Chu trình Krebs 2 Phosphoryl hóa nút cơ chất
6 NADH 15 Phosphoryl hóa oxy hóa
2 FADH2 3 Phosphoryl hóa oxy hóa
Tổng thu 30 hoặc 32 ATP Từ quy trình lão hóa trọn vẹn của một phân tử glucose cho tới carbon dioxide và quy trình lão hóa của toàn bộ những coenzym dạng khử.

Mặc mặc dù theo đuổi lý thuyết thì từng phân tử glucose hoàn toàn có thể tạo nên 38 phân tử ATP nhập quy trình thở tế bào, tuy nhiên số lượng này thông thường thấp hơn bên trên thực tiễn tự tổn thất tích điện như ngân sách vận gửi pyruvate (từ lối phân), phosphate và ADP (chất tổ hợp ATP) nhập ty thể. Tất cả đều được vận gửi dữ thế chủ động vì chưng những hóa học đem dùng tích điện được tàng trữ nhập gradient năng lượng điện hóa proton.

  • Pyruvate được vận gửi vì chưng một hóa học đem quánh hiệu, chỉ số Km thấp hùn fake nó nhập hóa học nền ty thể nhằm lão hóa vì chưng phức tạp pyruvate dehydrogenase.
  • Chất đem phosphat (PiC) vận gửi đối cảng (hai hóa học tiếp tục vận gửi ngược hướng nhau) phosphate (H2PO4; Pi) và OH hoặc vận gửi đồng cảng (hai hóa học tiếp tục vận gửi nằm trong chiều nhau) phosphat và proton (H +) nhập màng nhập, và động lực nhằm vận gửi những ion phosphat nhập ty thể là lực đẩy proton. Hai quy trình vận gửi bên trên là hòa hợp về điện
  • ATP-ADP translocase (còn được gọi là adenine nucleotide translocase, ANT) là 1 trong hóa học đem vận gửi đối cảng và vận gửi ADP và ATP ở màng nhập ty thể. Động lực là vì ATP (−4) với năng lượng điện âm rộng lớn ADP (−3), và vì thế nó làm mất đi một số trong những bộ phận năng lượng điện của gradient năng lượng điện hóa.

Kết ngược của những quy trình vận gửi bằng phương pháp dùng gradient năng lượng điện hóa proton là cần thiết rộng lớn 3 H+ (như nhập lý thuyết) mới mẻ hoàn toàn có thể tạo nên 1 ATP. Rõ ràng điều này thực hiện hạn chế hiệu suất cao lý thuyết của toàn cỗ quy trình và tối nhiều cũng chỉ hoàn toàn có thể nhận được 28-30 phân tử ATP.[2] Trong thực tiễn, hiệu suất cao hoàn toàn có thể thậm chí là còn thấp rộng lớn vì như thế màng phía bên trong của ti thể còn "rò rỉ" một lượng nhỏ proton.[5] Các nhân tố không giống cũng hoàn toàn có thể hiệu quả nhập gradient proton thực hiện ti thể "rò rỉ" nhiều proton rộng lớn. Một protein ko kết cặp gọi là thermogenin được thể hiện nhập một số trong những loại tế bào và là 1 trong kênh hoàn toàn có thể vận gửi proton. Khi protein này hoạt động và sinh hoạt ở màng nhập ti thể, nó thực hiện ngắt mạch nối thân mật chuỗi vận gửi electron và tổ hợp ATP. Thế năng kể từ gradient proton ko được dùng muốn tạo đi ra ATP tuy nhiên tạo nên nhiệt độ. Như vậy đặc biệt quan trọng cần thiết mang đến quy trình sinh nhiệt độ ở tế bào mỡ nâu của những động vật hoang dã với vú sơ sinh hoặc ngủ tấp nập.

Theo một số trong những mối cung cấp vấn đề mới mẻ rộng lớn, hiệu suất ATP nhập thở hiếu khí ko cần là 36–38, nhưng mà chỉ có tầm khoảng 30–32 phân tử ATP / 1 phân tử glucose [6], vì:

  • Tỷ lệ ATP: NADH+H+ và ATP: FADH2 nhập quy trình phosphoryl hóa lão hóa nhịn nhường như ko cần là 3 và 2, nhưng mà đơn giản 2,5 và 1,5 ứng. Không tựa như nhập quy trình phosphoryl hóa ở tại mức cơ hóa học, quy trình lăm le lượng chất hóa học ở phía trên khó khăn thiết lập
    • ATP synthase tạo nên 1 ATP / 3 H+. Tuy nhiên, việc trao thay đổi ATP hóa học nền mang đến ADP và Pi tế bào hóa học (vận gửi đối cảng với OH hoặc đồng cảng với H+) qua quýt trung gian lận vì chưng ATP-ADP translocase và hóa học đem phosphate hấp phụ 1 H + / 1 ATP, vì thế tỷ trọng thực sự cần là một ATP: 4 H+.
    • 1 NADH + H+ hoàn toàn có thể gửi 10 H+ (4 + 2 + 4) và 1 FADH2 hoàn toàn có thể gửi 6 H+ (2 + 4) qua quýt màng nhập chuỗi chuyền năng lượng điện tử.

Vì vậy, lăm le lượng chất hóa học sau cùng là

1 NADH+H+: 10 H +: 10/4 ATP = NADH+H+: 2,5 ATP

1 FADH2: 6 H +: 6/4 ATP = 1 FADH2: 1,5 ATP

  • Tỷ lệ ATP: NADH+H+ nhập lối phân nhập quy trình phosphoryl hóa lão hóa là
  • 1,5, như với FADH2, nếu như những nguyên vẹn tử hydro (2H++ 2e) được gửi kể từ tế bào NADH+H+ kể từ tế bào hóa học nhập FAD ty thể vì chưng con cái thoi glycerol phosphate nằm ở vị trí màng nhập ty thể.
  • 2,5 nếu như con cái thoi malate-aspartate gửi những nguyên vẹn tử hydro kể từ NADH+H+ tế bào hóa học cho tới NAD+ của ty thể

Vì vậy, sau cùng tất cả chúng ta với, từng phân tử glucose:

Phosphoryl hóa nút cơ chất: 2 ATP kể từ lối phân + 2 ATP (trực tiếp kể từ GTP) kể từ quy trình Krebs

Oxy hóa phosphoryl

2 NADH+H+ kể từ lối phân: 2 × 1.5 ATP (nếu người sử dụng con cái thoi glycerol phosphate) hoặc 2 × 2.5 ATP (con thoi malate-aspartate)

2 NADH+H+ kể từ quy trình decarboxyl hóa lão hóa của pyruvate và 6 kể từ chu kỳ luân hồi Krebs: 8 × 2.5 ATP

Xem thêm: sách hóa 10 chân trời sáng tạo

2 FADH2 kể từ chu kỳ luân hồi Krebs: 2 × 1,5 ATP

Tổng nằm trong toàn bộ mang đến 4 + 3 (hoặc 5) + trăng tròn + 3 = 30 (hoặc 32) ATP bên trên từng phân tử glucose

Tổng lượng ATP nhập quy trình lên men ethanol hoặc lên men lactic đơn giản 2 phân tử tới từ quy trình lối phân, vì như thế pyruvate ko được gửi nhập ty thể nhằm lão hóa trở nên carbon dioxide (CO2), nhưng mà bị khử trở nên ethanol hoặc axit lactic nhập tế bào hóa học.[6]

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Bailey, Regina. “Cellular Respiration”. Lưu trữ phiên bản gốc ngày 5 mon 5 thời điểm năm 2012.
  2. ^ a b c Rich, P.. R. (2003). "The molecular machinery of Keilin's respiratory chain". Biochemical Society Transactions. 31 (Pt 6): 1095–1105. doi:10.1042/BST0311095. PMID 14641005.
  3. ^ Reece1 Urry2 Cain3 Wasserman4 Minorsky5 Jackson6, Jane1 Lisa2 Michael3 Steven4 Peter5 Robert6 (2010). Campbell Biology Ninth Edition. Pearson Education, Inc. tr. 168.
  4. ^ a b "Cellular Respiration" (PDF). Lưu trữ (PDF) nguyên vẹn phiên bản nhập 10-5- 2017.
  5. ^ Porter, R.; Brand, M. (1 mon 9 1995). "Mitochondrial proton conductance and H+/O ratio are independent of electron transport rate in isolated hepatocytes". The Biochemical Journal (Free full text). 310 (Pt 2): 379–382. doi:10.1042/bj3100379. ISSN 0264-6021. PMC 1135905. PMID 7654171.
  6. ^ a b Stryer, Lubert (1995). Biochemistry (fourth ed.). Thành Phố New York – Basingstoke: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0716720096.