Soluhengitys ihmisillä

määritelmä

Soluhengitys, jota kutsutaan myös aerobiseksi (antiikin kreikkalaisesta "aer" - ilma), kuvaa ihmisten ravinteiden, kuten glukoosin tai rasvahappojen, hajoamista käyttämällä happea (O2) energian tuottamiseen, mikä on välttämätöntä solujen selviytymisen kannalta. Prosessissa ravinteet hapetetaan, ts. Ne luovuttavat elektroneja, kun taas happi vähenee, mikä tarkoittaa, että se hyväksyy elektroneja. Hapesta ja ravinteista syntyvät lopputuotteet ovat hiilidioksidi (CO2) ja vesi (H2O).

Soluhengityksen toiminta ja tehtävät

Kaikki ihmiskehon prosessit vaativat energiaa. Liikunta, aivotoiminta, sydämen sykkeily, syljen tai hiusten valmistus ja jopa ruoansulatus edellyttävät energiaa toimiakseen.

Lisäksi keho tarvitsee happea selviytyäkseen. Soluhengitys on tässä erityisen tärkeää. Tämän ja kaasuhapen avulla keho voi polttaa runsaasti energiaa sisältäviä aineita ja saada niistä tarvittavaa energiaa. Happi itsessään ei tarjoa meille mitään energiaa, mutta sitä vaaditaan kemiallisten palamisprosessien suorittamiseksi kehossa ja se on siksi välttämätöntä selviytymiselle.

Keho tuntee monia erityyppisiä energian kantajia:

• Glukoosi (sokeri) on tärkein energian kantaja ja peruselementti sekä lopputuote jaettuna kaikkiin tärkkelyspitoisiin elintarvikkeisiin
• Rasvahapot ja glyseriini ovat rasvojen hajoamisen lopputuotteita, ja niitä voidaan käyttää myös energiantuotannossa
• Viimeinen energian kantajaryhmä on aminohapot, jotka jäävät proteiinien hajoamisen tuotteeksi. Tietyn kehon muutoksen jälkeen niitä voidaan sitten käyttää myös solujen hengityksessä ja siten energian tuottamiseen

Lue lisää aiheesta Liikunta ja rasvanpoltto

Ihmiskehon yleisin energialähde on glukoosi. Reaktioketju johtaa lopulta tuotteisiin CO2 ja H2O hapen kulutuksen kanssa. Tämä prosessi sisältää Glykolyysi, joten Glukoosin jakaminen ja tuotteen siirto, Pyruvaatti - välivaiheen kautta Asetyyli-CoA että Sitruunahapposykli (Synonyymi: sitruunahapposykli tai Krebs-sykli). Muiden ravintoaineiden, kuten aminohappojen tai rasvahappojen, hajoamistuotteet virtaavat myös tähän kiertoon. Prosessi, jossa rasvahapot "hajotetaan" niin, että ne voivat myös virrata sitruunahapposykliin, kutsutaan Beetahapetus.

Sitruunahapposykli on siis eräänlainen tulopiste, jossa kaikki energialähteet voidaan syöttää energia-aineenvaihduntaan. Sykli tapahtuu Mitokondrioita sen sijaan ihmissolujen "energiavoimalat".

Kaikkien näiden prosessien aikana jonkin verran energiaa kulutetaan ATP: n muodossa, mutta se on jo saatu, kuten esimerkiksi glykolyysissä. Lisäksi on olemassa pääasiassa muita välivarastointivarastoja (esim. NADH, FADH2), jotka täyttävät tehtävänsä välituotevarastoina vain energiantuotannon aikana. Nämä välivarastomolekyylit virtaavat sitten soluhengityksen viimeiseen vaiheeseen, nimittäin oksidatiivisen fosforylaation vaiheeseen, joka tunnetaan myös nimellä hengitysketju. Tämä on askel, johon kaikki prosessit ovat toimineet tähän mennessä. Hengitysketju, joka tapahtuu myös mitokondrioissa, koostuu myös useista vaiheista, joissa monikäyttöinen energiankantaja ATP saadaan sitten energiapitoisista välivarastomolekyyleistä. Yhden glukoosimolekyylin hajoaminen johtaa yhteensä 32 ATP-molekyyliin.

Erityisen kiinnostuneille

Hengitysketju sisältää erilaisia ​​proteiinikomplekseja, joilla on tässä mielenkiintoinen rooli. Ne toimivat pumpuina, jotka pumppaavat protoneja (H + -ioneja) mitokondrioiden kaksoiskalvon onteloon kuluttaen välivarastomolekyylejä, joten siellä on suuri protonipitoisuus. Tämä aiheuttaa pitoisuusgradientin kalvojen välisen tilan ja mitokondrioiden matriisin välillä. Tämän gradientin avulla on viime kädessä proteiinimolekyyli, joka toimii samalla tavalla kuin vesiturbiinityyppi. Tämän gradientin ohjaamana protoneissa proteiini syntetisoi ATP-molekyylin ADP: stä ja fosfaattiryhmästä.

Löydät lisätietoja täältä: Mikä on hengitysketju?

ATP

Adenosiinitrifosfaatti (ATP) on ihmiskehon energian kantaja. Kaikki soluhengityksestä syntyvä energia varastoidaan aluksi ATP: n muodossa. Keho voi käyttää energiaa vain, jos se on ATP-molekyylin muodossa.

Jos ATP-molekyylin energia käytetään loppuun, ATP: stä syntyy adenosiinidifosfaatti (ADP), jolloin molekyylin fosfaattiryhmä hajoaa ja energiaa vapautuu. Soluhengitys tai energiantuotanto palvelee ATP: n jatkuvaa uudistamista niin kutsutusta ADP: stä, jotta keho voi käyttää sitä uudelleen.

Reaktioyhtälö

Johtuen siitä, että rasvahapot ovat eri pituisia ja että aminohapoilla on myös hyvin erilaiset rakenteet, ei ole mahdollista perustaa yksinkertaista yhtälöä näille kahdelle ryhmälle niiden energiansaannin tarkkaan kuvaamiseen soluhengityksessä. Koska jokainen rakennemuutos voi määrittää missä sitraattisyklin vaiheessa aminohappo virtaa.
Rasvahappojen hajoaminen ns. Beetahapetuksessa riippuu niiden pituudesta. Mitä pidempään rasvahapot, sitä enemmän energiaa niistä voidaan saada. Tämä vaihtelee tyydyttyneiden ja tyydyttymättömien rasvahappojen välillä siten, että tyydyttymättömät rasvahapot tarjoavat minimaalisesti vähemmän energiaa, kunhan niitä on sama määrä.

Jo mainituista syistä yhtälö voidaan parhaiten kuvata glukoosin hajoamiseksi. Glukoosimolekyylistä (C6H12O6) ja kuudesta happimolekyylistä (O2) saadaan yhteensä 6 hiilidioksidimolekyyliä (CO2) ja 6 vesimolekyyliä (H2O):

• C6H12O6 + 602: sta tulee 6 CO2 + 6 H20

Mikä on glykolyysi?

Glykolyysi kuvaa glukoosin eli rypäleen sokerin hajoamista. Tämä metabolinen reitti tapahtuu sekä ihmissoluissa että muissa, esimerkiksi hiivassa käymisen aikana. Paikka, jossa solut suorittavat glykolyysin, on sytoplasmassa. Tässä on läsnä entsyymejä, jotka kiihdyttävät glykolyysireaktioita sekä syntetisoimaan ATP: tä suoraan että tarjoamaan substraatteja sitruunahapposyklille. Tämä prosessi luo energiaa kahden ATP-molekyylin ja kahden NADH + H + -molekyylin muodossa. Glykolyysi yhdessä sitruunahapposyklin ja hengitysketjun kanssa, jotka molemmat sijaitsevat mitokondriossa, edustavat yksinkertaisen sokeriglukoosin hajoamisreittiä universaaliin energiankantajaan ATP.Glykolyysi tapahtuu kaikkien eläin- ja kasvisolujen sytosolissa. . Glykolyysin lopputuote on pyruvaatti, joka voidaan sitten viedä sitruunahapposykliin välivaiheen kautta.

Yhteensä 2 ATP: tä käytetään glukoosimolekyyliä kohti glykolyysissä reaktioiden suorittamiseksi. Kuitenkin saadaan 4 ATP: tä siten, että 2 ATP-molekyylin nettovoitto on käytännössä.

Glykolyysi kymmenen reaktiovaihetta, kunnes sokeri, jossa on 6 hiiliatomia, muuttuu kahdeksi pyruvaattimolekyyliksi, joista kukin koostuu kolmesta hiiliatomista. Neljässä ensimmäisessä reaktiovaiheessa sokeri muutetaan fruktoosi-1,6-bisfosfaatiksi kahden fosfaatin ja uudelleenjärjestelyn avulla. Tämä aktivoitu sokeri on nyt jaettu kahteen molekyyliin, joissa kussakin on kolme hiiliatomia. Lisäjärjestelyt ja kahden fosfaattiryhmän poisto johtavat lopulta kahteen pyruvaattiin. Jos happea (O2) on nyt saatavilla, pyruvaatti voidaan metabolisoida edelleen asetyyli-CoA: ksi ja viedä sitruunahapposykliin. Kaiken kaikkiaan glykolyysillä kahdella ATP-molekyylillä ja kahdella NADH + H + -molekyylillä on suhteellisen alhainen energiansaanto. Se kuitenkin luo perustan sokerin edelleen hajoamiselle ja on siksi välttämätön ATP: n tuotannolle solujen hengityksessä.

Tässä vaiheessa on järkevää erottaa aerobinen ja anaerobinen glykolyysi. Aerobinen glykolyysi johtaa edellä kuvattuun pyruvaattiin, jota voidaan sitten käyttää energian tuottamiseen.
Sitä vastoin anaerobinen glykolyysi, joka tapahtuu hapenpuuteolosuhteissa, pyruvaattia ei voida enää käyttää, koska sitruunahapposykli vaatii happea. Glykolyysin yhteydessä syntyy myös välivarastomolekyyli NADH, joka itsessään on runsaasti energiaa ja joka virtaisi myös Krebsin kiertoon aerobisissa olosuhteissa. Kantamolekyyli NAD + on kuitenkin välttämätön glykolyysin ylläpitämiseksi. Siksi keho "puree" täällä "hapan omenan" ja muuntaa tämän korkean energian molekyylin takaisin alkuperäiseen muotoonsa. Pyruvaattia käytetään reaktion suorittamiseen. Ns. Laktaatti tai maitohappo muodostuu pyruvaatista.

Lue lisää aiheesta

• Laktaatti
• Anaerobinen kynnys

Mikä on hengitysketju?

Hengitysketju on glukoosin hajoamisreitin viimeinen osa. Kun sokeri on metaboloitunut glykolyysissä ja sitruunahapposyklissä, hengitysketjulla on tehtävä regeneroituvien pelkistysekvivalenttien (NADH + H + ja FADH2) regenerointi. Tämä luo universaalin energiankantajan ATP: n (adenosiinitrifosfaatti). Sitruunahapposyklin tavoin myös hengitysketju sijaitsee mitokondrioissa, joita kutsutaan siksi myös "solun voimalaitoksiksi". Hengitysketju koostuu viidestä entsyymikompleksista, jotka on upotettu sisäiseen mitokondrioiden kalvoon. Kaksi ensimmäistä entsyymikompleksia regeneroivat kukin NADH + H + (tai FADH2) NAD +: ksi (tai FAD). NADH + H +: n hapettumisen aikana neljä protonia kuljetetaan matriisitilasta kalvojen väliseen tilaan. Kaksi protonia pumpataan myös kalvojen väliseen tilaan kussakin seuraavista kolmesta entsyymikompleksista. Tämä luo pitoisuusgradientin, jota käytetään ATP: n tuottamiseen. Tätä tarkoitusta varten protonit virtaavat kalvojen välisestä avaruudesta ATP-syntaasin kautta takaisin matriisitilaan. Vapautunut energia käytetään lopulta ATP: n tuottamiseen ADP: stä (adenosiinidifosfaatti) ja fosfaatista. Toinen hengitysketjun tehtävä on siepata elektronit, jotka syntyvät pelkistysekvivalenttien hapettumisesta. Tämä tapahtuu siirtämällä elektronit happeen. Yhdistämällä elektronit, protonit ja happi muodostuu normaalia vettä neljänteen entsyymikompleksiin (sytokromi c-oksidaasi). Tämä selittää myös, miksi hengitysketju voi tapahtua vain, kun happea on riittävästi.

Mitkä ovat mitokondrioiden tehtävät solujen hengityksessä?

Mitokondriot ovat organelleja, joita esiintyy vain eukaryoottisoluissa. Niitä kutsutaan myös "solun voimalaitoksiksi", koska niissä solujen hengitys tapahtuu. Soluhengityksen lopputuote on ATP (adenosiinitrifosfaatti). Tämä on universaali energian kantaja, jota tarvitaan koko ihmiskehossa. Mitokondrioiden jakaminen osiin on edellytys solujen hengitykselle. Tämä tarkoittaa, että mitokondriossa on erilliset reaktiotilat. Tämä saavutetaan sisä- ja ulkokalvolla siten, että on kalvojen välinen tila ja sisäinen matriisitila.

Hengitysketjun aikana protonit (vetyionit, H +) kulkeutuvat kalvojen väliseen tilaan, jolloin ero protonipitoisuudessa syntyy. Nämä protonit ovat peräisin erilaisista pelkistysekvivalenteista, kuten NADH + H + ja FADH2, jotka regeneroidaan siten NAD +: ksi ja FAD: ksi.

ATP-syntaasi on viimeinen entsyymi hengitysketjussa, jossa ATP lopulta tuotetaan. Pitoisuuseron ohjaamana protonit virtaavat kalvojen välisestä avaruudesta ATP-syntaasin kautta matriisitilaan. Tämä positiivisen varauksen virta vapauttaa energiaa, jota käytetään ATP: n tuottamiseen ADP: stä (adenosiinidifosfaatti) ja fosfaatista. Mitokondriot ovat erityisen sopivia hengitysketjuun, koska niillä on kaksi reaktiotilaa kaksoiskalvon takia. Lisäksi monet metaboliareitit (glykolyysi, sitruunahapposykli), jotka tarjoavat lähtöaineita (NADH + H +, FADH2) hengitysketjuun, tapahtuvat mitokondriossa. Tämä spatiaalinen läheisyys on toinen etu ja tekee mitokondrioista ihanteellisen paikan solujen hengitykselle.

Täältä löydät kaiken hengitysketjun aiheesta

Energiatase

Soluhengityksen energiatase glukoosin tapauksessa voidaan tiivistää seuraavasti muodostamalla 32 ATP-molekyyliä glukoosia kohti:

C6H12O6 + 602: sta tulee 6 CO2 + 6 H20 + 32 ATP

(Selkeyden vuoksi ADP ja fosfaattitähde Pi on jätetty pois koulusta)

Anaerobisissa olosuhteissa, ts. Hapen puutteessa, sitruunahapposykli ei voi kulkea ja energiaa voidaan saada vain aerobisen glykolyysin avulla:

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP: stä tulee 2 laktaattia + 2 ATP. + 2 H20. Joten vain noin 6% osuudesta saadaan glukoosimolekyyliä kohti, kuten aerobisen glykolyysin tapauksessa.

Soluhengitykseen liittyvät sairaudet

Soluhengitys on välttämätöntä selviytymisen kannaltats. että monet mutaatiot geeneissä, jotka koodaavat soluhengityksen proteiineja, esim. glykolyysientsyymit, ovat tappavia (kohtalokas) ovat. Soluhengityksen geneettisiä sairauksia kuitenkin esiintyy. Ne voivat olla peräisin ydin-DNA: sta sekä mitokondrioiden DNA: sta. Mitokondrit itse sisältävät oman geneettisen materiaalin, joka on välttämätön solujen hengitykselle. Näillä sairauksilla on kuitenkin samanlaisia ​​oireita, koska niillä kaikilla on yksi yhteinen asia: ne puuttuvat soluhengitykseen ja häiritsevät sitä.

Soluhengitystiesairaudet osoittavat usein samanlaisia ​​kliinisiä oireita. Se on erityisen tärkeää tässä Kudosten häiriöt, jotka tarvitsevat paljon energiaa. Näitä ovat erityisesti hermo-, lihas-, sydän-, munuais- ja maksasolut. Oireita, kuten lihasheikkoutta tai aivovaurion merkkejä, esiintyy usein jopa nuorena, ellei syntymähetkellä. Puhuu myös selkeästi Maitohappoasidoosi (Kehon liiallinen happamoituminen laktaatilla, joka kertyy, koska pyruvaattia ei voida hajottaa riittävästi sitruunahapposyklissä.) Sisäelimet voivat myös toimia väärin.

Soluhengityksen sairauksien diagnosoinnin ja hoidon tulisi olla asiantuntijoiden vastuulla, koska kliininen kuva voi osoittautua hyvin monipuoliseksi ja erilaiseksi. Tänään se on edelleen ei syy- ja hoitohoitoa antaa. Sairauksia voidaan hoitaa vain oireenmukaisesti.

Koska mitokondrioiden DNA siirtyy äidiltä lapsille hyvin monimutkaisella tavalla, soluhengityksen taudista kärsivien naisten tulisi ottaa yhteyttä asiantuntijaan, jos he haluavat saada lapsia, koska vain he voivat arvioida perinnön todennäköisyyden.