Ćelijsko disanje

Cellular respiration

Ćelija je osnovna jedinica građe i funkcije svih živih bića. Da bi obavljale određenu funkciju ćelijama je neophodna energija. Energiju dobijaju razlaganjem organskih materija (ugljeni hidrati, lipidi, proteini). Glukoza se razlaže u procesu koji se zove:

Ljudi i životinje (heterotrofi) energiju dobijaju razgradnjom organskih materija koje su u organizam uneli hranom.

Ursus americanusAmerički crni medvedomnivor (svaštojed)

Biljke su autotrofni organizmi, one same sebi stvaraju hranu fotosintezom.

Abies alba, jelka

H2O

CO2

FOTOSINTEZA

O2

GLUKOZAGLUKOZA FRUKTOZA C6H12O6 C6H12O6

+

SAHAROZA

CELULOZA I SKROB

Rezervne materije u biljkama su: ugljeni hidrati, lipidi, proteini.Rezervne materije se skladište u metamorfoziranim korenovima i stablima, plodovima i semenima.

SKROB

Kikiriki ima dosta lipida i proteina.

lipidi

Krtola krompira je primer metamorfoziranog podzemnog stabla.

Biljka šargarepa imametamorfoziran koren

metamorfoziran = izmenjen

SKROB

GLUKOZA GLUKOZA GLUKOZA GLUKOZA GLUKOZA GLUKOZA

U ćelijskom disanju se razgrađuje glukoza a da bi počela razgradnja glukoze prvo mora da se u ćelijama razloži skrob.To se dešava tako što se raskidaju veze između molekula glukoze u skrobu.

ĆELIJSKO DISANJE

Skrob i celuloza su biljni polisaharidi izgrađeni od velikog broja molekula monosaharida glukoze.Skrob je rezervni polisaharid a celuloza je gradivni polisaharid- ulazi u građu ćelijskog zida biljne ćelije i zato se ne može koristiti za disanje.

Ćelijsko disanje

kompletan tekst: udžbenik, strana 198

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ENERGIJA

Jednačina disanja:

Kako se dobija energija razgradnjom ugljenih hidrata?

ENERGIJA = ATP

Glukoza se oksiduje, kiseonik se redukuje.

Prva faza razgradnje šećera - GLIKOLIZA

kod anaerobnih i aerobnih organizama. Za odvijanje glikolize nije potrebno prisustvo kiseonika.Odvija se u citoplazmi ćelija.Od jednog molekula glukoza nastaju dva molekula pirogrožđane kiseline (PGK), dva molekula ATP-a i 2NADH.

C6H12O6 2C3H4O3 + 2ATP pirogrožđana kiselina

Iz ove jednačine se vidi da u prvoj fazi razgradnje šećera ne nastaje CO2.Ugljendioksid nastaje u sledećoj fazi koja se odvija u mitohondrijama.

2NADH

Druga faza razgradnje šećera (aerobno disanje)

kod aerobnih organizama, u prisustvu kiseonika, odvija se u mitohondrijama.Mitohondrije su ćelijske organele u kojima nastaje ATP koji obezbeđuje energiju za rad ćelija.

PGK

PGK

Druga faza razgradnje šećera počinje povezivanjem pirogrožđane kiseline i koenzima A.

PGK nastala u glikolizi ulazi u mitohondriju i u unutrašnjoj membrani mitohondrije se povezuje sa koenzimom A, nastaje acetil-koenzim A. Nastaje jedan molekul CO2.

PGK + CoA acetil-CoA

CO2

NADH

NADH odlazi u respiratorni lanac koji se odvija u unutrašnjoj membrani mithondrije. Energija NADH-a će se utrošiti za sintezu ATP-a.

PGK koenzim A (CoA)

acetil - koenzim A

Krebsov ciklus

limunska kiselina

oksalsirćetna kiselina

+

2CO2 ATP

CO2

2C

PGK 3C

MITOHONDRIJA

CITOPLAZMA

Acetil-koenzim A prelazi u matriks mitohondrije gde se uključuje u Krebsov ciklus tako što se spaja sa oksalsirćetnom kiselinom, nastaje limunska kiselina, zatim se odvija niz reakcija i na kraju se regeneriše oksalsirćetna kiselina koja se spaja sa sledećim acetil-CoA....i tako u krug...cikličan proces.

Po jednom molekulu PGK u Krebsovom ciklusu nastaju:2CO2

1ATP3NADH1FADH2Kako postoje 2 molekula PGK, sve se duplira.

Krebsov ciklus

NAD+

NADH

3NADHFADH2

NAD i FAD su koenzimi

Oksidativna fosforilacijaRESPIRATORNI LANAC - TRANSPORT ELEKTRONA

kod aerobnih organizama, odvija se u unutrašnjoj membrani mitohondrija.NADH i FADH2 se oksiduju.Nastaje ATP.Nastaje 6 molekula vode.

udžbenik, strana 201

Kiseonik se spaja sa atomima vodonika i nastaje voda.

Svi znamo da bez kiseonika nema života. Ali, zašto? Šta to radi kiseonik u našim organizmima pa umiremo ako ga nema? Ako nema kiseonika, nema ko da primi elektrone na kraju respiratornog lanca i ceo proces se blokira. Prekida se sinteza ATP-a, ćelije ostaju bez energije i ”umiru”. To dovodi do smrti organizma.

U aerobnom ćelijskom disanju od jednog molekula glukoze nastaje:

ATPGlikoliza: 2 ATP + 2NADH (6ATP)

PGK - acetilCoA: 2NADH (6ATP)

Krebsov ciklus: 2 ATP + 6NADH (18ATP) + 2FADH2 (4ATP)

Respiratorni lanac: 34 ATP

Total: 38 ATP

UgljendioksidGlikolizaPGK-acetilCoA : 2CO2

Krebsov ciklus: 4CO2

VodaGlikolizaKrebsov ciklusRespiratorni lanac: 6H2O

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + ENERGIJA

1NADH = 3ATP

1FADH2 = 2ATP

Nekada od dva NADH nastala glikolizom nastanu 4 ATP pa je tada ukupan zbir na kraju 36. Za razliku od ostalih NADH koji nastaju u mitohondriji, ovi NADH molekuli moraju da prođu kroz spoljašnju membranu mitohondrije i tu mogu da se “izgube” dva molekula ATP-a.Zavisno od načina na koji su NADH molekuli ušli u mitohondriju nastaje 4 ili 6 ATP.

Electron shuttlesspan membrane

CYTOSOL 2 NADH

2 FADH2

2 NADH 6 NADH 2 FADH22 NADH

Glycolysis

Glucose2

Pyruvate

2AcetylCoA

Citricacidcycle

Oxidativephosphorylation:electron transport

andchemiosmosis

MITOCHONDRION

by substrate-levelphosphorylation

by substrate-levelphosphorylation

by oxidative phosphorylation, dependingon which shuttle transports electronsfrom NADH in cytosol

Maximum per glucose:About

36 or 38 ATP

+ 2 ATP + 2 ATP + about 32 or 34 ATP

or

Figure 9.16

Od ovog dela ovde zavisi koliki će biti totalni zbir na kraju.

adenozin P PP

Veze između fosfatnih grupa su bogate energijom koja se oslobađa kada se te veze raskinu.

+ P + E

ATP + H2O    ADP + Pi + E

ADP + H2O    AMP + Pi + E

AMP + H2O adenozin + Pi

ADENOZIN TRIFOSFAT (ATP)

tri fosfatne grupe

hidroliza ATP-a

adenin+ riboza = adenozin

PP

adenozin difosfat (ADP)

adenozin

fosforilacija

Light energy

ECOSYSTEM

CO2 + H2O

Photosynthesisin chloroplasts

Cellular respirationin mitochondria

Organicmolecules

+ O2

ATP

powers most cellular work

HeatenergyFigure 9.2

Šta se dešava kod anaerobnih organizama nakon glikolize?

Anaerobno disanje

bez prisustva kiseonika, kod anaerobnih organizama - neke bakterije i gljive (kvasac).Kod ovih organizama se nakon glikolize pirogrožđana kiselina razlaže vrenjem.Vrenjem nastaje mala količina ATP-a, samo 2 molekula.Postoje dva tipa vrenja:

mlečnokiselinsko vrenje

PGK

alkoholno vrenje

mlečna kiselina C3H6O3

CO2

etanol C2H5OH

Alkoholno vrenje ili fermentacija podrazumeva razlaganje ugljenih hidrata, monosaharida, na alkohol i ugljendioksid. Odvija se u anaerobnim uslovima. Alkoholno vrenje se koristi u proizvodnji vina, rakije i piva. U proizvodnji vina se koriste kvasci (gljive) i bakterije.Saccharomyces vini - kvasac, proizvodnja vinaSaccharomyces cerevisiae - pekarski kvasac

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Mlečno vrenje predstavlja biohemijski proces razlaganja ugljenih hidrata u kome je glavni proizvod mlečna kiselina u čijem se prisustvu vrši grušanje (koagulacija) proteina.Kiselo mleko i jogurt su proizvodi vrenja mlečnog šećera laktoze, tj. njenog prelaženja u mlečnu kiselinu.To vrše bakterije Streptococcus lactis i Bacterium bulgaricum i još neke...Dešava se i u mišićnim ćelijama u manjku kiseonika.

Glucose

CYTOSOL

Pyruvate

No O2 presentFermentation

O2 present Cellular respiration

Ethanolor

lactate

Acetyl CoA

MITOCHONDRION

Citricacidcycle

Figure 9.18

prof.Sonja Kovačević

Hans Krebs (1900 -1981)rođen u Nemačkoj, završio je medicinski fakultet, doktorirao u 25-oj godini.1933 mu je zabranjeno da se bavi medicinom (jer je bio Jevrejin) i emigrira u Englesku,dobija posao na univerzitetu.

1937 objavljuje rad u kojem je objasnio šta se dešava razlaganjem glukoze, tačnije, šta se dešava nakon nastanka acetil koenzima A.Ciklus limunske kiseline (ciklus trikarbonskih kiselina) je po njemu nazvan Krebsov ciklus.Za svoj rad dobio je Nobelovu nagradu 1953g.