buněčné dýchání - Gymnázium a SOŠPg Čáslav

buněčné dýchání - Gymnázium a SOŠPg Čáslav

Gymnázium a Střední odborná škola pedagogická, Čáslav, Masarykova 248
Moderní biologie
reg. č.: CZ.1.07/1.1.32/02.0048
TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
Učební text OB05
BUNĚČNÉ DÝCHÁNÍ
Učební text pro čtyřletá gymnázia a vyšší ročníky
osmiletých gymnázií
Zhotovil: Mgr. Tomáš Hasík
G a SOŠPg Čáslav
Aerobní respirace = dýchání s aplikací
dýchacího řetězce za účasti molekulárního
kyslíku
Základní, na sebe navazující etapy:
1) Vznik glukózy štěpením polysacharidů v cytoplasmě
2) Vznik pyruvátu anaerobní glykolýzou v cytoplasmě
3) Aerobní dekarboxylace pyruvátu v mitochondriální matrix
4) Krebsův cyklus v mitochondriální matrix
5) Dýchací řetězec na vnitřní membráně mitochondrie
Průběh jednotlivých etap:
1) V cytoplasmě buňky dochází ke štěpení složitých molekul polysacharidů, tuků či
bílkovin na jejich dílčí složky – tj. glukózu, glycerol, mastné kyseliny či AMK.
2) Jedná se o štěpení glukózy v cytoplasmě. Proces probíhá anaerobně a to i v buňkách,
které se nachází v kyslíkatém prostředí. Výsledkem štěpení jedné molekuly glukózy
jsou 2 molekuly pyruvátu (= kyseliny pyrohroznové), který vstupuje do mitochondrie.
3) Pyruvát v mitochondriální matrix prodělá odštěpení odpadního CO2 (tzv.
dekarboxylace) a 2 vodíků (tzv. dehydrogenace). Zbytek pyruvátu dá za účasti
koenzymu A (CoA) vzniknout acetylkoenzymu A (= acetyl-CoA, aktivovaná forma
kyseliny octové). Acetyl-CoA nevzniká jen z „glukózového“ pyruvátu, může vznikat i
z „glycerolového“ pyruvátu či úpravou mastných kyselin nebo aminokyselin.
4) Krebsův cyklus (= citrátový cyklus čili cyklus kyseliny citrónové) začíná reakcí
acetylkoenzymu A s kyselinou oxaloctovou (= oxalacetát) za vzniku kyseliny
citrónové. Kyselina citrónová v rámci Krebsova cyklu prodělává řadu přeměn až je
z ní opět koenzym A a kyselina oxaloctová.
Přeměny zahrnují:
- 2x dekarboxylaci – odstranění odpadního 2x CO2
- 4x dehydrogenaci – uvolní se 4x 2H, které jsou pomocí přenašečů NAD+
(=nikotinamidadenindinukleotid) a FAD (= flavinadenindinukleotid) dopraveny
v podobě 3x NADH + H+ a 1x FADH2 do dýchacího řetězce.
- dodávání H2O
5) Sledem dějů zvaném dýchací řetězec se na vnitřní membráně mitochondrie procesem
tzv. oxidativní fosforylace tvoří ATP.
K vnitřní membráně přicházejí naložené přenašeče 3x NADH + H+ a 1x FADH2.
Vyloží náklad 8x H+ a 8 e-. Elektrony jsou zachyceny na vnitřní membráně soustavou
přenašečů. Jedná se o nepohyblivé transmembránové komplexy I, III, IV, mezi nimiž
zajišťují přenos elektronů malé pohyblivé přenašeče ubichinon a cytochrom c.
Elektrony jsou jimi po membráně přeneseny (po spádu potenciálu) na molekulární
kyslík O2 za vzniku O2- (jeho uplatnění viz. dále). Při přenosu elektronů po membráně
se uvolňuje tzv. Gibbsova energie, která je využita na přečerpání protonů H+ z matrix
přes membránu do mezimembránového prostoru. Přechod protonů zajišťují opět
transmembránové komplexy. (Přechodem 2 elektronů z NAD na O2 se pravděpodobně
přečerpá 10 protonů). Protony vodíku H+ se hromadí v mezimembránovém prostoru,
kde tudíž začne převládat kladný náboj. Protony to nutí k samovolnému návratu (po
gradientu) zpět. Návrat je však možný pouze v místě speciálních průchodů, tzv.
proteinových kanálů. Ty jsou tvořeny enzymem ATP-ázou, která umí energii
uvolňovanou při zpětném toku protonů H+ využít na tvorbu ATP (ADP + P = ATP).
Energetická účinnost oxidační fosforylace (při předpokládaném přenosu dvou
elektronů přes potenciální rozdíl 1V) je kolem 75 %. Protony H+, které se vrátily do
matrix, jsou lapány číhajícími O2-, přičemž vzniká H2O. ATP je z matrix speciálními
bílkovinnými přenašeči trasportován ven, výměnou za ADP z buňky.
Anaerobní respirace = dýchání s aplikací
dýchacího řetězce bez účasti molekulárního
kyslíku
Vyskytuje se jen u některých bakterií. Průběh je obdobný jako u aerobní respirace.
Konečným akceptorem elektronů není molekulární kyslík, ale jiná anorganická látka,
jejíž součástí je kyslík (např. nitrát, fumarát, tetrationát, síran, oxid uhličitý).
Anaerobní fermentace
Způsob prodýchávání substrátu kdy probíhá pouze anaerobní glykolýza. Vyskytuje se
jak u bakterií, tak u všech říší eukaryot. Kyselina pyrohroznová (=pyruvát) bývá
jakožto výsledek anaerobní glykolýzy u různých organismů přepracována na různé
produkty (např. etanol při alkoholovém kvašení, nebo kyselina mléčná při mléčném
kvašení). K alkoholovému kvašení může docházet např. v pletivech rostlin ponořených
v bahně. Vzniklý etanol může rostlinu otrávit. K mléčnému kvašení dochází např. při
nadměrné činnosti svalstva, kdy se nedostává molekulární kyslík coby akceptor
elektronů. Fermentace má obecně značné využití v potravinářském průmyslu (výroba
alkoholu, mlékárenství).