Pernafasan sel pada manusia

takrif

Pernafasan sel, juga disebut aerobik (dari bahasa Yunani kuno "aer" - udara), menerangkan pemecahan nutrien seperti glukosa atau asid lemak pada manusia menggunakan oksigen (O2) untuk menghasilkan tenaga, yang diperlukan untuk kelangsungan hidup sel. Dalam prosesnya, nutrien teroksidasi, yaitu mengeluarkan elektron, sementara oksigen berkurang, yang bermaksud bahawa ia menerima elektron. Produk akhir yang timbul dari oksigen dan nutrien adalah karbon dioksida (CO2) dan air (H2O).

Fungsi dan tugas pernafasan selular

Semua proses dalam tubuh manusia memerlukan tenaga. Latihan, fungsi otak, degupan jantung, air liur atau pembuatan rambut, dan bahkan pencernaan semuanya memerlukan tenaga untuk berfungsi.

Di samping itu, tubuh memerlukan oksigen untuk terus hidup. Pernafasan sel sangat penting di sini. Dengan bantuan oksigen dan gas ini, tubuh dapat membakar bahan-bahan yang kaya dengan tenaga dan mendapatkan tenaga yang diperlukan daripada mereka. Oksigen itu sendiri tidak memberi kita tenaga, tetapi diperlukan untuk menjalankan proses pembakaran kimia di dalam badan dan oleh itu sangat penting untuk kelangsungan hidup kita.

Badan mengetahui pelbagai jenis pembawa tenaga:

• Glukosa (gula) adalah pembawa tenaga utama dan blok bangunan asas serta produk akhir yang dipisahkan dari semua makanan berkanji
• Asid lemak dan gliserin adalah produk akhir pemecahan lemak dan juga boleh digunakan dalam pengeluaran tenaga
• Kumpulan pembawa tenaga terakhir adalah asid amino, yang tersisa sebagai produk pemecahan protein. Setelah transformasi tertentu dalam tubuh, ini juga dapat digunakan dalam pernafasan sel dan dengan itu untuk penjanaan tenaga

Baca lebih lanjut mengenai perkara ini di bawah Senaman dan pembakaran lemak

Sumber tenaga yang paling biasa digunakan oleh tubuh manusia adalah glukosa. Terdapat rantaian reaksi yang akhirnya membawa kepada produk CO2 dan H2O dengan penggunaan oksigen. Proses ini merangkumi Glikolisis, jadi Pemisahan glukosa dan pemindahan produk, Piruvat melalui langkah perantaraan Asetil-CoA di dalam Kitaran asid sitrik (Sinonim: kitaran asid sitrik atau kitaran Krebs). Produk pemecahan nutrien lain seperti asid amino atau asid lemak juga mengalir ke dalam kitaran ini. Proses di mana asid lemak "dipecah" sehingga mereka juga dapat mengalir ke dalam kitaran asid sitrik disebut Pengoksidaan beta.

Oleh itu kitaran asid sitrik adalah sejenis titik masuk di mana semua sumber tenaga dapat dimasukkan ke dalam metabolisme tenaga. Kitaran berlaku di Mitokondria sebaliknya, "loji tenaga tenaga" sel manusia.

Selama semua proses ini, sejumlah tenaga dikonsumsi dalam bentuk ATP, tetapi telah diperoleh, seperti yang terjadi, misalnya, dalam glikolisis. Di samping itu, terdapat kebanyakan kedai tenaga perantaraan lain (mis. NADH, FADH2) yang hanya memenuhi fungsinya sebagai simpanan tenaga perantaraan semasa penjanaan tenaga. Molekul penyimpanan perantaraan ini kemudian mengalir ke langkah terakhir pernafasan sel, iaitu langkah fosforilasi oksidatif, juga dikenal sebagai rantai pernafasan. Ini adalah langkah ke mana semua proses telah berjalan sejauh ini. Rantai pernafasan, yang juga berlaku di mitokondria, juga terdiri dari beberapa langkah, di mana ATP pembawa tenaga serba guna kemudiannya diperoleh dari molekul penyimpanan perantaraan yang kaya dengan tenaga. Secara keseluruhan, pemecahan satu molekul glukosa menghasilkan sejumlah 32 molekul ATP.

Bagi mereka yang sangat berminat

Rantai pernafasan mengandungi pelbagai kompleks protein yang memainkan peranan yang sangat menarik di sini. Mereka berfungsi sebagai pam yang mengepam proton (ion H +) ke dalam rongga membran ganda mitokondria sambil memakan molekul penyimpanan perantaraan, sehingga terdapat kepekatan proton yang tinggi di sana. Ini menyebabkan kecerunan konsentrasi antara ruang antara lapisan dan matriks mitokondria. Dengan bantuan kecerunan ini, akhirnya ada molekul protein yang berfungsi dengan cara yang serupa dengan jenis turbin air. Didorong oleh kecerunan proton ini, protein mensintesis molekul ATP dari ADP dan kumpulan fosfat.

Anda boleh mendapatkan lebih banyak maklumat di sini: Apakah rantai pernafasan?

ATP

The Adenosin trifosfat (ATP) adalah pembawa tenaga tubuh manusia. Semua tenaga yang timbul dari respirasi sel pada mulanya disimpan dalam bentuk ATP. Tubuh hanya dapat menggunakan tenaga jika berada dalam bentuk molekul ATP.

Sekiranya tenaga molekul ATP habis, adenosin difosfat (ADP) dibuat dari ATP, di mana kumpulan fosfat molekul dipisahkan dan tenaga dibebaskan. Pernafasan sel atau penjanaan tenaga berfungsi untuk tujuan menjana semula ATP secara berterusan dari apa yang disebut ADP sehingga tubuh dapat menggunakannya lagi.

Persamaan tindak balas

Oleh kerana fakta bahawa asid lemak mempunyai panjang yang berbeza dan bahawa asid amino juga mempunyai struktur yang sangat berbeza, tidak mustahil untuk membuat persamaan sederhana bagi kedua-dua kumpulan ini untuk mencirikan hasil tenaga mereka dengan tepat dalam pernafasan sel. Kerana setiap perubahan struktur dapat menentukan di mana langkah kitaran sitrat asid amino mengalir.
Pecahan asid lemak dalam apa yang disebut pengoksidaan beta bergantung pada panjangnya. Semakin lama asid lemak, semakin banyak tenaga dapat diperoleh daripadanya. Ini berbeza antara asid lemak tak jenuh dan tak jenuh, dengan asid lemak tak jenuh memberikan tenaga yang lebih sedikit, asalkan jumlahnya sama.

Atas sebab-sebab yang telah disebutkan, persamaan dapat dijelaskan dengan tepat untuk pemecahan glukosa. Molekul glukosa (C6H12O6) dan 6 molekul oksigen (O2) menghasilkan sejumlah 6 molekul karbon dioksida (CO2) dan 6 molekul air (H2O):

• C6H12O6 + 6 O2 menjadi 6 CO2 + 6 H2O

Apa itu glikolisis?

Glikolisis menerangkan pemecahan glukosa, iaitu gula anggur. Jalan metabolik ini berlaku pada sel manusia dan juga yang lain, misalnya ragi semasa penapaian. Tempat di mana sel melakukan glikolisis adalah di sitoplasma. Di sini terdapat enzim yang mempercepat tindak balas glikolisis untuk mensintesis ATP secara langsung dan memberikan substrat untuk kitaran asid sitrik. Proses ini menghasilkan tenaga dalam bentuk dua molekul ATP dan dua molekul NADH + H +. Glikolisis, bersama dengan kitaran asid sitrik dan rantai pernafasan, yang keduanya terletak di mitokondria, mewakili jalur pemecahan glukosa gula sederhana ke pembawa tenaga universal ATP. Glikolisis berlaku di sitosol semua sel haiwan dan tumbuhan . Produk akhir glikolisis adalah piruvat, yang kemudian dapat dimasukkan ke dalam kitaran asid sitrik melalui langkah perantaraan.

Secara keseluruhan, 2 ATP digunakan per molekul glukosa dalam glikolisis agar dapat melakukan reaksi. Walau bagaimanapun, 4 ATP diperoleh, sehingga secara efektif ada keuntungan bersih dari 2 molekul ATP.

Glikolisis sepuluh langkah tindak balas sehingga gula dengan 6 atom karbon berubah menjadi dua molekul piruvat, masing-masing terdiri daripada tiga atom karbon. Dalam empat langkah reaksi pertama, gula diubah menjadi fruktosa-1,6-bifosfat dengan bantuan dua fosfat dan penyusunan semula. Gula teraktif ini kini dibahagikan kepada dua molekul dengan masing-masing tiga atom karbon. Penyusunan semula dan penyingkiran kedua kumpulan fosfat akhirnya menghasilkan dua piruvat. Sekiranya oksigen (O2) kini tersedia, piruvat dapat dimetabolismekan lagi menjadi asetil-CoA dan dimasukkan ke dalam kitaran asid sitrik. Secara keseluruhan, glikolisis dengan dua molekul ATP dan dua molekul NADH + H + mempunyai hasil tenaga yang agak rendah. Walau bagaimanapun, ia meletakkan asas untuk pemecahan gula lebih lanjut dan oleh itu sangat penting untuk pengeluaran ATP dalam pernafasan sel.

Pada ketika ini masuk akal untuk memisahkan glikolisis aerobik dan anaerobik. Glikolisis aerobik menuju piruvat yang dijelaskan di atas, yang kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga.
Sebaliknya, glikolisis anaerob, yang berlaku dalam keadaan kekurangan oksigen, piruvat tidak lagi dapat digunakan kerana kitaran asid sitrik memerlukan oksigen. Dalam konteks glikolisis, molekul penyimpanan menengah NADH juga dibuat, yang sendiri kaya dengan tenaga dan juga akan mengalir ke kitaran Krebs dalam keadaan aerobik. Walau bagaimanapun, molekul induk NAD + diperlukan untuk mengekalkan glikolisis. Inilah sebabnya mengapa tubuh "menggigit" "epal masam" di sini dan mengubah molekul bertenaga tinggi ini kembali ke bentuk asalnya. Piruvat digunakan untuk menjalankan tindak balas. Asid laktat atau laktat yang disebut terbentuk dari piruvat.

Baca lebih lanjut mengenai perkara ini di bawah

• Laktat
• Ambang Anaerobik

Apakah rantai pernafasan?

Rantai pernafasan adalah bahagian terakhir dari jalan pemecahan glukosa. Setelah gula dimetabolisme dalam glikolisis dan kitaran asid sitrik, rantai pernafasan berfungsi untuk menjana semula setara penurunan (NADH + H + dan FADH2) yang diciptakan. Ini mewujudkan ATP pembawa tenaga sejagat (adenosin trifosfat). Seperti kitaran asid sitrik, rantai pernafasan terletak di mitokondria, yang oleh itu disebut juga sebagai "pembangkit tenaga sel". Rantai pernafasan terdiri daripada lima kompleks enzim yang tertanam dalam membran mitokondria dalam. Dua kompleks enzim pertama masing-masing menjana semula NADH + H + (atau FADH2) hingga NAD + (atau FAD). Semasa pengoksidaan NADH + H +, empat proton diangkut dari ruang matriks ke ruang intermembran. Dua proton juga dipam ke ruang antarmembran di setiap tiga kompleks enzim berikut. Ini mewujudkan kecerunan kepekatan yang digunakan untuk menghasilkan ATP. Untuk tujuan ini, proton mengalir dari ruang intermembran melalui sintase ATP kembali ke ruang matriks. Tenaga yang dilepaskan digunakan untuk akhirnya menghasilkan ATP dari ADP (adenosine diphosphate) dan fosfat. Tugas lain dari rantai pernafasan adalah memintas elektron yang dihasilkan oleh pengoksidaan setara penurunan. Ini dilakukan dengan memindahkan elektron ke oksigen. Dengan menyatukan elektron, proton dan oksigen, air normal dihasilkan di kompleks enzim keempat (sitokrom c oksidase). Ini juga menjelaskan mengapa rantai pernafasan hanya dapat berlaku apabila terdapat cukup oksigen.

Apakah tugas mitokondria dalam pernafasan sel?

Mitokondria adalah organel yang hanya terdapat pada sel eukariotik. Mereka juga disebut sebagai "pembangkit listrik sel", karena di dalamnya pernafasan sel berlaku. Produk akhir respirasi sel adalah ATP (adenosin trifosfat). Ini adalah pembawa tenaga sejagat yang diperlukan dalam seluruh organisma manusia. Pembahagian mitokondria adalah prasyarat untuk pernafasan sel. Ini bermaksud bahawa terdapat ruang reaksi yang terpisah di mitokondria. Ini dicapai oleh membran dalaman dan luaran, sehingga terdapat ruang antarmembran dan ruang matriks dalam.

Semasa rantai pernafasan, proton (ion hidrogen, H +) diangkut ke ruang antarmembran, sehingga timbul perbezaan kepekatan proton. Proton ini berasal dari pelbagai setara pengurangan, seperti NADH + H + dan FADH2, yang dengan itu dijana semula menjadi NAD + dan FAD.

ATP synthase adalah enzim terakhir dalam rantai pernafasan, di mana ATP akhirnya dihasilkan. Didorong oleh perbezaan kepekatan, proton mengalir dari ruang intermembran melalui sintase ATP ke ruang matriks. Aliran muatan positif ini membebaskan tenaga yang digunakan untuk menghasilkan ATP dari ADP (adenosine diphosphate) dan fosfat. Mitokondria sangat sesuai untuk rantai pernafasan, kerana mereka mempunyai dua ruang reaksi kerana membran ganda. Di samping itu, banyak jalan metabolik (glikolisis, kitaran asid sitrik), yang menyediakan bahan permulaan (NADH + H +, FADH2) untuk rantai pernafasan, berlaku di mitokondria. Kedekatan ruang ini adalah kelebihan lain dan menjadikan mitokondria sebagai tempat yang sesuai untuk pernafasan sel.

Di sini anda dapat mengetahui semua perkara mengenai topik rantai pernafasan

Imbangan tenaga

Keseimbangan tenaga pernafasan sel untuk glukosa dapat diringkaskan sebagai berikut, dengan pembentukan 32 molekul ATP per glukosa:

C6H12O6 + 6 O2 menjadi 6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP

(Demi kejelasan, ADP dan residu fosfat Pi telah dihilangkan dari salur)

Dalam keadaan anaerob, iaitu kekurangan oksigen, kitaran asid sitrik tidak dapat berjalan dan tenaga hanya dapat diperoleh melalui glikolisis aerobik:

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP menjadi 2 laktat + 2 ATP. + 2 H2O. Oleh itu, hanya kira-kira 6% bahagian yang diperoleh per molekul glukosa, seperti halnya glikolisis aerobik.

Penyakit yang berkaitan dengan pernafasan sel

The Pernafasan sel sangat penting untuk kelangsungan hidup, iaitu banyak mutasi pada gen yang memberi kod untuk protein pernafasan sel, contohnya enzim glikolisis, adalah mematikan (maut) adalah. Walau bagaimanapun, penyakit genetik pernafasan sel berlaku. Ini boleh berasal dari DNA nuklear dan juga dari DNA mitokondria. Mitokondria sendiri mengandungi bahan genetik mereka sendiri, yang diperlukan untuk pernafasan sel. Walau bagaimanapun, penyakit ini menunjukkan simptom yang serupa, kerana semuanya mempunyai satu kesamaan: mereka mengganggu pernafasan sel dan mengganggu.

Penyakit pernafasan selular sering menunjukkan gejala klinikal yang serupa. Ini sangat penting di sini Gangguan tisu, yang memerlukan banyak tenaga. Ini termasuk sel saraf, otot, jantung, ginjal dan hati. Gejala seperti kelemahan otot atau tanda-tanda kerosakan otak sering berlaku walaupun pada usia muda, jika tidak pada saat kelahiran. Juga bercakap dengan jelas Asidosis laktik (Pengasidan badan yang berlebihan dengan laktat, yang terkumpul kerana piruvat tidak dapat dipecah dengan cukup dalam kitaran asid sitrik). Organ dalaman juga boleh mengalami kerosakan.

Diagnosis dan terapi penyakit pernafasan sel harus diambil alih oleh pakar, kerana gambaran klinikalnya ternyata sangat pelbagai dan berbeza. Sehingga hari ini ia masih lagi tiada terapi sebab dan kuratif memberi. Penyakit ini hanya dapat diubati secara simptomatik.

Oleh kerana DNA mitokondria diturunkan dari ibu ke anak dengan cara yang sangat rumit, wanita yang menderita penyakit pernafasan sel harus menghubungi pakar jika mereka ingin mempunyai anak, kerana hanya mereka yang dapat memperkirakan kemungkinan pewarisan.