Proces buněčného dýchání

celkový proces buněčného dýchání lze přirovnat k vodě, která proudí po řece, která pohání turbínu. Zatímco stavba a údržba turbíny jsou energeticky závislé procesy, tok vody pracuje s gravitací, pokud je voda proti proudu. Podobně, i když výrobu a zachování mitochondriální enzymy, buněčné membrány, a kofaktory jsou energeticky závislé procesy, paliva, oxidace a dýchací tok elektronů jsou exotermické (to znamená, že osvobodit tepla). Elektrony proudí v buněčném dýchání přesně tak, jak proudí v jiných elektrických obvodech, směrem k akceptorům s vyšší elektronovou afinitou.

Na vnitřní mitochondriální membráně, komplexy I, III a IV (což reoxidize redukované formy NAD+, koenzym Q a cytochrom C, v tomto pořadí) využít jejich vyšší elektronové afinity k čerpání protonů přes membránu pro generování protonového gradientu. Stejně jako náklady na soustružení vodní turbína je hrazena vody tekoucí po proudu, náklady na čerpání protonů platí elektrony proudící z vyšších energetických stavů na nižší energetické státy. Viz také: Proton

návrat protonů enzymem fof1 ATP syntáza vytváří ATP oxidační fosforylací (obr. 1), zatímco návrat protonů protonovými póry (jako jsou odpojovací proteiny) vytváří teplo (obr. 3). Protože elektronová afinita následuje gradient vzor O2 > cytochromu C > koenzym Q > MÓDA > NAD+, paliva, oxidace obvykle přenáší elektrony nejprve na NAD+ a/nebo VÝSTŘELEK, a pak na koenzym Q, cytochrom C a O2, s mnoha dalšími proteiny vázané kovové klastry jako meziprodukty při komplexů I, II, III, a IV.

Obr. 3 tok elektronů dýchacím elektronovým transportním řetězcem může generovat reaktivní druhy kyslíku (ROS). Přesunem redukčních ekvivalentů z NADH na NADPH může nikotinamidová nukleotidová transhydrogenáza generovat NADPH k reaktivaci glutathionu k detoxikaci ROS. Tato činnost je proton-dependentní, takže je to přímo konkurenční s ATP a/nebo výrobu tepla, a je NADH-dependentní, takže je konkurenční s zahájení elektronového transportního řetězce v komplexu I. (Kredit: Ilustrace Carli Hansen)

Malé, postupně se zvyšuje elektronová afinita se projevuje tím, že malé kapky v elektronové volné energie podél cest elektronového řetězce. Malé rozdíly slouží k minimalizaci produkce tepla a minimalizaci produkce volných radikálů superoxidu (•O2−) a hydroxylu (•OH). Tyto reaktivní sloučeniny jsou tvořeny kolizí mezi radikální formou koenzymu Q (*Q – − a O2 (obr. 3). Poškození produkované reaktivní formy kyslíku (ROS) je zřejmé, náklady na aerobní metabolismus, a ROS v podobě peroxidu vodíku (H2O2) a fosfolipid hydroperoxides jsou řízeny glutathion reductases a glutathion peroxidases, které jsou závislé na NADPH jako redukční činidlo aktivovat oxidovaný glutathion. V podmínkách ROS tedy existuje větší poptávka po NADPH pro opravné funkce než po NADH pro oxidační fosforylaci. Kromě toho mají mitochondrie enzym nazývaný nikotinamid nukleotid transhydrogenáza (NNT), který může přenášet hydrid z NADH na NADP+ za vzniku NADPH. Protony vrátit přes NNT aby řídit tento katalytický proces způsobem, který je přímo konkurenční s výrobou ATP a tepla (Obr. 3). Viz také: volná energie; volný radikál; peroxid vodíku; Superoxid chemie

Respirační požadavky se liší podle druhu paliva, podle rovnováhu mezi katabolismus a anabolismus, ve kterém buňka je zasnoubená, a do míry, do které buňka produkuje cytosolový NADPH anaerobně prostřednictvím procesů jako pentózového cyklu (ve kterém glukózy se metabolizuje nebo přeměněna na NADPH).

Vzhledem k tomu, že proces glukózy na pyruvát oxidační je anaerobní proces, elektrony zachycené na NADH + h + na glyceraldehyd-fosfát dehydrogenázy krok může být použit v oxidativního metabolismu na základě laktátu přepravy na jiné tkáně a/nebo přenos do mitochondrií prostřednictvím jiných mechanismů, včetně malát-aspartát raketoplánu a glycerol-3-fosfát kyvadlová doprava (Obr. 4). Když pyruvát je zcela oxidován na CO2 v mitochondriích pomocí kombinované akce pyruvát dehydrogenázy a cyklus kyseliny citrónové (Krebsův cyklus), elektrony, které jsou zachyceny na NADPH, NADH a FADH2, vyžadující O2 jako akceptor elektronů na reoxidize NADH + h + a FADH2. NADPH vytvořené působením isocitrate dehydrogenázy (mitochondriální kyselina citronová enzym) se používá především k ovládání ROS, které doprovázejí aerobní reoxidace NADH a FADH2 v elektrontransportním řetězci (Obr. 5). Vidět: Citrátový cyklus,

Obr. 4 Vícenásobné kyvadlové systémy mohou přesouvat redukční ekvivalenty z cytoplazmy do mitochondrií. Glycerol-3-fosfátový raketoplán přesouvá hydrid z cytosolického NADH do koenzymu Q prostřednictvím FAD. Malate-aspartát raketoplán systém pohybuje malate, aspartát, α-ketoglutarát a glutamát přes mitochondriální vnitřní membránu pár oxidace cytosolického NADH ke snížení mitochondriální NAD+. Směr a stupeň těchto toků jsou omezeny dýchací závislé reoxidace NADH + h + do komplexu I. (Kredit: Ilustrace Carli Hansen)

Obr. 5 Celkem oxidaci glukózy se zabývá buď oxidační a nonoxidative fáze pentózového cyklu (není zobrazen) nebo glykolýza a citrátový cyklus souvisí s dýchání. (Kredit: Ilustrace Carli Hansen)

na rozdíl od oxidace glukózy, kompletní oxidaci triglyceridů (neutrálních lipidů, skládající se ze tří mastných acylových řetězců esterifikované na glycerol páteře) je téměř výhradně aerobní (Obr. 6). Glycerol oxidace na pyruvát produkuje jeden cytosolový NADH + h + anaerobně, zatímco nasycené sudé mastných kyselin, které jsou oxidovány na CO2 v mitochondriích mají všechny elektrony zachycené na NAD+ a FAD, vyžadující O2 jako konečný akceptor elektronů. Poměr uhlíků mastných kyselin k glycerolovým uhlíkům v triglyceridu poskytuje údaj o tom, jak je aerobně náročná oxidace triglyceridů. Například, v triglyceridů, které obsahuje tři 16-C mastných kyselin, jeden cytosolový NADH je generován na >140 snížené mitochondriální koenzym vytvořené v produkci a oxidaci 48 mastné kyseliny odvozené acetyl-koenzym A (Ac-CoA) molekul. Vzhledem k tomu, že cytosolickou NADH + h + může být účinně reoxidized aerobně přes malát-aspartát raketoplánu nebo glycerol-3-fosfát raketoplánu a že glycerol-odvozené pyruvát může být také oxidován v mitochondriích, kompletní oxidace typické triglyceridů může požadovat dostatečné množství kyslíku, aby reoxidize přibližně 150 mitochondriální NADH a FADH2 ekvivalenty. Viz také: Lipid; metabolismus lipidů; Triglyceridů (triacylglycerolů)

Obr. 6 celková oxidace částí triglyceridů mastných kyselin závisí na β-oxidačních enzymech, cyklu kyseliny citronové a respiračním elektronovém transportním řetězci. (Úvěra: Ilustrace Carli Hansen)

To by mělo být také poukázal na to, že aminokyseliny oxidace je meziprodukt v jeho požadavku O2 mezi glykolýzy a mitochondriální mastných kyselin oxidace, protože některé snížena kofaktory jsou vyráběny v cytosolu a jiní jsou vyráběny v mitochondriích. Viz také: aminokyselina; Metabolismu aminokyselin

další úvaha, která vede velikosti mobilní O2 požadavkem je stupeň, na který buňka je rušné s reakcí, že poptávka hydridové provádí na NADH a NADPH a zda redukční ekvivalenty mohou být vyrobeny cytosolically. Na rozdíl od krbu, jehož účelem je plně spalovat palivo za účelem výroby tepla (obr. 2), živé věci vytvářejí a opravují vše, z čeho jsou vyrobeny, a vykonávají práci odpočinku a aktivního metabolismu z konzumace potravin.

to Znamená, že logika života je taková, že relativně nízké energie elektronů provádí na cytochromu C ve vnitřní mitochondriální membrány mají mnohem méně energie dělat smysluplnou práci, než elektrony provádí na cytosolový NADPH. Bývalý může darovat O2 generovat vody, které již vytvořila protonového gradientu v sestupu z vysoce energetický stav v NADH + h + na low-energetický stav v redukovaného cytochromu C. Ta může darovat elektrony beta-keto skupiny a alkenů provést reduktivní biosyntézy. Proto by bylo nelogické, aby buňky nechaly elektrony proudit příliš daleko, pokud jsou potřebné pro biosyntetické reakce.