เซลล์จะจับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการหายใจโดยวิธีเซลล์ได้อย่างไร?

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• ชนิดของเซลล์ที่ใช้กลูโคสเป็นพลังงาน
• การหายใจของเซลล์ช่วยให้สิ่งมีชีวิตจับพลังงานกลูโคส
• การหายใจของเซลล์เริ่มต้นโดยการแบ่งกลูโคสออกเป็นสองส่วน
• ออร์กาเนลใดในเซลล์ที่ปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ในอาหาร
• วงจรกรดซิตริกผลิตเอนไซม์สำหรับการหายใจของเซลล์
• ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจับพลังงานส่วนใหญ่จากการหายใจของเซลล์
• โมเลกุล ATP จัดเก็บพลังงานการหายใจของเซลล์ในพันธะฟอสเฟต

สิ่งมีชีวิตในรูปแบบห่วงโซ่พลังงานที่พืชผลิตอาหารที่สัตว์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ใช้เป็นพลังงาน กระบวนการหลักที่ผลิตอาหารคือ การสังเคราะห์แสง ในพืชและวิธีการหลักในการแปลงอาหารเป็นพลังงานคือการหายใจของเซลล์

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

พลังงานที่ถ่ายโอนโมเลกุลที่ใช้โดยเซลล์คือ เอทีพี. กระบวนการหายใจของเซลล์จะแปลงโมเลกุล ADP เป็น ATP ซึ่งเป็นที่เก็บพลังงาน สิ่งนี้เกิดขึ้นผ่านกระบวนการสามขั้นตอนของ glycolysis, วงจรกรดซิตริกและห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน การหายใจของเซลล์จะแยกและออกซิไดซ์กลูโคสในรูปแบบ ATP โมเลกุล

ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงพืชจับพลังงานแสงและใช้เพื่อทำปฏิกิริยาเคมีในเซลล์พืช พลังงานแสงช่วยให้พืชรวมคาร์บอนจากคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศเข้ากับไฮโดรเจนและออกซิเจนจากน้ำให้กลายเป็น กลูโคส.

ในการหายใจของเซลล์สิ่งมีชีวิตเช่นสัตว์กินอาหารที่มีกลูโคสและสลายกลูโคสเป็นพลังงานคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำถูกขับออกจากสิ่งมีชีวิตและพลังงานถูกเก็บไว้ในโมเลกุลที่เรียกว่า adenosine triphosphate หรือ เอทีพี. พลังงานที่ถ่ายโอนโมเลกุลที่ใช้โดยเซลล์คือ ATP และให้พลังงานสำหรับกิจกรรมเซลล์และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ทั้งหมด

ชนิดของเซลล์ที่ใช้กลูโคสเป็นพลังงาน

สิ่งมีชีวิตทั้งเซลล์เดียว prokaryotes หรือ ยูคาริโอซึ่งสามารถเป็นแบบเซลล์เดียวหรือหลายเซลล์ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองคือโพรคาริโอตมีโครงสร้างเซลล์แบบง่ายที่ไม่มีนิวเคลียสหรือออร์แกเนลล์เซลล์ ยูคาริโอตมีนิวเคลียสและกระบวนการเซลล์ที่ซับซ้อนกว่าเสมอ

สิ่งมีชีวิตเซลล์เดี่ยวของทั้งสองประเภทสามารถใช้วิธีการต่าง ๆ ในการผลิตพลังงานและใช้ระบบหายใจของเซลล์จำนวนมากเช่นกัน พืชและสัตว์ขั้นสูงเป็นยูคาริโอตทั้งหมดและใช้การหายใจของเซลล์โดยเฉพาะ พืชใช้การสังเคราะห์แสงเพื่อดักจับพลังงานจากแสงอาทิตย์ แต่เก็บพลังงานส่วนใหญ่ไว้ในรูปของกลูโคส

ทั้งพืชและสัตว์ใช้กลูโคสที่ผลิตจากการสังเคราะห์ด้วยแสง แหล่งพลังงาน.

การหายใจของเซลล์ช่วยให้สิ่งมีชีวิตจับพลังงานกลูโคส

การสังเคราะห์ด้วยแสงผลิตกลูโคส แต่กลูโคสเป็นเพียงวิธีการเก็บพลังงานเคมีและเซลล์ไม่สามารถใช้โดยตรง กระบวนการสังเคราะห์แสงโดยรวมสามารถสรุปได้ในสูตรต่อไปนี้:

6CO₂ + 12 ชม₂O + พลังงานแสง → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

พืชใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงในการแปลง พลังงานแสง เป็นพลังงานเคมีและเก็บพลังงานเคมีในกลูโคส กระบวนการที่สองจำเป็นต้องใช้ประโยชน์จากพลังงานที่เก็บไว้

การหายใจของเซลล์เปลี่ยนพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในกลูโคสเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในโมเลกุล ATP ATP ใช้โดยเซลล์ทั้งหมดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเผาผลาญและกิจกรรมของพวกเขา เซลล์กล้ามเนื้อเป็นหนึ่งในเซลล์ชนิดต่าง ๆ ที่ใช้กลูโคสเป็นพลังงาน แต่เปลี่ยนเป็น ATP ก่อน

ปฏิกิริยาทางเคมีโดยรวมสำหรับการหายใจของเซลล์มีดังนี้:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂โมเลกุล O + ATP

เซลล์แบ่งกลูโคสให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในขณะที่ผลิตพลังงานที่เก็บไว้ในโมเลกุล ATP จากนั้นพวกเขาใช้พลังงาน ATP สำหรับกิจกรรมต่าง ๆ เช่นการเกร็งกล้ามเนื้อ กระบวนการหายใจของเซลล์ที่สมบูรณ์มี สามขั้นตอน.

การหายใจของเซลล์เริ่มต้นโดยการแบ่งกลูโคสออกเป็นสองส่วน

กลูโคสเป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีอะตอมคาร์บอนหกอะตอม ในช่วงแรกของกระบวนการหายใจของเซลล์ที่เรียกว่า glycolysisเซลล์แบ่งโมเลกุลกลูโคสออกเป็นสองโมเลกุลของไพรูเวตหรือโมเลกุลคาร์บอนสามตัว เพื่อให้กระบวนการเริ่มต้นใช้พลังงานจึงใช้ ATP สองโมเลกุลจากเซลล์สำรองที่ใช้

ในตอนท้ายของกระบวนการเมื่อมีการสร้างโมเลกุลไพรูเวตสองโมเลกุลพลังงานจะถูกปลดปล่อยและเก็บไว้ในโมเลกุล ATP สี่โมเลกุล Glycolysis ใช้สองโมเลกุลเอทีพีและสร้างสี่โมเลกุลโมเลกุลกลูโคสในการประมวลผล กำไรสุทธิเป็นสอง ATP โมเลกุล

ออร์กาเนลใดในเซลล์ที่ปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ในอาหาร

ไกลโคไลซิสเริ่มต้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ แต่กระบวนการหายใจของเซลล์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นใน mitochondria. ชนิดของเซลล์ที่ใช้กลูโคสเป็นพลังงานนั้นมีเกือบทุกเซลล์ในร่างกายมนุษย์ยกเว้นเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญสูงเช่นเซลล์เม็ดเลือด

ไมโตคอนเดรียเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ขนาดเล็กและเป็นโรงงานผลิตเซลล์ที่ผลิต ATP พวกเขามีเมมเบรนด้านนอกเรียบและพับสูง เยื่อหุ้มชั้นใน ในกรณีที่ปฏิกิริยาการหายใจของเซลล์เกิดขึ้น

ปฏิกิริยาแรกเกิดขึ้นภายในไมโตคอนเดรียเพื่อสร้างการไล่ระดับพลังงานผ่านเยื่อหุ้มชั้นใน ปฏิกิริยาต่อมาที่เกี่ยวข้องกับเมมเบรนผลิตพลังงานที่ใช้ในการสร้างโมเลกุล ATP

วงจรกรดซิตริกผลิตเอนไซม์สำหรับการหายใจของเซลล์

pyruvate ที่ผลิตโดย glycolysis ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการหายใจของเซลล์ ขั้นตอนที่สองประมวลผลโมเลกุลไพรูเวตสองตัวเป็นสารตัวกลางอื่นที่เรียกว่า acetyl CoA. acetyl CoA เข้าสู่วงจรกรดซิตริกและอะตอมคาร์บอนจากโมเลกุลกลูโคสดั้งเดิมจะถูกแปลงเป็น CO อย่างสมบูรณ์₂. กรดซิตริกจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่และเชื่อมโยงไปยังโมเลกุล acetyl CoA ใหม่เพื่อทำซ้ำกระบวนการ

การออกซิเดชั่นของอะตอมคาร์บอนจะสร้างโมเลกุล ATP อีกสองโมเลกุลและเปลี่ยนเอนไซม์ NAD⁺ และ FAD ถึง NADH และ FADH₂. เอนไซม์ที่ถูกแปลงจะถูกใช้ในขั้นตอนที่สามและสุดท้ายของการหายใจของเซลล์ซึ่งทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนสำหรับห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน

The ATP molecules จับพลังงานบางส่วนที่ผลิต แต่พลังงานเคมีส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในโมเลกุล NADH ปฏิกิริยาวงจรกรดซิตริกเกิดขึ้นภายในไมโตคอนเดรีย

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนจับพลังงานส่วนใหญ่จากการหายใจของเซลล์

ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน (ฯลฯ) ประกอบด้วยชุดของสารประกอบที่อยู่บนเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย มันใช้อิเล็กตรอนจาก NADH และ FADH₂ เอนไซม์ที่ผลิตโดยวัฏจักรกรดซิตริกเพื่อปั๊มโปรตอนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์

ในห่วงโซ่ของปฏิกิริยาอิเล็กตรอนพลังงานสูงจาก NADH และ FADH₂ จะถูกส่งผ่านไปตามลำดับของสารประกอบ ETC ในแต่ละขั้นตอนที่นำไปสู่สถานะพลังงานอิเล็กตรอนที่ต่ำกว่าและโปรตอนที่ถูกสูบข้ามเมมเบรน

ในตอนท้ายของปฏิกิริยา ETC โมเลกุลของออกซิเจนจะรับอิเล็กตรอนและก่อตัวเป็นโมเลกุลของน้ำ พลังงานอิเล็กตรอนมาจากการแยกและการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลกลูโคสได้ถูกแปลงเป็น การไล่ระดับพลังงานโปรตอน ข้ามเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย

เนื่องจากมีความไม่สมดุลของโปรตอนข้ามเมมเบรนด้านในโปรตอนจึงมีประสบการณ์ในการแพร่กระจายกลับเข้าไปในภายในของไมโทคอนเดรีย เอ็นไซม์ที่เรียกว่า ATP synthase ถูกฝังอยู่ในเมมเบรนและสร้างช่องว่างทำให้โปรตอนสามารถเคลื่อนที่กลับข้ามเมมเบรนได้

เมื่อโปรตอนผ่านการเปิด ATP synthase เอ็นไซม์จะใช้พลังงานจากโปรตอนเพื่อสร้างโมเลกุล ATP พลังงานจำนวนมากจากการหายใจของเซลล์ถูกจับในขั้นตอนนี้และถูกเก็บไว้ใน 32 ATP โมเลกุล

โมเลกุล ATP จัดเก็บพลังงานการหายใจของเซลล์ในพันธะฟอสเฟต

เอทีพีเป็นสารเคมีอินทรีย์ที่ซับซ้อนที่มีฐานอะเดียนและฟอสเฟตสามกลุ่ม พลังงานจะถูกเก็บไว้ในพันธบัตรที่ถือกลุ่มฟอสเฟต เมื่อเซลล์ต้องการพลังงานมันจะแบ่งพันธะหนึ่งของกลุ่มฟอสเฟตและใช้พลังงานเคมีเพื่อสร้างพันธะใหม่ในสารเซลล์อื่น ๆ โมเลกุลเอทีพีกลายเป็นอะดีโนซีนไดเพทฟอสเฟตหรือ ADP.

ในการหายใจของเซลล์พลังงานที่ปลดปล่อยจะใช้เพื่อเพิ่มกลุ่มฟอสเฟตใน ADP การเติมกลุ่มฟอสเฟตจะจับพลังงานจาก glycolysis วัฏจักรกรดซิตริกและพลังงานจำนวนมากจาก ETC โมเลกุล ATP ที่เป็นผลลัพธ์สามารถใช้โดยสิ่งมีชีวิตสำหรับกิจกรรมต่าง ๆ เช่นการเคลื่อนไหวการค้นหาอาหารและการสืบพันธุ์