Respirasi sel

Respirasi sel merupakan tindak balas metabolisme dan proses yang berlaku dalam sel atau merentas membran plasma untuk menghasilkan tenaga biokimia daripada molekul bahan api dan pelepasan sisa-sisa sel. Tenaga dilepaskan oleh pengoksidaan molekul bahan api dan disimpan sebagai pembawa "tinggi tenaga". Tindak balas yang terlibat dalam respirasi ialah tindak balas katabolisme dalam metabolisme.

Molekul bahan api yang lazim digunakan oleh sel-sel dalam respirasi termasuk glukosa, asid amino, asid lemak dan agen pengoksida yang biasa ialah molekul oksigen, O₂. Terdapat organisma yang mampu berespirasi menggunakan molekul organik lain selain oksigen sebagai agen pengoksida. Organisme yang menggunakan oksigen ialah organisme aerob, manakala organisme yang tidak menggunakan oksigen disebut anaerob.

Tenaga yang dilepaskan dalam respirasi digunakan untuk mensintesiskan molekul yang berperanan sebagai penyimpan kimia tenaga ini. Sebatian yang paling lazim digunakan ialah adenosina trifosfat (ATP) dan tenaga kimia yang disimpannya boleh digunakan untuk pelbagai proses yang memerlukan tenaga, termasuk biosintesis, gerak alih atau pengangkutan molekul merentas membran plasma. Disebabkan ciri merata ini, ATP juga dikenali sebagai "mata wang tenaga sejagat", kerana jumlah ATP dalam sel menunjukkan beberapa banyak tenaga yang sedia ada untuk proses memerlukan tenaga.

Respirasi aerob

Respirasi aerob memerlukan oksigen untuk menghasilkan tenaga (ATP). Tindak balas ringkasnya (asas) ialah:

C₆H₁₂O_{6 (aq)} + 6O_{2 (g)} → 6CO_{2 (g)} + 6H₂O _(l) ΔH_c -2880 kJ

Glikolisis

Rencana utama untuk kategori ini ialah Glikolisis.

Glikolisis adalah laluan metabolik yang berlaku dalam sitosol sel dalam semua organisma hidup. Glikolisis boleh diterjemahkan secara literal sebagai "pemecahan gula",^[1] dan berlaku dengan atau tanpa kehadiran oksigen. Dalam keadaan aerobik, proses menukar satu molekul glukosa kepada dua molekul piruvat (asid piruvik), menjana tenaga dalam bentuk dua molekul bersih ATP. Empat molekul ATP setiap glukosa sebenarnya dihasilkan, tetapi dua dimakan sebagai sebahagian daripada fasa persediaan. Fosforilasi awal glukosa diperlukan untuk meningkatkan kereaktifan (menurunkan kestabilannya) agar molekul tersebut dibelah menjadi dua molekul piruvat oleh enzim aldolase. Semasa fasa pembayaran glikolisis, empat kumpulan fosfat dipindahkan ke ADP oleh fosforilasi peringkat substrat untuk membuat empat ATP, dan dua NADH dihasilkan apabila piruvat teroksida. Reaksi keseluruhan boleh dinyatakan dengan cara ini:

Glukosa + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP → 2 piruvat + 2 H+ + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O + Tenaga

Bermula dengan glukosa, 1 ATP digunakan untuk menderma fosfat kepada glukosa untuk menghasilkan glukosa 6-fosfat. Glikogen boleh ditukar menjadi glukosa 6-fosfat juga dengan bantuan glikogen fosforilase. Semasa metabolisme tenaga, glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat. ATP tambahan digunakan untuk memfosforilasi fruktosa 6-fosfat kepada fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan fosfofruktokinase. Fruktosa 1,6-bifosfat kemudian berpecah kepada dua molekul terfosforilasi dengan tiga rantai karbon yang kemudiannya terurai menjadi piruvat.

Dekarboksilasi oksidatif piruvat

Rencana utama untuk kategori ini ialah Dekarboksilasi oksidatif piruvat.

Piruvat dioksidakan kepada asetil-KoA dan CO2 oleh kompleks piruvat dehidrogenase (PDC). PDC mengandungi berbilang salinan tiga enzim dan terletak dalam mitokondria sel eukariotik dan dalam sitosol prokariot. Dalam penukaran piruvat kepada asetil-KoA, satu molekul NADH dan satu molekul CO2 terbentuk.

Kitar Krebs

Rencana utama untuk kategori ini ialah Kitaran Krebs.

Ini juga dipanggil kitaran Krebs atau kitaran asid trikarboksilik. Apabila oksigen hadir, asetil-KoA terhasil daripada molekul piruvat yang terhasil daripada glikolisis. Sebaik sahaja asetil-KoA terbentuk, respirasi aerobik atau anaerobik boleh berlaku. Apabila oksigen hadir, mitokondria akan menjalani respirasi aerobik yang membawa kepada kitaran Krebs. Walau bagaimanapun, jika oksigen tidak hadir, penapaian molekul piruvat akan berlaku. Dengan kehadiran oksigen, apabila asetil-KoA dihasilkan, molekul kemudian memasuki kitaran asid sitrik (kitaran Krebs) di dalam matriks mitokondria, dan dioksidakan kepada CO2 manakala pada masa yang sama mengurangkan NAD kepada NADH. NADH boleh digunakan oleh rantai pengangkutan elektron untuk mencipta ATP selanjutnya sebagai sebahagian daripada fosforilasi oksidatif. Untuk mengoksidakan sepenuhnya setara dengan satu molekul glukosa, dua asetil-KoA mesti dimetabolismekan oleh kitaran Krebs. Dua bahan buangan bertenaga rendah, H2O dan CO2, dicipta semasa kitaran ini.

Kitaran asid sitrik ialah proses 8 langkah yang melibatkan 18 enzim dan ko-enzim yang berbeza. Semasa kitaran, asetil-KoA (2 karbon) + oksaloasetat (4 karbon) menghasilkan sitrat (6 karbon), yang disusun semula kepada bentuk yang lebih reaktif dipanggil isositrat (6 karbon). Isositrat diubah suai menjadi α-ketoglutarat (5 karbon), succinyl-CoA, succinate, fumarate, malate, dan, akhirnya, oksaloasetat.

Keuntungan bersih daripada satu kitaran ialah 3 NADH dan 1 FADH2 sebagai sebatian pembawa hidrogen (proton tambah elektron) dan 1 GTP bertenaga tinggi, yang kemudiannya boleh digunakan untuk menghasilkan ATP. Oleh itu, jumlah hasil daripada 1 molekul glukosa (2 molekul piruvat) ialah 6 NADH, 2 FADH2, dan 2 ATP.

Fosforilasi oksidatif

Rencana utama untuk kategori ini ialah Fosforilasi oksidatif, Rantai pengangkutan elektron dan ATP sintase.

Dalam eukariota, fosforilasi oksidatif berlaku dalam krista mitokondria. Ia terdiri daripada rantai pengangkutan elektron yang mewujudkan kecerunan proton (potensi kemiosmotik) merentasi sempadan membran dalam dengan mengoksidakan NADH yang dihasilkan daripada kitaran Krebs. ATP disintesis oleh enzim ATP sintase apabila kecerunan chemiosmotic digunakan untuk memacu fosforilasi ADP. Elektron akhirnya dipindahkan ke oksigen eksogen dan, dengan penambahan dua proton, air terbentuk.

Penghasilan ATP

Respirasi anerob