Oddychanie komórkowe jest procesem katabolicznymkatabolizmkatabolicznym, podczas którego zachodzi rozkład złożonego substratu do prostszych produktów oraz uwalnia się duża ilość energii (jest to proces egzoergicznyegzoergiczna reakcjaproces egzoergiczny):

Podczas oddychania tlenowego w rozkładzie glukozy zachodzą cztery grupy reakcji chemicznych:

1. glikoliza;

2. reakcja pomostowa;

3. cykl Krebsa;

4. łańcuch oddechowy.

Substraty oddechowe to związki chemiczne, które są niezbędne w reakcjach oddychania komórkowego i są wykorzystane jako źródło energii do syntezy ATP. Substratami oddechowymi mogą być cukry, białka i tłuszcze.

Cukry jako substraty oddechowe

Podstawowym substratem oddychania komórkowego jest glukoza. Przy braku dostępnej glukozy zwierzę może pozyskiwać ją na dwa sposoby:

1. Poprzez rozkład glikogenu, czyli proces glikogenolizy, zachodzący w wątrobie i w mięśniach.

   $$glikogen\left(nresztglukozy\right)+woda\to glikogen(n-1resztglukozy)+glukoza$$

2. Poprzez syntezę glukozy ze związków innych niż cukry, np. mleczan, aminokwasy, glicerol – czyli proces glukoneogenezy.

U roślin główną substancją zapasową jest skrobia, która gromadzona jest amyloplastach miękiszu spichrzowego, np. w bulwach, korzeniach i liściach. W wyniku jej rozkładu powstają cząsteczki glukozy, które są włączane w przemiany kataboliczne.

Tłuszcze jako substraty oddechowe

Oprócz cukrów, jako substraty oddechowe wykorzystywane są także tłuszcze właściwe, będące materiałem zapasowym wielu organizmów. To związki wysokoenergetyczne, ponieważ są w wysokim stopniu zredukowane – mają dużo atomów wodoru w stosunku do atomów tlenu. Tłuszcze ulegają rozkładowi do glicerolu i kwasów tłuszczowych. Glicerol może być przekształcany do pirogronianupirogronianpirogronianu, który od razu włączany jest do oddychania tlenowego (reakcja pomostowa) lub wchodzi do szlaku glukoneogenezy. Kwasy tłuszczowe ulegają przekształceniu do acetylo‑CoAacetylokoenzym Aacetylo‑CoA w procesie beta‑oksydacji. Jest to wieloetapowy rozkład enzymatyczny polegający na przekształcaniu kwasów tłuszczowych w dwuwęglowe reszty acetylowe. Łącząc się z koenzymem A, tworzą acetylo‑CoA, który następnie zostaje włączony do cyklu Krebsa.

Białka jako substraty oddechowe

Substratem oddechowym mogą być również białka. Są one gromadzone jako materiał zapasowy w nasionach wielu roślin. U zwierząt białka wykorzystywane są w przemianach katabolicznych tylko w wyjątkowych sytuacjach. Dzieje się tak podczas głodu lub intensywnego wysiłku. Aminokwasy z nich pozyskane stanowią źródło szkieletów węglowych do syntezy cząsteczek, które mogą być następnie użyte w procesach oddychania komórkowego. Przykładowo, w wyniku przemian alaniny powstaje pirogronian. Ten związek organiczny przekształcany jest w mitochondriach (w reakcji pomostowej) do acetylo‑CoA, który wchodzi do cyklu Krebsa. Przemiany innych aminokwasów prowadzą do powstania innych związków chemicznych, które stanowią bezpośrednie substraty lub ogniwa cyklu Krebsa.

Proces powstawania ATPATPATP w komórkach nazywany jest fosforylacjąfosforylacjafosforylacją. Podczas rozkładu katabolicznego substratów oddechowych zachodzi fosforylacja substratowa (starsza ewolucyjnie, lecz mniej korzystna energetycznie) oraz wydajniejsza fosforylacja oksydacyjna, do której niezbędny jest tlen.

Ciekawostka

R1BxNPQsTPc7C

Zdjęcie przedstawia wielbłąda jednogarbnego na pustyni. Jest to zwierzę, które porusza się na czterech długich nogach zakończonych szerokimi kopytami. Od tułowia wielbłąda odchodzi długa, zakrzywiona szyją. Na jej końcu znajduje się głowa. Składa się ona z długiego pyska, nad którym są otwory nosowe, oczu po bokach głowy oraz małych, zaokrąglonych uszu u góry. Na tułowiu znajduje się jeden garb. Z tyłu widać długi ogon zakończony kosmykiem ciemnej sierści. W tle widać płaską przestrzeń i góry pomarańczowego piasku, które łączą się z niebiesko‑szarym niebem.

Garby wielbłąda pełnią funkcję magazynu tłuszczów, które mogą zostać zmetabolizowane w okresach głodu. Dzięki temu wielbłądy pozyskują energię oraz wodę metaboliczną, niezbędną do życia w warunkach pustynnych, co pozwala na uzupełnienie strat wody poniesionych w wyniku pocenia się.

Słownik