Svi živi organizmi sastoje se od stanica, osim virusa. Oni pružaju sve procese potrebne za život biljke ili životinje. Sama stanica može biti zaseban organizam. I kako tako složena struktura može živjeti bez energije? Naravno da ne. Dakle, kako se odvija opskrba stanica energijom? Temelji se na procesima o kojima ćemo raspravljati u nastavku.
Omogućavanje stanica energijom: kako to funkcionira?
Malo stanica prima energiju izvana, one je same proizvode. Eukariotske stanice imaju svojevrsne "stanice". A izvor energije u stanici su mitohondriji – organela koja je proizvodi. To je proces staničnog disanja. Zahvaljujući njemu stanice su opskrbljene energijom. Međutim, oni su prisutni samo u biljkama, životinjama i gljivama. U bakterijskim stanicama nema mitohondrija. Stoga se u njima opskrba stanica energijom događa uglavnom zbog procesa fermentacije, a ne disanja.
Struktura mitohondrija
Ovo je organela s dvije membrane koja se pojavila u eukariotskimstanica u procesu evolucije kao rezultat njezine apsorpcije manje prokariotske stanice. To može objasniti činjenicu da mitohondriji sadrže vlastitu DNK i RNA, kao i mitohondrijske ribosome koji proizvode proteine potrebne za organele.
Unutarnja membrana ima izrasline koje se nazivaju kriste, ili grebeni. Na kristama se odvija proces staničnog disanja.
Ono što se nalazi unutar dviju membrana naziva se matriks. Sadrži proteine, enzime potrebne za ubrzavanje kemijskih reakcija, kao i RNA, DNK i ribosome.
Stanijsko disanje je osnova života
Odvija se u tri faze. Pogledajmo svaki od njih detaljnije.
Prva faza - pripremna
Tijekom ove faze, složeni organski spojevi se razgrađuju na jednostavnije. Dakle, proteini se razlažu na aminokiseline, masti u karboksilne kiseline i glicerol, nukleinske kiseline u nukleotide, a ugljikohidrati u glukozu.
Glikoliza
Ovo je anoksična faza. Ona leži u činjenici da se tvari dobivene tijekom prve faze dalje razgrađuju. Glavni izvori energije koje stanica koristi u ovoj fazi su molekule glukoze. Svaki od njih se u procesu glikolize razgrađuje na dvije molekule piruvata. To se događa tijekom deset uzastopnih kemijskih reakcija. Zbog prvih pet, glukoza se fosforilira, a zatim dijeli na dvije fosfotrioze. Sljedećih pet reakcija proizvode dvije molekuleATP (adenozin trifosforna kiselina) i dvije molekule PVC-a (pirogrožđana kiselina). Energija stanice pohranjena je upravo u obliku ATP-a.
Cijeli proces glikolize može se pojednostaviti na sljedeći način:
2OVER+ 2ADP + 2H3RO4 + C6H12O6 → 2H2O + 2PREKO. N2 +2S3N4O 3 + 2ATP
Tako, koristeći jednu molekulu glukoze, dvije molekule ADP-a i dvije fosforne kiseline, stanica prima dvije molekule ATP-a (energije) i dvije molekule pirogrožđane kiseline, koje će upotrijebiti u sljedećem koraku.
Treći stupanj - oksidacija
Ova faza se događa samo u prisutnosti kisika. Kemijske reakcije ovog koraka odvijaju se u mitohondrijima. Upravo je to glavni dio staničnog disanja, tijekom kojeg se oslobađa najviše energije. U ovoj fazi, pirogrožđana kiselina, reagirajući s kisikom, razlaže se na vodu i ugljični dioksid. Osim toga, u tom procesu nastaje 36 molekula ATP-a. Dakle, možemo zaključiti da su glavni izvori energije u stanici glukoza i pirogrožđana kiselina.
Zbrajajući sve kemijske reakcije i izostavljajući detalje, cijeli proces staničnog disanja možemo izraziti jednom pojednostavljenom jednadžbom:
6O2 + C6N12O6 + 38ADP + 38H3RO4 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.
Dakle, tijekom disanja iz jedne molekule glukoze, šest molekula kisika,trideset osam molekula ADP i isto toliko fosforne kiseline, stanica prima 38 ATP molekula, u obliku kojih se pohranjuje energija.
Različitost mitohondrijskih enzima
Stanica dobiva energiju za život putem disanja - oksidacije glukoze, a zatim pirogrožđane kiseline. Sve te kemijske reakcije ne bi se mogle odvijati bez enzima – bioloških katalizatora. Pogledajmo one koji se nalaze u mitohondrijima – organelama odgovornim za stanično disanje. Sve se one nazivaju oksidoreduktazama jer su potrebne da osiguraju pojavu redoks reakcija.
Sve oksidoreduktaze mogu se podijeliti u dvije grupe:
- oksidaza;
- dehidrogenaza;
Dehidrogenaze se pak dijele na aerobne i anaerobne. Aerobna hrana sadrži koenzim riboflavin, koji tijelo dobiva iz vitamina B2. Aerobne dehidrogenaze sadrže NAD i NADP molekule kao koenzime.
Oksidaze su raznovrsnije. Prije svega, podijeljeni su u dvije grupe:
- oni koji sadrže bakar;
- oni koji sadrže željezo.
U prve spadaju polifenol oksidaze, askorbat oksidaze, u druge - katalaze, peroksidaze, citokromi. Potonji su pak podijeljeni u četiri skupine:
- cytochromes a;
- cytochromes b;
- cytochromes c;
- cytochromes d.
Citokromi asadrže željezo formilporfirin, citokrome b - željezni protoporfirin, c - supstituirani željezni mezoporfirin, d - željezo dihidroporfirin.
Jesu li mogući drugi načini dobivanja energije?
Unatoč činjenici da ga većina stanica prima kao rezultat staničnog disanja, postoje i anaerobne bakterije koje ne zahtijevaju kisik za postojanje. Oni proizvode potrebnu energiju fermentacijom. Ovo je proces tijekom kojeg se ugljikohidrati razgrađuju uz pomoć enzima bez sudjelovanja kisika, uslijed čega stanica dobiva energiju. Postoji nekoliko vrsta fermentacije ovisno o konačnom produktu kemijskih reakcija. To može biti mliječna kiselina, alkohol, maslačna kiselina, aceton-butan, limunska kiselina.
Na primjer, razmislite o alkoholnoj fermentaciji. Može se izraziti na sljedeći način:
S6N12O6 →S2N5OH + 2SO2
To jest, bakterija razgrađuje jednu molekulu glukoze u jednu molekulu etilnog alkohola i dvije molekule ugljičnog oksida (IV).
