Metabolizm komórkowy — oddychanie i fotosynteza
Oddychanie komórkowe tlenowe i beztlenowe, fotosynteza, ATP jako nośnik energii
Metabolizm komórkowy — oddychanie komórkowe i fotosynteza
Metabolizm to ogół reakcji chemicznych zachodzących w komórce. Dzieli się na:
- Katabolizm (reakcje rozkładu) — uwalnianie energii, np. oddychanie komórkowe
- Anabolizm (reakcje syntezy) — zużywanie energii, np. fotosynteza, synteza białek
---
ATP — adenozynotrifosforan
ATP (adenozyno-5'-trifosforan) jest uniwersalnym nośnikiem energii w komórce. Składa się z adeniny, rybozy i trzech grup fosforanowych. Energia jest magazynowana w wiązaniach wysokoenergetycznych (~P) między grupami fosforanowymi.
ATP → ADP + Pᵢ + energia (hydroliza — uwalnianie energii)
ADP + Pᵢ + energia → ATP (fosforylacja — magazynowanie energii)
---
Oddychanie komórkowe tlenowe
Oddychanie komórkowe to proces kataboliczny, w którym glukoza jest utleniana do CO₂ i H₂O z wytworzeniem ATP.
Równanie sumaryczne:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energia (ok. 36–38 ATP)
Proces składa się z trzech etapów:
1. Glikoliza (cytoplazma)
- Glukoza (C₆) → 2 cząsteczki pirogronianu (C₃)
- Bilans: 2 ATP netto + 2 NADH
- Nie wymaga tlenu (zachodzi zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych)
2. Cykl Krebsa (matrix mitochondrium)
- Pirogronian → acetylo-CoA → wchodzi do cyklu
- Każdy obrót cyklu: 3 NADH + 1 FADH₂ + 1 GTP (=ATP) + 2 CO₂
- Dla jednej glukozy: 2 obroty cyklu
3. Łańcuch transportu elektronów i fosforylacja oksydacyjna (grzebienie mitochondrialne)
- Elektrony z NADH i FADH₂ przechodzą przez kompleksy białkowe (I–IV)
- Gradient protonów (H⁺) napędza syntazę ATP
- Największa produkcja ATP: ok. 32–34 ATP
- Ostateczny akceptor elektronów — tlen (O₂) → tworzy H₂O
| Etap | Miejsce | Substraty | Produkty | ATP |
|------|---------|-----------|----------|-----|
| Glikoliza | Cytoplazma | Glukoza | 2 pirogronian, 2 NADH | 2 |
| Cykl Krebsa | Matrix mitochondrium | Acetylo-CoA | CO₂, NADH, FADH₂ | 2 |
| Łańcuch oddechowy | Grzebienie mitochond. | NADH, FADH₂, O₂ | H₂O | 32–34 |
| Łącznie | | | | 36–38 |
---
Oddychanie beztlenowe (fermentacja)
Gdy brakuje tlenu, komórki mogą przeprowadzać fermentację:
Fermentacja alkoholowa (drożdże):
C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH (etanol) + 2 CO₂ + 2 ATP
Fermentacja mlekowa (bakterie mlekowe, mięśnie człowieka):
C₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₆O₃ (kwas mlekowy) + 2 ATP
| Cecha | Oddychanie tlenowe | Fermentacja |
|-------|-------------------|-------------|
| Wymaganie O₂ | Tak | Nie |
| Produkty końcowe | CO₂ + H₂O | Etanol/kwas mlekowy + CO₂ |
| Wydajność (ATP) | 36–38 | 2 |
| Miejsce | Mitochondria + cytoplazma | Cytoplazma |
---
Fotosynteza
Fotosynteza to proces anaboliczny zachodzący w chloroplastach komórek roślinnych i glonów, w którym energia świetlna jest przekształcana w energię chemiczną.
Równanie sumaryczne:
6CO₂ + 6H₂O + energia świetlna → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Faza jasna (tylakoidy)
- Zachodzi na światło
- Chlorofil absorbuje światło → wzbudzenie elektronów
- Fotoliza wody: H₂O → 2H⁺ + ½O₂ + 2e⁻ (źródło O₂!)
- Produkcja: ATP i NADPH
- Fotosystem II (P680) i Fotosystem I (P700)
Faza ciemna — cykl Calvina (stroma chloroplastu)
- Nie wymaga bezpośrednio światła (ale potrzebuje ATP i NADPH z fazy jasnej)
- CO₂ jest wiązany przez enzym RuBisCO z rybulozobisfosforanem (RuBP)
- Powstaje gliceraldehyd-3-fosforan (G3P) → glukoza
| Faza | Miejsce | Substraty | Produkty |
|------|---------|-----------|----------|
| Faza jasna | Tylakoidy | H₂O, światło | O₂, ATP, NADPH |
| Faza ciemna (cykl Calvina) | Stroma | CO₂, ATP, NADPH | Glukoza (C₆H₁₂O₆) |
---
Czynniki wpływające na fotosyntezę
- Natężenie światła — do punktu nasycenia
- Stężenie CO₂ — wzrost stężenia zwiększa intensywność
- Temperatura — optimum ok. 25–35°C (enzymy)
- Dostępność wody — zamykanie aparatów szparkowych przy niedoborze
---
Pojęcia kluczowe
- ATP — adenozynotrifosforan, uniwersalny nośnik energii
- Glikoliza — rozkład glukozy do pirogronianu (cytoplazma)
- Cykl Krebsa — cykl kwasów trójkarboksylowych w matrix mitochondrium
- Fosforylacja oksydacyjna — synteza ATP napędzana transportem elektronów
- Fermentacja — oddychanie beztlenowe (alkoholowa lub mlekowa)
- Chlorofil — zielony barwnik fotosyntetyczny absorbujący światło
- RuBisCO — enzym wiążący CO₂ w cyklu Calvina