Oddychanie komórkowe i metabolizm substratów energetycznych

Zestaw fiszek pojęciowych (Vocabulary) w języku polskim opracowany na podstawie podręcznika dotyczącego oddychania komórkowego, fermentacji, metabolizmu glikogenu, tłuszczów oraz glukoneogenezy.

Oddychanie komórkowe

Proces kataboliczny, podczas którego złożone związki organiczne są rozkładane i utleniane do związków prostszych, czemu towarzyszy uwalnianie energii zmagazynowanej częściowo w $ATP$, a częściowo rozproszonej w postaci ciepła.

Glukoza

Podstawowy substrat oddychania komórkowego, który może być utleniany całkowicie (do dwutlenku węgla) lub niecałkowicie (do pirogronianu), z udziałem tlenu lub bez jego udziału.

Oddychanie tlenowe

Całkowite utlenienie glukozy do dwutlenku węgla i wody z udziałem tlenu, opisywane równaniem $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{energia}$, zachodzące u aerobów w czterech etapach.

Przebieg oddychania tlenowego

Czteroetapowy proces obejmujący glikolizę przebiegającą w cytozolu oraz reakcję pomostową, cykl Krebsa i fosforylację oksydacyjną zachodzące w mitochondrium.

Glikoliza

Pierwszy etap oddychania tlenowego zachodzący w cytozolu, polegający na rozkładzie i częściowym utlenieniu 6-węglowej cząsteczki glukozy do dwóch 3-węglowych cząsteczek pirogronianu, dający zysk netto $2\text{ cząsteczki } ATP$ oraz $2\text{ cząsteczki } NADH + H^+$.

Reakcja pomostowa

Etap oddychania tlenowego zachodzący w matriks mitochondrium, polegający na przekształceniu pirogronianu w acetylo-CoA ($\text{acetylokoenzym A}$) poprzez dekarboksylację oraz utlenienie połączone z redukcją $NAD^+$ do $NADH + H^+$.

Cykl Krebsa

Cykl kwasu cytrynowego zachodzący w matriks mitochondrium, obejmujący reakcje utleniania-redukcji, w których dwuwęglowa grupa acetylowa przyłącza się do szczawiooctanu tworząc cytrynian; jego bezpośredni zysk wynosi $2\text{ cząsteczki } ATP$ na cząsteczkę glukozy.

Fosforylacja oksydacyjna

Ostatni etap oddychania tlenowego zachodzący w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, w którym zredukowane dinukleotydy ($NADH + H^+$ i $FADH_2$) ulegają utlenieniu na łańcuchu oddechowym, a wytworzony gradient protonowy napędza syntezę $ATP$ przez syntazę ATP.

Łańcuch oddechowy

Cztery duże kompleksy białkowe (I, II, III i IV) zlokalizowane w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, które transportują elektrony przekazane z $NADH + H^+$ i $FADH_2$ na tlen.

Syntaza ATP

Enzym zlokalizowany w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, który wykorzystuje energię gradientu protonowego do przeprowadzenia syntezy $ATP$ z $ADP$ i nieorganicznego fosforanu.

Gradient protonowy

Różnica stężeń protonów ($H^+$) wytworzona w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej w wyniku aktywnego transportu protonów z matriks mitochondrium do przestrzeni międzybłonowej przez kompleksy I, III i IV.

Woda metaboliczna

Woda powstająca w fosforylacji oksydacyjnej w wyniku redukcji tlenu przez elektrony pochodzące z łańcucha oddechowego i połączenia ich z protonami.

Bilans energetyczny oddychania tlenowego

Całkowity zysk energetyczny wynoszący $32\text{ cząsteczki } ATP$ na jedną cząsteczkę glukozy ($4\text{ z fosforylacji substratowej}$, $25\text{ z } 10\text{ cząsteczek } NADH + H^+$ oraz $3\text{ z } 2\text{ cząsteczek } FADH_2$).

Inhibitory oddychania tlenowego

Substancje hamujące przebieg oddychania, takie jak cyjanki, które łączą się z oksydazą cytochromową (ostatnim przenośnikiem łańcucha oddechowego) i blokują przekazywanie elektronów na tlen.

Beztlenowce bezwzględne (obligatoryjne)

Organizmy anaerobowe, które oddychają wyłącznie bez udziału tlenu, a obecność tlenu jest dla nich toksyczna.

Beztlenowce względne (fakultatywne)

Organizmy anaerobowe, które mogą oddychać tlenowo lub bez udziału tlenu (np. drożdże).

Oddychanie beztlenowe

Proces całkowitego utlenienia organicznego substratu bez udziału tlenu u niektórych prokariontów, w którym ostatecznym akceptorem elektronów w łańcuchu oddechowym jest substancja inna niż tlen, np. azotan(V) — $NO_3^-$.

Fermentacja

Proces niecałkowitego utlenienia organicznego substratu (zwykle glukozy) bez udziału tlenu zachodzący w cytozolu komórki, składający się z glikolizy oraz etapu regeneracji $NAD^+$.

Fermentacja alkoholowa

Rodzaj fermentacji, w którym zachodzi dekarboksylacja pirogronianu oraz jego redukcja do etanolu; przeprowadzana m.in. przez drożdże z rodzaju Saccharomyces.

Fermentacja mleczanowa

Rodzaj fermentacji polegający na redukcji pirogronianu do mleczanu; zachodzi m.in. w bakteriach z rodzajów Lactobacillus i Lactococcus, w erytrocytach ssaków oraz we włóknach mięśni szkieletowych przy niedoborze tlenu.

Porównanie wydajności energetycznej fermentacji i oddychania tlenowego

Wydajność energetyczna fermentacji wynosi zaledwie $2\text{ cząsteczki } ATP$ z glikolizy na cząsteczkę glukozy, podczas gdy oddychanie tlenowe dostarcza $32\text{ cząsteczki } ATP$ dzięki całkowitemu utlenieniu pirogronianu w mitochondrium.

Glikogenogeneza

Proces syntezy glikogenu z glukozy zachodzący u człowieka głównie w wątrobie i w mięśniach po spożyciu pokarmu lub w trakcie odpoczynku.

Glikogenoliza

Proces rozkładu glikogenu do glukozy lub jej pochodnej, zachodzący w wątrobie i w mięśniach podczas głodu lub wysiłku fizycznego.

Fosforylaza glikogenowa

Enzym uczestniczący w glikogenolizie, który rozrywa wiązania $1,4\text{-}\text{α}\text{-glikozydowe}$ i odłącza skrajne cząsteczki glukozy od końców rozgałęzień cząsteczki glikogenu.

Glikogen wątrobowy

Glikogen rozkładany w komórkach wątroby na wolną glukozę, która przenika do krwi i trafia do pozostałych komórek organizmu jako substrat energetyczny.

Glikogen mięśniowy

Glikogen rozkładany w komórkach mięśniowych do fosforanowej pochodnej glukozy, która nie przenika przez błonę komórkową i stanowi substrat energetyczny wyłącznie dla mięśni.

Tłuszcze właściwe

Estry glicerolu i kwasów tłuszczowych stanowiące bardzo wydajny materiał zapasowy przechowywany w postaci bezwodnej, dostarczający ponad dwukrotnie więcej energii ($37\text{ kJ/g}$) niż glukoza ($17\text{ kJ/g}$).

Utlenianie kwasów tłuszczowych (β-oksydacja)

Proces zachodzący w mitochondriach oraz peroksysomach komórek, w wyniku którego kwasy tłuszczowe są rozkładane do cząsteczek acetylo-CoA oraz zredukowanych dinukleotydów ($NADH + H^+$ i $FADH_2$).

Syntaza kwasów tłuszczowych

Kompleks enzymatyczny w cytozolu komórek wątroby i tkanki tłuszczowej, który przeprowadza wytwarzanie kwasów tłuszczowych z cząsteczek acetylo-CoA.

Glukoneogeneza

Anaboliczny proces syntezy glukozy ze związków niecukrowych (mleczan, aminokwasy, glicerol), zachodzący głównie w cytozolu komórek wątroby i nerek u ssaków.

Glukoneogeneza w organizmie człowieka

Proces przekształcania w wątrobie mleczanu (z mięśni i erytrocytów), aminokwasów (z rozkładu białek) oraz glicerolu (z tkanki tłuszczowej) w glukozę, co zapewnia stały jej dopływ do neuronów i erytrocytów.