Preskočiť na obsah
Chcete tieto pokusy naživo? Prinesiem ich do vašej školy ako show.Show a workshopy
Späť

Vzdelávanie · Učivo

Biochémia: metabolizmus

lekcia 6

Dýchací reťazec a oxidačná fosforylácia

Úroveň výkladu:
základná školastredná škola, s rozšíreniami pre náročnejších

úvod

Glykolýza a Krebsov cyklus vytvoria z glukózy priamo len 4 ATP. Zvyšok energie nesú elektróny v NADH a FADH₂. Na vnútornej membráne mitochondrie ich prevezme dýchací reťazec a ich energiu premení na ATP.

teória

Elektróny ku kyslíku

Dýchací reťazec tvoria štyri veľké bielkovinové komplexy zabudované v membráne:

  • komplex I prijme elektróny z NADH,
  • komplex II (sukcinátdehydrogenáza z Krebsovho cyklu) prijme elektróny z FADH₂,
  • komplex III ich prevezme cez ubichinón a odovzdá cytochrómu c,
  • komplex IV ich odovzdá kyslíku, ktorý sa s protónmi zmení na vodu.

Elektróny pri tom postupujú od látok, ktoré ich odovzdávajú ochotne, k látkam, ktoré ich prijímajú ochotne, podobne ako voda steká po schodoch. Energia, ktorá sa pri každom schode uvoľní, sa využije.

teória

Protóny a ATP syntáza

Komplexy I, III a IV využívajú energiu elektrónov na pumpovanie protónov z matrix do medzimembránového priestoru. Za membránou sa nahromadí veľa protónov, vznikne protónový gradient, ako voda za priehradou.

Protóny sa vracajú späť jedinou cestou, cez enzým ATP syntázu. Ich prúd roztáča jej rotor ako vodná turbína a otáčky menia ADP a fosfát na ATP. Táto tvorba ATP sa volá oxidačná fosforylácia.

vyskúšaj si

ATP syntáza

Pošli elektróny do dýchacieho reťazca a sleduj, ako vzniká ATP. Potom vyskúšaj jedy, ktoré reťazec zastavia alebo rozpoja.

0 / 0
medzimembránový priestor: H⁺ matrixIIIIIIIVATPATP syntáza↑ H⁺↑ H⁺↑ H⁺½ O₂ + 2 H⁺ → H₂ONADHFADH₂↓ H⁺
0ATP
0spotrebované O₂
0H⁺ na teplo

Účet jednej glukózy

glykolýza2 ATP, 2 NADH
pyruvát → acetyl-CoA (2-krát)2 NADH
Krebsov cyklus (2 otáčky)2 GTP, 6 NADH, 2 FADH₂

Kde prebieha dýchací reťazec?

0 / 0

teória

Účet jednej glukózy

DráhaPriamo ATPNADHFADH₂
glykolýza220
pyruvát → acetyl-CoA020
Krebsov cyklus2 (GTP)62
spolu4102

Z jedného NADH vznikne asi 2,5 ATP, z jedného FADH₂ asi 1,5 ATP. Spolu je to asi 30 až 32 ATP z jednej glukózy. Je to 15-krát viac ako pri kvasení.

Zapamätaj si: v mitochondriách elektróny z NADH a FADH₂ putujú dýchacím reťazcom ku kyslíku a vzniká voda. Ich energia prečerpá protóny cez membránu a protóny potom poháňajú ATP syntázu. Tak vznikne väčšina ATP, asi 30 z jednej glukózy. Preto bez kyslíka bunky rýchlo strácajú energiu.

Chemiosmotická teória

Ako sa energia elektrónov mení na ATP, bolo dlho záhadou. V roku 1961 Peter Mitchell navrhol, že spojovacím článkom je protónový gradient. Teóriu dlho odmietali, no v roku 1978 za ňu dostal Nobelovu cenu. ATP syntáza je skutočný rotačný motor: John Walker a Paul Boyer v roku 1997 ukázali, že sa jej časť otáča a na jednu otáčku vzniknú 3 ATP.

Prečo nie celé čísla

Staršie učebnice uvádzajú 3 ATP z NADH a 2 z FADH₂, teda 36 až 38 ATP z glukózy. Merania ukázali, že na jedno ATP treba asi 4 protóny (3 na otočenie syntázy a 1 na prenos fosfátu do mitochondrie). NADH prečerpá 10 protónov a dá teda asi 2,5 ATP, FADH₂ 6 protónov a 1,5 ATP. NADH z glykolýzy sa do mitochondrie dostane oklukou a v niektorých orgánoch dá len 1,5 ATP, preto rozsah 30 až 32.

Jedy a rozpájače

  • Kyanid a oxid uhoľnatý blokujú komplex IV. Elektróny nemajú kam ísť a reťazec stojí.
  • Oligomycín blokuje ATP syntázu. Gradient narastie natoľko, že pumpy už nevládzu a zastaví sa aj tok elektrónov.
  • Rozpájače, napríklad dinitrofenol, prenášajú protóny cez membránu mimo ATP syntázy. Reťazec beží naplno, kyslík sa spotrebúva, ale energia sa mení na teplo. Bielkovina termogenín robí to isté prirodzene v hnedom tuku bábätiek a zvierat pri zimnom spánku.
rozšírenie Mitochondrie boli kedysi baktérie

Mitochondrie majú vlastnú kruhovú DNA, vlastné ribozómy podobné bakteriálnym a dvojitú membránu. Podľa endosymbiotickej teórie, ktorú presadila Lynn Margulisová, boli pred viac ako miliardou rokov samostatnými baktériami, ktoré žili vo väčšej bunke a nakoniec sa stali jej súčasťou. Mitochondriálnu DNA dedíme len po matke.

teória

Časté chyby

  • „Kyslík sa mení na oxid uhličitý.“ Kyslík sa mení na vodu. CO₂ vzniká v Krebsovom cykle z uhlíkov živín.
  • „ATP syntáza tvorí ATP z elektrónov.“ Poháňajú ju protóny, nie elektróny.
  • „Z glukózy je vždy presne 38 ATP.“ Dnešný odhad je 30 až 32.
  • „Rozpájač zastaví dýchanie.“ Dýchanie beží naplno, len ATP nevzniká.

Ako rastliny získavajú energiu zo svetla podobnými mechanizmami, ukáže lekcia Fotosyntéza: svetelná fáza.

protóny, ATP syntáza a účet ATP

Dýchací reťazec

príklad 1

0 / 0

rozumieš tomu?

Otestuj sa

4 otázok · úroveň ZŠ4 otázok · úroveň SŠ

Kvíz: Dýchací reťazec a oxidačná fosforylácia

Otázka 1/4

Prečo dýchame kyslík?

Skóre: 0

Najprv vyber odpoveď.

Chcete tento pokus naživo?

Ukážem ho vašim žiakom na chemickej show: 15 pokusov za jednu hodinu, 5 € na žiaka.

Rezervovať termín

Nahlásiť chybu

Chyba v texte, zlá odpoveď alebo niečo, čo nefunguje? Stačí pár slov.

Čo sa stalo?
vedeckeokienko.sk/

Hlásenie uvidí len správca webu. Osobné údaje sem nepatria. Ochrana osobných údajov