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 / 0Účet jednej glukózy
| glykolýza | 2 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 / 0teória
Účet jednej glukózy
| Dráha | Priamo ATP | NADH | FADH₂ |
|---|---|---|---|
| glykolýza | 2 | 2 | 0 |
| pyruvát → acetyl-CoA | 0 | 2 | 0 |
| Krebsov cyklus | 2 (GTP) | 6 | 2 |
| spolu | 4 | 10 | 2 |
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.