úvod
Rastlina na slnku vyrába z oxidu uhličitého a vody glukózu a uvoľňuje kyslík. Tvoje bunky robia presný opak: glukózu z potravy spaľujú kyslíkom na oxid uhličitý a vodu. Energia zo slnka tak cez rastlinu prúdi až do tvojich svalov a uhlík koluje medzi vzduchom, rastlinami a živočíchmi. Všetky chemické deje v organizme spolu sa volajú metabolizmus.
teória
Fotosyntéza a dýchanie
| fotosyntéza | bunkové dýchanie | |
|---|---|---|
| kde | v chloroplastoch zelených rastlín | v mitochondriách takmer každej bunky |
| kedy | len na svetle | stále, vo dne aj v noci |
| spotrebúva | CO₂ a vodu | glukózu a kyslík |
| vyrába | glukózu a kyslík | CO₂, vodu a energiu (ATP) |
| energia | ukladá sa do glukózy | uvoľňuje sa z glukózy |
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ (fotosyntéza, svetlo)
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energia (dýchanie)
Oba deje spolu tvoria kolobeh uhlíka: rastliny berú uhlík zo vzduchu a zabudujú ho do cukrov, živočíchy ho pri dýchaní vracajú späť ako CO₂. Viac o kolobehu uhlíka v lekcii Uhlík a o fotosyntéze v lekcii Sacharidy.
vyskúšaj si
Fotosyntéza alebo dýchanie?
Patrí vlastnosť k fotosyntéze, pri ktorej rastlina vyrába glukózu, alebo k bunkovému dýchaniu, pri ktorom bunka glukózu rozkladá?
0 / 0teória
ATP, mena energie
Energiu z glukózy bunka neuvoľní naraz, to by sa prehriala. Ukladá ju po malých dávkach do molekúl ATP (adenozíntrifosfát). Keď niekde treba energiu, napríklad na stiahnutie svalu, ATP sa rozštiepi na ADP a fosfát a energia sa uvoľní. Pri dýchaní sa z ADP znova vytvorí ATP. ATP je preto ako nabíjateľná batéria, ktorá koluje po bunke. Nie je to dlhodobá zásoba: tú tvorí glykogén a tuk. Telo za deň vytvorí a znova rozloží asi toľko ATP, koľko samo váži.
teória
Kvasenie
Bez kyslíka dokážu bunky získať energiu z glukózy len kvasením, a oveľa menej:
- mliečne kvasenie: glukóza → kyselina mliečna. Prebieha v svaloch pri veľkej námahe, keď im chýba kyslík, a robia ho baktérie v jogurte, kyslej kapuste a siláži,
- alkoholové kvasenie: glukóza → etanol a oxid uhličitý. Robia ho kvasinky pri kysnutí cesta a výrobe piva a vína, ako ukazuje lekcia Alkoholy.
Fotosyntéza a dýchanie sú dve strany jednej mince. Ak si zapamätáš rovnicu dýchania, rovnicu fotosyntézy dostaneš, keď ju prečítaš odzadu. Rastliny pritom dýchajú tiež, stále. Cez deň však fotosyntézou vyrobia viac kyslíka, ako spotrebujú.
Katabolizmus a anabolizmus
Katabolizmus sú deje, ktoré zložité látky rozkladajú na jednoduchšie a energiu uvoľňujú, napríklad dýchanie, trávenie alebo rozklad tukov. Anabolizmus sú deje, ktoré z jednoduchých látok stavajú zložitejšie a energiu spotrebúvajú, napríklad fotosyntéza alebo tvorba bielkovín. ATP ich spája: katabolizmus ho vytvára, anabolizmus spotrebúva.
ATP je nukleotid z adenínu, ribózy a troch fosfátových skupín. Pri hydrolýze poslednej fosfátovej väzby, ATP + H₂O → ADP + fosfát, sa uvoľní asi 30 kJ na mól.
Rozklad glukózy
Bunkové dýchanie prebieha v troch etapách:
- Glykolýza v cytoplazme rozloží glukózu na dve molekuly pyruvátu (aniónu kyseliny pyrohroznovej). Nepotrebuje kyslík a dá 2 ATP.
- Krebsov cyklus v mitochondriách rozloží zvyšky pyruvátu na CO₂. Elektróny z nich prevezmú prenášače NAD⁺ a FAD.
- Dýchací reťazec na vnútornej membráne mitochondrií odovzdáva elektróny z NADH postupne až na kyslík, ktorý s protónmi vytvorí vodu. Uvoľnená energia sa využije na tvorbu väčšiny ATP. Ako sa pri tom striedavo oxiduje a redukuje železo v cytochrómoch, ukazuje lekcia Redoxné reakcie okolo nás.
Spolu bunka získa z jednej molekuly glukózy asi 30 ATP. Bez kyslíka sa rozklad zastaví po glykolýze a pyruvát sa premení na kyselinu mliečnu alebo na etanol a CO₂. Kvasenie dá len 2 ATP, a preto bunky pri ňom spotrebujú oveľa viac glukózy.
Tuky a bielkoviny
Tuky sa najprv rozštiepia na glycerol a mastné kyseliny. Mastné kyseliny sa v mitochondriách postupne skracujú o dva uhlíky (β-oxidácia) a vzniknuté dvojuhlíkaté zvyšky vstupujú do Krebsovho cyklu. Preto tuky dodajú na gram viac energie ako cukry. Bielkoviny sa rozštiepia na aminokyseliny. Tie telo použije hlavne na stavbu vlastných bielkovín, nadbytok rozloží a dusík vylúči ako močovinu.
Tvorba bielkovín, proteosyntéza, je typický anabolický dej: podľa mRNA ribozóm spája aminokyseliny do reťazca a spotrebúva pri tom energiu z ATP, ako ukazuje lekcia Nukleové kyseliny.
rozšírenie Prečo pri šprinte bolia svaly
Pri šprinte potrebujú svaly veľa energie naraz. Krv k nim nestihne doniesť dosť kyslíka a svalové bunky prejdú čiastočne na mliečne kvasenie. Získajú tak energiu rýchlo, no z každej molekuly glukózy len zlomok a hromadí sa pri tom kyselina mliečna, presnejšie mliečnan a protóny, ktoré prostredie vo svale okysľujú. Sval sa unaví a páli.
Po skončení behu ešte chvíľu dýchaš zrýchlene. Telo spláca „kyslíkový dlh“: pečeň mliečnan premení späť na glukózu a svaly doplnia zásoby. Svalovica na druhý deň má však iný pôvod, spôsobujú ju drobné poranenia svalových vlákien.
teória
Časté chyby
- „Rastliny nedýchajú.“ Rastlinné bunky dýchajú stále. Fotosyntéza prebieha len na svetle a cez deň vyrobí viac kyslíka, ako rastlina spotrebuje.
- „ATP je zásoba energie na dlhé týždne.“ ATP je krátkodobý prenášač, ktorý sa neustále tvorí a štiepi. Zásobou je glykogén a tuk.
- „Pri dýchaní vzniká energia z ničoho.“ Energia bola uložená v glukóze, ktorú vyrobila rastlina pomocou svetla.
- „Kvasenie a dýchanie sú to isté.“ Dýchanie potrebuje kyslík a dá asi 30 ATP. Kvasenie prebieha bez kyslíka a dá len 2 ATP.
Ako z toho všetkého poskladať zdravý jedálniček, ukazuje ďalšia lekcia Zdravá výživa.