Oddychanie jako proces kataboliczny

Oddychanie jest procesem katabolicznym. Polega na utlenianiu biologicznym poprzez oderwanie atomów wodoru, bądź tylko elektronów od substratu organicznego. Procesowi temu towarzyszy uwolnienie energii. Część energii jest zmagazynowana w wysokoenergetycznych wiązaniach ATP. Część rozprasza się w postaci energii cieplnej.

Oddychanie może przebiegać tlenowo bądź beztlenowo, czyli przez proces fermentacji. Do oddychania tlenowego potrzebne są mitochondria, tlen, substrat organiczny, najczęściej glukoza, odpowiednie enzymy ADP i fosforan nieorganiczny.

C6H1206 + 6O2 => 6CO2 + 6H2O +36 ATP

Proces oddychania tlenowego przebiega w 3 etapach:
1) glikoliza
2) cykl Krebsa
3) łańcuch oddechowy.

Glikoliza
Glikoliza przebiega w cytoplaźmie komórki, nie wymaga obecności tlenu i jest etapem, który zachodzi również w oddychaniu beztlenowym. W procesie glikolizy cząsteczka glukozy zostaje przekształcona w 2 cząsteczki kwasu pirogronowego, glikolizy są w cząst. ATP i 2 cząst. NADH2.

Kwas pirogronowy wędruje do mitochondriów, gdzie ulega przekształceniu do dwuwęglowego zw. aktywnego octany, inaczej acetylokoenzymu A. Proces przekształcenia kw. pirogronowego w acetylokoenzym A nosi nazwę aksydacyjnej dekarboksylacji.

Cykl Krebsa
Acetylo CoA wchodzi do cyklu Krebsa. Jest to kołowy cykl przemian. Akceptorem acetylo CoA jest 4 węglowy kw. szczawiooctowy . Powstaje 6 węgl. Kw. cytrynowy. Następnie poprzez szereg produktów pośrednich powstaje ponownie kw. szczwiooctowy. Podczas cyklu Krebsa następuje dwukrotna dekarboksylacja i 4-krotne odwodorowanie. Trzy cząst. – wodoru łączą się w NAD, jedna z FAD.

Łańcuch oddechowy
Następnym etapem jest łańcuch oddechowy. Wszystkie cząsteczki NADH2 powstałe w glikolizie oksydacyjnej dekarboksylacji oraz cyklu Krebsa i cząst. FADH2 przenoszone są na grzebienie mitochondrialne, gdzie zlokalizowany jest łańcuch oddechowy.

Bilans energetyczny oddychania tlenowego.
1. W czasie procesy glikolizy wytwarzaja się 2 cząst.
2. NADH2 i 2 cząst. ATP. Podczas osydacyjnej dekarboksulacji kw. pirogronowego 2 cząst. Kw. dają 2 cząst. NADH2.
3. W cyklu Krebsa powstaje 1 cząst. ATP, 3 cząst. NADH2 i 1 cząst. FADH2.
4. Utlenianie 1 cząst. NADH2 w łańcuchu oddechowym daje nam 3 cząst. ATP.
5. Utlenianie cząst. FADH2 daje nam 2 cząst. ATP.

	ATP	NADH2

Glikoliza	2	1 6ATP

Oksydacyjna dekarboksylacja	-	2(NADH2) 6 ATP

Cykl Krebsa	2(ATP)	2(3NADH2  18 ATP

2 (FADH2)    4 ATP

                   34 ATP

W całym procesie oddychania tlenowego z 1 cząst. Glukozy uzyskujemy 36 cząst. ATP, co stanowi 40 % wydajności. 60 % rozprasza się jako energia cieplna.

Oddychanie beztlenowe.
Oddychanie beztlenowe zachodzi u niektórych organizmów np. bakterii, grzybów, a także zwierzęcych pasożytów wewnętrznych.

Substratem oddychania beztl. Jest najczęściej glukoza. I etapem tego oddychania jest glikoliza, która prowadzi do utworzenia kw. pirogronowego , 2 cząst. ATP i 2 cząst. NADH2/ Przy braku tlenu nie może zajść utlenianie NADH2 w łańcuchu oddechowym.

Kw. pirogronowy nie może być dalej utleniany, ponieważ powodowałoby to dalsze gromadzenie NADH2. Dlatego też kwas pirogronowy podlega bezpośredniej lub pośredniej redukcji, której towarzyszy utlenianie NADH2 do NAF. Końcowym produktem oddychania beztlenowego mogą więc być rożne zw. organiczne np. alkohol etylowy, kw. mlekowy, masłowy.

Fermentacja alkoholowa
Przebiega w kom. Drożdży w mięsistych dużych owocach, nasionach pokrytych twarda łupiną, w korzeniach, jeżeli jest duzo wody w glebie. Powstający w glikolizie kwas. Pirogronowy ulega dekarboksylacji do aldehydu octowego a ten redukcji do etanolu.

Fermentacja mlekowa
Zachodzi w komp. Bakterii mlekowych, w mięśniach szkieletowych w warunkach deficytu tlenu. Kw. pirogronowy wytworzony w procesie glikolizy ulega bezpośredniej redukcji do kw. mlekowego. Fermentacja przeprowadzona przez bakterie odgrywa istotna role w życiu człowieka ponieważ np. powoduje kwaszenie mleka, kapusty.

Zysk energetyczny podczas rozkładu 1 cząst. Glukozy w oddychaniu beztlenowym wynosi tylko 2 cząst. ATP, które powstają w procesie glikolizy.