Κυτταρική αναπνοή

Κατά τη Βιολογία κυτταρική αναπνοή χαρακτηρίζεται η καταβολική διαδικασία που λαμβάνει χώρα στα κύτταρα και κατά την οποία πολύπλοκα οργανικά μόρια, κατά σειρά φθίνουσας προτίμησης υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες, οξειδώνονται προκειμένου ν' απελευθερώσουν ενέργεια, η οποία είναι απαραίτητη σε άλλες κυτταρικές διαδικασίες. Η κυτταρική αναπνοή είναι ένα από τα τελευταία στάδια του μεταβολισμού των πολυκύτταρων οργανισμών.

Χρησιμότητα της κυτταρικής αναπνοής

Η κυτταρική αναπνοή συμβαίνει σε πολυχρησιμοποιημένες πολύπλοκες ουσίες επειδή:
Έχουν αχρηστευθεί εξ αιτίας της πολλής χρήσης ή δεν εξυπηρετούν πλέον τις ανάγκες του κυττάρου.
και οι απλούστερες ουσίες στις οποίες διασπώνται μπορούν να ανακυκλωθούν, για να δημιουργηθούν χρήσιμες πιο πολύπλοκες ουσίες.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται αποθηκεύεται στην τριφωσφορική αδενοσίνη, αλλά η απώλεια ενέργειας υπό μορφή θερμότητας είναι αναπόφευκτη.

Η κυτταρική αναπνοή αναστέλλεται με ανασταλτικά ένζυμα ανάλογα με τις ανάγκες του κυττάρου. Σκοπός αυτής της αναστολής είναι η εξισορρόπηση ανάμεσα στην παραγωγή ενέργειας και προϊόντων και την κατανάλωσή τους.

Κατά τη διάρκεια της χειμερίας νάρκης διακόπτεται η κυτταρική αναπνοή μέσω της θερμογενίνης η οποία αναστέλλει την παραγωγή της τριφωσφορικής αδενοσίνης, ώστε η παραγόμενη ενέργεια να μετατρέπεται απευθείας σε θερμότητα. Υπο φυσιολογικές συνθήκες κάτι τέτοιο θα οδηγούσε σε δηλητηρίαση.

Η κυτταρική αναπνοή είναι αντίθετη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Και οι δύο διαδικασίες επηρεάζουν την περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο.

Οξυγόνο + Θρεπτικές ουσίες = Διοξείδιο του άνθρακα + νερό + ενέργεια

Χημεία της κυτταρικής αναπνοής

Το είδος της κυτταρικής αναπνοής των κυττάρων ενός ζωντανού οργανισμού εξαρτάται από το είδος της αναπνοής του ίδιου του οργανισμού. Σχετικά με την κυτταρική αναπνοή, αν η οξείδωση πραγματοποιείται με οξυγόνο τότε ονομάζεται αερόβια αναπνοή, αλλιώς αναερόβια αναπνοή. Η κυτταρική αναπνοή μπορεί να μετατραπεί από αερόβια σε αναερόβια, αν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου στον οργανισμό, όπως συμβαίνει στον άνθρωπο σε πολύ έντονη φυσική άσκηση.

Γλυκόλυση

Το πρώτο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής με διάσπαση της γλυκόζης (υδατάνθρακας τύπου μονοσακχαρίτη, αποτελούμενος από έξι άνθρακες-εξόζη) η γλυκόλυση. Η γλυκόλυση (γλυκός + λύσις) είναι πολύ σημαντική μεταβολική οδός και αποτελεί το πρώτο στάδιο για τη διάσπαση της γλυκόζης. Γίνεται στο κυτταρόπλασμα χωρίς τη χρησιμοποίηση οξυγόνου. 

Στο στάδιο αυτό, ένα μόριο γλυκόζης διασπάται αρχικά σε δύο μόρια τριοζών (υδατάνθρακες με τρία άτομα άτομα). Στη συνέχεια αυτές μετατρέπονται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος. Το κέρδος του κυττάρου σε ενέργεια από αυτή τη διαδικασία είναι δύο μόρια τριφωσφορικής αδενοσίνης (2 ATP).

Στην αερόβια γλυκόλυση το πυροσταφιλικό οξύ οξειδώνεται πλήρως με οξυγόνο παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Στην αναερόβια γλυκόλυση το πυροσταφυλικό οξύ γίνεται είτε αιθυλική αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα μέσω της αλκοολικής ζύμωσης  είτε γαλακτικό οξύ μέσω της γαλακτικής ζύμωσης, όπως στην περίπτωση της αναερόβιας κυτταρικής αναπνοής των ανθρώπινων μυϊκών κυττάρων.

Κύκλος του Krebs/ Κύκλος του κιτρικού οξέος

Στην αερόβια αναπνοή η πλήρης οξείδωση του πυροσταφυλικού οξέος, που έχει παραχθεί κατά τη γλυκόλυση, γίνεται σε δύο στάδια. Αρχικά, το πυροσταφυλικό οξύ μετατρέπεται σε ακετυλο-συνένζυμο Α (Acetyl-CoA). Με τη μορφή αυτή εισέρχεται στον κύκλο του κιτρικού οξέος. Εκεί,  στη μήτρα των μιτοχονδρίων, πραγματοποιούνται μία σειρά από αντιδράσεις, χωρίς να χρησιμοποιείται οξυγόνο. Από το ακετυλο-συνένζυμο Α που μπαίνει στον κύκλο του κιτρικού οξέος σχηματίζονται, μεταξύ άλλων, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και ATP. Το κέρδος σε ενέργεια του κυττάρου είναι δύο μόρια ATP.

Οξειδωτική Φωσφορυλίωση
Γίνεται στις αναδιπλώσεις της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων καθώς και στον μεσομεμβρανικό χώρο. Για τη διεξαγωγή των αντιδράσεων σε αυτό το στάδιο χρησιμοποιείται οξυγόνο. Η εσωτερική μεμβράνη διαθέτει μεταφορείς ηλεκτρονίων που μεταβιβάζουν ηλεκτρόνια απο τα NADH και τα FADH2 στο οξυγόνο. Κατά την πραγματοποίηση αυτών των αντιδράσεων γίνεται απελευθέρωση ενέργειας, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται για την παραγωγή 32 μορίων ATP από ADP + Pi. Στα τελικά προϊόντα αυτής της διαδικασίας περιλαμβάνεται και το H2O.

Τελικά 
Από την πλήρη οξείδωση ενός μορίου γλυκόζης σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό παράγονται συνολικά 36 μόρια ATP. Η γενική εξίσωση της κυτταρικής αναπνοής είναι:

C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O + Energy

Κυτταρική αναπνοή και πρωτεΐνες

Οι πρωτεΐνες πρώτα υδρολύονται σε αμινοξέα το υπόλοιπο είτε υφίσταται επεξεργασία στον κύκλο του κιτρικού οξέος, γίνεται λιπαρό οξύ, πυροσταφυλικό οξύ ή ακετυλο- συνένζυμο Α πριν οξειδωθεί.

Παραπομπές

Βιολογικοί όροι
Κυτταρικές διεργασίες
Μεταβολισμός
Φυσιολογία φυτών