Jak powstaje energia? Tlenowe systemy energetyczne

Glikoliza tlenowa

Stanowi podstawowy proces służący odbudowie ATP. Przebieg glikolizy tlenowej jest identyczny jak glikolizy beztlenowej do momentu powstania pirogronianu. Jednak w warunkach tlenowych pirogronian nie jest redukowany do mleczanu (LA). Przechodzi on z cytoplazmy do mitochondrium, gdzie pod wpływem kompleksu enzymatycznego – dehydrogenazy pirogronianowej ulega tak zwanej dekarboksylacji oksydacyjnej. W efekcie powstaje acetylo-CoA (acetylokoenzym A), który wchodzi następnie w cykl Krebsa nazywany również cyklem kwasu cytrynowego.

Cykl Krebsa

Substratami do cyklu Krebsa jest acetylo-CoA oraz szczawiooctan. Acetylo-CoA pochodzi z różnych źródeł, jednak zazwyczaj powstaje z pirogronianu będącego produktem glikolizy. Jest on również produktem β-oksydacji kwasów tłuszczowych. Podczas licznych reakcji chemicznych uwalniane są dwie cząsteczki CO₂, jednak cząsteczka ATP oraz cztery wodory. Wodory za pośrednictwem 3 NADH i 1 FADH₂ przenoszone są na łańcuch oddechowych, gdzie powstaje z nich ATP. Łącznie z jednej cząsteczki acetylo-CoA powstaje w cyklu Krebsa 12 cząsteczek ATP.

β-oksydacja kwasów tłuszczowych

Substratem do β-oksydacji kwasów tłuszczowych są wolne kwasy tłuszczowe (FFA). Powstają one na drodze rozpadu (hydrolizy) triacyloglicerolu do glicerolu i 3 cząsteczek wolnych kwasów tłuszczowych. Proces ten nazywany jest lipolizą i zachodzi przy udziale enzymu lipazy. Wolne kwasy tłuszczowe w cytoplazmie komórek mięśniowych ulegają aktywacji przez połączenie ich z CoA. W wyniku tej reakcji powstaje acylo-CoA. Proces ten zachodzi na powierzchni mitochondrium i jest katalizowany przez enzym syntetazę acylo-CoA (tiokinazę). Następnie acylo-CoA transportowany jest przez wewnętrzną błonę mitochondrialną. W przypadku długołańcuchowych kwasów tłuszczowych proces ten wspomaga L-karnityna. Wewnątrz mitochondrium, w matrix mitochondrialnym, acylo-CoA przy udziale enzymów ulega β-ksydacji. W jej efekcie od acylo-CoA odłączane są dwuwęglowe fragmenty, które następnie przyłączane są do CoA. W wyniku tej reakcji powstaje acetylo-CoA, który włączany jest do cyklu Krebsa.

Łańcuch oddechowy

Podczas glikolizy, cyklu Krebsa oraz β-oksydacji kwasów tłuszczowych uwalniane są jony wodorowe, których akceptorem jest NAD⁺ oraz FAD. Tworzą one równoważniki redukcyjne – odpowiednio NADH oraz FADH₂. Znacznie upraszczając, w łańcuchu oddechowym przekazują one wodór na tlen. W efekcie tego powstaje H₂O oraz ATP – zachodzi tak zwana fosforylacja oksydacyjna. W jej wyniku z 4 jonów H⁺ oraz 4 e^- uzyskiwane są 2 cząsteczki wody oraz jedna cząsteczka ATP. Z jednego zredukowanego NADH powstają 3 cząsteczki ATP, natomiast z jednego zredukowanego FADH₂ 2 cząsteczki ATP.

NADH + H⁺ + 3 ADP + 3 Pi +1/2 O2 à NAD⁺ + H₂O + 3 ATP

Łańcuch oddechowy występuje jednie przy odpowiedniej podaży tlenu – w warunkach tlenowych.

Zdjęcie