Dakle, respiracija je proces u kojem organske molekule koje unosimo ishranom služe kao gorivo za organizam. To se kod nas u literaturi uglavnom naziva ćelijsko ili stanično disanje, a u engleskom jeziku postoji distinkcija između breathing i respiration:
Molekule koje unesemo u organizam – prije svega, ugljeni hidrati i masti, a ponekad i bjelančevine tj. aminokiseline – se razbijaju pomoću enzima, ali postepeno. Pri tome se oslobađa potencijalna energija koja služi za sintezu ATP-a.
Glavno “gorivo” stanica je uglavnom glukoza – grožđani šećer, a neke stanice koriste i druge molekule. Međutim, kada bi se razlaganje glukoze odvijalo naglo, tu bi se oslobodila velika količina energije i to bi moglo biti veoma nezgodno za živa bića. Kada trčimo, ugrijemo se – ali tu se dešava postepeno oslobađanje energije. Zamislite da se još više energije oslobodi – toplota bi denaturalizirala proteine živog organizma.
Razlaganje glukoze se odvija u 4 etape, koje imaju prilično komplikovane enigmatične nazive:
1. glikoliza;
2. oksidativna dekarboksilacija piruvata;
3. Krebsov ciklus i
4. oksidativna fosforilacija.
Međutim, da bi se energija dobila, energija se mora i žrtvovati tj. potrošiti.
Upravo se to dešava u glikolizi – procesu u kojem se jedna molekula glukoze od 6 atoma ugljika razlaže na 2 molekule piruvata (pirogrožđane kiseline). Inače, sam naziv “glikoliza” znači “cijepanje glukoze”, prema grčkoj riječi lysis – cijepanje, razlaganje. Potrebno je dodati da se ovaj dio disanja odvija u citoplazmi (citosolu) stanica, dok se ostale etape odvijaju u mitohondrijima.
Sad i sama glikoliza ima svoje podfaze, čisto da bude komplikovanije i da nam je teže shvatiti što se događa.
Ta prva faza se naziva fosforilacija, a zapravo predstavlja vezivanje fosforne grupe na molekulu glukoze. Inače, sve što u organizmu ulazi u reakcije mora biti fosforilizirano – to je način aktivacije molekula. Fosforiliziraju se i molekule masnih kiselina te druge molekule.
Pitate li se sad odakle dolazi ta fosforna grupa?
Iz ATP-a, naravno!
Za jednu molekulu glukoze će trebati 2 molekule ATP-a koji tako postaje ADP i čeka bolja vremena da se ponovo fosforilizira i vrati se u ATP, što će se na kraju i dogoditi u idućim fazama disanja. Od glukoze nastaje prvo fruktozo fosfat, pa onda fruktozo bifosfat, kada se na molekulu nakači i druga foforna grupa. Dakle, prilikom disanja svaka molekula glukoze koju smo pojeli (ili unijeli na neki drugi način, primjerice infuzijom) postaje izomerna molekula – fruktoza. Prvi i šesti atom ove heksoze nose fosforne grupe. Enzim koji fruktozu pretvara u glukozu je glukozo-6-fosfat izomeraza, i s obzirom na ovo što sam prije napisala, to je sasvim logičan naziv enzima.
Konačno fruktoza bifosfat se enzimatski razlaže na dvije molekule trioza fosfata. Trioza je inače naziv za jednostavne ugljene hidrate koji imaju svega 3 ugljikova atoma. Enzim koji vrši ovo cijepanje je fruktoza bifosfat aldolaza, koja se nekad zove samo aldolaza ili ALDO.
Sad u tom procesu cijepljenja nastaju dvije različite, a opet slične molekule sa tri atoma ugljika – GADP i DHAP. GADP je gliceraldehid 3-fosfat, pri čemu ovaj broj 3 znači da se fosforna grupa nalazi na 3. ugljikovom atomu, dok je DHAP dihidroaceton fosfat. U suštini, nastaje jedan aldehid, i jedan keton, a ove molekule su izomeri i pomoću jednog enzima (triozofosfat izomeraze) mogu prelaziti jedna u drugu.
Ove dvije molekule su, kao i sve molekule u nekom metaboličkom putu između početne i krajnje molekule intermedijarne molekule.
Iz ove dvije molekule se poslije uklanja hidrogen pomoću jednog enzima iz klase dehidrogenaza. Gubljenje hidrogena je generalno reakcija oksidacije. Ovaj hidrogen ide na jedinjenje NAD (nikotinamid adenin dinukleotid), koje se primajući hidrogen, reducira i ovakva molekule je korisna u nekim drugim hemijskim reakcijama u organizmu u kojima će nastati ATP.
Pirogrožđana kiselina je jedinjenje koje nastaje kao krajnji produkt ovih reakcija i to nastaju 2 molekule pirogražđane kiseline (piruvat) od 1 molekule glukoze. Ove nastale molekule su bogate hemijskom energijom, koja će se poslije iskoristiti u nastavku reakcija disanja.
Suma sumarum kada saberemo, oduzmemo i podvučemo sve što se sa energijom dogodi u glikolizi, jeste to da su stanice, da bi razbile jednu molekulu glukoze, potrošili 2 molekule ATP-a, ali će generirati 4 molekule ATP-a te je “dobitak” čiste 2 molekule ATP.
 |
Ja znam da su ovo najkomplikovanije i najdosadnije lekcije u biologije, ali ovo je čista hemija i redoks reakcije – gubljenje i primanje elektrona ili protona, uz pomoć raznoraznih enzima i molekula koje se mogu reverzibilno mijenjati i to je bit ove priče.
Pirogrožđana kiselina poslije ulazi u Krebsov ciklus, ali ne prije nego što prođe oksidativnu dekarboksilaciju. O tome uskoro.
Za otkriće načina na koji se dešava glikoliza, njemački naučnik jevrejskog porijekla Otto Fritz Meyerhof dobija Nobelovu nagradu za medicinu i fiziologiju, zajedno sa Archibaldom Vivianom Hillom, 1922.
Ostali postovi o (staničnom/ćelijskom) disanju:
Šta je to zapravo disanje (I dio)?
ATP-kriptovaluta živog svijeta (disanje II dio)
Disanje i respiracija: glikoliza (III dio)
Oksidativna dekarboksilacija (IV dio)
Krebsov ciklus (V dio)
Oksidativna fosforilacija (VI dio)
