Stanično disanje je temeljni proces u biokemiji koji omogućuje stanicama da pretvore energiju pohranjenu u organskim molekulama u oblik koji stanica može lako iskoristiti. Glavne faze staničnog disanja uključuju glikolizu, Krebsov ciklus i lanac prijenosa elektrona.
Glikoliza
Glikoliza je prvi stupanj staničnog disanja i odvija se u citoplazmi stanice. Uključuje razgradnju glukoze, šećera sa šest ugljika, u dvije molekule piruvata, spoja s tri ugljika. Ovaj proces također daje malu količinu adenozin trifosfata (ATP) i nikotinamid adenin dinukleotida (NADH), koji nosi elektrone visoke energije.
Tijekom glikolize, glukoza se fosforilira i potom dijeli na dvije molekule s tri ugljika, koje se dalje razgrađuju i modificiraju da bi dale piruvat. Usput, ATP i NADH nastaju fosforilacijom na razini supstrata, odnosno redoks reakcijama.
Krebsov ciklus
Piruvat proizveden tijekom glikolize ulazi u mitohondrije, gdje se podvrgava daljnjoj obradi u Krebsovom ciklusu, također poznatom kao ciklus limunske kiseline. Ovaj se ciklus odvija u mitohondrijskom matriksu i niz je kemijskih reakcija koje u konačnici rezultiraju potpunom oksidacijom piruvata u ugljični dioksid, stvarajući dodatni ATP i prijenosnike elektrona u obliku NADH i flavin adenin dinukleotida (FADH2).
Krebsov ciklus je visoko reguliran niz reakcija kataliziranih enzimima koji proizvode elektrone visoke energije u obliku NADH i FADH2, kao i ATP kroz fosforilaciju na razini supstrata. Atomi ugljika u piruvatu oslobađaju se kao ugljični dioksid, koji je otpadni proizvod ove faze.
Lanac prijenosa elektrona
Elektroni visoke energije koje nose NADH i FADH2 prenose se u lanac prijenosa elektrona koji se nalazi u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani. Ova ključna faza staničnog disanja je mjesto gdje se većina proizvodnje ATP-a odvija putem oksidativne fosforilacije.
Dok se elektroni kreću kroz niz proteinskih kompleksa u lancu prijenosa elektrona, oslobađaju energiju koja se koristi za pumpanje protona (H+) preko unutarnje mitohondrijske membrane, stvarajući elektrokemijski gradijent. Ovaj gradijent pokreće proizvodnju ATP-a dok protoni teku natrag kroz proteinski kompleks poznat kao ATP sintaza, što dovodi do sinteze ATP-a iz adenozin difosfata (ADP) i anorganskog fosfata.
Nakon što su elektroni predali svoju energiju, oni se spajaju s kisikom i protonima kako bi formirali vodu kao konačni akceptor elektrona. Ovaj proces osigurava stalnu opskrbu stanica kisikom i neophodan je za učinkovitu proizvodnju ATP-a kroz lanac prijenosa elektrona.
Zaključne napomene
Stanično disanje složen je i bitan proces koji omogućuje stanicama stvaranje energije koja im je potrebna za obavljanje različitih metaboličkih aktivnosti. Razumijevanje glavnih faza staničnog disanja, uključujući glikolizu, Krebsov ciklus i lanac transporta elektrona, daje uvid u biokemiju koja stoji iza proizvodnje energije u živim organizmima.