Oddychanie komórkowe na maturze – o czym warto pamiętać?

Jednym z trudniejszych działów, które wypadałoby przyswoić przed maturą, jest metabolizm. Cykle, przemiany związków, w zasadzie bardziej chemia niż biologia.. Tak naprawdę to nic strasznego, wystarczy wiedzieć, na co zwrócić uwagę podczas nauki.

Standardowo, nie będę Wam powielać treści z podręczników/ repetytoriów, bo nie widzę w tym większego sensu. Jeśli macie ochotę na przyswojenie informacji z innych źródeł niż papierowe, polecam (po raz kolejny) Khan Academy: LINK i uwielbiane przeze mnie Amoeba Sisters: LINK.

Tymczasem, pomyślmy na co powinniście zwrócić uwagę:

  1. czym jest oddychanie, a czym oddychanie nie jest?

Po pierwsze i najważniejsze: nauczcie się rozróżniać te pojęcia: oddychanie, wymiana gazowa, wentylacja płuc. Każdy z nich rozgrywa się na innym poziomie i polega na czymś zupełnie innym, a często są mylone (co w odpowiedzi maturalnej będzie, rzecz jasna, opłakane w skutkach):

 

Podsumowując: istotą oddychania komórkowego jest pozyskanie energii w postaci ATP.

  1. Rozróżnienie oddychania tlenowego i beztlenowego

No ok, przejdźmy do oddychania komórkowego. Wiecie, że może przebiegać na dwa sposoby: tlenowo i beztlenowo. Spójrzcie na poniższe zestawienie: to absolutnie podstawowe informacje, jakie powinniście znać. Na co zwrócić szczególną uwagę?

  • glikoliza jest pierwszym etapem obu rodzajów oddychania. Zachodzi w cytoplazmie, do jej przebiegu nie jest konieczny tlen.
  • w przypadku oddychania beztlenowego zwróćcie uwagę na to, że jeśli chodzi o zysk w postaci ATP to taka fermentacja mlekowa mogłaby się spokojnie skończyć na glikolizie. Tylko podczas przemiany glukozy w pirogronian dochodzi do produkcji ATP. Więc po co komórka traci czas na produkcję mleczanu (kwasu mlekowego)? Otóż pozwala to na odtwarzanie NAD+  przez co odgrywa kluczową rolę, ponieważ umożliwia cykliczność procesu glikolizy.  
  • reakcja pomostowa (zwana też dekarboksylacją oksydacyjną pirogronianu, ale kto by sobie zawracał głowę takimi nazwami) jest łącznikiem między glikolizą a cyklem Krebsa. Pamiętacie, jaki jest jej sens? Nie przynosi ona zysku w postaci ATP, ale umożliwia wytworzenie acetylo-CoA, czyli cząsteczki, której funkcją jest włączenie do cyklu Krebsa grup acetylowych! (bardzo ważna, bardzo zapominana informacja).
  • Cykl Krebsa – mimo, że przynosi jakiś zysk energetyczny w postaci ATP, jego istotą jest wytworzenie zredukowanych przenośników elektronów i protonów: NADH i FADH2. One odgrywają kluczową rolę w kolejnym etapie.
  • łańcuch oddechowy – czyli etap, w którym powstaje najwięcej ATP. Zachodzi na wewnętrznych błonach grzebieni mitochondrialnych. Wiąże się z pojęciami takimi jak:

gradient protonowy – czyli różnica stężeń protonów (jonów H+) po obu stronach wewnętrznej błony mitochondrialnej, dzięki niemu może dojść do zjawiska znanego jako

chemiosmoza – czyli przemieszczanie się protonów zgodnie z gradientem stężeń. W związku z tym, że błona jest nieprzepuszczalna dla protonów, mogą one przez nią przechodzić tylko w określonych miejscach. Jedną z takich bram dla protonów jest białko (transbłonowe) – syntaza ATP. Tworzy ona tunel, przez który mogą przechodzić protony, w ten sposób napędzające syntazę ATP do produkcji ATP. Działa to trochę jak elektrownia wodna 😉

Działanie syntazy ATP możecie obejrzeć np. tutaj.

 

  1. Dlaczego oddychanie tlenowe jest wydajniejsze niż beztlenowe?

Odpowiedź na to pytanie można “ugryźć” na różne sposoby:

  • w oddychaniu beztlenowym jedynym etapem służącym do produkcji ATP jest glikoliza. W oddychaniu tlenowym, oprócz glikolizy zysk energetyczny przynoszą jeszcze 2 etapy (cykl Krebsa i, przede wszystkim, łańcuch oddechowy).
  • w oddychaniu beztlenowym produkty są mniej utlenione – czyli są bardziej złożonymi związkami, niż w przypadku oddychania tlenowego. Jeśli energia pozyskiwana jest w procesie utleniania, logiczne jest że im bardziej utlenimy jakąś cząsteczkę, tym więcej energii na tym zyskamy. Przypomnijcie sobie reakcje pełnego i niepełnego spalania z chemii. Ma to sens?
  1. Bardzo ważne informacje, które warto sobie przypomnieć:

  • Do jakiej grupy związków zaliczysz ATP, NADH czy FADH? To nukleotydy. Czyli należą do tej samej grupy związków, co małe koraliki tworzące nasze DNA.
  • Dlaczego ATP produkowane jest “na miejscu”, blisko miejsca wykorzystania? Bo ma nietrwały charakter, szybko się rozkłada, więc nie nadaje się do transportu na duże odległości. To dlatego w tkankach o wysokim metabolizmie (a więc dużym zapotrzebowaniu na energię) jest dużo mitochondriów – energia ma być produkowana na bieżąco, jak najbliżej miejsca jej wykorzystania.
  • Jakie żywe komórki nie posiadają mitochondriów i dlaczego? Dojrzałe erytrocyty ssaków. Dzięki temu że wtórnie utraciły mitochondria (nie tylko, bo także jądro) nie zużywają one tlenu – oddychają tylko beztlenowo, więc nie uszczuplają transportowanych przez siebie zasobów.
  • Fermentacja mlekowa zachodzi w naszych mięśniach w warunkach długu tlenowego, podczas intensywnego wysiłku fizycznego: kiedy nasze mięśnie ciężko pracują, nie nadążamy z transportem tlenu do komórek (mimo wszystko próbujemy, dlatego nasz puls przyspiesza), a komórki przestawiają się na oddychanie beztlenowe. Boleśnie odczuwamy te skutki następnego dnia po wysiłku, kiedy mamy zakwasy. Jak to się dzieje, że kwas mlekowy znika z mięśni? Jest transportowany z krwią do wątroby, a tam przekształcany w pirogronian, który z kolei jest przekształcany w glukozę w procesie glukoneogenezy.
  • kilka pojęć:

aeroby – organizmy tlenowe

anaeroby – organizmy beztlenowe (beztlenowce), mogą być beztlenowcami obligatoryjnymi (umierają w warunkach tlenowych, bo tlen jest dla nich toksyczny) i fakultatywnymi (przeżywają w obecności tlenu).

dekarboksylacja – reakcja, w której od cząsteczki substratu odłączona zostaje cząsteczka dwutlenku węgla

dehydrogenacja – reakcja, w której od cząsteczki substratu odłączony zostaje wodów

Zdaję sobie sprawę, że pisanie w ciekawy sposób o czymś tak skomplikowanym, czego w dodatku większość z Was nie lubi to trudna sprawa. Mimo wszystko mam nadzieję, że w jakiś sposób pomoże Wam to w przygotowaniach i nauce 😉 Zamieszczone przeze mnie materiały (tabelki i schemat) możecie oczywiście pobrać, jeśli przydadzą się Wam w notatkach. Jeśli macie jakieś pytania albo sugestie co do następnej notki powtórkowej – koniecznie dajcie znać. A może lubicie metabolizm i zadania z tego działu trzaskacie ekspresowo? Chętnie się dowiem 😉

Na koniec mam dla Was kilka zadań maturalnych związanych z oddychaniem komórkowym. Pliki do pobrania tutaj: zadania i odpowiedzi.

admin

4 Comments

  1. Mam nadzieję, że często dostaje Pani podziękowania i pochwały, bo to co Pani robi jest wspaniałe 🙂 Altruizm jest bardzo rzadko spotykaną cechą.
    Serdecznie pozdrawiam

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *