Respirationsprocessen er den mest energigivende forbrændingsproces, som dyre-, plante- og svampeceller laver. Nogle bakterier laver også respiration.
Ved respirationsprocessen omdannes sukker (C6H12O6) og ilt (O2) til energi (ATP), vand (H2O) og kuldioxid (CO2), som set på figur 1. Cellen bruger energien til at udføre sine forskellige arbejdsopgaver og dermed holde organismen i live.
Figur 1. Respirationsligningen. Gennem respirationsprocessen omdannes sukker og ilt til vand, kuldioxid og energi.
”Respiration” oversættes til ”udånding”, og dette refererer til, at ilt er nødvendigt for processen. Respirationen er dermed en aerob proces, og ilten gør, at der kan ske en fuldstændig forbrænding. Hvis der ikke er ilt til stede, sker der fermentering frem for respiration, hvilket er en anaerob proces. Ved fermentering dannes kun en meget lille mængde energi (2 ATP) sammenlignet med respirationsprocessen (30 ATP).
Hvor sker respirationsprocessen?
Respirationsprocessen opdeles i fire dele: Glykolysen, pyruvat oxidation, citronsyrecyklussen og elektrontransportkæden. Glykolysen foregår i cellens cytoplasma, mens pyruvat oxidation, citronsyrecyklussen og elektrontransportkæden sker i mitokondriet. De fire trin ses på figur 2.
Figur 2. Respirationsprocessens fire trin. Respirationsprocessen inddeles i: 1) Glykolysen, hvor glukose omdannes til to pyruvatmolekyler, 2) pyruvat oxidation, hvor pyruvat laves om til acetyl-CoA, 3) citronsyrecyklussen, hvor elektrontransportørerne NADH + H+ og FADH2 reduceres, og 3) elektrontransportkæden, hvor den største mængde ATP produceres.
Respirationsprocessens trin
|
Input: 1 glukosemolekyle, 2 NAD+, 2 ATP, 4 ADP + Pi Output: 2 pyruvatmolekyler, 2 NADH + H+, 2 ADP Pi + 4 ATP, I glykolysen omdannes glukose til to pyruvatmolekyler gennem 10 enzymatiske reaktioner. Undervejs forbruges 2 ATP, mens der dannes 4 ATP til slut i glykolysen. Dette giver et overskud på 2 ATP. |
|
Pyruvat oxidation |
|
Input: 2 pyruvat, 2 NAD+, 2 CoA Output: 2 acetyl-CoA, 2 NADH + H+, 2 CO2 Efter glykolysen føres pyruvatmolekylerne ind i mitokondriets matrix. Her omdannes hvert pyruvatmolekyle til acetat og CO2. CoA (Coenzym A) sættes på acetyl, og således dannes acetyl-CoA. |
|
Citronsyrecyklus |
|
Input (2 omgange): 2 acetyl-CoA, 6 NAD+, 2 FAD, 2 GDP + Pi Output (2 omgange): 4 CO2, 6 NADH + H+, 2 FADH2, 2 GTP Citronsyrecyklussen kaldes også Krebs’ cyklus, og her fuldendes oxidationen af glukose. Hvert acetyl-CoA giver ”en omgang” i citronsyrecyklussen – altså opnås to omgange for hvert glukosemolekyle. |
|
Elektrontransportkæde |
|
Input: 10 NADH + H+, 2 FADH2, 6 O2, 28 ADP + Pi Output: 10 NAD+, 2 FAD, 6 H2O, 28 ATP Elektrontransportkæden kaldes også for oxidativ fosforylering, da der både sker oxidation og fosforylering. Som navnet antyder, transporteres elektronerne fra NADH + H+ og FADH2 gennem forskellige komplekser. Elektrontransporten resulterer i den aktive transport af protoner (H+) ud af mitokondriets matrix, gennem indermembranen og ud i det intermembrane rum. Således opstår en protongradient (forskel i ladning på hver side af membranen), da der bliver mere positivt ladet i det intermembrane rum i modsætning til matrix. Gradienten gør, at protonerne transporteres tilbage til mitokondriets matrix – nu gennem kanalproteinet ATP syntase. Når protonerne bevæger sig gennem ATP syntase, dannes der ATP således: ADP + Pi –> ATP. |
Samlet energiregnskab
- Glykolysen gav 2 NADH + H+ samt et overskud på 2 ATP
- Pyruvat oxidationen gav 2 NADH + H+
- Citronsyrecyklussen gav 2 GTP, 6 NADH + H+ og 2 FADH2
GTP omdannes til ATP på følgende vis: GTP + ADP –> ATP + GDP
- Elektrontransportkæden omdanner hver NADH + H+ til 2,5 ATP ud fra 2,5 ADP + Pi og hver FADH2 til 1,5 ATP ud fra 1,5 ADP + Pi.
(2 NADH + H+ + 2 NADH + H+ + 6 NADH + H+) * 2,5 ADP + Pi = 25 ATP
2 FADH2 * 1,5 ADP + Pi = 3 ATP
Samlet: 25 ATP + 3 ATP = 28 ATP fra elektrontransportkæden
Tillægges de 2 ATP fra glykolysen og de 2 ATP fra citronsyrecyklussens 2 GTP, fås 32 ATP i alt. Dog fratrækkes 2 ATP, som blev brugt til at føre NADH + H+ fra cytoplasmaet ind i mitokondriets matrix. Respirationsprocessen resulterer således i 30 ATP.
Oxygens rolle
Respirationsprocessen er, som nævnt, en anaerob proces, hvor O2 (ilt) er nødvendigt. O2 har en oxiderende rolle og er med til at regenerere NAD+ og FAD+, så de kan blive brugt på ny.
Gennem glykolysen, pyruvat oxidation og citronsyrecyklussen dannes de reducerede former NADH + H+ og FADH2 ud fra de oxiderede former NAD+ og FAD+. Dette sker, da NAD+ og FAD+ er oxidationsagenter, og de kan dermed oxidere andre stoffer fra de tre processer, mens de selv bliver reducerede.
Når NADH + H+ og FADH2 dernæst føres gennem elektrontransportkæden, oxideres de tilbage til NAD+ og FAD+, mens O2 reduceres til H2O. O2 kaldes også en oxidationsagent i denne reaktion, da den er med til at oxidere hhv. NADH + H+ og FADH2. Modsat kan NADH + H+ og FADH2 kaldes reduktionsagenter, da de reducerer O2 til H2O.
En oxidationsagent modtager elektroner fra en reduktionsagent og bliver selv reduceret, mens en reduktionsagent afgiver elektroner til en oxidationsagent og bliver selv oxideret.
Energikilder
Respirationen er en katabolisk proces, hvor et stort molekyle i form af glukose nedbrydes fuldstændigt til de mindre molekyler CO2 og H2O. For dyr kommer glukosen til respirationen fra kulhydrater, men protein og fedt kan også bidrage med brændstof til respirationen, som set på figur 3. Glycerol-delen af triglycerider (fedt) kan omdannes til et mellemprodukt i glykolysen, mens fedtsyredelen kan omdannes til acetyl-CoA ved b-oxidation og dermed indgå i citronsyrecyklussen. Proteiner kan nedbrydes til forskellige aminosyrer, hvoraf nogle kan indgå i glykolysen og andre direkte i citronsyrecyklussen. F.eks. omdannes aminosyren glutamat til α(alpha)-ketoglutarat, som er et mellemprodukt i citronsyrecyklussen.
Planter får derimod glukose fra fotosyntesen, idet de omdanner vand og kuldioxid til glukose og ilt ved hjælp af solens lys.
Figur 3. Energikilder til respirationsprocessen. Kulhydrat bidrager direkte med glukose til respirationsprocessen. Derimod nedbrydes protein til aminosyrer, som kan modificeres og indgå i glykolysen eller citronsyrecyklussen. Glycerol fra fedt kan også indgå i glykolysen. Fedtsyrer kan omdannes til acetyl-CoA og indgå i citronsyrecyklussen.
« Back to Glossary Index