Ved respiration nedbryder celler blandt andet glukose og overfører noget af energien til ATP. ATP er et molekyle, som cellen bruger til energikrævende arbejde, fx når muskler trækker sig sammen. Her får du overblikket fra glykolyse til Krebs’ cyklus og elektrontransportkæden.
I videoen tegner og forklarer jeg sammenhængen. Detaljerne er på A/B-niveau, men læs først forklaringerne her, hvis begreberne er nye. Du kan også begynde med den grundlæggende forklaring af respiration.
Fra glukose til ATP: de fire trin
Katabolisme betyder kroppens nedbrydende stofskifte. Respiration er en del af katabolismen; begrebet dækker altså også andre nedbrydningsprocesser. Her følger vi glukose, et sukkerstof med seks kulstofatomer, gennem den aerobe respiration. Aerob betyder, at processen samlet set er afhængig af ilt.
| Trin | Hvor i en eukaryot celle? | Hvad sker der? |
|---|---|---|
| Glykolyse | Cytosol, væsken uden for organellerne | Glukose spaltes til to pyruvat. |
| Oxidativ decarboxylering | Mitokondriets matrix, det inderste rum | Pyruvat omdannes til acetyl-CoA. |
| Krebs’ cyklus | Matrix | Der frigives CO₂, og elektronbærere oplades. |
| Elektrontransportkæden | Den indre mitokondriemembran | Elektronernes energi bruges til at danne størstedelen af ATP. |
Glykolyse: glukose bliver til pyruvat
I glykolysen spaltes ét glukosemolekyle til to pyruvatmolekyler med tre kulstofatomer hver. Der bruges først ATP, men dannes mere senere. Nettogevinsten er to ATP og to NADH pr. glukose. NADH er en elektronbærer: Den kan transportere energirige elektroner videre til elektrontransportkæden.
Glykolysen bruger ikke ilt direkte. Hvis NADH ikke kan afleveres videre til respirationskæden hurtigt nok, kan omdannelse af pyruvat til laktat gendanne NAD⁺, så glykolysen kan fortsætte. Laktat kan også dannes, selv om der er ilt til stede. Gærceller kan i stedet danne ethanol og CO₂ ved alkoholgæring.
Oxidativ decarboxylering: indgangen til mitokondriet
Pyruvat transporteres ind i mitokondriet. Et kompleks af enzymer omdanner hvert pyruvat til en acetylgruppe med to kulstofatomer, mens ét kulstofatom frigives som CO₂. Samtidig dannes NADH. Acetylgruppen bindes til coenzym A, og tilsammen kaldes molekylet acetyl-CoA. Coenzym A er en bærer af acetylgruppen, ikke enzymet, der udfører hele reaktionen.
Krebs’ cyklus: flere elektroner samles op
Acetyl-CoA afleverer sin acetylgruppe til Krebs’ cyklus, også kaldet citronsyrecyklus. Gennem en serie enzymstyrede reaktioner gendannes det molekyle, som acetylgruppen bindes til. Derfor kan cyklussen begynde igen. For hver acetylgruppe dannes to CO₂, tre NADH, én FADH₂ og én GTP eller ATP. GTP kan bidrage med omtrent samme energi som ATP.
FADH₂ er ligesom NADH en elektronbærer. Fordi ét glukose bliver til to pyruvat og dermed to acetylgrupper, gennemløbes cyklussen to gange pr. glukose. De fleste af energiens næste skridt handler nu om disse elektronbærere.
Elektrontransportkæden: ilt og ATP-syntase
NADH og FADH₂ afleverer elektroner til elektrontransportkæden. Elektronerne passerer gennem proteiner i den indre membran. Energien bruges ved kompleks I, III og IV til at pumpe hydrogenioner, H⁺, fra matrix til rummet mellem membranerne. Kompleks II pumper ikke H⁺.
Det giver både en forskel i koncentration og elektrisk ladning over membranen. Når H⁺ strømmer tilbage gennem enzymet ATP-syntase, bruges energien til at sætte en fosfatgruppe på ADP, så der dannes ATP. Tænk på en vandmølle: En forskel på hver side kan drive arbejdet, når noget strømmer tilbage.
Til sidst modtager ilt elektronerne og reagerer med H⁺, så der dannes vand. Ilt er derfor den sidste elektronacceptor. CO₂ dannes i de tidligere trin, ikke i elektrontransportkæden. Uden ilt går denne kæde i stå, og NADH kan ikke løbende omdannes til NAD⁺ ad denne vej.
Kan du forklare hele sammenhængen?
Tegn de fire trin, og følg først kulstoffet fra glukose til CO₂. Følg derefter elektronerne via NADH og FADH₂ til ilt. Forklar til sidst, hvordan bevægelsen af H⁺ fører til ATP. Hvis du kan holde de tre spor adskilt og forbinde dem igen, har du forstået grundideen i respirationen.
