Kakšne vrste dihanja poznamo in kaj je celično dihanje

Dihanje ali respiracija je osnovni življenjski proces, ki ga izvajajo vsa živa bitja za pridobivanje energije. Pri procesu respiracije gre za razgradnjo hranil, kot so ogljikovi hidrati, kar omogoča sproščanje energije. Ta energija je ključna za opravljanje vseh življenjskih funkcij. V tem prispevku bomo pobližje spoznali različne vrste celičnega dihanja, kje poteka celično dihanje, kdaj poteka celično dihanje in kako sta povezani anaerobna in aerobna respiracija.

Obravnavali bomo aerobno in anaerobno dihanje, njune ključne faze in kako te procese izkoriščajo rastline ter živali. Spoznavanje celičnega dihanja nam odpira vrata v razumevanje življenjskih procesov.

Za vse študente, ki se soočate s težavami pri razumevanju, ne pozabite: kemija in biologija sta sicer zapleteni področji, vendar s pravim pristopom, kot so inštrukcije, postaneta precej bolj razumljivi. Inštruktorji ali zasebni učitelji lahko te zahtevne teme, kot je celično dihanje, pojasnijo na preprost in razumljiv način.

Kaj se boste naučili o vrstah dihanja

Kateri dve vrsti celičnega dihanja poznamo: Aerobno in anaerobno dihanje.
Kdaj poteka celično dihanje: Glikoliza, oksidativna fosforilacija, ciklus citronske kisline.
Katera živa bitja izvajajo celično dihanje: Primeri med različnimi oblikami življenja.
Enačba celičnega dihanja: Osnovne biokemijske reakcije v dihanju.
Kje poteka celično dihanje: Lokacija procesov v celicah.
Celično dihanje pri avtotrofih: Kako sintetizirajo in razgrajujejo energijo.

Vas zanimajo drugi predmeti? Preberite odlične brezplačne učne priročnike za biologijo, angleščino, francoščino, glasbo in matematiko.

Aerobno in anaerobno dihanje: osnove celične respiracije, enačba in primeri

Kateri dve vrsti dihanja poznamo?

Dve glavni vrsti dihanja sta aerobno in anaerobno dihanje ali respiracija. Aerobno dihanje zahteva kisik in je bolj poznano, saj poteka pri mnogih živalih, tudi pri ljudeh. Je učinkovito in proizvede ogromno količino energije. Za anaerobno dihanje ne potrebujemo kisika. Anaerobno dihanje poteka pri nekaterih mikroorganizmih in v naših mišičnih celicah med intenzivno dejavnostjo. Čeprav je manj učinkovito pri proizvodnji energije kot aerobna respiracija, je ključno za preživetje v okolju brez kisika.

Enačba celičnega dihanja za aerobno in anaerobno dihanje

Enačba celičnega dihanja za aerobno dihanje je:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energija

To označuje razgradnjo glukoze v prisotnosti kisika, produkti so ogljikov dioksid, voda in energije.

Anaerobno dihanje sledi drugačni poti. Njegova splošna enačba je:

C₆H₁₂O₆ → energija + mlečna kislina/alkohol + CO₂

Pri anaerobnem dihanju proizvedemo energijo brez prisotnosti kisika, kar vodi do stranskih produktov, kot sta mlečna kislina ali alkohol.

Vse, kar morate vedeti o toplogrednih plinih in jedrski fuziji.

Prednosti in slabosti aerobnega in anaerobnega dihanja

Aerobno dihanje, ki je učinkovito pri pridobivanju energije, zahteva nenehen dostop do kisika, zato proces v okolju brez kisika ne more potekati. Iz ene molekule glukoze ustvari približno 38 ATP molekul, medtem ko anaerobno dihanje ustvari le 2 ATP molekuli na molekulo glukoze. Čeprav je manj učinkovito, je anaerobno dihanje bistveno za preživetje v okolju brez kisika.

Primeri organizmov, ki izvajajo aerobno ali anaerobno celično dihanje

Aerobno dihanje ali aerobno respiracijo izvajajo naslednji organizmi: večina živali, rastline in mnoge bakterije. Ljudje, na primer, za večino svojih energetskih potreb uporabljamo aerobno dihanje. Anaerobno dihanje izvajajo nekatere bakterije, kvasovke in naše mišične celice med intenzivno vadbo. Kvasovke med fermentacijo, ki se izkorišča v pivovarstvu in pekarstvu, proizvajajo alkohol in ogljikov dioksid. Človeške mišične celice med intenzivno vadbo preklopijo na anaerobno dihanje, kar povzroča mišično utrujenost.

Uvod v elektrokemijo, redoks reakcije in urejanje kemijskih enačb.

Kdaj poteka celično dihanje: glikoliza, oksidativna fosforilacija in ciklus citronske kisline

Celično dihanje, temeljni proces v biologiji, ima tri glavne faze: glikolizo, oksidativno fosforilacijo in ciklus citronske kisline. Glikoliza je prvi korak celičnega dihanja, ki razgradi glukozo na piruvat in proizvede energijo. Sledi oksidativna fosforilacija, faza, ki znatno prispeva k proizvodnji ATP, še posebej v aerobnih pogojih. Ciklus citronske kisline, znan tudi kot Krebsov cikel, nadalje obdeluje produkte glikolize za pridobivanje energije. Te faze skupaj predstavljajo enačbo celičnega dihanja, ki pretvarja hranila v ATP, energetsko enoto celice. V nadaljevanju bomo podrobno razložili posamezne korake celičnega dihanja.

Glikoliza: prva faza celičnega dihanja

Glikoliza je ključna faza celičnega dihanja in je prvi korak razgradnje glukoze za pridobivanje energije za celični metabolizem. Poteka v citoplazmi celice in ne potrebuje kisika, kar pomeni, da gre za anaerobni proces. Glikoliza lahko poteka v prisotnosti ali odsotnosti kisika.

Proces se začne z molekulo glukoze, ki je sladkor s šestimi ogljikovimi atomi. Med glikolizo glukoza razpade na dve molekuli piruvata, od katerih ima vsaka tri atome ogljika.

Enačba celičnega dihanja za glikolizo

glukoza → 2 piruvata + 2 ATP + 2 NADH

Ta enačba prikazuje, da glikoliza za vsako molekulo glukoze proizvede dve molekuli ATP (adenozin trifosfata), energijske enote celice, in dve molekuli NADH (prenašalec elektronov in vodika).

Glikoliza je sestavljena iz desetih korakov, razdeljenih na dve fazi: fazo vlaganja energije in fazo pridobivanja energije. V prvi fazi celica porabi ATP za spremembo molekule glukoze, medtem ko v drugi fazi proizvaja ATP in NADH. Neto dobiček glikolize sta dve ATP molekuli na eno molekulo glukoze.

Kateri so produkti glikolize?

Dve molekuli piruvata, ki se lahko nadalje obdelujeta v celičnem dihanju ali fermentirata v anaerobnih pogojih.
Neto dobiček dveh molekul ATP, ki zagotavljata takojšnjo energijo za celične dejavnosti.
Dve molekuli NADH, ki se uporabljata v drugih fazah celičnega dihanja za proizvodnjo več molekul ATP.

Preberi vse o PCR verižni reakciji s polimerazo.

Oksidativna fosforilacija: druga faza celičnega dihanja

Po glikolizi v celičnem dihanju sledi oksidativna fosforilacija, ključen proces v mitohondrijih. Oksidativna fosforilacija temelji na kisiku, od tod tudi ime ‘oksidativna’. Oksidativna fosforilacija je proces, kjer se v celičnem dihanju proizvede največ ATP.

Enačba procesa oksidativne fosforilacije

kisik + elektroni + vodikovi ioni → voda + ATP

Enačba predstavlja zadnji korak aerobnega dihanja, kjer se molekula kisika reducira v vodo. Proces je sestavljen iz dveh delov: elektronske transportne verige in kemiosmoze.

V elektronski transportni verigi, ki jo imenujemo tudi dihalna veriga, se elektroni prenašajo od NADH in FADH2 (proizvedenih v prejšnjih korakih celičnega dihanja) do kisika preko serije proteinskih kompleksov v notranji mitohondrijski membrani. Ta prenos elektronov sprošča energijo, ki se uporablja za črpanje vodikovih ionov čez mitohondrijsko membrano, ustvarjajoč gradient.

Kemiosmoza, drugi del oksidativne fosforilacije, vključuje tok teh vodikovih ionov nazaj čez membrano s pomočjo encima, imenovanega ATP sintaza. Tok ionov ustvarja energijo, potrebno za pretvorbo ADP (adenozin difosfat) v ATP.

Kakšni so produkti oksidativne fosforilacije?

Obsežna količina ATP, veliko več kot pri glikolizi.
Redukcija kisika v vodo, kar je ključno za vzdrževanje aerobnega dihanja.

Oksidativna fosforilacija je kompleksen, a zelo učinkovit proces, saj predstavlja približno 90 % proizvedenega ATP v celičnem dihanju. Zaradi tega je oksidativna fosforilacija temeljni proces za energijsko oskrbo aerobnih organizmov. Zasebne inštrukcije ali učne ure iz biokemije lahko ponudijo globlji vpogled v mehanizme oksidativne fosforilacije.

Kako nastane vodikova vez, kovalentna vez in kako se razlikujeta ionska ter kovalentna vez?

Ciklus citronske kisline: ključni del celičnega dihanja

Ciklus citronske kisline ali Krebsov cikel je tretji korak pri celičnem dihanju. Ta proces je nujen za pridobivanje energije iz piruvata, ki nastane pri glikolizi. Poteka v mitohondrijih in je bistven za aerobno dihanje.

Enačba ciklusa citronske kisline

2 piruvata + 2 ADP + 2 Pi + 6 NAD⁺ + 2 FAD → 6 NADH + 2 FADH₂ + 4 CO₂ + 2 ATP

Ta enačba kaže, kako se piruvat, ki nastane iz glukoze med glikolizo, nadalje razgrajuje v ogljikov dioksid, ATP in prenašalce elektronov (NADH in FADH2).

Glavne reakcije v ciklusu citronske kisline

Razgradnja acetil-CoA, pridobljenega iz piruvata, v ogljikov dioksid.
Proizvodnja NADH in FADH2, ki prenašata elektrone na dihalno verigo pri oksidativni fosforilaciji.
Proizvodnja ATP, a v manjših količinah v primerjavi z oksidativno fosforilacijo.

Produkti ciklusa citronske kisline

Proizvodnja NADH in FADH2 je ključna za proizvodnjo ATP pri oksidativni fosforilaciji.
Sproščanje ogljikovega dioksida kot stranskega produkta.
Neposredna proizvodnja majhne količine ATP.

Ciklus citronske kisline je kompleksen, vendar bistven proces, pri katerem sodelujejo številni encimi. Vsak obrat cikla obdela eno molekulo acetil-CoA, kar pomeni dvojni obrat za vsako molekulo glukoze.

Za dodaten vpogled v ciklus citronske kisline in njegovo vlogo v celičnih procesih se lahko obrnete na inštrukcije ali zasebne učne ure biokemije.

Kako dihajo avtotrofi?

Kaj so avtotrofi in kje poteka celično dihanje?

Avtotrofi so organizmi, ki lahko proizvajajo lastno hrano s procesom fotosinteze in izvajajo celično dihanje za razgradnjo organskih molekul, s čimer pridobivajo energijo za svoje celične aktivnosti. Celično dihanje poteka v citoplazmi in mitohondrijih celic, glikoliza poteka v citoplazmi, medtem ko oksidacija piruvata, ciklus citronske kisline in oksidativna fosforilacija potekajo v mitohondriju.

Celično dihanje in fotosinteza: dve plati istega kovanca

Dihanje in fotosinteza sta dva nasprotna procesa, bistvena za življenje na Zemlji. Fotosinteza je proces, pri katerem avtotrofi uporabljajo svetlobno energijo za pretvorbo vode in ogljikovega dioksida v glukozo in kisik. Enačba za fotosintezo je:

6 CO₂ + 6 H₂O + svetlobna energija → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Dihanje je proces, s katerim avtotrofi in heterotrofi uporabljajo kisik in glukozo za proizvodnjo vode, ogljikovega dioksida in energije. Enačba celičnega dihanja je:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 36 ali 38 ATP

Kot vidite, so reaktanti in produkti fotosinteze in dihanja obrnjeni. To pomeni, da sta procesa dopolnjujoča in tvorita cikel pretoka ogljika in energije v biosferi.

Primeri avtotrofov, ki izvajajo dihanje

Nekateri primeri avtotrofov, ki izvajajo dihanje, so rastline, zelene alge in cianobakterije. Rastline so najbolj znani in najpogostejši avtotrofi, ki izvajajo tako fotosintezo kot dihanje.

Kje poteka celično dihanje pri avtotrofih?

Rastline: Uporabljajo kloroplaste za fotosintezo in mitohondrije za celično dihanje. Oba procesa potekata v njihovih celicah.
Alge: So vodni avtotrofi s kloroplasti in mitohondriji, ki izvajajo fotosintezo in dihanje podobno kot rastline. Poleg tega lahko alge za tvorbo organskih molekul uporabljajo tudi druge vire ogljika, na primer bikarbonat.
Cianobakterije: So prokariontski avtotrofi, ki v isti celici izvajajo tako fotosintezo kot celično dihanje. Za izvajanje teh dveh procesov uporabljajo tilakoide in oksidaze.

Kako se pripraviti na splošno maturo, poklicno maturo, NPZ in izpit iz slovenščine na osnovni ravni.

Hitro in preprosto učenje celičnega dihanja

V tem prispevku smo raziskali različne vrste dihanja, med drugim dve vrsti celičnega dihanja in enačbo celičnega dihanja. Razumevanje teh procesov je nujno, če se poglabljate v kemijo, biokemijo in biologijo.

Za tiste, ki želite razširiti svoje znanje, so neprecenljivi dodatni viri, kot so knjige, izobraževalne spletne strani in spletni tečaji. Globlji vpogled v te teme vam lahko ponudijo tudi individualne inštrukcije, zasebne ure in skupinski tečaji biologije ali biokemije.

Za individualno pomoč pri kemiji, biologiji ali biokemiji lahko na platformi za inštrukcije meet’n’learn poiščete inštruktorja z iskanjem “inštruktor kemije Ljubljana” ali “učitelj biologije Koper”.

Če se bolje učite v skupini, na spletu poiščite “tečaj kemije Celje” ali “učne ure biokemije Kranj” in izberite center za izobraževanje, ki ponuja skupinske tečaje kemije, biologije ali kemije.

Pogosto zastavljena vprašanja o celičnem dihanju ali respiraciji

1. Katere vrste dihanja poznamo?

Poznamo aerobno dihanje, ki zahteva kisik in anaerobno dihanje, ki kisika ne potrebuje.

2. Kateri sta dve vrsti anaerobnega dihanja?

Dve vrsti anaerobnega dihanja sta mlečnokislinska fermentacija (ki se dogaja v mišičnih celicah med intenzivno vadbo) in alkoholna fermentacija (uporabljajo jo kvasovke in nekatere bakterije).

3. Koliko vrst celičnega dihanja obstaja?

Obstajata predvsem dve vrsti dihanja: aerobno in anaerobno. Anaerobno dihanje se nadalje deli na mlečnokislinsko in alkoholno fermentacijo.

4. Kateri organizmi izvajajo celično dihanje?

Celično dihanje za proizvodnjo energije, bodisi aerobno ali anaerobno, izvaja večino živih bitij. To so rastline, živali in številni mikroorganizmi.

5. Kje poteka celično dihanje v celicah?

V evkariontskih celicah poteka celično dihanje predvsem v mitohondrijih. Pri prokariontih se dogaja v citoplazmi in preko celične membrane.

6. Ali rastline izvajajo tako fotosintezo kot celično dihanje?

Da, rastline izvajajo tako fotosintezo kot celično dihanje. Fotosinteza poteka v kloroplastih, medtem ko celično dihanje poteka v mitohondrijih.

Preberite vse o spremembah NPZ , ki so bile v Sloveniji sprejete novembra 2023.

Viri:

1. LibreTexts Biology
2. Biology Online
3. Wikipedija