UKŁAD ODDECHOWY

Jest to tak naprawdę układ wymiany gazowej.

    1.       JAMA NOSOWA

Pokryta jest nabłonkiem wielorzędowym urzęsionym, zadaniem rzęsek jest zatrzymywanie zanieczyszczeń. 

Jednokomórkowe gruczoły śluzowe zwilżają powietrze.

W jamie nosowej są małżowiny nosowe w których są pola węchowe.

5cm² – powierzchnia węchowa człowieka

40cm² – powierzchnia węchowa owczarka niemieckiego

Powierzchnie węchową stanowią :

    ·         Właściwe komórki węchowe (receptorowe) – mają urzęsioną górną powierzchnię.

Między komórkami receptorowymi są :

   ·         Komórki podstawowe

   ·         Komórki podporowe

Rzęski komórek receptorowych pogrążone są  śluzie który tworzą komórki podporowe (podczas kataru tworzony w większej ilości).

To co wdychamy to powietrze rozpuszczone w śluzie, podrażnia ono komórki receptorowe, a od komórek receptorowych odchodzą aksony które łączą się w jeden parzysty nerw węchowy którym impulsy idą do mózgu. 

Człowiek odbiera kilka tysięcy zapachów.

Jest to typowy chemoreceptor, bo odbiera bodźce chemiczne.

Smak i węch są ze sobą powiązane

    2.       GARDŁO

Odcinek wspólny dla układu pokarmowego i oddechowego w którym powietrze wchodzi do krtani.

    3.       KRTAŃ

Znajduje się na szczycie tchawicy.

Zbudowana jest z chrząstek, więzadeł i mięśni.

Chrząstki krtani dzielą się na:

     ·         Parzyste: rożkowate, nalewkowate, pierścieniowate

     ·        Nieparzyste: nagłośnia, chrząstka tarczowata.

Nagłośnia – górna chrząstka krtani, w czasie jedzenia zamyka wejście do krtani. 

Chrząstka tarczowata – u mężczyzn jest większa i tworzy jabłko Adama.

W krtani znajdują się fałdy głosowe (struny głosowe). Fałdy głosowe to fałdy mięśniowe które powietrze przepływające przez krtań wprawia w drgania i tak powstaje dźwięk, czyli dźwięk powstaje dzięki drganiu fałdów.

Im krtań jest szersza tym powstający głos jest niższy.

Siła głosu zależy od szybkości przepływu powietrza przez krtań.

    4.       TCHAWICA

Rura o długości 20 -23 cm.

Ma większą średnice niż przełyk.

Zbudowana jest z chrząstek mających formę niepełnych pierścieni i błony łączno - tkankowej.

Taka budowa tchawicy zapewnia jej stałą drożność, niedomknięcie chrząstek z tyłu umożliwia rozciągliwość tchawicy.

Tchawica wysłana jest nabłonkiem wielorzędowym urzęsionym.

W przekroju tchawica jest półkolem.

     5.       OSKRZELA

Oskrzela dzielą się na prawe lewe o takiej samej budowie jak tchawica.

Prawe – grubsze ale krótsze, ustawione w stosunku do tchawicy prawie pod kątem prostym.

Lewe – dłuższe i węższe, tworzy z tchawicą kąt bardziej rozwarty.

    6.       OSKRZELA PŁATOWE

Oskrzela płatowe dzielą się na oskrzela płatowe.

Po prawej – 3 oskrzela płatowe, bo są 3 płaty płuca prawego.

Po lewej – 2 oskrzela płatowe, bo są a2 płaty płuca lewego.

W sumie jest 5 płatów płuc.

    7.       OSKRZELA SEGMENTOWE

Oskrzela płatowe dzielą się na oskrzela segmentowe.

    8.       OSKRZELIKI 1 I 2 RZĘDU

Oskrzela segmentowe dzielą się na oskrzeliki 1 i 2 rzędu.

Oskrzeliki zakończone są pęcherzykami płucnymi które tworzą gronka.

Gronko – zespół pęcherzyków płucnych na końcu jednego oskrzelika.

    9.       PĘCHERZYKI PŁUCNE

Liczba pęcherzyków w płucach człowieka wynosi 300 – 500 milionów.

Zbudowana są z nabłonka jednowarstwowego płaskiego jest on jednowarstwowy, by dyfuzja była łatwiejsza.

 Pęcherzyk opleciony jest siecią włosowatych naczyń krwionośnych do której krew przypływa tętniczką, a odpływa żyłką.

Skład powietrza wdychanego i wydychanego:

POWIETRZE
Wdychane	Wydychane
Azot – 78%	Azot – 78%
Tlen – 21%	Tlen – 17% (16,5%)
Dwutlenek węgla – 0,03%	Dwutlenek węgla – 4%
Inne gazy – 1%	Inne gazy – 1%

 Tlen i Dwutlenek węgla to gazy oddechowe.

Przenikanie tlenu odbywa się zgodnie z gradientem stężeń:

    ·         Tlen dyfunduje do krwi z pęcherzyka płucnego .

    ·         Dwutlenek węgla dyfunduje z krwi do pęcherzyka płucnego.

Łączna powierzchnia wszystkich pęcherzyków płucnych wynosi 90 m², jest to powierzchnia za duża jak na ludzkie wymagania.

Skład powietrza wydychanego i powietrza w pęcherzyku płucnym:

W pęcherzyku płucnym:	W powietrzu wdychanym:
CO2 – 5,5%	CO2 – 4%
O2 -  13,5%	O2 – 17%

Dzieje się tak, bo w układzie oddechowym jest martwa przestrzeń oddechowa. Stanowią ją : jama nosowa, gardło, oskrzela, oskrzeliki.

Przy każdym wdechu wypełniają się czystym powietrzem, a wymiany gazowej tam nie ma. To co wydychamy to średnia z pęcherzyków płucnych i martwej przestrzeni oddechowej.

NIEDOTLENIENIE

Pierwsze objawy niedotlenienia występują, gdy ilość tlenu powietrza wdychanego wynosi 15 %.

Objawy:

    ·         Oddech robi się szybszy i częstszy, układ zaczyna się męczyć.

    ·         Następują zawroty i bóle głowy.

    ·         Omdlenie

Śmierć przez uduszenie następuje, gdy ilość tlenu w powietrzu wdychanym wynosi 8%.

Całkowita objętość płuc ludzkich  wynosi 5400 cm³, w tym 1200 cm³ to objętość zalegająca, czyli objętość która pozostaje w płucach zawsze( nawet po zgonie).

4200 cm³ – pojemność życiowa płuc – objętość zalegająca w płucach, po to by pęcherzyki płucne się nie sklejały.

Na pojemność życiową płuc składa się:

500 cm³ – ilość powietrza w czacie nieświadomego spokojnego oddechu.

1200 cm³ – objętość zapasowa, ilość powietrza którą usuwamy z płuc podczas maksymalnego wydechu.

2500 cm­³ – objętość dopełniająca, ilość powietrza która wprowadzamy do płuc w czasie maksymalnego wdechu, po wcześniejszym spokojnym.

Spirometr – urządzenie do badania pojemności płuc.

Wdech

Następuje skurcz przepony i mięśni międzyżebrowych. Przepona uciska narządy jamy brzusznej , a mięśnie międzyżebrowe unoszą żebra. Objętość klatki piersiowej rośnie, a ciśnienie maleje. Następuje zassanie powietrza, czyli wdech.

Wydech

Wydech to akt bierny. Zwiotczałą przeponę  żołądek i wątroba odpychają ku górze, a żebra opadają. Objętość klatki piersiowej maleje, ale ciśnienie w płucach rośnie i następuje wydech. 

Ośrodki nerwowe

Bodźcem dla ośrodków oddechowych jest rosnący poziom dwutlenku węgla we krwi. CO₂ reaguje z wodą osocza krwi i powstaje słaby kwas węglowy który łatwo dysocjuje, przyczyną czego jest powstanie H⁺ i obniżenie pH krwi.

CO₂ + H₂O - -> H₂CO₃    H₂CO₃ <= = > H⁺ + HCO₃^-

Receptory które odbierają obniżające się pH krwi mieszczą się w aorcie, tętnicy szyjnej, płucach. Wysyłają tę informacje do mózgu, a ośrodki oddechowe mieszą się w rdzeniu przedłużonym (ostatniej części mózgu) i następuje przyśpieszenie i pogłębienie oddechu.

Mieszanina gazów które noszą karetki: tlen 95% , dwutlenek węgla 5%.

Kiedy w pęcherzykach płucnych tlen wnika do krwi, gdzie wiąże się z hemoglobiną (w erytrocytach ) i powstaje oksyhemoglobina.

Hb + O₂ - -utlenowanie- - >  Hb(O₂)₄  

Połączenie tlenu z hemoglobiną jest w stosunku 1: 4. Jest to połączenie nietrwałe.

Z CO₂ hemoglobina również łączy się nietrwale i łączy się w stosunku 1:1. W postaci  karbominohemoglobiny płynie 20% dwutlenku węgla, 10% w erytrocytach bez związku z hemoglobiną, a 70% w osoczu krwi w postaci HCO­₃^-.

Hb + CO₂ - - > HbCO₂

Zatrucie czadem

Z czadem hemoglobina łączy się trwale, nieodwracalnie. Przyłączenie CO do hemoglobiny wyłącza erytrocyty na trwałe z transportu tlenu.

Hb + CO - - > HbCO – karboksyhemoglobina

Choroby układu oddechowego:

    ·         Grypa – choroba wirusowa

    ·         Angina  - paciorkowiec anginy, jady paciorkowca uszkadzają serce.

    ·         Błonica – wirus, maczugowiec, w gardle tworzą się błony z płynem. 

    ·         Nowotwory płuc – na 100% nowotworów, 99% to palacze.

    ·         Astma – nagłe napadowe zwężenie oskrzelików zwykle spowodowane alergią.   

    ·         Gruźlica – prątek Kocha

    ·         Rozedma płuc – choroba zawodowa trębaczy i dmuchaczy szkła, polega na pękaniu ścian pęcherzyków płucnych, maleje powierzchnia oddechowa płuc.

    ·         Koklusz (krztusiec) – mimo szczepień młodzież na niego choruje. 

UKŁAD POKARMOWY

Zadaniem układu pokarmowego jest przetwarzanie pokarmu, by mógł być przyswajany przez komórki

    1.       JAMA USTNA

Dzieli się na 2 części:

     ·         Przedsionek (między zaciśniętymi zębami i wargami)

     ·         Właściwa jama ustna

Zęby heterodontyczne (zróżnicowane)

T	P	K	S	S	K	P	T
3	2	1	2	2	1	2	3
3	2	1	2	2	1	2	3

  W SUMIE 32 ZĘBY

Difiodontyzm – 2 pokolenia zębów: mleczne i stałe

Zęby mleczne

T	K	S	S	K	T
2	1	2	2	1	2
2	1	2	2	1	2

 W SUMIE 20 ZĘBÓW

Przeznaczenie zębów:

    ·         Siekacze – odcinanie kęsów i siekanie pokarmu

    ·         Kły – rozrywanie pokarmu

    ·         Przedtrzonowe i trzonowe (zęby policzkowe) – rozcieranie pokarmu; zęby od dużej guzkowatej powierzchni.

Zęby tkwią w zębodołach. Nad zębem jest korona, pod jest korzeń, a między szyjka zębowa. Koronę okrywa szczelne szkliwo – najtwardsza tkanka odporna na ścieranie. Na korzeniu jest cement, czyli kostniwo.

Wnętrze wypełnia dentyna – tkanka podobna do kości w zębinie jest kanał korzeniowy z miazgą. 

Miazga to żywa część zęba, tam są właśnie nerwy i naczynia krwionośne.

Paradontoza – choroba dziąseł; obniżają się zębodoły i odsłaniają się szyjki zębowe; ząb staje się  wrażliwy 

Im cząsteczki pokarmu mniejsze tym pokarm jest lepiej dostępny dla enzymów.

Język – silny mięsień poprzecznie prążkowany, pokryty nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, pocięty bruzdami

W bruzdach znajdują się brodawki językowe, dzielimy je na:

    ·         Grzybkowate

    ·         Okolone

    ·         Liściaste

    ·         Nitkowate – tylko w nich nie ma kubków smakowych

Pojedynczy kubek smakowy to zagłębienie w brodawce językowej wypełnione 2 rodzajami komórek:

Smak to typowy chemoreceptor reaguje na te substancje które rozpuszczają się w wodzie.

Funkcje języka to nie tylko odbieranie smaku. Język miesza ze śliną pokarm, formuje kęsy, uczestniczy w akcie połykania.

Ślinianki

3 pary ślinianek dużych:

    ·         Przyuszne

    ·         Podjęzykowe

    ·         Podżuchwowe

Liczne drobne ślinianki

Świnka – wirusowe zapalenie ślinianek przyusznych

Ślinianki wydzielają do 1 litra śliny na dobę, pH śliny bliski obojętnemu 7-7,2

W ślinie znajduje się amylaza ślinowa (ptialina) która wstępnie trawi wielocukry, czyli skrobie i glikogen

Dekstryny – łańcuchy z kilku do kilkunastu glukoz

W ślinie jest dużo białka które nazywa się mucyna. Białko to zapewnia gładkość i śliskość kęsów, ułatwia ich przesuwanie w przewodzie pokarmowym.

    2.       GARDŁO 

Kanał przez który przechodzi pokarm oraz powietrze.

Za gardłem przewody pokarmowy i oddechowy się rozchodzą. Tchawica jest grubsza, leży z przodu. Na szczycie tchawicy jest krtań.

Kiedy pokarm znajduje się w gardle górna chrząstka krtani – nagłośnia – zamyka wejście do krtani. Podczas mówienia i oddychania nagłośnia się otwiera, dlatego przy jedzeniu nie możemy mówić.

    3.       PRZEŁYK

Rura o długości 20 do 23 cm

Przełyk jak każda kolejna cześć układu pokarmowego zbudowana jest według jednej zasady, czyli na zewnątrz znajduje się błona surowicza i tworzą ją nabłonki i tkanki łączne. Pod nią znajdują się mięśnie gładkie.

Ułożenie mięsni w warstwy powoduje, że każdy element układu pokarmowego od przełyku począwszy wykonuje ruchy perystaltyczne, czyli robaczkowe. Ruchy te mają za zadanie transportowanie pokarmu.

W przełyku mogą być również trawione cukry.

   4.       ŻOŁĄDEK

W żołądku są 3 warstwy mięśni gładkich

Pusty żołądek jest rogalikowa ty, gdy go obciążymy robi się workowaty. Żołądki mogą mieć pojemność od 1 do 8 litrów.

Żołądek składa się z 4 części:

    ·         Wpust

    ·         Dno – dnem w anatomii nazywamy najszerszą część narządu 

    ·         Trzon

    ·         Odźwiernik

Mięśniówka w żołądku jest grubsza, bo jest to największe mieszadło w układzie pokarmowym.

Jest mieszadłem, bo wykonuje ruchy perystaltyczne i wahadłowe.

Żołądek zabezpieczony jest 2 zestawami zwieraczy:

    ·         W części wlotowej – u dzieci się nie domyka, do końca; otwiera się podczas wymiotów 

    ·         Zwieracz odźwiernikowy – mocny zwieracz, nie otwiera się nawet przy wymiotach

Kiedy do żołądka wpada pokarm, podrażnia jego ściany i wydziela się hormon gastryna. Wydziela się do krwi i z krwią trafia do błony śluzowej żołądka i pobudza ją do wytwarzania soku żołądkowego.     

Gastryna wydziela się również kiedy jesteśmy głodni, czujemy jedzenie,  czyli pod wpływem bodźców psychicznych. Gdy nie ma pokarmu może to powodować owrzodzenie.

Żołądek produkuje do 1,5 litrów soku żołądkowego. Sok żołądkowy ma pH 1-2

Gastryna --> sok żołądkowy: H₂O i HCl – wytwarzane przez komórki okładzinowe; pepsynogen, lipaza żołądkowa, podpuszczka – wytwarzane przez komórki główne

Lipaza żołądkowa – trawi tłuszcze, a żołądku trawione są tłuszcze zjedzone w formie zemulgowanej (mleko, śmietana)

Podpuszczka – ścina białko mlekowe, czyli kazeinę – najwięcej mają jaj dzieci; świeże mleko nieprzetwarzane jest niewskazane dla osób starszych     

 Pepsynogen – nieaktywna forma pepsyny; pod wpływem HCl powstaje z niego pepsyna (trawi białko)

Klasyfikacja enzymów do trawienia białek:

Endopeptydazy – rozrywają wewnętrzne wiązania peptydowe wewnątrz łańcucha; rozcinają bardzo długie łańcuchy białka na krótsze łańcuchy na oligopeptydy i polipeptydy.

Egzopeptydazy – odrywają wolne aminokwasy, czyli ostatnie w łańcuchu.

Aminopeptydazy – egzopeptydazy które odrywają wiązanie skrajne od strony grupy aminowej

Karboksypeptydazy – egzopeptydazy które odrywają wiązania skrajne od strony grupy karboksylowej.

Pokarm przebywa w żołądku od 1 do 4 godzin, ma na to wpływ zawartość tłuszczu.

    5.       JELITO CIENKIE

Dwunastnica – pierwszy element jelita cienkiego

U człowieka ma 12 cali, czyli 12* 2,5 cm = 30 cm

Ma kształt podkowiasty.

Dwunastnica połączone są 2 największe gruczoły: trzustka i wątroba

WĄTROBA

Centrum metaboliczne naszego organizmu

Bez wątroby nie można żyć, bez trzustki można.

Wątroba leży pod przeponą.

Wątroba ludzka składa się z 4 płatów.

FUNKCJE WĄTROBY

    ·         Wątroba tworzy żółć, magazynuje ją w pęcherzyku żółciowym który ją zagęszcza i magazynuje

Żółć spływa do dwunastnicy kanalikiem żółciowym. Gdy w dwunastnicy znajduje się pokarm następuje mechaniczne podrażnienie dwunastnicy i wydziela się hormon cholecystokinina (CCK). Cholecystokinina dociera do pęcherzyka żółciowego podrażnia go i żółć spływa do dwunastnicy.

Żółć zawiera kwasy tłuszczowe które emulgują tłuszcze.

Żółć rozbija kwasy tłuszczowe na mniejsze cząsteczki, czyli zwiększa dostępność dola lipaz i ułatwia trawienia.

    ·         Magazynuje glikogen, jeśli trzeba rozkłada go do glukozy

Glukagon i insulina to hormony tworzony w trzustce; oddziałują na siebie antagonistycznie.

    ·         Wątroba tworzy z karotenu retinol, czyli witaminę A.

    ·         W wątrobie ma miejsce cykl mocznikowy

    ·         Magazyn żelaza i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach.

    ·         Jest detoksykatorem, czyli rozkłada trucizny, alkohole, kwas mlekowy.

    ·         W wątrobie następuje przetworzenie hemoglobiny umierających erytrocytów na barwniki żółciowe – bilirubinę.

TRZUSTKA

Zbudowana z 3 części:

    ·         Głowa

    ·         Trzon

    ·         Ogon

Jest to gruczoł mieszany endo i egzokrynowy

Endokrynowy  (hormonalny) – wyspy Langerhansa – komórki α wydzielają glukagon, komórki β insulinę.

Egzokrynowy – cześć większa; wydziela sok trzustkowy kanalikiem do dwunastnicy; jest gruczołem wydzielania wewnętrznego

W skład sok trzustkowego wchodzą:

    1)      Woda

    2)      Enzymy

    ·         Lipaza trzustkowa – trawi tłuszcze wcześniej zemulgowane przez kwasy żółciowe  

Kwasy żółciowe to naturalne detergenty, czyli rozbujają duże krople tłuszczu na małe. Zmniejszają napięcie powierzchniowe dużych kropel tłuszczu i trawią je na liczne drobne.

    ·         Amylaza trzustkowa – trawi wielocukry: skrobie i glikogen na dekstryny i maltozę; działa jak amylaza ślinowa tylko w innym pH.    

pH w całym jelicie jest zasadowe pH = 7,2 – 8,5

    ·         trypsynogen

    ·         Chemotrypsynogen

Trypsynogen i Chemotrypsynogen są nieaktywne, bo enzymy zawsze są uwalniane nieczynne by nie strawiły komórek które je uwalniają.

enterokinaza – białko w jelicie uczynnia trypsynogen

Trypsyna i chymotrypsyna to endopeptydazy które rozkładają cząsteczki polipeptydów do tripeptydów i dipeptydów

    ·         Egzopeptydazy

JELITO CZCZE

Ściany podrażnione pokarmem wytwarzają sok jelitowy, są w nim enzymy które kończą proces trawienia

    ·         Polipeptydazy

    ·         Disacharydazy – trawią disacharydy

    ·         Maltaza – trawi maltozę (glukoza + glukoza)

    ·         Sacharoza – trawi sacharozę (glukoza + fruktoza)

    ·         Laktaza – trawi laktozę (glukoza + galaktoza )

    ·         Amylaza jelitowa – działa tak jak amylaza ślinowa i trzustkowa

    ·         Nukleazy – trawią kwasy nukleinowe

W jelicie cienkim są: glicerol, kwasy tłuszczowe, witaminy, aminokwasy, glukoza

Następuje wchłanianie pokarmu do krwi i limfy, czyli płynów ustrojowych.

W kosmku jelitowym znajduje się jedno nierozgałęzione naczynie limfatyczne i liczne naczynia krwionośne.

Wchłanianie pokarmu to transport aktywny. Tylko woda i glukoza są wchłaniane biernie.

Do krwi wchłaniane są: woda, cukry proste, aminokwasy, czyli strawione białka i witaminy rozpuszczalne w owdzie. Krew płynie z tymi związkami z jelita do wątroby żyłą wrotną.

W wątrobie pozostają nadwyżki pokarmowe:

    ·         Glukoza przetwarzana jest w glikogen.

    ·         Aminokwasy ulegają dezaminacji i powstają ketokwasy, a grupy aminowe tworzą amoniak który w wątrobie przetwarzany jest w mocznik.

    ·         Detoksykacji ulegają trucizny. 

Krew z wątroby wypływa żyłą wątrobową z wyrównanym poziomem pokarmowym. Płynie do żyły głównej dolnej, a nią do serca. Z serca tętnicą płucną po tlen. Wraca z płuc żyłą płucną do przedsionka lewego, następnie do lewej komory. Aortą do tętnic i do organizmu.

Tłuszcze wchłaniane są do limfy:

Strawione tłuszcze w komórkach kosmka jelitowego ulegają ponownej resyntezie, czyli powstają na nowo tłuszcze z glicerolu i kwasów tłuszczowych. Tłuszcze wchłaniane są jako mieszanina cząsteczek zresyntezowanych i cząsteczek oddzielnych z otoczką białkową razem nazywa się to CHYLOMIKRON i w tej postaci płynie do komórek. Chylomikrony nie płyną przez wątrobę.

    6.       JELITO GRUBE

Odbywa się przede wszystkim resorpcja, czyli wchłanianie wody i formowanie kału.

Wydalane są niestrawione elementy.

W kanale w jelicie żyją bakterie Escherichia Coli i wydzielają enzymy które umieją trawić celulozę. Bakterie te tworzą witaminy B₁₁, B₁₂, K.

Barwa kały zależy od barwników żółciowych.

Zapach kału to sprawa bakterii, powodują to procesy zachodzące w kale.

Pobieraniem pokarmu kierują ośrodki głodu i sytości. Położone są one w mózgu, a dokładnie w międzymózgowiu w podgórzu.  Pobudzenie ośrodka głodu następuje podczas niskiego poziomu glukozy w krwi płynącej przez mózg. Mózg wysyła impuls „jeść”. Podwyższa się poziom glukozy i ośrodek sytości wysyła impulsy „nie jeść”.

W sytuacjach stresowych wydzielany jest hormon rdzenia nadnerczy – adrenalina – podwyższa poziom glukozy we krwi.

Sekretyna – reguluje pracę układu pokarmowego, wydzielana przez błonę dwunastnicy, pobudza trzustkę, wątrobę i jelito cienkie.

Gdy pokarm opuszcza żołądek i trafia to dwunastnicy wydziela się enterogastron który jest antagonistą gastryny.  

ODDYCHANIE

Substraty oddechowe:

    ·         Węglowodany – 4,1kcal/g =ok. 17kJ/g

    ·         Tłuszcze -9,3kcal/g = ok. 37kJ/g

    ·         Białko -  5,1kcal/g= ok. 22kl/g

Cukry są najbardziej dostępne dla organizmu i dlatego są najczęstszym substratem oddychania.

GLIKOLIZA

Pierwszy etap wspólny dla każdego sposobu oddychania, zachodzi w cytoplazmie komórki, polega na zamianie 6 węglowej glukozy w 2 cząsteczki pirogronianu (kwasu pirogronowego).

Przebieg glikolizy:

Pierwszym etapem glikolizy jest fosforylacja glukozy – ufosforylowanie glukozy, czyli przyłączenie reszty fosforanowej z ATP do glukozy (ATP –P’-->  ADP + energia) i powstaje glukozo 6-fosforan, bo reszta fosforanowa staje przy szóstym węglu. Ma miejsce izomeria, czyli przekształcenie glukozo 6-fosforanu w jego izomer którym jest fruktozo 6-fosforan. Fruktozo 6-fosforan ulega kolejnej fosforylacji i powstaje fruktozo 1,6-difosforan (reszty fosforanowe stoją przy dwóch skrajnych węglach).

Enzym aldolaza rozbija podwójnie ufosforylowaną heksozę (fruktozo 1,6-difosforan) na 2 naturalne triozy występujące w przyrodzie: aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton. W dalsze przemiany wchodzi tylko aldehyd 3-fosfoglicerynowy i w miarę jak go ubywa drugi (fosfodihydroksyaceton) przekształca się w aldehyd 3-fosfoglicerynowy (PGAL).

Aldehyd 3-fosfoglicerynowy ulega utlenieniu do kwasu 3fosfoglicerynowego (PGAL utlenia się do PGA) –jest to proces odwrotny do redukcji w cyklu Calvina. Podczas procesu utleniania aldehydu 3-fosfoglicerynowego do 3fosfoglicerynianu zachodzi fosforylacja ADP do ATP (ADP +P’ +energia-->ATP) oraz redukcja NAD⁺ do NADH. Zostaje utleniona 1 cząsteczka NADH i 1 cząsteczka ATP. Jest to fosforylacja substratowa – najmniej wydajna. Powstały 3fosfoglicerynian przekształca się w 2fosfoglicerynian, a po odłączeniu cząsteczki wody powstaje PEP (fosfoenolopirogronian), a ten uwalnia resztę fosforanową, która przechodzi na ATP, powstaje pirogronian.

C₆H₁₂O₆ --> 2C₃(pirogronian)

2 cząsteczki ATP zużywają się przy fosforylacji glukozy i fosforylacji fruktozo 6-fosforanu.

Glikoliza zachodzi bez względu na obecność tlenu w komórce.

Brak tlenu w komórce (FERMENTACJA)

Warunkiem wniknięcia pirogronianu do mitochondriów jest obecność tlenu.

Pirogronian pozostaje w cytoplazmie komórki, gdzie staje się akceptorem wodoru z NADH powstałym w glikolizie. Pirogronian ulega redukcji np. do mleczanu (kwasu mlekowego).

Proces ten zachodzi w komórkach mięśniowych poprzecznie prążkowanych szkieletowych w wyniku deficytu tlenowego, bo krew nie nadąża z dostarczaniem tlenu. Również w erytrocytach jest oddychanie beztlenowe, bo erytrocyty dojrzewając tracą mitochondria i inne organelle, a także u bakterii mlekowych.

Redukcja nie dostarcza już energii.

Drugi etap służy do odzyskania (resystuowania ) NAD⁺, bo bez niego nie możliwa byłaby glikoliza.

Mleczan musi popłynąć z krwią do wątroby, gdzie ulegnie GLIKONEOGENEZIE, czyli przetworzeniu mleczanu do glukozy.

Do oddychania beztlenowego (fermentacji) zdolne są również drożdże, bakterie octowe, masłowe.

Inne fermentacje  przebiegają tak samo jak mlekowa, a jedyną różnicą jest ostateczny produkt. Jedynie drożdże prowadzą fermentacje alkoholową (etanolową).

U drożdży powstały pirogronian ulega nieoksydacyjnej dekarboksylacji, czyli odłączeniu cząsteczki CO₂. W jej efekcie powstaje 2 węglowy aldehyd octowy i to właśnie on staje się akceptorwm wodory który pobiera od NADH.

  

CO₂ – zawsze obniża pH

CO₂ +H₂O -->H₂CO₃

H₂CO₃ --> H⁺ +HCO₃^-

ODDYCHANIE TLENOWE

Pirogronian wchodzi do mitochondriów do matrix, tam zachodzi II etap oddychania – reakcja pomostowa.

REAKCJA POMOSTOWA

Przetwarzanie pirogronianu w acetylokoenzym A (ACoA)

Zachodzi oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu i powstaje kwas octowy, czyli octan. Octan przyłącza duża cząsteczkę koenzymu A i powstaje aktywny octan, czyli acetylokoenzym A. (2 węglowy).

CYKL KREBSA

III etap oddychania tlenowego; cykl kwasu cytrynowego, bo pierwszy produkt to kwas cytrynowy, czyli cytrynian; cykl kwasów karboksylowych.

Zachodzi w matrix mitochondrium, bo tam czekają enzymy.

Acetylokoenzym A łączy się ze szczawiooctanem (4 węglowym ) i powstaje 6 węglowy cytrynian. Cytrynian przekształca się w swoją formę izomeryczną, czyli izocytrynian. Izocytrynian ulega dekarboksylacji i dehydrogenacji, czyli oderwaniu cząsteczki CO₂ i H⁺ .Powstaje kwas α – ketoglutanowy (5 węglowy). Ten CO₂ który się uwalnia to ten który wydychamy. Oderwany H⁺ trafia na swój akceptor którym jest NAD⁺ i redukuje go do NADH. α  - ketoglutanen ulega tym samym przemianom i powstaje bursztynian (4 węglowy). NAD⁺  redukuje się do NADH. Po bursztynianie nie zachodzi już więcej dekarboksylacji. Ma miejsce fosforylacja substratowa, czyli powstaje cząsteczka ATP. Kwas bursztynowy ulega dehydrogenacji, czyli odłączeniu wodoru. Akceptorem wodoru jest FAD (flawoproteid) który  redukuje się do FADH_2. Powstaje fumaran, czyli kwas fumaranowy. Następuje hydratacja (przyłączenie H₂O) i powstaje jabłczan, czyli kwas jabłkowy. Jabłczan ulega dehydrogenacji. Akceptorem wodoru jest NAD⁺ i redukuje się do NADH. Powstaje szczawiooctan który jest ostatecznym produktem cyklu i substratem kolejnego cyklu.

Całym sens cyklu Krebsa to odrywanie wodorów od kwasów karboksylowych. Wodór przyłącza się do swoich akceptorów i powstają zredukowane nukleotydy które poniosą wodór do ostatniego etapu oddychania, czyli łańcucha oddechowego.

ŁAŃCUCH ODDECHOWY

IV etap oddychania; zachodzi na grzebieniach mitochondrialnych.

Łańcuch oddechowy to uszeregowany system przenośników elektronów i wodoru, z których każdy ma coraz wyższy potencjał oksydoredukcyjny.

Elementy łańcucha oddechowego: NADH-->  FADH₂-->ubichinon -->cytochromy b, c₁, c, a, a₃

Elektrony płyną od początku do końca, a wodór tylko do ubichinonu.

Elektrony przechodzące po przenośnikach wytracają energie, energie wiążą wysokoenergetyczne wiązania ATP. Zachodzi więc fosforylacja oksydacyjna – jest najbardziej wydajna energetycznie.

Oddychanie ma wydajność 40%, czyli z całej energii która się uwalnia ATP wiąże 40% , a reszta rozprasza się jako ciepło. Jest to dobra wydajność.

36ATP =40%

Wodór i elektrony płyną wzdłuż łańcucha. Na końcu czeka tlen który jest ostatecznym akceptorem wodoru. Tlen wiążę wodór i powstaje woda.

TŁUSZCZE materiałem energetycznym

Tłuszcz który staje się materiałem energetycznym ulega hydrolizie do kwasów tłuszczowych i glicerolu. Kwasy tłuszczowe wnikają do matrix mitochondrialnej w której odbywa się β oksydacja – jest to podwójne utlenienie kwasów tłuszczowych w skutek czego powstają 2 węglowe cząsteczki acetylokoenzymów A. Redukuje się NAD⁺ i FAD powstają więc NADH₂ i FADH₂. Cząsteczki ACoA powstałe po β oksydacji trafiają do cyklu Krebsa.

BIAŁKO materiałem energetycznym

Gdy białko jest materiałem energetycznym następuje hydroliza białek do aminokwasów i dochodzi do dezaminacji (oderwania grup aminowych) i powstają ketokwasy. Ketokwasy przekształcane są w acetylokoenzym A i trafiają do cyklu Krebsa.

Porównanie oddychania tlenowego i beztlenowego.
Cecha	Oddychanie tlenowe	Oddychanie beztlenowe
Substrat oddechowy	Glukoza i tlen	Glukoza
Lokalizacja procesu	Cytoplazma, matrix mitochondrialne, grzebienie mitochondrialne	Cytoplazma
Produkty	Woda i dwutlenek węgla	Alkohole +CO2, kwasy organiczne
Stopień utlenienia substratu	Całkowity	Tylko częściowy
Zysk energetyczny	Brutto: 38ATP Netto: 36ATP	Brutto: 4ATP Netto: 2 ATP
Akceptor wodoru	Tlen atmosferyczny	Zwykle pirogronian (aldehyd octowy u drożdży)
Etapy procesu	Glikoliza, pomost, cykl Krebsa, łańcuch oddechowy	Glikoliza, redukcja pirogronianu