Tip:
Highlight text to annotate it
X
Hej, mitt namn är Paul Andersen. I den här podcasten ska jag tala om cellandning.
Ibland blandar studenter ihop vanlig andning med cellandning.
De är helt olika saker men självklart relaterade. Cellandningen sker på cellnivån,
närmare bestämt inne i mitokondrien.
Cellandningen innebär egentligen att bryta ner maten vi äter till adenosintrifosfat (ATP) med hjälp av syre.
Vad händer om du är en bakterie? Kan du utföra cellandning då? Självklart!
Du behöver inga mitokondrier för att göra cellandning. Bakterier använder istället sina yttre membran
för att göra aerob andning. Om du är en friidrottsman som springer, i det här exemplet Usain Bolt,
så använder du cellandningen för att skapa energi i form av
ATP som gör att du kan röra dina muskler. Det här är en liten studie som jag gjorde. I grafen har jag ritat in alla
nuvarande världsrekord i löpning från 100 till 10 000 meter. Bredvid Bolt ser du
Bekele som har rekordet på 10 000 meter. Det jag gjorde är att jag har räknat ut löparnas fart
dvs, hur snabbt de springer, uttryckt i meter per sekund för
100, 200 och så vidare upp till 10 000 meter.
Det du ser i den här grafen är att farten avtar ganska snabbt i början för att sedan plana ut.
Kurvan skulle fortsätta i samma riktning även om vi skulle lägga till maratonlopp eller ännu längre lopp.
Vi människor är rätt effektiva på att springa på en viss fart, men vi kroknar verkligen snabbt
när vi spurtar. De två saker som vi tar upp i den här podcasten
är för det första aerob andning.
Aerob andning är andning med tillgång till syre. För det andra har vi också som en turboknapp,
vilket motsvarar anaerob andning. Så om vi verkligen behöver springa fort,
kan vi få den extra farten, som vi ser här uppe, genom att göra anaerob andning.
Problemet, som du märkt om du har sprungit, är att när du kommer till 400 meter har du byggt upp
mjölksyra som är otroligt smärtsamt, så du kan inte längre fortsätta i samma fart.
Ett exempel är en labb som jag gjorde i klassrummet, och det är märkligt hur väl labben avspeglar fenomenet.
Det vi gjorde var en labb på muskeltrötthet. Du tar en tennisboll i handen och
ska trycka ihop den så många gånger som du kan på tio sekunder. Sedan gör du ytterligare tio sekunder osv.
Här ser du klassens genomsnitt. Klassen klarar i genomsnitt
att trycka ihop bollen cirka 25 gånger på tio sekunder, men du ser att antalet snabbt sjunker och
sedan planar ut. På samma sätt som tidigare har du aerob andning här och
det här är anaeroba andningen. Det var kul att se elevernas ansiktsutryck när de
börjar jobba anaerobt och mjölksyran byggs upp i armen.
Innan vi kommer dit ska vi prata om andning och vad det är till för.
Det är till för heterotrofer. Vi är heterotrofer så det vi gör är att vi tar
kolföreningar med tillgång till syre och omvandlar dessa till koldioxid
och vatten. Vad skapar vi mer än det? ATP. Vilka organismer gör detta?
Djur, svampar och bakterier är alla heterotrofer som utvinner energi ur det organiska råmaterialet.
Lyckligtvis har vi även autotrofer som växter och alger. Vad de gör
är att de omvandlar koldioxid och vatten tillbaka till organiska material.
Det enda som är vilseledande är att växterna också kommer att bryta ner de
organiska föreningarna, så de utför också cellandning. Allt levande utför
cellandning. Det är så vi skapar energi från maten. Här ser du ekvationen för detta
och om du vet hur fotosyntesen fungerar, är det här helt enkelt motsatsen.
Vi tar glukos och syre och sedan
bryter vi ner det till koldioxid, vatten och så skapar vi lite
ATP. Var kommer energin ifrån? Energin finns just här där vätet sitter fast i glukosen.
Se vad som händer med vätet. Det kommer att lossna
och ta tag i syret eftersom syre efterfrågar elektroner. Så det är
där energin kommer från. Det energin används till är att skapa ATP.
ATP är det bränsle som vi använder i alla våra celler. Den här bilden är rolig, men
den säger detta: "SKÅDA SYRETS MAKT". Den här elden kommer när syret drar elektroner
till sig. Så det finns en enorm mängd energi som finns lagrad i syrets dragningskraft av elektronerna.
Om vi skulle göra det här inne i vår kropp, skulle vi få ut en hel *** energi
från maten, men vi skulle fatta eld. Så vi gör det i en verkligen begränsad process.
Precis som när vi gick igenom fotosyntesen var vi tvungna att lära oss kloroplastens delar,
behöver du lära dig några delar av mitokondrien för att förstå cellandning.
Först har vi de här vecken på insidan av mitokondrien. Dessa kallas cristae.
Vi har också två membran. Vi kommer att ha ett inre
membran här och så har vi ett yttre membran här. Mellanrummet mellan membranen
kallas intermembranområde. Vi tror att mitokondrierna
en gång var självständiga bakterier så de fortplantar sig genom celldelning.
De har eget DNA, de har egna ribosomer, men man kan säga att de bor inom oss,
inte som en parasit utan i symbios. De hjälper oss faktiskt när vi skapar energi.
Det finns tre steg i cellandning. Låt oss börja med det första
som kallas glykolys. Det andra steget kallar vi för Krebscykeln (citronsyracykeln).
Det tredje kallas elektrontransportkedjan. Det första steget,
jag älskar den här bilden eftersom den visar att glykolysen sker utanför mitokondrierna.
Om glykolosen sker utanför mitokondrierna, var sker den då?
Den sker antingen i en cells cytoplasma eller så sker den precis utanför
en bakterie. Vad händer då i glykolysen? Vi tar glukos som är
en molekyl som innehåller sex kolatomer och bryter ner det till
två pyruvatmolekyler. Var och en av dessa innehåller tre kolatomer. Att skapa två stycken molekyler med tre kolatomer,
det är vad glykolysen gör. Vad skapar vi då? Jo, vi skapar lite
ATP. För varje glukosmolekyl skapar glykolysen två stycken ATP. Det andra som
skapas är en molekyl som kallas NADH. Det som sker är att vi överför
elektroner med hög energi till NADH och vi adderar protoner också. Jag återkommer till NADH
om en liten stund. Låt oss istället följa pyruvat. Pyruvat diffunderar in i
mitokondrien och här har vi enzymet pyruvatdehydrogenas.
Det enzymet gör är att det omvandlar molekylen med tre kolatomer till acetyl-CoA, även kallad
acetyl-koenzym A. Så nu har vi en molekyl med två kolatomer som
går in i citronsyracykeln. Eftersom vi går från puryvat med tre kolatomer till
acetyl-CoA med två kolatomer, så avges kol. Kolet kommer att avges i form
av koldioxid. Så när du andas ut kommer en tredjedel av det kol du avger att
att komma från det här området som vi kallar matrix.
Det borde jag ha sagt tidigare. Insidan av mitokondrien kallas för matrix. Okej, låt oss fortsätta följa
acetyl-CoA. Det är en molekyl med två kolatomer, vart går den sen? Den går till citronsyracykeln.
I citronsyracykeln kommer vi att bryta ner den ytterligare och vi kommer att bli av med
de här två kolatomerna i acetyl-CoA som vi avger som koldioxid.
Vi blir således av med koldioxid. Vad skapar vi mer i citronsyracykeln?
Vi producerar lite ATP, två stycken ATP, men vi adderar också energi
till NADH och vi adderar energi till dess kompis som vi kallar FADH2.
Så vad har NADH och FADH2? De har elektroner med hög energi som de kommer att
bära med sig till det tredje steget, elektrontransportkedjan.
Nästan all energi som fanns i
i glukosen är nu i NADH och FADH2. De kommer att överföra sina elektroner och
elektronerna kommer att gå passera det som kallas elektrontransportkedjan.
Elektronerna rör sig genom en serie proteiner och energin av dessa proteiner används för att pumpa protoner.
Protoner är vätejoner som flyttas till utsidan av det inre membranet till
intermembranområdet. Nu har vi lagrat alla dessa protoner här.
Vad händer med elektronen? Elektronen kommer att slås ihop med andra protoner och
det syre som vi andas in och det skapar vatten som biprodukt
Låt oss ta det igen. Det syre som du andas in
går in här och blir den sista elektronacceptorn här i
matrix och vi kommer att ta protonerna. De kommer att
flöda genom ett protein som kallas ATP-syntas. Protonerna kombineras med elektronerna och
och syre vilket som en biprodukt skapar vatten.
Hur mycket ATP skapas här? Vi skapar cirka 32 eller 34 ATP i det här sista steget.
Så i elektrontransportkedjan skapar vi en hel *** energi.
Det är värt att titta på hur det faktiskt fungerar. Här har vi elektrontransportkedjan.
Vad har vi då? Jo, vi har NADH och FADH2.
Vad avger NADH och FADH2? Sina elektroner.
Elektronerna går igenom elektrontransportkedjan så här. Varje gång de passerar genom
ett av dessa proteiner, kommer en protonjon att pumpas ut, för
det är vad NADH och FADH2 medför. De för med sig de här vätejonerna.
Så om vi pumpar ut joner här får vi snart en väldigt stor positiv
laddning i intermembranområdet. Det finns ingenstans som laddningen kan ta vägen.
För varje NADH som vi släpper ut, kommer vi att flytta ner elektronerna och vi skapar
därigenom väldigt mycket positiv laddning i intermembranområdet.
Observera att FADH2 faktiskt släpper sin elektron lite längre ner i kedjan så
den kan inte producera lika mycket, men antingen två eller tre protoner trycks ut beroende
på om det är NADH eller FADH2. Vad händer med alla dessa protoner? De kan inte ta vägen någonstans.
De kan inte gå utanför mitokondrien och de kan inte komma in i matrix, men de
kan gå igenom här. Det kallas ATP-syntas. Det är namnet på det här proteinet.
Det är platsen för ATP-syntes.
För varje proton som tar sig igenom här, skapas ATP.
Det fungerar nästan som en liten rotor. Varje gång en proton går igenom
fäster den fosfat vid ADP för att skapa ATP. Det är därför
vi kan skapa så mycket ATP i elektrontransportkedjan. Det är inget konstigt med det,
det är bara att vi lagrar all denna energi och istället för att släppa lös den i en eldboll,
så släpper vi släpper lös den i små portioner för att skapa en himla *** ATP. Okej.
Det finns en hake. Vad händer om du inte har syre som drar elektronen genom hela kedjan?
Antag att du inte har mitokondrier tillgängliga. Då har du ett problem.
Det går bra att ta glukos i glykolysen och dela upp den i två molekyler pyruvat
för du kommer att skapa lite ATP. Problemet är att du adderar
elektronerna till NADH. Det som händer är att vi adderar elektroner
till ***+ och så överförs de till NADH. Det som händer är det inte finns
inte mer av detta, så glykolysen stängs ner. Även om vi kan skapa lite
ATP i varje uppdelning av glukos, så kommer molekylen ***+ att ta *** och så kommer
hela processen att avstanna. Naturen har självklart en lösning för detta. Den första
kallas mjölksyrajäsning. Det sker i musklerna, särskilt när dina
muskler är under en hög belastning, som när du springer snabbt eller om du håller
andan länge. Det finns
inget syre, det finns ingen mitokondrie, så låt oss se vad som händer. Dina celler
tar glukos och bryter ner det till två molekyler pyruvat i glykolysen.
Så vi kör fast här, med NADH. Det finns dock ytterligare en ytterligare omvandling.
Det du gör är att du omvandlar pyruvat till laktat eller mjölksyra.
Fördelen är att den upptar elektroner så att vi kan
skapa mer ***+ och denna kan användas igen. Det som händer är att du kan
köra processen med glukos om och om igen.
För varje varv som du kör processen skapas
två ATP. När du springer snabbt genomför du
aerob andning, men du genomför också anaerob andning ovanpå den.
Problemet är att du bygger upp mjölksyra i musklerna och det fungerar som ett gift.
Du behöver syre för att kunna bryta ner mjölksyran.
Du har säkert sett sprinterlöpare, särskilt en som sprungit 400 meter. När de är i mål och blir intervjuade
har de svårt att genomföra intervjun då de
måste andas kraftigt för att få in mer syre för att kunna göra sig av med mjölksyran.
Mjölksyrajäsning kommer att ske i vissa bakterier och i muskelcellerna,
men bakterier har även en annan lösning på det anaerobiska problemet att processen avstannar här
som kallas alkoholjäsning. Alkoholjäsning fungerar
på samma sätt. Vi delar upp glukosen till pyruvat och sedan bryter vi ned det till
en molekyl som kallas etylalkohol eller etanol. Det tar emot de här elektronerna
så att vi kan återanvända ***+ igen. Skillnaden mot mjölksyrajäsning är att laktaten som skapas
är en molekyl med kolatomer. I alkoholjäsning skapas istället
koldioxid som avges. Om du lägger jäst
i en flaska med fruktjuice, kommer jästen att använda allt
syre och sedan växla till alkoholjäsning. Vad kommer jästen att skapa?
Det skapar etylalkohol. Det är helt enkelt så vi tillverkar vin. Jästen kommer också att skapa
koldioxid som vi göra oss av med eller som i fallet med öl, låta vara kvar för att ge ölet fina bubblor.
Cellandningen är ett snabbt sätt att
få energi ur glukos. Vi använder glukos som exempel, men vi kan utföra cellandning
på i princip alla typer av mat. Det är ett sätt som vi får tag på energi. Vi gör det.
Bakterier gör det. Växter gör det. Och jag hoppas att det har varit till hjälp.