A A A

W komórkowej bateryjce

Jak pamiętamy, reakcje dostarczające komórce energii zachodzą w jej mitochondriach. Tam więc odbywają się reakcje cyklu Krebsa i tam również uwolnione w cyklu elektrony odbywają wędrówkę przez różnicę potencjałów, która panuje w różnych obszarach grzebieni tych organellów. Potencjał, pod jakim elektrony wraz z protonami, czyli jako atomy wodoru, znajdują się w momencie uwolnienia się w reakcjach cyklu Krebsa, wynosi —0,42 V. Celem wędrówki elektronów jest tlen. Znajdujący się w komórce tlen ma potencjał + 0,81 V. Elektrony przebywają więc różnicę potencjałów 1,23 V, a więc prawie taką samą, jaką daje pojedyncze ogniwo elektryczne. Liczba takich ogniw w komórce jest olbrzymia, a swymi rozmiarami i sprawnością przewyższają one nie tylko najnowsze osiągnięcia techniki, lecz nawet wyobraźnię człowieka... „Komórkowe ogniwo" przesuwa elektrony, które w końcu osiągają atomy tlenu i w obecności jonów wodoru znajdujących się w komórce tworzą cząsteczkę wody. Z cząsteczki glikozy powstaje bowiem dwu tlenek węgla (w cyklu Krebsa oraz podczas zamiany kwasu pirogronowego w octowy) i woda (gdy elektrony spotkają się z atomami tlenu w obecności jonów wodoru). Energia ta uwalnia się w formie dostępnej dla komórki, a więc w postaci cząsteczek ATP podczas wędrówki elektronów przez różnicę potencjałów od —0,42 V do +0,81 V. Jak przypominamy sobie z fizyki, prąd elektryczny, a więc strumień swobodnych elektronów, płynący dzięki różnicy potencjałów, wykonuje pracę, której wielkość zależy od liczby elektronów oraz różnicy potencjałów, którą one przebywają. Elektrony, uwolnione w cyklu Krebsa i przenoszące się w komórce do tlenu, wykonują również pracę, podobnie jak prąd elektryczny rozzarzający drucik żarówki. Zamiast jednak wyzwalać energię cieplną praca ta prowadzi do naładowania akumulatorów i przenośników energii — czyli cząsteczek ATP. Przyjrzyjmy się bliżej temu arcyciekawemu sposobowi zdobywania energii, który nie ma sobie równych w technice, nawet pod względem wydajności, nie mówiąc oczywiście o miniaturyzacji. Wędrówka elektronów, o której wspominaliśmy, podzielona jest na szereg etapów. Konsekwencją tego jest stopniowe, powolne uwalnianie się energii w komórce; w przeciwnym wypadku delikatna struktura komórki mogłaby ulec uszkodzeniu. Na drodze elektronów znajdują się szczególne cząsteczki, tzw. enzymy oddechowe. Biorą one na siebie ciężar przeniesienia elektronów, przy czym każda cząsteczka przekazuje te elektrony następnej, w ściśle określonym i niezmiennym porządku. Ponieważ odbywa się to na drodze różnicy potencjałów, każda z tych cząsteczek ma własny potencjał, a różnice pomiędzy potencjałami sąsiednich cząsteczek są niewielkie. Tak więc „ogniwo" komórkowe, któremu przydawaliśmy wartość napięcia 1,23 V, jest w rzeczywistości baterią ogniw połączonych szeregowo. Każde z tych ogniw baterii jest utworzone przez dwie sąsiednie cząsteczki enzymów oddechowych. Dzięki temu stanowi rzeczy elektrony przemieszczają się etapami i etapami, „porcjami", również wykonują swą pracę. Porcje pracy elektronów wykonywane na niektórych etapach ich wędrówki przez łańcuch enzymów oddechowych są wystarczająco duże, by naładować cząsteczki ATP. Na trasie poznanych obecnie sześciu „stacji przesiadkowych" elektronów przy trzech „przesiadkach" elektrony zdolne są do oddawania swej energii cząsteczkom ATP. Jedna para elektronów, wędrując od cyklu Krebsa do atomu tlenu, jest więc w stanie naładować trzy cząsteczki ATP. Dokładny bilans energetyczny procesu utleniania cząsteczki kwasu mlekowego daje sumę energii zamkniętej w 18 cząsteczkach ATP, która powstaje w wyniku całkowitego utlenienia jednej cząsteczki tego kwasu. Ponieważ podczas glikolizy z jednej cząsteczki glikozy powstają dwie cząsteczki kwasu mlekowego, otrzymujemy pokaźną liczbę 36 cząsteczek ATP.