2 Most FAQ’s of Respiration in Plants Chapter in Inter 2nd Year Botany (TS/AP)

8 Marks

LAQ-1 : Give an account of glycolysis. Where does it occur? What are the end products? Trace the fate of these products in both acrobic and anaerobic respiration. (OR) Describe the process of various biochemical reactions that occur during Glycolysis.

For Backbenchers 😎

Glycolysis is a fundamental process that happens in all living organisms to extract energy from glucose, which is a type of sugar. This energy extraction is crucial for the cell’s metabolism. It takes place in a part of the cell called the cytoplasm and involves a series of ten important steps. During glycolysis, glucose is transformed into pyruvic acid, ATP (a molecule that stores energy), and NADH (a molecule involved in energy transfer).

In the first step, glucose combines with ATP to create Glucose-6-phosphate. Then, it goes through several transformations, such as becoming Fructose-6-phosphate and then Fructose1,6-biphosphate, with the help of ATP molecules. These changes prepare glucose for further breakdown.

The process continues with the splitting of Fructose1,6-biphosphate into two molecules: Glyceraldehyde-3-phosphate and DHAP. DHAP is then converted back into Glyceraldehyde-3-phosphate. At this point, Glyceraldehyde-3-phosphate undergoes oxidation, producing 1,3-biphosphoglycerate and NADH.

The next steps involve the transfer of phosphate groups and changes in the chemical structure of molecules. Eventually, Pyruvic acid is formed, and this molecule can take one of two paths depending on whether oxygen is available. If there is oxygen, Pyruvic acid goes through more chemical reactions and is fully broken down into carbon dioxide (CO2) and water (H2O), releasing a lot of energy. On the other hand, if there is no oxygen, Pyruvic acid can be converted into either ethyl alcohol or lactic acid through a process called fermentation.

In essence, glycolysis is like the initial step in extracting energy from glucose, and what happens to Pyruvic acid afterward depends on the presence or absence of oxygen. This process is crucial for providing cells with the necessary energy for their functioning.

మన తెలుగులో

గ్లైకోలిసిస్ అనేది ఒక రకమైన చక్కెర అయిన గ్లూకోజ్ నుండి శక్తిని సేకరించేందుకు అన్ని జీవులలో జరిగే ప్రాథమిక ప్రక్రియ. ఈ శక్తి సంగ్రహణ సెల్ యొక్క జీవక్రియకు కీలకమైనది. ఇది సైటోప్లాజమ్ అని పిలువబడే సెల్ యొక్క ఒక భాగంలో జరుగుతుంది మరియు పది ముఖ్యమైన దశల శ్రేణిని కలిగి ఉంటుంది. గ్లైకోలిసిస్ సమయంలో, గ్లూకోజ్ పైరువిక్ యాసిడ్, ATP (శక్తిని నిల్వ చేసే అణువు) మరియు NADH (శక్తి బదిలీలో పాల్గొన్న అణువు) గా రూపాంతరం చెందుతుంది.

మొదటి దశలో, గ్లూకోజ్ ATPతో కలిసి గ్లూకోజ్-6-ఫాస్ఫేట్‌ను సృష్టిస్తుంది. అప్పుడు, ఇది ATP అణువుల సహాయంతో ఫ్రక్టోజ్-6-ఫాస్ఫేట్ మరియు తరువాత ఫ్రక్టోజ్1,6-బైఫాస్ఫేట్ వంటి అనేక పరివర్తనల ద్వారా వెళుతుంది. ఈ మార్పులు గ్లూకోజ్‌ను మరింత విచ్ఛిన్నం చేయడానికి సిద్ధం చేస్తాయి.

ఫ్రక్టోజ్1,6-బైఫాస్ఫేట్‌ను రెండు అణువులుగా విభజించడంతో ప్రక్రియ కొనసాగుతుంది: గ్లిసెరాల్డిహైడ్-3-ఫాస్ఫేట్ మరియు DHAP. DHAP తిరిగి గ్లిసెరాల్డిహైడ్-3-ఫాస్ఫేట్‌గా మార్చబడుతుంది. ఈ సమయంలో, గ్లిసెరాల్డిహైడ్-3-ఫాస్ఫేట్ ఆక్సీకరణకు లోనవుతుంది, 1,3-బిఫాస్ఫోగ్లిసెరేట్ మరియు NADH ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

తదుపరి దశలలో ఫాస్ఫేట్ సమూహాల బదిలీ మరియు అణువుల రసాయన నిర్మాణంలో మార్పులు ఉంటాయి. చివరికి, పైరువిక్ ఆమ్లం ఏర్పడుతుంది మరియు ఈ అణువు ఆక్సిజన్ అందుబాటులో ఉందో లేదో అనేదానిపై ఆధారపడి రెండు మార్గాలలో ఒకదానిని తీసుకోవచ్చు. ఆక్సిజన్ ఉన్నట్లయితే, పైరువిక్ యాసిడ్ మరింత రసాయన ప్రతిచర్యల ద్వారా వెళుతుంది మరియు పూర్తిగా కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO2) మరియు నీరు (H2O)గా విభజించబడి, చాలా శక్తిని విడుదల చేస్తుంది. మరోవైపు, ఆక్సిజన్ లేకపోతే, పైరువిక్ ఆమ్లం కిణ్వ ప్రక్రియ అనే ప్రక్రియ ద్వారా ఇథైల్ ఆల్కహాల్ లేదా లాక్టిక్ యాసిడ్‌గా మార్చబడుతుంది.

సారాంశంలో, గ్లైకోలిసిస్ అనేది గ్లూకోజ్ నుండి శక్తిని వెలికితీసే ప్రారంభ దశ వంటిది మరియు పైరువిక్ యాసిడ్ తర్వాత ఏమి జరుగుతుంది అనేది ఆక్సిజన్ ఉనికి లేదా లేకపోవడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. కణాల పనితీరుకు అవసరమైన శక్తిని అందించడానికి ఈ ప్రక్రియ కీలకం.

Introduction

Glycolysis is a fundamental metabolic pathway in all living organisms. It represents the initial step in the breakdown of glucose to extract energy for cellular metabolism. This process occurs in the cytoplasm of cells, resulting in the production of pyruvic acid, ATP (adenosine triphosphate), and NADH (nicotinamide adenine dinucleotide plus hydrogen).

Glycolysis Process

  1. Phosphorylation: Glucose combines with ATP to form Glucose-6-phosphate and ADP (adenosine diphosphate), catalyzed by Hexokinase.
  2. Isomerization: Glucose-6-phosphate is transformed into Fructose-6-phosphate by Hexophosphate isomerase.
  3. Second Phosphorylation: Fructose-6-phosphate reacts with another ATP molecule to form Fructose1,6-biphosphate and another ADP, facilitated by Phosphofructokinase.
  4. Cleavage: Fructose1,6-biphosphate is split into Glyceraldehyde-3-phosphate and DHAP (dihydroxyacetone phosphate) by Aldolase.
  5. Second Isomerization: DHAP is converted into Glyceraldehyde-3-phosphate by Triose phosphate isomerase.
  6. Oxidation: Glyceraldehyde-3-phosphate is oxidized, forming 1,3-biphosphoglycerate and NADH, via G-3P dehydrogenase.
  7. First Dephosphorylation: 1,3-biphosphoglycerate donates a phosphate to ADP, producing ATP and 3-phosphoglycerate, catalyzed by Phosphoglycerokinase.
  8. Intramolecular Shift: 3-phosphoglycerate is rearranged to 2-phosphoglycerate by Phosphoglyceromutase.
  9. Dehydration: 2-phosphoglycerate undergoes dehydration, forming Phosphoenolpyruvic acid (PEP), facilitated by Enolase.
  10. Second Dephosphorylation: PEP donates a phosphate to ADP, forming Pyruvic acid and another ATP, catalyzed by Pyruvate Kinase.

Fate of Pyruvic Acid

  1. Aerobic Respiration: Under aerobic conditions, pyruvic acid is fully oxidized into carbon dioxide (CO2) and water (H2O) via the Krebs cycle.
  2. Anaerobic Respiration: In the absence of oxygen, pyruvic acid is converted into either ethyl alcohol or lactic acid through fermentation.

Summary

Glycolysis involves a series of ten biochemical reactions converting glucose into pyruvic acid, ATP, and NADH in the cell’s cytoplasm. The fate of pyruvic acid depends on oxygen availability: fully oxidized into CO2 and H2O under aerobic conditions or converted into ethyl alcohol or lactic acid anaerobically.


LAQ-2 : Explain the reactions of Krebs cycle.

For Backbenchers 😎

The Krebs Cycle is like a little power plant inside our cells that helps us make energy. It’s a bit like a factory with many steps, and each step changes one thing into another to create energy.

First, two molecules, Acetyl CoA and Oxaloacetic acid, mix together with water to make Citric acid and Coenzyme A. Then, Citric acid changes into Cis-aconitic acid and water. After that, Cis-aconitic acid becomes Isocitric acid.

In the next step, Isocitric acid teams up with another molecule called NAD+ to make Oxalosuccinic acid, NADH, and a tiny part called a hydrogen ion. This step uses an enzyme called Isocitrate Dehydrogenase. Then, Oxalosuccinic acid turns into α-Ketoglutaric acid and releases carbon dioxide thanks to α-Ketoglutarate Dehydrogenase.

In the sixth step, α-Ketoglutaric acid mixes with NAD+ and CoA to create Succinyl CoA, NADH, a hydrogen ion, and carbon dioxide. Then, in the seventh step, Succinyl CoA changes into Succinic acid, ATP (a type of energy molecule), and CoA. This step is possible because of Succinyl-CoA Synthetase.

In the eighth step, Succinic acid reacts with something called FAD to make Fumaric acid and FADH2. In the ninth step, Fumaric acid becomes Malic acid. Finally, in the tenth step, Malic acid turns into Oxaloacetic acid, NADH, and a hydrogen ion.

At the end of the Krebs Cycle, we get back the starting molecule, Oxaloacetic acid, and we can start the cycle again. Each turn of the cycle gives us special molecules called NADH and FADH2, which are like helpers that help us make even more energy (ATP). Plus, we get rid of carbon dioxide as waste. So, the Krebs Cycle is like a little energy-making factory in our cells!”

మన తెలుగులో

క్రెబ్స్ సైకిల్ అనేది మన కణాల లోపల ఒక చిన్న పవర్ ప్లాంట్ లాంటిది, ఇది మనకు శక్తిని తయారు చేయడంలో సహాయపడుతుంది. ఇది చాలా దశలతో కూడిన ఫ్యాక్టరీ లాగా ఉంటుంది మరియు శక్తిని సృష్టించడానికి ఒక్కో అడుగు ఒక్కో వస్తువుగా మారుతుంది.

మొదట, రెండు అణువులు, ఎసిటైల్ CoA మరియు ఆక్సలోఅసిటిక్ యాసిడ్, సిట్రిక్ యాసిడ్ మరియు కోఎంజైమ్ Aను తయారు చేయడానికి నీటితో కలిపి, సిట్రిక్ యాసిడ్ సిస్-అకోనిటిక్ యాసిడ్ మరియు నీరుగా మారుతుంది. ఆ తరువాత, సిస్-అకోనిటిక్ యాసిడ్ ఐసోసిట్రిక్ యాసిడ్ అవుతుంది.

తదుపరి దశలో, ఐసోసిట్రిక్ యాసిడ్ NAD+ అనే మరొక అణువుతో కలిసి ఆక్సాలోసుసినిక్ యాసిడ్, NADH మరియు హైడ్రోజన్ అయాన్ అని పిలువబడే ఒక చిన్న భాగాన్ని తయారు చేస్తుంది. ఈ దశ ఐసోసిట్రేట్ డీహైడ్రోజినేస్ అనే ఎంజైమ్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. అప్పుడు, ఆక్సాలోసుసినిక్ యాసిడ్ α-కెటోగ్లుటారిక్ యాసిడ్‌గా మారుతుంది మరియు α-కెటోగ్లుటరేట్ డీహైడ్రోజినేస్ కారణంగా కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను విడుదల చేస్తుంది.

ఆరవ దశలో, α-కెటోగ్లుటారిక్ యాసిడ్ NAD+ మరియు CoAతో కలిపి సుక్సినైల్ CoA, NADH, హైడ్రోజన్ అయాన్ మరియు కార్బన్ డయాక్సైడ్‌ను సృష్టించడానికి. తర్వాత, ఏడవ దశలో, సక్సినిల్ CoA సుక్సినిక్ యాసిడ్, ATP (ఒక రకమైన శక్తి అణువు) మరియు CoAగా మారుతుంది. Succinyl-CoA Synthetase కారణంగా ఈ దశ సాధ్యమైంది.

ఎనిమిదవ దశలో, సుక్సినిక్ ఆమ్లం FAD అని పిలువబడే దానితో చర్య జరిపి ఫ్యూమరిక్ ఆమ్లం మరియు FADH2ను తయారు చేస్తుంది. తొమ్మిదవ దశలో, ఫ్యూమారిక్ ఆమ్లం మాలిక్ ఆమ్లంగా మారుతుంది. చివరగా, పదవ దశలో, మాలిక్ ఆమ్లం ఆక్సలోఅసిటిక్ ఆమ్లం, NADH మరియు హైడ్రోజన్ అయాన్‌గా మారుతుంది.

క్రెబ్స్ సైకిల్ ముగింపులో, మేము ప్రారంభ అణువు అయిన ఆక్సలోఅసిటిక్ యాసిడ్‌ను తిరిగి పొందుతాము మరియు మనం చక్రాన్ని మళ్లీ ప్రారంభించవచ్చు. చక్రం యొక్క ప్రతి మలుపు మనకు NADH మరియు FADH2 అని పిలువబడే ప్రత్యేక అణువులను అందిస్తుంది, ఇవి మనకు మరింత శక్తిని (ATP) తయారు చేయడంలో సహాయపడే సహాయకుల వలె ఉంటాయి. అదనంగా, మేము కార్బన్ డయాక్సైడ్ను వ్యర్థంగా వదిలించుకుంటాము. కాబట్టి, క్రెబ్స్ సైకిల్ మన కణాలలో శక్తిని తయారుచేసే చిన్న కర్మాగారం లాంటిది!”

Introduction

The Krebs Cycle, also known as the citric acid cycle or tricarboxylic acid cycle (TCA), is a sequence of chemical reactions utilized by all aerobic organisms. It generates energy by oxidizing Acetyl-CoA into ATP (Adenosine Triphosphate) and carbon dioxide. This cycle takes place in the mitochondrial matrix.

Step-by-Step Breakdown of the Krebs Cycle

  1. Condensation: Acetyl CoA combines with Oxaloacetic acid and water to form Citric acid and Coenzyme A, catalyzed by Citrate Synthase.
  2. Dehydration: Citric acid is transformed into Cis-aconitic acid and water by the Aconitase enzyme.
  3. Hydration: Cis-aconitic acid is converted to Isocitric acid through Aconitase.
  4. Oxidation I: Isocitric acid reacts with NAD+ to form Oxalosuccinic acid, NADH, and a hydrogen ion, catalyzed by Isocitrate Dehydrogenase.
  5. Decarboxylation: Oxalosuccinic acid is converted to α-Ketoglutaric acid and CO2 via α-Ketoglutarate Dehydrogenase.
  6. Oxidation II: α-Ketoglutaric acid reacts with NAD+ and CoA to form Succinyl CoA, NADH, a hydrogen ion, and CO2, catalyzed by α-Ketoglutarate Dehydrogenase.
  7. Cleavage: Succinyl CoA reacts with ADP and Pi (inorganic phosphate) to form Succinic acid, ATP, and CoA, facilitated by Succinyl-CoA Synthetase.
  8. Oxidation III: Succinic acid reacts with FAD (Flavin Adenine Dinucleotide) to form Fumaric acid and FADH2, catalyzed by Succinate Dehydrogenase.
  9. Hydration: Fumaric acid reacts with water to form Malic acid, catalyzed by Fumarase.
  10. Oxidation IV: Malic acid reacts with NAD+ to form Oxaloacetic acid, NADH, and a hydrogen ion, catalyzed by Malate Dehydrogenase.

Summary

At the cycle’s conclusion, Oxaloacetate is regenerated, allowing the cycle to continue. Each turn of the cycle produces three NADH molecules, one FADH2 molecule, and one ATP (or GTP) molecule. NADH and FADH2 contribute to oxidative phosphorylation to generate ATP, while carbon dioxide is expelled as a waste product.