Στο στάδιο χωρίς οξυγόνο του ενεργειακού μεταβολισμού διασπώνται. Βιολογία στο Λύκειο. Στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού χωρίς οξυγόνο

Ενεργειακός μεταβολισμός

Ενεργειακός μεταβολισμός(απομοίωση)- ένα σύνολο ενζυματικών αντιδράσεων σε έναν ζωντανό οργανισμό με στόχο τη διάσπαση πολύπλοκων οργανικών ουσιών (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, λίπη, υδατάνθρακες) που παρέχονται με την τροφή και αποθηκεύονται στον ίδιο τον οργανισμό (άμυλο, γλυκογόνο κ.λπ.) σε απλές ουσίες με την απελευθέρωση της ενέργειας.

Συμβατικά, ο ενεργειακός μεταβολισμός μπορεί να χωριστεί σε διάφορα στάδια.

Πρώτο στάδιο - προετοιμασία , που περιλαμβάνει τη διάσπαση πολύπλοκων ουσιών σε απλά μόρια.

Το επόμενο στάδιο είναι χωρίς οξυγόνο , που εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων χωρίς τη συμμετοχή οξυγόνου.

Το πιο σημαντικό είναι στάδιο οξυγόνου . Εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια και απαιτεί την παρουσία οξυγόνου.

Προπαρασκευαστικό στάδιομεταβολισμό της ενέργειαςσυνίσταται στη διάσπαση μεγάλων μορίων οργανικών ουσιών σε μικρότερα.

Η διάσπασή τους συμβαίνει σε διάφορα σημεία του γαστρεντερικού σωλήνα. Μέσα στα κύτταρα, οι οργανικές ουσίες διασπώνται με τη συμμετοχή ενζύμων λυσοσωμάτων.

Η ενέργεια που απελευθερώνεται ως αποτέλεσμα του προπαρασκευαστικού σταδίου διαχέεται με τη μορφή θερμότητας και τα προκύπτοντα μικρά μόρια χρησιμοποιούνται ως δομικά υλικά.

Στάδιο χωρίς οξυγόνομεταβολισμό της ενέργειαςχαρακτηρίζεται από την ενζυματική διάσπαση οργανικών ουσιών υπό αναερόβιες συνθήκες.

Πηγαίνει απευθείας στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου.

Παραδείγματα διεργασιών χωρίς οξυγόνο είναι η γλυκόλυση και η ζύμωση.

Ως αποτέλεσμα του σταδίου του ενεργειακού μεταβολισμού χωρίς οξυγόνο, οι οργανισμοί λαμβάνουν την απαραίτητη ενέργεια για τη ζωή. Το 40% της ενέργειας δαπανάται για τη σύνθεση ATP, το υπόλοιπο δαπανάται με τη μορφή θερμότητας.

Διάσπαση οξυγόνου (στάδιο οξυγόνου)- το στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού, κατά το οποίο τα προϊόντα του σταδίου χωρίς οξυγόνο οξειδώνονται πλήρως σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό με την απελευθέρωση ενέργειας και τη συσσώρευσή της στα μόρια ATP.

Έτσι, η οξείδωση δύο μορίων γαλακτικού οξέος παράγει 36 μόρια ΑΤΡ.Μερικά από τα μόρια δαπανώνται στις ίδιες τις διαδικασίες οξείδωσης και 21 μόρια ATP μεταφέρονται στο κυτταρόπλασμα για να διασφαλιστεί η λειτουργία άλλων κυτταρικών δομών.

2C 3 H 6 O 3 + 6O 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP => 6CO 2 + 6H 2 O + 36ATP

Η διάσπαση του οξυγόνου συμβαίνει στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων και στη μήτρα υπό τη δράση πολυάριθμων ενζύμων κριστών.

μόριο ATP (τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης) είναι ένας παγκόσμιος φορέας και ο κύριος συσσωρευτής χημικής ενέργειας στο κύτταρο. Είναι ένα νουκλεοτίδιο που αποτελείται από αδενίνη, ριβόζη και τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος.Στο σώμα, το ATP συντίθεται από ADP και ανόργανο φωσφορικό άλας:

ADP + H3PO4 + ενέργεια → ATP + H 2 Ο.

Το μικρό μέγεθος των μορίων τους επιτρέπει να διαχέονται εύκολα σε διάφορα μέρη του κυττάρου, όπου είναι απαραίτητο να παρέχουν ενέργεια για ζωτικές διαδικασίες.

Στο σώμα, το ATP είναι μια από τις πιο συχνά ανανεωμένες ουσίες - για παράδειγμα, στους ανθρώπους, η διάρκεια ζωής ενός μορίου ATP είναι μικρότερη από 1 λεπτό. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, ένα μόριο ATP περνά κατά μέσο όρο 2.000 - 3.000 κύκλους επανασύνθεσης (περίπου 40 kg ATP την ημέρα). Έτσι, πρακτικά δεν δημιουργείται απόθεμα ATP στο σώμα και για την κανονική ζωή είναι απαραίτητο να συντίθενται συνεχώς νέα μόρια.

α) διάσπαση των βιοπολυμερών σε μονομερή
β) σύνθεση πρωτεϊνών από αμινοξέα
γ) σύνθεση πολυσακχαριτών από γλυκόζη και φρουκτόζη
δ) διάσπαση της γλυκόζης σε γαλακτικό οξύ
2. Η διάσπαση των πολυσακχαριτών σε μονοσακχαρίτες στο κύτταρο συμβαίνει με τη συμμετοχή ενζύμων
α) λυσοσώματα
β) ριβοσώματα
γ) Σύμπλεγμα Golgi
δ) ενδοπλασματικό δίκτυο
3. Χάρη στον ενεργειακό μεταβολισμό παρέχεται το κύτταρο
α) πρωτεΐνες
β) υδατάνθρακες
γ) λιπίδια
δ) Μόρια ΑΤΡ
4. Αντιδράσεις διάσπασης οργανικών ουσιών στο κύτταρο συμβαίνουν με
α) απελευθέρωση ενέργειας
β) χρήση ηλιακής ενέργειας
γ) ο σχηματισμός βιοπολυμερών
δ) αναγωγή του διοξειδίου του άνθρακα σε υδατάνθρακες
5. Η διάσπαση των λιπιδίων σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα συμβαίνει στο
α) προπαρασκευαστικό στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού
β) τη διαδικασία της γλυκόλυσης
γ) στάδιο οξυγόνου του ενεργειακού μεταβολισμού
δ) κατά την πλαστική ανταλλαγή

Επιλέξτε μία απάντηση: α. μιτοχόνδρια και πλαστίδια β. πλασματική μεμβράνη γ. πυρηνική ουσία χωρίς κέλυφος δ. πολλά μεγάλα λυσοσώματα συμμετέχουν στην είσοδο και μετακίνηση ουσιών στο κύτταρο Επιλέξτε μία ή περισσότερες απαντήσεις: α. ενδοπλασματικό δίκτυο β. ριβοσώματα γ. υγρό μέρος του κυτταροπλάσματος δ. πλασματική μεμβράνη ε. Κεντριόλια του κυτταρικού κέντρου Τα ριβοσώματα είναι Επιλέξτε μία απάντηση: α. δύο κυλίνδρους μεμβράνης β. στρογγυλά μεμβρανώδη σώματα γ. σύμπλοκο μικροσωληνίσκων δ. δύο μη μεμβρανικές υπομονάδες Ένα φυτικό κύτταρο, σε αντίθεση με ένα ζωικό κύτταρο, έχει Επιλέξτε μία απάντηση: α. μιτοχόνδρια β. πλαστίδια γ. πλασματική μεμβράνη δ. Συσκευή Golgi Μεγάλα μόρια βιοπολυμερών εισέρχονται στο κύτταρο μέσω της μεμβράνης Επιλέξτε μία απάντηση: α. από πινοκυττάρωση β. με όσμωση γ. από φαγοκυττάρωση δ. με διάχυση Όταν διαταράσσεται η τριτοταγής και τεταρτοταγής δομή των πρωτεϊνικών μορίων στο κύτταρο, παύουν να λειτουργούν Επιλέξτε μία απάντηση: α. ένζυμα β. υδατάνθρακες γ. ATP d. λιπίδια Κείμενο ερώτησης

Ποια είναι η σχέση μεταξύ πλαστικού και μεταβολισμού ενέργειας;

Επιλέξτε μία απάντηση: α. ο ενεργειακός μεταβολισμός παρέχει οξυγόνο στο πλαστικό β. ο πλαστικός μεταβολισμός προμηθεύει οργανικές ουσίες για ενέργεια γ. ο πλαστικός μεταβολισμός προμηθεύει μόρια ATP για ενέργεια d. Ο πλαστικός μεταβολισμός προμηθεύει μέταλλα για ενέργεια

Πόσα μόρια ATP αποθηκεύονται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης;

Επιλέξτε μία απάντηση: α. 38 β. 36 γ. 4 d. 2

Οι αντιδράσεις της σκοτεινής φάσης της φωτοσύνθεσης περιλαμβάνουν

Επιλέξτε μία απάντηση: α. μοριακό οξυγόνο, χλωροφύλλη και DNA β. διοξείδιο του άνθρακα, ATP και NADPH2 γ. νερό, υδρογόνο και tRNA δ. μονοξείδιο του άνθρακα, ατομικό οξυγόνο και NADP+

Η ομοιότητα μεταξύ χημειοσύνθεσης και φωτοσύνθεσης είναι ότι και στις δύο διαδικασίες

Επιλέξτε μία απάντηση: α. Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται για το σχηματισμό οργανικής ύλης β. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση ανόργανων ουσιών χρησιμοποιείται για το σχηματισμό οργανικών ουσιών γ. οι οργανικές ουσίες σχηματίζονται από ανόργανες ουσίες δ. σχηματίζονται τα ίδια μεταβολικά προϊόντα

Οι πληροφορίες σχετικά με την αλληλουχία των αμινοξέων σε ένα μόριο πρωτεΐνης αντιγράφονται στον πυρήνα από μόριο DNA σε μόριο

Επιλέξτε μία απάντηση: α. rRNA β. mRNA γ. ATP d. tRNA Ποια αλληλουχία αντικατοπτρίζει σωστά τη διαδρομή υλοποίησης της γενετικής πληροφορίας Επιλέξτε μία απάντηση: α. χαρακτηριστικό --> πρωτεΐνη --> mRNA --> γονίδιο --> DNA β. γονίδιο --> DNA --> χαρακτηριστικό --> πρωτεΐνη γ. γονίδιο --> mRNA --> πρωτεΐνη --> χαρακτηριστικό δ. mRNA --> γονίδιο --> πρωτεΐνη --> χαρακτηριστικό

Όλο το σετ χημικές αντιδράσειςσε κλουβί λέγεται

Επιλέξτε μία απάντηση: α. ζύμωση β. μεταβολισμός γ. χημειοσύνθεση δ. φωτοσύνθεση

Η βιολογική έννοια της ετερότροφης διατροφής είναι

Επιλέξτε μία απάντηση: α. κατανάλωση ανόργανων ενώσεων β. σύνθεση ADP και ATP γ. απόκτηση δομικών υλικών και ενέργειας για κύτταρα d. σύνθεση οργανικών ενώσεων από ανόργανες

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στη διαδικασία της ζωής χρησιμοποιούν ενέργεια, η οποία αποθηκεύεται σε οργανικές ουσίες που δημιουργούνται από ανόργανες

Επιλέξτε μία απάντηση: α. φυτά β. ζώα γ. μανιτάρια δ. ιούς

Κατά τη διαδικασία της πλαστικής ανταλλαγής

Επιλέξτε μία απάντηση: α. πιο σύνθετοι υδατάνθρακες συντίθενται από λιγότερο σύνθετους β. τα λίπη μετατρέπονται σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα γ. οι πρωτεΐνες οξειδώνονται για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα, νερό, ουσίες που περιέχουν άζωτο δ. απελευθερώνεται ενέργεια και συντίθεται το ATP

Η αρχή της συμπληρωματικότητας αποτελεί τη βάση της αλληλεπίδρασης

Επιλέξτε μία απάντηση: α. νουκλεοτίδια και σχηματισμός μορίου δίκλωνου DNA β. αμινοξέα και σχηματισμός της πρωτογενούς πρωτεϊνικής δομής γ. γλυκόζης και σχηματισμός μορίου πολυσακχαρίτη ινών δ. γλυκερόλη και λιπαρά οξέα και ο σχηματισμός ενός μορίου λίπους

Η σημασία του ενεργειακού μεταβολισμού στον κυτταρικό μεταβολισμό είναι ότι παρέχει αντιδράσεις σύνθεσης

Επιλέξτε μία απάντηση: α. νουκλεϊκά οξέα β. βιταμίνες γ. ένζυμα δ. Μόρια ATP

Η ενζυματική διάσπαση της γλυκόζης χωρίς οξυγόνο είναι

Επιλέξτε μία απάντηση: α. πλαστική ανταλλαγή β. γλυκόλυση γ. προπαρασκευαστικό στάδιο της ανταλλαγής δ. βιολογική οξείδωση

Η διάσπαση των λιπιδίων σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα συμβαίνει στο

Επιλέξτε μία απάντηση: α. στάδιο οξυγόνου του ενεργειακού μεταβολισμού β. διαδικασία γλυκόλυσης γ. κατά την πλαστική ανταλλαγή δ. προπαρασκευαστικό στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού

1. Επιφανειακό στρώμαζωικά κύτταρα που αποτελούνται από υδατάνθρακες σε συνδυασμό με πρωτεΐνες:
α) Υπομεμβρανικό σύμπλεγμα
β) Πλασμαλήμμα
γ) Γλυκοκάλυκα
δ) Μέλικα
2. Το σύνολο των χαρακτηριστικών του συμπλέγματος χρωμοσωμάτων:
α) Γονότυπος
β) Καρυότυπος
γ) Φαινότυπος
δ) Χρωματίνη
3. Εντοπισμός της σύνθεσης ριβοσώματος στο κύτταρο:
α) Κυτόπλασμα
β) ενδοπλασματικό δίκτυο
γ) Πυρήνας
δ) Συσκευή Golgi
5. Η πρόφαση 1 της μείωσης διαφέρει από την πρόφαση της μίτωσης στο ότι:
α) εμφανίζεται μια πλάκα μετάφασης
β) Εμφανίζεται έλικα του DNA
γ) η διαδικασία διέλευσης βρίσκεται σε εξέλιξη
δ) σχηματίζεται η άτρακτος
6. Ο αριθμός των μορίων ATP που συντίθενται στο στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού χωρίς οξυγόνο ανά μόριο γλυκόζης:
α) 2
β) 6
γ) 8
δ) 38
7. Εντοπισμός πρωτεϊνοσύνθεσης στο κύτταρο
α) κυτταρόπλασμα
β) μεμβράνες του λείου ενδοπλασματικού δικτύου
γ) μεμβράνες του τραχιού ενδοπλασματικού δικτύου
δ) Συσκευή Golgi
8. Για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία της φωτοσύνθεσης, πρέπει να υπάρχουν τα ακόλουθα:
α) φως
β) μόρια διοξειδίου του άνθρακα
γ) μόρια οξυγόνου
δ) μόρια χλωροφύλλης
9. Φωτοσυνθετικοί οργανισμοί:
α) ζώα
β) κυανοβακτήρια
γ) φυτά
δ) γαλαζοπράσινα φύκια
10. Ο αριθμός των μεμβρανών που αποτελούν το μιτοχονδριακό κέλυφος:
α) δύο - εξωτερικά και εσωτερικά
β) ένα - εξωτερικό
γ) τρία - εξωτερικά, μεσαία και εσωτερικά
δ) ένα - εσωτερικό Α) σχηματισμός ATP.
Β) σχηματισμός πρωτογενούς σακχάρου και απελευθέρωση οξυγόνου.
Β) μετατροπή λευκοπλάστες σε χρωμοπλάστες:
Δ) διάσπαση των μορίων του νερού υπό την επίδραση του ηλιακού φωτός.
20) Η διάταξη των χρωμοσωμάτων στον ισημερινό του κυττάρου συμβαίνει στην ακόλουθη φάση της μίτωσης:
Α) προφάση
Β) ανάφαση
Β) μετάφαση
Δ) τελοφάση
21) Κατά τη φωτοσύνθεση, το οξυγόνο σχηματίζεται από ένα μόριο:
Α) γλυκόζη
Β) φως
Β) νερό
Δ) διοξείδιο του άνθρακα
22) Ο διαχωρισμός των χρωμοσωμικών κεντρομερών και η απόκλιση των χρωματιδίων στους κυτταρικούς πόλους συμβαίνει κατά το επόμενο στάδιο της μίτωσης:
Α) ανάφαση
Β) προφάση
Β) τελοφάση
Δ) μετάφαση

Ενεργειακός μεταβολισμός- πρόκειται για μια σταδιακή αποσύνθεση σύνθετων οργανικών ενώσεων, η οποία συμβαίνει με την απελευθέρωση ενέργειας, η οποία αποθηκεύεται στους υψηλής ενέργειας δεσμούς των μορίων ATP και στη συνέχεια χρησιμοποιείται στη διαδικασία της κυτταρικής ζωής, συμπεριλαμβανομένης της βιοσύνθεσης, δηλ. ανταλλαγή πλαστικών.

Στους αερόβιους οργανισμούς υπάρχουν:

1. Προετοιμασία- διάσπαση βιοπολυμερών σε μονομερή.
2. Χωρίς οξυγόνο- γλυκόλυση - η διάσπαση της γλυκόζης σε πυροσταφυλικό οξύ.
3. Οξυγόνο- διάσπαση του πυροσταφυλικού οξέος σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Προπαρασκευαστικό στάδιο

Επί προπαρασκευαστικό στάδιοΚατά τον ενεργειακό μεταβολισμό, οι οργανικές ενώσεις που παρέχονται με τα τρόφιμα διασπώνται σε απλούστερες, συνήθως μονομερή. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο οι υδατάνθρακες διασπώνται σε σάκχαρα, συμπεριλαμβανομένης της γλυκόζης. πρωτεΐνες - σε αμινοξέα. λίπη - σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα.

Αν και απελευθερώνεται ενέργεια, δεν αποθηκεύεται στο ATP και επομένως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί αργότερα. Η ενέργεια διαχέεται ως θερμότητα.

Η διάσπαση των πολυμερών σε πολυκύτταρα σύνθετα ζώα συμβαίνει στην πεπτική οδό υπό την επίδραση ενζύμων που εκκρίνονται εδώ από τους αδένες. Τα μονομερή που προκύπτουν στη συνέχεια απορροφώνται στο αίμα κυρίως μέσω των εντέρων. Το αίμα μεταφέρει θρεπτικά συστατικά σε όλα τα κύτταρα.

Ωστόσο, δεν αποσυντίθενται όλες οι ουσίες σε μονομερή στο πεπτικό σύστημα. Η διάσπαση πολλών συμβαίνει απευθείας στα κύτταρα, στα λυσοσώματά τους. Στους μονοκύτταρους οργανισμούς, οι απορροφούμενες ουσίες εισέρχονται στα πεπτικά κενοτόπια, όπου και πέπτονται.

Τα προκύπτοντα μονομερή μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για ανταλλαγή ενέργειας όσο και για πλαστική. Στην πρώτη περίπτωση, διασπώνται, στη δεύτερη, τα συστατικά των ίδιων των κυττάρων συντίθενται από αυτά.

Στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού χωρίς οξυγόνο

Το στάδιο χωρίς οξυγόνο εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων και, στην περίπτωση αερόβιων οργανισμών, περιλαμβάνει μόνο γλυκόλυση - ενζυματική οξείδωση γλυκόζης σε πολλαπλά στάδια και διάσπαση της σε πυροσταφυλικό οξύ, που ονομάζεται επίσης πυροσταφυλικό.

Το μόριο γλυκόζης περιέχει έξι άτομα άνθρακα. Κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, διασπάται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού, το οποίο περιέχει τρία άτομα άνθρακα. Σε αυτή την περίπτωση, μέρος των ατόμων υδρογόνου διασπάται, τα οποία μεταφέρονται στο συνένζυμο NAD, το οποίο, με τη σειρά του, θα συμμετέχει στη συνέχεια στο στάδιο του οξυγόνου.

Μέρος της ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης αποθηκεύεται σε μόρια ATP. Για ένα μόριο γλυκόζης, συντίθενται μόνο δύο μόρια ΑΤΡ.

Η ενέργεια που παραμένει στο πυροσταφυλικό, αποθηκευμένο σε NAD, στα αερόβια θα εξαχθεί περαιτέρω στο επόμενο στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού.

Υπό αναερόβιες συνθήκες, όταν το στάδιο οξυγόνου της κυτταρικής αναπνοής απουσιάζει, το πυροσταφυλικό «εξουδετερώνεται» σε γαλακτικό οξύ ή υφίσταται ζύμωση. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια δεν αποθηκεύεται. Έτσι, εδώ η ωφέλιμη παραγωγή ενέργειας παρέχεται μόνο από αναποτελεσματική γλυκόλυση.

Στάδιο οξυγόνου

Το στάδιο του οξυγόνου εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια. Έχει δύο υποστάδια: τον κύκλο του Krebs και την οξειδωτική φωσφορυλίωση. Το οξυγόνο που εισέρχεται στα κύτταρα χρησιμοποιείται μόνο στο δεύτερο. Ο κύκλος του Krebs παράγει και απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα.

Κύκλος Krebsεμφανίζεται στη μιτοχονδριακή μήτρα και εκτελείται από πολλά ένζυμα. Δεν εισέρχεται το ίδιο το μόριο του πυροσταφυλικού οξέος (ή το λιπαρό οξύ, το αμινοξύ), αλλά η ακετυλομάδα που διαχωρίστηκε από αυτό με τη βοήθεια του συνενζύμου Α, το οποίο περιλαμβάνει δύο άτομα άνθρακα του προηγούμενου πυροσταφυλικού. Κατά τη διάρκεια του κύκλου Krebs πολλαπλών σταδίων, η ομάδα ακετυλίου χωρίζεται σε δύο μόρια CO 2 και άτομα υδρογόνου. Το υδρογόνο συνδυάζεται με NAD και FAD. Συμβαίνει επίσης η σύνθεση του μορίου του ΑΕΠ, που οδηγεί στη σύνθεση του ΑΤΡ.

Για ένα μόριο γλυκόζης, από το οποίο σχηματίζονται δύο πυροσταφυλικά, υπάρχουν δύο κύκλοι Krebs. Έτσι, σχηματίζονται δύο μόρια ATP. Εάν ο μεταβολισμός της ενέργειας τελείωνε εδώ, τότε η συνολική διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης θα παρήγαγε 4 μόρια ATP (δύο από τη γλυκόλυση).

Οξειδωτική φωσφορυλίωσηεμφανίζεται σε κρυστάλλους - αποφύσεις της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων. Παρέχεται από έναν ιμάντα μεταφοράς ενζύμων και συνενζύμων, που σχηματίζουν τη λεγόμενη αναπνευστική αλυσίδα, που καταλήγει στο ένζυμο συνθετάση ATP.

Η αναπνευστική αλυσίδα μεταδίδει υδρογόνο και ηλεκτρόνια που λαμβάνονται από τα συνένζυμα NAD και FAD. Η μεταφορά πραγματοποιείται με τέτοιο τρόπο ώστε πρωτόνια υδρογόνου να συσσωρεύονται στο εξωτερικό της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης και τα τελευταία ένζυμα στην αλυσίδα να μεταφέρουν μόνο ηλεκτρόνια.

Τελικά, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται σε μόρια οξυγόνου που βρίσκονται με μέσαμεμβράνες, με αποτέλεσμα να φορτίζονται αρνητικά. Προκύπτει ένα κρίσιμο επίπεδο κλίσης ηλεκτρικού δυναμικού, που οδηγεί στην κίνηση των πρωτονίων μέσω των καναλιών της συνθετάσης ATP. Η ενέργεια κίνησης των πρωτονίων υδρογόνου χρησιμοποιείται για τη σύνθεση μορίων ATP και τα ίδια τα πρωτόνια συνδυάζονται με ανιόντα οξυγόνου για να σχηματίσουν μόρια νερού.

Η παραγωγή ενέργειας από τη λειτουργία της αναπνευστικής αλυσίδας, εκφρασμένη σε μόρια ATP, είναι μεγάλη και ανέρχεται συνολικά από 32 έως 34 μόρια ATP ανά αρχικό μόριο γλυκόζης.

Η κύρια πηγή ενέργειας στους ζωντανούς οργανισμούς είναι ο Ήλιος. Η ενέργεια που φέρνουν τα κβάντα φωτός (φωτόνια) απορροφάται από τη χρωστική χλωροφύλλη που περιέχεται στους χλωροπλάστες των πράσινων φύλλων και συσσωρεύεται ως χημική ενέργεια σε διάφορα θρεπτικά συστατικά.

Όλα τα κύτταρα και οι οργανισμοί μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες ανάλογα με την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιούν. Στο πρώτο, που ονομάζεται αυτότροφα (πράσινα φυτά), το CO 2 και το H 2 O μετατρέπονται κατά τη φωτοσύνθεση σε στοιχειώδη οργανικά μόρια γλυκόζης, από τα οποία στη συνέχεια δημιουργούνται πιο πολύπλοκα μόρια.

Η δεύτερη κατηγορία κυττάρων, που ονομάζονται ετερότροφα (ζωικά κύτταρα), λαμβάνουν ενέργεια από διάφορα θρεπτικά συστατικά (υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες) που συντίθενται από αυτοτροφικούς οργανισμούς. Η ενέργεια που περιέχεται σε αυτά τα οργανικά μόρια απελευθερώνεται κυρίως με το συνδυασμό τους με το οξυγόνο του αέρα (δηλαδή, οξείδωση) σε μια διαδικασία που ονομάζεται αερόβια αναπνοή. Αυτός ο ενεργειακός κύκλος στους ετερότροφους οργανισμούς τελειώνει με την απελευθέρωση CO 2 και H 2 O.

Κυτταρική αναπνοήείναι η οξείδωση οργανικών ουσιών, που οδηγεί στην παραγωγή χημικής ενέργειας (ATP). Τα περισσότερα κύτταρα χρησιμοποιούν πρώτα τους υδατάνθρακες. Οι πολυσακχαρίτες εμπλέκονται στη διαδικασία της αναπνοής μόνο αφού υδρολυθούν σε μονοσαχαρίτες: άμυλο, γλυκόζη (στα φυτά) , γλυκογόνο (σε ζώα).

Τα λίπη αποτελούν το «πρώτο απόθεμα» και τίθενται σε δράση κυρίως όταν εξαντληθεί η παροχή υδατανθράκων. Ωστόσο, στα κύτταρα των σκελετικών μυών, παρουσία γλυκόζης και λιπαρών οξέων, προτιμώνται τα λιπαρά οξέα. Δεδομένου ότι οι πρωτεΐνες εκτελούν μια σειρά από άλλες σημαντικές λειτουργίες, χρησιμοποιούνται μόνο αφού εξαντληθούν όλα τα αποθέματα υδατανθράκων και λιπών, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια παρατεταμένης νηστείας.

Στάδια του ενεργειακού μεταβολισμού:Η ενοποιημένη διαδικασία του ενεργειακού μεταβολισμού μπορεί να χωριστεί σε τρία διαδοχικά στάδια:

Το πρώτο είναι προπαρασκευαστικό. Σε αυτό το στάδιο, οι υψηλά μοριακές οργανικές ουσίες στο κυτταρόπλασμα, υπό τη δράση κατάλληλων ενζύμων, διασπώνται σε μικρά μόρια: πρωτεΐνες - σε αμινοξέα, πολυσακχαρίτες (άμυλο, γλυκογόνο) - σε μονοσακχαρίτες (γλυκόζη), λίπη - σε γλυκερόλη. και λιπαρά οξέα, νουκλεϊκά οξέα - σε νουκλεοτίδια, κ.λπ. .δ. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, μια μικρή ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται και διαχέεται ως θερμότητα.

Πρωτεΐνες + H 2 O = αμινοξύ + θερμότητα (διαχέεται)

Λίπη + Η 2 Ο = γλυκερίνη + λιπαρά οξέα + θερμότητα

Πολυσακχαρίτες + H 2 O = γλυκόζη + θερμότητα

Δεύτερο στάδιο - χωρίς οξυγόνο,ή ελλιπής. Οι ουσίες που σχηματίζονται στο προπαρασκευαστικό στάδιο - γλυκόζη, αμινοξέα κ.λπ. - υφίστανται περαιτέρω ενζυματική διάσπαση χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο. Ένα παράδειγμα είναι η ενζυματική οξείδωση της γλυκόζης (γλυκόλυση), η οποία είναι μια από τις κύριες πηγές ενέργειας για όλα τα ζωντανά κύτταρα. Γλυκόλυση- μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων διάσπασης της γλυκόζης υπό αναερόβιες (χωρίς οξυγόνο) συνθήκες σε πυροσταφυλικό οξύ (PVA) και στη συνέχεια σε γαλακτικό, οξικό, βουτυρικό οξύ ή αιθυλική αλκοόλη, που εμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Η γλυκόζη, υπό την επίδραση ενζύμων, διασπάται σε δύο μόρια C 3 H 6 O 3 με την απελευθέρωση ενέργειας το 60% αυτής της ενέργειας διαχέεται με τη μορφή θερμότητας, το 40% με τη μορφή ATP.

Ο φορέας ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε αυτές τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις είναι το δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης (NAD) και η ανηγμένη του μορφή NAD *H. Τα προϊόντα της γλυκόλυσης είναι το πυροσταφυλικό οξύ, το υδρογόνο με τη μορφή NADH και η ενέργεια με τη μορφή ATP.

Στο διαφορετικών τύπωνΗ ζύμωση, η περαιτέρω μοίρα των προϊόντων της γλυκόλυσης είναι διαφορετική. Σε ζωικά κύτταρα και πολλά βακτήρια, η PVK ανάγεται σε γαλακτικό οξύ. Η γνωστή ζύμωση γαλακτικού οξέος (κατά τη διάθεση του γάλακτος, το σχηματισμό κρέμας γάλακτος, κεφίρ κ.λπ.) προκαλείται από μύκητες και βακτήρια γαλακτικού οξέος.

Κατά την αλκοολική ζύμωση, τα προϊόντα της γλυκόλυσης είναι η αιθυλική αλκοόλη και το CO 2. Για άλλους μικροοργανισμούς, τα προϊόντα ζύμωσης μπορεί να είναι βουτυλική αλκοόλη, ακετόνη, οξικό οξύ κ.λπ.

Κατά τη διάρκεια της σχάσης χωρίς οξυγόνο, μέρος της εκλυόμενης ενέργειας διαχέεται με τη μορφή θερμότητας και μέρος συσσωρεύεται σε μόρια ATP.

Το τρίτο στάδιο του ενεργειακού μεταβολισμού - το στάδιο της διάσπασης του οξυγόνου, ή η αερόβια αναπνοή, εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια. Σε αυτό το στάδιο, τα ένζυμα μεταφοράς ηλεκτρονίων παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαδικασία οξείδωσης. Οι δομές που εξασφαλίζουν τη διέλευση του τρίτου σταδίου ονομάζονται αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων λαμβάνει μόρια φορέα ενέργειας που έλαβαν ενεργειακό φορτίο στο δεύτερο στάδιο της οξείδωσης της γλυκόζης. Τα ηλεκτρόνια από μόρια - φορείς ενέργειας, κινούνται σταδιακά κατά μήκος των κρίκων μιας αλυσίδας από ένα υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο σε ένα χαμηλότερο. Η εκλυόμενη ενέργεια δαπανάται για τη φόρτιση μορίων ATP. Τα ηλεκτρόνια των μορίων - φορείς ενέργειας, που παρέδωσαν ενέργεια για να «φορτίσουν» το ATP, τελικά συνδυάζονται με το οξυγόνο. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται νερό. Στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, το οξυγόνο είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων. Έτσι, όλα τα ζωντανά όντα χρειάζονται οξυγόνο ως τελική καταβόθρα για τα ηλεκτρόνια. Το οξυγόνο παρέχει μια διαφορά δυναμικού στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και, όπως ήταν, έλκει ηλεκτρόνια από τα υψηλά ενεργειακά επίπεδα των μορίων του φορέα ενέργειας στο χαμηλό ενεργειακό του επίπεδο. Στην πορεία συντίθενται μόρια ATP πλούσια σε ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται 36 ATP στο στάδιο του οξυγόνου.

Ένα κύτταρο είναι η λειτουργική μονάδα ενός οργανισμού. Διάφορες ουσίες εισέρχονται συνεχώς στο κύτταρο. Σε αυτό συντίθενται νέα μόρια. κάποια μόρια καταστρέφονται. Ορισμένες ουσίες καταναλώνονται από το κύτταρο, άλλες αποθηκεύονται και άλλες απομακρύνονται από το κύτταρο. Οι ουσίες μετακινούνται συνεχώς από το ένα μέρος του κυττάρου στο άλλο. Η ενέργεια αποθηκεύεται σε ορισμένα μόρια του κυττάρου, ενώ άλλα μόρια διασπώνται για να απελευθερώσουν την ενέργεια που είναι απαραίτητη για τη ζωή του κυττάρου.

Χιλιάδες διαφορετικές ενζυματικές αντιδράσεις συμβαίνουν ταυτόχρονα σε ένα κύτταρο, το σύνολο των οποίων ονομάζεται μεταβολισμός (από το ελληνικό μεταβολισμός - αλλαγή, μεταμόρφωση)ή κυτταρικό μεταβολισμό. Ο κύριος ρόλος σε αυτές τις αντιδράσεις ανήκει στα ένζυμα και το ATP, χωρίς τα οποία δεν προχωρούν. Κατά τη διάρκεια του μεταβολισμού, το κύτταρο λαμβάνει ενέργεια, η οποία απελευθερώνεται μέσω της οξείδωσης μορίων λιπών, υδατανθράκων και πρωτεϊνών. Ο μεταβολισμός παρέχει επίσης στο κύτταρο δομικό υλικό: νέα πολύπλοκα μόρια σχηματίζονται σε αυτό.

Ο μεταβολισμός περιλαμβάνει δύο ομάδες αλληλοσχετιζόμενων αντιδράσεων: σύνθεση ουσιών - πλαστική ανταλλαγήκαι η διάσπαση των ουσιών - μεταβολισμό της ενέργειας. Ας εξοικειωθούμε πρώτα με τον ενεργειακό μεταβολισμό.

Κατά τον ενεργειακό μεταβολισμό, πολύπλοκα μόρια υδατανθράκων, λιπών και πρωτεϊνών με τη συμμετοχή πολλών ενζύμων οξειδώνονται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση αποθηκεύεται σε μόρια ATP.

Ο ενεργειακός μεταβολισμός στα αερόβια περιλαμβάνει τρία στάδια:

• προετοιμασία;
• χωρίς οξυγόνο?
• οξυγόνο

Πρώτα, προπαρασκευαστικό στάδιομεγάλα μόρια διασπώνται σε «μπλοκ»: οι πρωτεΐνες διασπώνται σε αμινοξέα, οι πολυσακχαρίτες σε μονοσακχαρίτες, τα λίπη σε γλυκερίνη και λιπαρά οξέα, τα νουκλεϊκά οξέα σε νουκλεοτίδια. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει στα λυσοσώματα του κυττάρου. Μικρή ποσότηταΗ ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή τη διαδικασία διαχέεται με τη μορφή θερμότητας.

Δεύτερος, στάδιο χωρίς οξυγόνοεμφανίζεται στο κυτταρόπλασμα, όπου οι οργανικές ουσίες διασπώνται σε ακόμα πιο απλές. Αυτό το στάδιο συμβαίνει χωρίς τη συμμετοχή οξυγόνου. Ταυτόχρονα, λίγη ενέργεια απελευθερώνεται. ένα μέρος του διαχέεται με τη μορφή θερμότητας και ένα μικρό μέρος δαπανάται για τη σύνθεση δύο μορίων ATP από το ADP.

Πώς παράγεται το ATP στα κύτταρα;

Από πού προέρχεται η ενέργεια για τη σύνθεση των μορίων του; Έχει αποδειχθεί καλά ότι το μεγαλύτερο μέρος του ATP συντίθεται από την ενέργεια του πρωτονίου H + και των ηλεκτρονίων, η πηγή των οποίων είναι άτομα υδρογόνου. Και τα άτομα υδρογόνου απελευθερώνονται κατά τη διάσπαση των μορίων των οργανικών ουσιών.

Ας εξετάσουμε τις διαδικασίες που χαρακτηρίζουν το δεύτερο στάδιο, χρησιμοποιώντας το παράδειγμα γλυκόλυση- η διαδικασία διάσπασης της γλυκόζης χωρίς τη συμμετοχή οξυγόνου. Το μόριο γλυκόζης, που περιέχει 6 άτομα άνθρακα, χωρίζεται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος τριών άνθρακα - PVA. Η διάσπαση συμβαίνει σε διάφορα στάδια και περιλαμβάνει περισσότερες από 10 αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό ενζύμων. Αυτό απελευθερώνει ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται για τη σύνθεση δύο μορίων ATP από το ADP.
Όταν ένα μόριο γλυκόζης οξειδώνεται, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα υδρογόνου διασπώνται από αυτό, τα οποία προστίθενται σε μια ειδική ουσία NAD +. Μετατρέπεται στη μειωμένη μορφή του NAD H. Τα μόρια NAD μεταφέρουν πρωτόνια και ηλεκτρόνια στο κύτταρο από τη μια αντίδραση στην άλλη, ενώ τα ίδια δεν συμμετέχουν στις αντιδράσεις, δεν καταστρέφονται και χρησιμοποιούνται επανειλημμένα.

Έτσι, ως αποτέλεσμα του σταδίου διάσπασης της γλυκόζης χωρίς οξυγόνο, σχηματίζονται 2 μόρια PVK, 2 μόρια ATP και 2 μόρια NADH 2.

Η τύχη των μορίων πυροσταφυλικού οξέος (PVA) στα κύτταρα διαφορετικών οργανισμών είναι διαφορετική. Υπάρχουν μικροοργανισμοί που ζουν σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο. Καλούνται αναερόβια (από τα ελληνικά an - αρνητικό σωματίδιο και αέρας - αέρας). Στα κύτταρα των αναερόβιων, συμβαίνουν μόνο δύο στάδια μεταβολισμού ενέργειας (στα αερόβια υπάρχουν τρία) - προπαρασκευαστικά και χωρίς οξυγόνο και τα μόρια ATP συντίθενται κατά τη διαδικασία ζύμωσης. Στα αναερόβια, το PVK μετατρέπεται είτε σε γαλακτικό οξύ, είτε σε αιθυλική αλκοόλη, είτε σε οξικό οξύ, το οποίο εξακολουθεί να περιέχει πολλή ενέργεια.
Το γαλακτικό οξύ σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της ζωής των βακτηρίων ζύμωσης γαλακτικού οξέος, το οποίο συμβαίνει κατά τη διάρκεια της ξινίσματος του γάλακτος και του ξινολάχανου. Η αλκοολική ζύμωση πραγματοποιείται από μαγιά, με αποτέλεσμα το σχηματισμό αιθυλικής αλκοόλης και διοξειδίου του άνθρακα. Η ζύμωση χρησιμοποιείται ευρέως στην ανθρώπινη οικονομική δραστηριότητα για την παραγωγή ζύμης, μπύρας, κρασιού, ξινολάχανου και κεφίρ.