Taigi ląstelėje vyksta ląstelių kvėpavimas.

Bet kur tiksliai? Kuri organelė atlieka šį procesą?

Pagrindinis ląstelių kvėpavimo etapas vyksta. Kaip žinote, pagrindinis mitochondrijų produktas – ATP molekulės – yra biologijos „energijos“ sąvokos sinonimas. Iš tiesų, pagrindinis šio proceso produktas yra energija, ATP molekulės.

ATPyra molekulė, sinonimas energijai biologijoje. Tai reiškia adenozino trifosfatą arba adenozino trifosforo rūgštį. Kaip matyti iš formulės paveikslo, molekulėje yra:

1. trys ryšiai su fosforo rūgšties likučiais, kurių plyšimas išskiria daug energijos,
2. angliavandenių ribozės (pentatomo cukraus) ir
3. azoto bazė

1 Ląstelinio kvėpavimo stadija – parengiamoji

Kaip medžiagos patenka į ląsteles? Kūno virškinimo proceso metu. Virškinimo proceso esmė yra su maistu į organizmą patenkančių polimerų skilimas į monomerus:

• yra suskaidomi į aminorūgštis;
• - į gliukozę;
• yra suskaidomi į glicerolį ir riebalų rūgštis.

Tie. monomerai jau patenka į ląstelę.

2 ląstelių virškinimo etapas

Glikolizė- fermentinis nuoseklaus gliukozės skaidymo ląstelėse procesas, lydimas ATP sintezės.

Glikolizė ties aerobinės sąlygos sukelia piruvo rūgšties (PVA) (piruvato) susidarymą,

glikolizė viduje anaerobinėmis sąlygomis(be deguonies arba deguonies trūkumas) sukelia pieno rūgšties (laktato) susidarymą.

CH3-CH(OH)-COOH

Procesas vyksta dalyvaujant fosforo rūgšties molekulėms, todėl jis vadinamas oksidacinis fosforilinimas

Glikolizė yra pagrindinis gliukozės patekimo būdas gyvūnams.

Transformacijos vyksta, t.y. procesas bus aiškiai anaerobinis: gliukozės molekulė suskaidys į PVA - piruvo rūgštį, išskirdama 2 ATP molekules:

3 ląstelių virškinimo (deguonies) stadija

Patekus į mitochondriją, vyksta oksidacija: PVK, veikiamas deguonies, suskaidomas iki anglies dioksido (bendra lygtis):

Pirmiausia pašalinamas vienas piruvo rūgšties anglies atomas. Taip susidaro anglies dioksidas, energija (ji kaupiama vienoje NADP molekulėje) ir dviejų anglies molekulė – acetilo grupė. Tada reakcijos grandinė patenka į ląstelės metabolizmo koordinavimo centrą - Krebso ciklas.

Krebso ciklas

(citrinos rūgšties ciklas)

Krebso ciklas yra reakcija, kuri prasideda, kai tam tikra įvesties molekulė susijungia su kita molekule, kuri veikia kaip „pagalbininkas“. Šis derinys inicijuoja daugybę kitų cheminių reakcijų, kurios gamina produktų molekules ir galiausiai atkuria pagalbinę molekulę, kuri gali pradėti visą procesą iš naujo.

Apdoroti sukauptą energiją viena gliukozės molekulė, Krebso ciklas reikalingas praeiti du kartus

Procesas yra daugiapakopis, be įvairių įdomių pavadinimų rūgščių, dalyvauja ir kofermentai (CoA).

Kas yra kofermentai?

(kofermentai)

• Tai mažos organinės medžiagos
• jie gali jungtis su baltymais (arba tiesiogiai su fermentais, kurie, beje, turi baltyminį pobūdį), sudarydami veikliąją medžiagą, kospleksą, kuris bus kažkas panašaus į katalizatorių.

Priešdėlis „co-“ yra kaip „bendras“ - bendras gamintojas, tautietis ir kt. Tie. "kartu su "

Glikolizė- išskirtinės svarbos katabolinis kelias.

Jis suteikia energijos ląstelių reakcijoms, įskaitant baltymų sintezę.

Tarpiniai glikolizės produktai naudojami riebalų sintezei.

Piruvatas taip pat gali būti naudojamas kitų junginių sintezei. Glikolizės dėka mitochondrijų veikla ir deguonies prieinamumas neriboja raumenų jėgos trumpalaikių ekstremalių apkrovų metu.

Pagrindiniai procesai, aprūpinantys ląstelę energija, yra fotosintezė, chemosintezė, kvėpavimas, fermentacija ir glikolizė kaip kvėpavimo stadija.
Su krauju deguonis prasiskverbia į ląstelę, tiksliau, į specialias ląstelių struktūras – mitochondrijas. Jų yra visose ląstelėse, išskyrus bakterijų ląsteles, melsvadumblius ir brandžius kraujo kūnelius (raudonuosius kraujo kūnelius). Mitochondrijose deguonis pradeda daugiapakopę reakciją su įvairiomis maistinėmis medžiagomis – baltymais, angliavandeniais, riebalais ir kt. Šis procesas vadinamas ląstelių kvėpavimu. Dėl to išsiskiria cheminė energija, kurią ląstelė kaupia specialioje medžiagoje – adenozino trifosforo rūgštyje, arba ATP. Tai universali energijos saugykla, kurią kūnas išleidžia augimui, judėjimui ir gyvybinėms funkcijoms palaikyti.

Kvėpavimas yra oksidacinis organinių maistinių medžiagų skaidymas, dalyvaujant deguoniui, kartu susidaro chemiškai aktyvūs metabolitai ir išsiskiria energija, kurią ląstelės naudoja gyvybiniams procesams.

Kvėpavimas, skirtingai nei degimas, yra daugiapakopis procesas. Jame yra du pagrindiniai etapai: glikolizė ir deguonies stadija.

Glikolizė

ATP, brangus organizmui, susidaro ne tik mitochondrijose, bet ir ląstelės citoplazmoje dėl glikolizės (iš graikų „glykis“ - „saldus“ ir „lizė“ - „skilimas“). Glikolizė nėra nuo membranos priklausomas procesas. Jis atsiranda citoplazmoje. Tačiau glikolitiniai fermentai yra susiję su citoskeleto struktūromis.
Glikolizė yra labai sudėtingas procesas. Tai yra gliukozės skilimo procesas veikiant įvairiems fermentams, kuriam nereikia deguonies. Kad gliukozės molekulė suirtų ir iš dalies oksiduotųsi, vienuolika iš eilės reakcijų turi vykti koordinuotai. Glikolizės metu viena gliukozės molekulė leidžia susintetinti dvi ATP molekules. Gliukozės skilimo produktai gali patekti į fermentacijos reakciją, virsdami etilo alkoholiu arba pieno rūgštimi. Alkoholinė fermentacija būdinga mielėms, o pieno rūgštinė – gyvūnų ląstelėms ir kai kurioms bakterijoms. Daugelis yra aerobikos, t.y. Gyvendami išskirtinai deguonies neturinčioje aplinkoje, organizmai turi pakankamai energijos, susidarančios glikolizės ir fermentacijos metu. Tačiau aerobiniai organizmai turi papildyti šį nedidelį rezervą ir gana reikšmingai.

Kvėpavimo deguonies stadija

Gliukozės skilimo produktai patenka į mitochondrijas. Ten nuo jų pirmiausiai atsiskiria anglies dioksido molekulė, kuri pasišalina iš organizmo išėjus. „Afterburning“ vyksta vadinamajame Krebso cikle (priedas Nr. 1) (pavadintas jį aprašiusio anglų biochemiko vardu) – nuoseklioje reakcijų grandinėje. Kiekvienas jame dalyvaujantis fermentas patenka į junginius ir po kelių transformacijų vėl išsiskiria pradine forma. Biocheminis ciklas visai nėra betikslis vaikščiojimas ratu. Tai daugiau kaip keltas, kuris slenka tarp dviejų krantų, bet galiausiai žmonės ir automobiliai juda teisinga kryptimi. Dėl Krebso cikle vykstančių reakcijų sintetinamos papildomos ATP molekulės, atskiriamos papildomos anglies dioksido molekulės ir vandenilio atomai.
Riebalai taip pat dalyvauja šioje grandinėje, tačiau jų skaidymas užtrunka, todėl jei energijos reikia skubiai, organizmas naudoja ne riebalus, o angliavandenius. Tačiau riebalai yra labai turtingas energijos šaltinis. Baltymai taip pat gali būti oksiduojami dėl energijos poreikių, tačiau tik kraštutiniais atvejais, pavyzdžiui, ilgo badavimo metu. Baltymai yra neatidėliotinas ląstelės tiekimas.
Veiksmingiausias ATP sintezės procesas vyksta dalyvaujant deguoniui daugiapakopėje kvėpavimo grandinėje. Deguonis gali oksiduoti daug organinių junginių ir tuo pačiu iš karto išskirti daug energijos. Tačiau toks sprogimas būtų pražūtingas kūnui. Kvėpavimo grandinės vaidmuo ir viskas, kas aerobiška, t.y. susijęs su deguonimi, kvėpavimas yra būtent nuolatinis energijos tiekimas kūnui mažomis porcijomis – tiek, kiek kūnui jos reikia. Galima daryti analogiją su benzinu: išpylus ant žemės ir padegus jis akimirksniu užsidegs be jokios naudos. O automobilyje po truputį degdamas benzinas keletą valandų dirbs naudingą darbą. Tačiau tam reikia tokio sudėtingo įrenginio kaip variklis.

Kvėpavimo grandinė, kartu su Krebso ciklu ir glikolize, leidžia padidinti ATP molekulių „išeigą“ iš kiekvienos gliukozės molekulės iki 38. Tačiau glikolizės metu šis santykis buvo tik 2:1. Taigi aerobinio kvėpavimo efektyvumas yra daug didesnis.
ATP sintezės mechanizmas glikolizės metu yra gana paprastas ir gali būti lengvai atkuriamas in vitro. Tačiau laboratorijoje niekada nebuvo įmanoma imituoti kvėpavimo ATP sintezės. 1961 metais anglų biochemikas Peteris Mitchellas pasiūlė fermentams – kvėpavimo grandinės kaimynams – laikytis ne tik griežtos sekos, bet ir aiškios tvarkos ląstelės erdvėje. Kvėpavimo grandinė, nekeisdama savo tvarkos, fiksuojama vidiniame mitochondrijų apvalkale (membranoje) ir kelis kartus tarsi dygsniais „susiuva“ ją. Bandymai atkurti kvėpavimo takų ATP sintezę žlugo, nes mokslininkai neįvertino membranos vaidmens. Tačiau reakcijoje taip pat dalyvauja fermentai, susitelkę grybo formos ataugose vidinėje membranos pusėje. Jei šios išaugos pašalinamos, ATP nebus sintetinamas.

Kvėpavimo procesas gamina didžiulį energijos kiekį. Jei visa tai būtų paleista iš karto, ląstelė nustotų egzistavusi. Bet taip nebūna, nes energija išsiskiria ne iš karto, o etapais, mažomis porcijomis. Energija išsiskiria mažomis dozėmis dėl to, kad kvėpavimas yra daugiapakopis procesas, kurio atskiruose etapuose susidaro įvairūs tarpiniai produktai (su skirtingu anglies grandinės ilgiu) ir išsiskiria energija. Išsiskyrusi energija nėra suvartojama šilumos pavidalu, o kaupiama universaliame didelės energijos junginie – ATP. Skilus ATP, energija gali būti panaudota bet kuriuose procesuose, reikalinguose gyvybinėms organizmo funkcijoms palaikyti: įvairių organinių medžiagų sintezei, mechaniniam darbui, protoplazmos osmosinio slėgio palaikymui ir kt.

Kvėpavimas yra procesas, suteikiantis energijos, tačiau jo biologinė reikšmė tuo neapsiriboja. Dėl cheminių reakcijų, kurios lydi kvėpavimą, susidaro daug tarpinių junginių. Iš šių junginių, turinčių skirtingą anglies atomų skaičių, galima susintetinti labai įvairias ląstelių medžiagas: aminorūgštis, riebalų rūgštis, riebalus, baltymus, vitaminus.

Todėl angliavandenių apykaita lemia kitus metabolizmus (baltymus, riebalus). Tai yra didžiulė jo reikšmė.

Viena iš nuostabių mikrobų savybių yra susijusi su kvėpavimo procesu ir jo cheminėmis reakcijomis – gebėjimu skleisti matomą šviesą – švytint.

Yra žinoma, kad daugelis gyvų organizmų, įskaitant bakterijas, gali skleisti matomą šviesą. Mikroorganizmų sukelta liuminescencija buvo žinoma šimtmečius. Liuminescencinių bakterijų kaupimasis simbiozėje su mažais jūrų gyvūnais kartais sukelia švytėjimą jūroje; liuminescencija buvo susidurta ir augant tam tikroms bakterijoms ant mėsos ir kt.

Pagrindiniai komponentai, kurių sąveika sukelia šviesos emisiją, yra redukuotos FMN arba NAD formos, molekulinis deguonis, fermentas luciferae ir oksiduojamas junginys - luciferinas. Daroma prielaida, kad redukuotas NAD arba FMN reaguoja su luciferaze, deguonimi ir liuciferinu, dėl to kai kurių molekulių elektronai pereina į sužadinimo būseną ir šių elektronų grįžimą į žemės lygį lydi šviesos emisija. Liuminescencija mikrobuose yra laikoma „švaistingu procesu“, nes sumažina kvėpavimo energijos efektyvumą.



LĄSTELINIS KVĖPAVIMAS

Pagrindiniai procesai, aprūpinantys ląstelę energija, yra fotosintezė, chemosintezė, kvėpavimas, fermentacija ir glikolizė kaip kvėpavimo stadija.

Su krauju deguonis prasiskverbia į ląstelę, tiksliau, į specialias mitochondrijų ląstelių struktūras. Jų yra visose ląstelėse, išskyrus bakterijų ląsteles, melsvadumblius ir brandžius kraujo kūnelius (raudonuosius kraujo kūnelius). Mitochondrijose deguonis pradeda daugiapakopę reakciją su įvairiomis maistinėmis medžiagomis: baltymais, angliavandeniais, riebalais ir kt. Šis procesas vadinamas ląstelių kvėpavimu. Dėl to išsiskiria cheminė energija, kurią ląstelė kaupia specialioje medžiagoje adenozino trifosforo rūgštyje arba ATP. Tai universali energijos saugykla, kurią kūnas išleidžia augimui, judėjimui ir gyvybinėms funkcijoms palaikyti.

Kvėpavimas yra oksidacinis organinių maistinių medžiagų skaidymas, dalyvaujant deguoniui, kartu susidaro chemiškai aktyvūs metabolitai ir išsiskiria energija, kurią ląstelės naudoja gyvybiniams procesams.

Bendra kvėpavimo lygtis yra tokia:

Kur Q = 2878 kJ/mol.

Tačiau kvėpavimas, skirtingai nei degimas, yra kelių etapų procesas. Jame yra du pagrindiniai etapai: glikolizė ir deguonies stadija.

Glikolizė

ATP, brangus organizmui, susidaro ne tik mitochondrijose, bet ir ląstelės citoplazmoje dėl glikolizės (iš graikų kalbos glicis – saldus ir lizinis skilimas). Glikolizė nėra nuo membranos priklausomas procesas. Jis atsiranda citoplazmoje. Tačiau glikolitiniai fermentai yra susiję su citoskeleto struktūromis.

Glikolizė yra labai sudėtingas procesas. Tai yra gliukozės skilimo procesas veikiant įvairiems fermentams, kuriam nereikia deguonies. Kad gliukozės molekulė suirtų ir iš dalies oksiduotųsi, vienuolika iš eilės reakcijų turi vykti koordinuotai. Glikolizės metu viena gliukozės molekulė leidžia susintetinti dvi ATP molekules. Gliukozės skilimo produktai gali patekti į fermentacijos reakciją, virsdami etilo alkoholiu arba pieno rūgštimi. Alkoholinė fermentacija būdinga mielėms, o pieno rūgštinė – gyvūnų ląstelėms ir kai kurioms bakterijoms. Daugelis yra aerobikos, t.y. Gyvendami išskirtinai deguonies neturinčioje aplinkoje, organizmai turi pakankamai energijos, susidarančios glikolizės ir fermentacijos metu. Tačiau aerobiniai organizmai turi papildyti šį nedidelį rezervą ir gana reikšmingai.

Kvėpavimo deguonies stadija

Gliukozės skilimo produktai patenka į mitochondrijas. Ten nuo jų pirmiausiai atsiskiria anglies dioksido molekulė, kuri pasišalina iš organizmo išėjus. Uždegimas vyksta vadinamajame Krebso cikle (priedas Nr. 1) (pavadintas jį aprašiusio anglų biochemiko vardu) nuoseklioje reakcijų grandinėje. Kiekvienas jame dalyvaujantis fermentas patenka į junginius ir po kelių transformacijų vėl išsiskiria pradine forma. Biocheminis ciklas visai nėra betikslis vaikščiojimas ratu. Tai daugiau kaip keltas, kuris slenka tarp dviejų krantų, bet galiausiai žmonės ir automobiliai juda teisinga kryptimi. Dėl Krebso cikle vykstančių reakcijų sintetinamos papildomos ATP molekulės, atskiriamos papildomos anglies dioksido molekulės ir vandenilio atomai.

Riebalai taip pat dalyvauja šioje grandinėje, tačiau jų skaidymas užtrunka, todėl jei energijos reikia skubiai, organizmas naudoja ne riebalus, o angliavandenius. Tačiau riebalai yra labai turtingas energijos šaltinis. Baltymai taip pat gali būti oksiduojami dėl energijos poreikių, tačiau tik kraštutiniais atvejais, pavyzdžiui, ilgo badavimo metu. Baltymai yra neatidėliotinas ląstelės tiekimas.

Veiksmingiausias ATP sintezės procesas vyksta dalyvaujant deguoniui daugiapakopėje kvėpavimo grandinėje. Deguonis gali oksiduoti daug organinių junginių ir tuo pačiu iš karto išskirti daug energijos. Tačiau toks sprogimas būtų pražūtingas kūnui. Kvėpavimo grandinės vaidmuo ir viskas, kas aerobiška, t.y. Kvėpavimas yra susijęs su deguonimi, o tai yra būtent tai, kad kūnas tiekiamas energija nuolat ir mažomis porcijomis tiek, kiek kūnui jos reikia. Galima daryti analogiją su benzinu: išpylus ant žemės ir padegus jis akimirksniu užsidegs be jokios naudos. O automobilyje po truputį degdamas benzinas keletą valandų dirbs naudingą darbą. Tačiau tam reikia tokio sudėtingo įrenginio kaip variklis.

Kvėpavimo grandinė, kartu su Krebso ciklu ir glikolize, leidžia padidinti ATP molekulių išeigą iš kiekvienos gliukozės molekulės iki 38. Tačiau glikolizės metu šis santykis buvo tik 2:1. Taigi aerobinio kvėpavimo efektyvumas yra daug didesnis.

Kaip veikia kvėpavimo grandinė?

ATP sintezės mechanizmas glikolizės metu yra gana paprastas ir gali būti lengvai atkuriamas in vitro. Tačiau laboratorijoje niekada nebuvo įmanoma imituoti kvėpavimo ATP sintezės. 1961 metais anglų biochemikas Peteris Mitchellas pasiūlė, kad kaimyniniai kvėpavimo grandinės fermentai stebėtų ne tik griežtą seką, bet ir aiškią tvarką ląstelės erdvėje. Kvėpavimo grandinė, nekeisdama savo tvarkos, fiksuojama vidiniame mitochondrijų apvalkale (membranoje) ir kelis kartus susiuva ją tarsi dygsniais. Bandymai atkurti kvėpavimo takų ATP sintezę žlugo, nes mokslininkai neįvertino membranos vaidmens. Tačiau reakcijoje taip pat dalyvauja fermentai, susitelkę grybo formos ataugose vidinėje membranos pusėje. Jei šios išaugos pašalinamos, ATP nebus sintetinamas.

Kvėpavimas kenkia.

Molekulinis deguonis yra galingas oksidatorius. Tačiau kaip stiprus vaistas, jis taip pat gali turėti šalutinį poveikį. Pavyzdžiui, tiesioginė deguonies sąveika su lipidais sukelia toksiškų peroksidų susidarymą ir sutrikdo ląstelių struktūrą. Reaktyvūs deguonies junginiai taip pat gali pažeisti baltymus ir nukleino rūgštis.

Kodėl neapsinuodijama šiais nuodais? Nes jie turi priešnuodį. Gyvybė atsirado nesant deguonies, o pirmieji tvariniai Žemėje buvo anaerobiniai. Tada atsirado fotosintezė ir atmosferoje pradėjo kauptis deguonis, kaip jo šalutinis produktas. Tais laikais šios dujos buvo pavojingos visoms gyvoms būtybėms. Vieni anaerobai žuvo, kiti rado bedeguonies kampelius, pavyzdžiui, nusėdusius dirvos luituose; dar kiti pradėjo prisitaikyti ir keistis. Būtent tada atsirado mechanizmai, apsaugantys gyvą ląstelę nuo atsitiktinės oksidacijos. Tai įvairios medžiagos: fermentai, tarp jų ir žalingo vandenilio peroksido katalizės naikintojas, taip pat daugelis kitų nebaltyminių junginių.

Kvėpavimas apskritai pirmiausia pasirodė kaip būdas pašalinti deguonį iš kūną supančios atmosferos ir tik tada tapo energijos šaltiniu. Anaerobai, prisitaikę prie naujos aplinkos, tapo aerobais, įgavę milžiniškų pranašumų. Tačiau paslėptas deguonies pavojus jiems vis tiek išlieka. Antioksidantų priešnuodžių galia neribota. Štai kodėl gryname deguonyje ir net esant slėgiui visi gyvi daiktai gana greitai miršta. Jei ląstelę pažeidžia koks nors išorinis veiksnys, tada dažniausiai pirmiausia sugenda apsauginiai mechanizmai, o tada deguonis pradeda kenkti net esant normaliai atmosferos koncentracijai.

Ląstelinis kvėpavimas – tai organinių medžiagų oksidacija ląstelėje, dėl kurios sintetinamos ATP molekulės. Pradinės žaliavos (substratas) dažniausiai yra angliavandeniai, rečiau riebalai ir dar rečiau baltymai. Daugiausia ATP molekulių susidaro oksiduojant deguonimi, mažiau – oksiduojantis kitomis medžiagomis ir perduodant elektronus.

Prieš naudojant kaip ląstelių kvėpavimo substratą, angliavandeniai arba polisacharidai suskaidomi į monosacharidus. Taigi augaluose, krakmole ir gyvūnuose glikogenas hidrolizuojamas į gliukozę.

Gliukozė yra pagrindinis energijos šaltinis beveik visoms gyvų organizmų ląstelėms.

Pirmasis gliukozės oksidacijos etapas yra glikolizė. Jis nereikalauja deguonies ir būdingas tiek anaerobiniam, tiek aerobiniam kvėpavimui.

Biologinė oksidacija

Ląstelių kvėpavimas apima įvairias redokso reakcijas, kurių metu vandenilis ir elektronai pereina iš vieno junginio (ar atomo) į kitą. Kai atomas praranda elektroną, jis oksiduojasi; pridėjus elektroną – redukcija. Oksiduota medžiaga yra donorė, o redukuota – vandenilio ir elektronų akceptorius. Gyvuose organizmuose vykstančios redokso reakcijos vadinamos biologine oksidacija arba ląstelių kvėpavimu.

Paprastai oksidacinės reakcijos išskiria energiją. To priežastis slypi fizikiniuose dėsniuose. Elektronai oksiduotose organinėse molekulėse yra aukštesnio energijos lygio nei reakcijos produktuose. Elektronai, judėdami iš aukštesnio energijos lygio į žemesnį, išskiria energiją. Ląstelė žino, kaip ją užfiksuoti molekulių ryšiuose - visuotiniame gyvų būtybių „kure“.

Labiausiai paplitęs galinis elektronų akceptorius gamtoje yra deguonis, kuris yra redukuotas. Aerobinio kvėpavimo metu dėl visiško organinių medžiagų oksidacijos susidaro anglies dioksidas ir vanduo.

Biologinė oksidacija vyksta etapais, dalyvaujant daugeliui fermentų ir elektronus pernešančių junginių. Laipsniško oksidavimo metu elektronai juda išilgai nešėjų grandinės. Tam tikrais grandinės etapais išsiskiria dalis energijos, kurios pakanka ATP sintezei iš ADP ir fosforo rūgšties.

Biologinė oksidacija yra labai efektyvi, palyginti su įvairiais varikliais. Maždaug pusė išsiskiriančios energijos galiausiai fiksuojama didelės energijos ATP ryšiuose. Kita energijos dalis išsklaido šilumos pavidalu. Kadangi oksidacijos procesas vyksta laipsniškai, šilumos energija išsiskiria po truputį ir nepažeidžia ląstelių. Tuo pačiu metu jis padeda palaikyti pastovią kūno temperatūrą.

Aerobinis kvėpavimas

Aerobiniuose eukariotuose vyksta skirtingi ląstelių kvėpavimo etapai

mitochondrijų matricoje arba trikarboksirūgšties cikle,

ant vidinės mitochondrijų membranos – arba kvėpavimo grandinės.

Kiekviename iš šių etapų ATP sintetinamas iš ADP, daugiausia paskutiniame. Deguonis kaip oksidatorius naudojamas tik oksidacinio fosforilinimo stadijoje.

Visos aerobinio kvėpavimo reakcijos yra tokios.

Glikolizė ir Krebso ciklas: C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 12H 2 + 4ATP

Kvėpavimo grandinė: 12H 2 + 6O 2 → 12H 2 O + 34ATP

Taigi, biologiškai oksiduojant vieną gliukozės molekulę, susidaro 38 ATP molekulės. Tiesą sakant, dažnai tai yra mažiau.

Anaerobinis kvėpavimas

Vykstant anaerobiniam kvėpavimui oksidacinėse reakcijose, vandenilio akceptorius NAD galiausiai neperduoda vandenilio į deguonį, kurio šiuo atveju nėra.

Piruvo rūgštis, susidaranti glikolizės metu, gali būti naudojama kaip vandenilio akceptorius.

Mielėse piruvatas fermentuojamas iki etanolio (alkoholinė fermentacija). Šiuo atveju reakcijų metu taip pat susidaro anglies dioksidas ir naudojamas NAD:

CH 3 COCOOH (piruvatas) → CH 3 CHO (acetaldehidas) + CO 2

CH 3 CHO + NAD H 2 → CH 3 CH 2 OH (etanolis) + NAD

Pieno rūgšties fermentacija vyksta gyvūnų ląstelėse, kurioms laikinai trūksta deguonies, ir daugelyje bakterijų:

CH 3 COCOOH + NAD H 2 → CH 3 CHOHCOOH (pieno rūgštis) + NAD

Abi fermentacijos ATP negamina. Energija šiuo atveju tiekiama tik glikolizės būdu, o ji sudaro tik dvi ATP molekules. Didžioji dalis energijos iš gliukozės niekada neatgaunama. Todėl anaerobinis kvėpavimas laikomas neveiksmingu.

Ląstelių kvėpavimas – tai kiekvienoje ląstelėje vykstančių fermentinių procesų visuma, kurių metu angliavandenių, riebalų rūgščių ir aminorūgščių molekulės galiausiai suskaidomos į anglies dioksidą ir vandenį, o išsilaisvinusi biologiškai naudinga energija panaudojama ląstelėje. ląstelė. Biologiškai naudinga energija – tai elektronų srautas iš aukštesnių energijos lygių į žemesnius. Tai atsitinka taip: veikiant fermentui, iš maistinės medžiagos molekulės (angliavandenių, riebalų, baltymų) pašalinami protonai (t. y. vandenilio atomai), o kartu su jais ir elektronai. Šis procesas žinomas kaip dehidrinimas*< Передача электронов через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных реакций окисления - восстановления, которые в совокупности носят название «биологического окисления «.>. Paimti elektronai perkeliami į specialią medžiagą, vadinamą akceptoriumi**<Специфические соединения, которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно окисляются и восстанавливаются, называются "цитохромами ".> . Tada kiti fermentai paima elektronus iš pirminio akceptoriaus ir perkelia juos į kitą ir taip toliau, kol elektronų energija visiškai išnaudojama arba kaupiama cheminės jungties energijos (adenozintrifosfato) pavidalu. Galiausiai deguonis reaguoja su vandenilio jonais ir elektronais, kurie atiduoda energiją ir virsta vandeniu, kuris pasišalina iš organizmo. Šis elektronų srautas vadinamas „elektronų kaskadu“. Siekiant didesnio aiškumo, jį galima pavaizduoti kaip krioklių seriją, kiekvienas krioklys sukasi po turbiną – atiduoda energiją tol, kol ją visiškai atiduoda. Pačiame viršuje "vanduo" yra maistinė medžiaga, iš kurios bus paimti elektronai ir protonai (substratas), o apačioje yra "nuotekų vanduo" - elektronai ir protonai su sumažinta energija, sujungti su deguonimi (vandeniu), ir kas substrato likučiai , - skirti. Dabar pažvelkime į tą patį procesą iš destruktūrizacijos (entropijos, tai yra irimo) perspektyvos. Kiekviena maistinių medžiagų molekulė turi savo erdvinę struktūrą. Dehidrogenavimo metu tam tikras fermentas gali pašalinti tik tam tikrus vandenilio atomus, kurie molekulėje užima tam tikrą erdvinę padėtį. Dėl daugybės tokių nuoseklių pašalinimų sudėtingos struktūros medžiaga suskaidoma į paprastus komponentus. Ryšio energiją, išsilaisvinusią, mūsų kūnas panaudoja savęs stiprinimui – palaiko savo baltymų, riebalų, angliavandenių ir kt. struktūras. Taigi, ardydamas maistines medžiagas, organizmas išlaiko savo kūno struktūrą stabiliame lygyje. Jei maistas jau anksčiau buvo destruktūrizuotas (termiškai apdorotas, sūdytas, džiovinamas, rafinuotas, malamas ir pan.), tada mūsų kūnas gaus daug mažiau energijos, esančios likusiuose erdviniuose ryšiuose. Todėl mitybos galia slypi ne kalorijose, o maisto struktūroje. Gyvenimo trukmė priklauso ne nuo gerai maitinamo maisto, o nuo struktūrizuoto maisto. Taigi, ląstelių kvėpavimas yra elektronų, ty elektros, gamybos procesas. E. Ballas atliko skaičiavimus, rodančius, kiek elektros energijos susidaro organizme, kai substratai yra skaidomi į vandenį ir anglies dioksidą. Remdamasis suaugusio žmogaus kūno deguonies suvartojimu ramybės būsenoje (264 kubiniai centimetrai per minutę) ir tuo, kad kiekvienam deguonies atomui reikia dviejų vandenilio atomų ir dviejų elektronų, kad susidarytų vandens molekulė, Ballas apskaičiavo, kad kiekvieną minutę visose organizmas 2.86 iš absorbuotų maistinių medžiagų molekulių biologinės oksidacijos procese pereina į deguonį. 10,22 elektronų, t.y. bendra srovė siekia 76 amperus (A). Tai įspūdinga vertė: juk per įprastą 100 vatų lemputę teka tik apie 1 ampero srovė.
Elektronų perėjimas iš substrato į deguonį atitinka 1,13 voltų (V) potencialų skirtumą; Voltai ir amperai duoda vatus, taigi 1,13 x 76 = 85,9 vatai. Taigi žmogaus organizmo suvartojama galia yra maždaug lygi šimto vatų elektros lempos suvartojamai galiai, tačiau tuo pačiu organizmas naudoja žymiai didesnes sroves esant žymiai žemesnei įtampai. Remdamiesi tuo, kas išdėstyta aukščiau, supraskime kiekvienos medžiagos vaidmenį gyvenimo procese. MAISTINĖS MEDŽIAGOS padeda kurti mūsų kūno struktūras, o sunaikintos suteikia mums energijos elektronų pavidalu. Maistinių medžiagų skilimo galutiniai produktai: VANDUO suteikia mums aplinką gyvybės procesams vykti; ANGLIES DIOKSIDAS yra gyvybės procesų formos reguliatorius (keičia ACR, aktyvina ląstelės genetinį aparatą, veikia deguonies pasisavinimą organizme). Kvėpavimo metu suvartotam DEGUONUI priskiriamas nedidelis vaidmuo pašalinant elektronus su sumažintu energijos potencialu iš organizmo galutinio naikinimo etapo produktų - anglies dioksido ir vandens - pavidalu.
Iš biogeninių elementų padėties anglis (18%) yra rišiklis, jungiantis deguonį (70%) ir vandenilį (10%). Ne azotas, o anglis yra gyvybės pamatas, todėl organizmas visomis priemonėmis stengiasi jį išsaugoti, visą kvėpavimo procesą orientuodamas į stabilų anglies dioksido ir kitų jos junginių išsaugojimą. Sumažėjęs anglies ir jos junginių kiekis organizme iš karto paveikia visus gyvybinius procesus, sukelia daugybę ligų.
Taip atsiranda trečioji kvėpavimo stadija – ląstelinis kvėpavimas. Be to, didžiausias anglies dioksido kiekis gaunamas valgant angliavandenių turintį maistą, o mažiausias – iš riebaus ir baltyminio maisto.