Pra, frymëmarrja qelizore ndodh në qelizë.

Por ku saktësisht? Cila organelë e kryen këtë proces?

Faza kryesore e frymëmarrjes qelizore ndodh në. Siç e dini, produkti kryesor i mitokondrive - molekulat ATP - është sinonim i konceptit të "energjisë" në biologji. Në të vërtetë, produkti kryesor i këtij procesi është energjia, molekulat ATP.

ATPështë një molekulë sinonim i energjisë në biologji. Ai qëndron për Adenosine triphosphate ose Adenosine trifosforic acid. Siç shihet nga figura e formulës, molekula përmban:

1. tre lidhje me mbetjet e acidit fosforik, këputja e të cilave çliron një sasi të madhe energjie,
2. ribozë karbohidrate (sheqer pentatom) dhe
3. bazë azotike

1 Faza e frymëmarrjes qelizore - përgatitore

Si hyjnë substancat në qeliza? Gjatë procesit të tretjes së trupit. Thelbi i procesit të tretjes është shpërbërja e polimereve që hyjnë në trup me ushqim në monomere:

• zbërthehen në aminoacide;
• - në glukozë;
• zbërthehen në glicerinë dhe acide yndyrore.

ato. monomerët hyjnë tashmë në qelizë.

Faza 2 e tretjes qelizore

Glikoliza- një proces enzimatik i zbërthimit sekuencial të glukozës në qeliza, i shoqëruar nga sinteza e ATP.

Glikoliza në kushtet aerobikeçon në formimin e acidit piruvik (PVA) (piruvat),

glikoliza në kushtet anaerobe(pa oksigjen ose mungesa e oksigjenit) çon në formimin e acidit laktik (laktat).

CH3 -CH(OH)-COOH

Procesi ndodh me pjesëmarrjen e molekulave të acidit fosforik, prandaj quhet fosforilimi oksidativ

Glikoliza është rruga kryesore e glukozës në kafshë.

Transformimet ndodhin në, d.m.th. procesi do të jetë qartësisht anaerobik: molekula e glukozës do të shpërbëhet në PVA - acid piruvik me lëshimin e 2 molekulave ATP:

3 Faza e tretjes qelizore (oksigjen)

Duke hyrë në mitokondri, ndodh oksidimi: PVK nën ndikimin e oksigjenit zbërthehet në dioksid karboni (ekuacioni total):

Së pari, hiqet një atom karboni i acidit piruvik. Kjo prodhon dioksid karboni, energji (ajo ruhet në një molekulë të NADP) dhe një molekulë me dy karbon - një grup acetil. Zinxhiri i reagimit pastaj hyn në qendrën e koordinimit metabolik të qelizës - Cikli i Krebsit.

Cikli i Krebsit

(cikli i acidit citrik)

Cikli i Krebsit është një reagim që fillon kur një molekulë e veçantë hyrëse kombinohet me një molekulë tjetër që vepron si "ndihmëse". Ky kombinim fillon një sërë reaksionesh të tjera kimike që prodhojnë molekula të produktit dhe në fund rikrijojnë një molekulë ndihmëse që mund të fillojë përsëri të gjithë procesin.

Për të përpunuar energjinë e ruajtur në një molekulë glukoze, nevojitet cikli i Krebsit kaloni dy herë

Procesi është me shumë faza dhe përveç acideve të ndryshme me emra interesantë, përfshihen edhe koenzimat (CoA).

Çfarë janë koenzimat?

(koenzimat)

• Këto janë substanca të vogla organike
• ato janë në gjendje të kombinohen me proteinat (ose drejtpërdrejt me enzimat, të cilat, meqë ra fjala, kanë një natyrë proteinike), duke formuar një substancë aktive, një cosplex, i cili do të jetë diçka si një katalizator.

Parashtesa “bashkë-” është si “bashkë-” - bashkëprodhues, bashkatdhetar, etj. ato. "së bashku me"

Glikoliza- rrugë katabolike me rëndësi të jashtëzakonshme.

Ai siguron energji për reaksionet qelizore, duke përfshirë sintezën e proteinave.

Produktet e ndërmjetme të glikolizës përdoren në sintezën e yndyrave.

Piruvati mund të përdoret gjithashtu për të sintetizuar komponime të tjera. Falë glikolizës, performanca mitokondriale dhe disponueshmëria e oksigjenit nuk e kufizojnë fuqinë e muskujve gjatë ngarkesave ekstreme afatshkurtra.

Proceset kryesore që i japin qelizës energji janë fotosinteza, kemosinteza, frymëmarrja, fermentimi dhe glikoliza si fazë e frymëmarrjes.
Me gjak, oksigjeni depërton në qelizë, ose më saktë në struktura të veçanta qelizore - mitokondri. Ato gjenden në të gjitha qelizat, përveç qelizave bakteriale, algave blu-jeshile dhe qelizave të pjekura të gjakut (qelizat e kuqe të gjakut). Në mitokondri, oksigjeni hyn në një reaksion shumëfazor me lëndë ushqyese të ndryshme - proteina, karbohidrate, yndyrna etj. Ky proces quhet frymëmarrje qelizore. Si rezultat, lirohet energji kimike, të cilën qeliza e ruan në një substancë të veçantë - acid trifosforik adenozinë, ose ATP. Ky është një rezervë universale e energjisë që trupi shpenzon për rritjen, lëvizjen dhe ruajtjen e funksioneve të tij jetësore.

Frymëmarrja është një ndarje oksiduese e lëndëve ushqyese organike me pjesëmarrjen e oksigjenit, e shoqëruar me formimin e metabolitëve kimikisht aktivë dhe çlirimin e energjisë që përdoret nga qelizat për procese jetësore.

Frymëmarrja, ndryshe nga djegia, është një proces me shumë faza. Ka dy faza kryesore në të: glikoliza dhe faza e oksigjenit.

Glikoliza

ATP, e çmuar për trupin, formohet jo vetëm në mitokondri, por edhe në citoplazmën e qelizës si rezultat i glikolizës (nga greqishtja "glykis" - "e ëmbël" dhe "lysis" - "kalbje"). Glikoliza nuk është një proces i varur nga membrana. Ndodh në citoplazmë. Megjithatë, enzimat glikolitike janë të lidhura me strukturat citoskeletore.
Glikoliza është një proces shumë kompleks. Ky është një proces i zbërthimit të glukozës nën veprimin e enzimave të ndryshme, i cili nuk kërkon pjesëmarrjen e oksigjenit. Për zbërthimin dhe oksidimin e pjesshëm të një molekule glukoze, duhet të ndodhin njëmbëdhjetë reaksione të njëpasnjëshme në mënyrë të koordinuar. Në glikolizë, një molekulë e glukozës bën të mundur sintetizimin e dy molekulave të ATP. Produktet e zbërthimit të glukozës mund të hyjnë më pas në një reaksion fermentimi, duke u shndërruar në alkool etilik ose acid laktik. Fermentimi alkoolik është karakteristik për majanë, dhe fermentimi i acidit laktik është karakteristik për qelizat shtazore dhe disa baktere. Shumë janë aerobikë, d.m.th. Duke jetuar ekskluzivisht në një mjedis pa oksigjen, organizmat kanë energji të mjaftueshme të gjeneruar si rezultat i glikolizës dhe fermentimit. Por organizmat aerobikë duhet të plotësojnë këtë rezervë të vogël, dhe mjaft të konsiderueshme.

Faza e oksigjenit e frymëmarrjes

Produktet e zbërthimit të glukozës hyjnë në mitokondri. Atje, një molekulë e dioksidit të karbonit ndahet fillimisht prej tyre, e cila hiqet nga trupi pas daljes. "Pas djegies" ndodh në të ashtuquajturin cikël Krebs (Shtojca nr. 1) (e emërtuar sipas biokimikut anglez që e përshkroi) - një zinxhir reaksionesh vijuese. Secila prej enzimave që marrin pjesë në të hyn në komponime, dhe pas disa transformimeve lëshohet përsëri në formën e saj origjinale. Cikli biokimik nuk është aspak ecje pa qëllim në rrathë. Është më shumë si një traget që vrapon mes dy brigjeve, por në fund njerëzit dhe makinat lëvizin në drejtimin e duhur. Si rezultat i reaksioneve që ndodhin në ciklin e Krebsit, molekula shtesë ATP sintetizohen, molekula shtesë të dioksidit të karbonit dhe atomet e hidrogjenit ndahen.
Në këtë zinxhir përfshihen edhe yndyrnat, por prishja e tyre kërkon kohë, ndaj nëse nevojitet energji urgjente, trupi përdor karbohidratet dhe jo yndyrnat. Por yndyrat janë një burim shumë i pasur energjie. Proteinat gjithashtu mund të oksidohen për nevoja energjetike, por vetëm në raste ekstreme, për shembull, gjatë agjërimit të zgjatur. Proteinat janë një furnizim urgjent për qelizën.
Procesi më efikas i sintezës së ATP ndodh me pjesëmarrjen e oksigjenit në zinxhirin e frymëmarrjes me shumë faza. Oksigjeni është i aftë të oksidojë shumë komponime organike dhe në të njëjtën kohë të çlirojë shumë energji menjëherë. Por një shpërthim i tillë do të ishte katastrofik për trupin. Roli i zinxhirit respirator dhe çdo gjëje aerobike, d.m.th. e lidhur me oksigjenin, frymëmarrja konsiston pikërisht në sigurimin e trupit me energji të vazhdueshme dhe në pjesë të vogla - në masën që trupi ka nevojë për të. Një analogji mund të nxirret me benzinën: derdhet në tokë dhe vihet në zjarr, ajo do të ndizet menjëherë pa asnjë përfitim. Dhe në një makinë, duke djegur pak nga pak, benzina do të bëjë punë të dobishme për disa orë. Por kjo kërkon një pajisje kaq komplekse si një motor.

Zinxhiri i frymëmarrjes, në kombinim me ciklin e Krebsit dhe glikolizën, bën të mundur rritjen e “rendimentit” të molekulave të ATP nga çdo molekulë glukoze në 38. Por gjatë glikolizës, ky raport ishte vetëm 2:1. Kështu, efikasiteti i frymëmarrjes aerobike është shumë më i madh.
Mekanizmi i sintezës së ATP gjatë glikolizës është relativisht i thjeshtë dhe mund të riprodhohet lehtësisht in vitro. Sidoqoftë, nuk ka qenë kurrë e mundur të simulohet sinteza e ATP-së respiratore në laborator. Në vitin 1961, biokimisti anglez Peter Mitchell sugjeroi që enzimat - fqinjët në zinxhirin e frymëmarrjes - të respektojnë jo vetëm një sekuencë strikte, por edhe një rend të qartë në hapësirën e qelizës. Zinxhiri i frymëmarrjes, pa ndryshuar renditjen e tij, fiksohet në guaskën (membranën) e brendshme të mitokondrive dhe e “qep” disa herë sikur me qepje. Përpjekjet për të riprodhuar sintezën respiratore të ATP dështuan sepse roli i membranës u nënvlerësua nga studiuesit. Por reagimi përfshin gjithashtu enzima të përqendruara në rritje në formë kërpudhash në anën e brendshme të membranës. Nëse këto rritje hiqen, atëherë ATP nuk do të sintetizohet.

Procesi i frymëmarrjes prodhon një sasi të madhe energjie. Nëse e gjithë kjo do të lëshohej menjëherë, qeliza do të pushonte së ekzistuari. Por kjo nuk ndodh, sepse energjia nuk çlirohet menjëherë, por në faza, në pjesë të vogla. Lëshimi i energjisë në doza të vogla është për faktin se frymëmarrja është një proces me shumë faza, në fazat individuale të të cilit formohen produkte të ndryshme të ndërmjetme (me gjatësi të ndryshme të zinxhirit të karbonit) dhe lirohet energji. Energjia e lëshuar nuk konsumohet në formën e nxehtësisë, por ruhet në një përbërje universale me energji të lartë - ATP. Kur ATP zbërthehet, energjia mund të përdoret në çdo proces të nevojshëm për ruajtjen e funksioneve jetësore të trupit: për sintezën e substancave të ndryshme organike, punën mekanike, ruajtjen e presionit osmotik të protoplazmës, etj.

Frymëmarrja është një proces që siguron energji, por rëndësia e saj biologjike nuk kufizohet me kaq. Si rezultat i reaksioneve kimike që shoqërojnë frymëmarrjen, formohen një numër i madh i përbërjeve të ndërmjetme. Nga këto komponime, të cilat kanë numër të ndryshëm atomesh karboni, mund të sintetizohen një shumëllojshmëri e gjerë e substancave qelizore: aminoacide, acide yndyrore, yndyrna, proteina, vitamina.

Prandaj, metabolizmi i karbohidrateve përcakton metabolizmat e tjerë (proteinat, yndyrnat). Kjo është rëndësia e saj e madhe.

Një nga vetitë mahnitëse të mikrobeve lidhet me procesin e frymëmarrjes dhe reaksionet e tij kimike - aftësia për të emetuar dritë të dukshme - për të ndriçuar.

Dihet se një numër i organizmave të gjallë, duke përfshirë bakteret, mund të lëshojnë dritë të dukshme. Shkëlqimi i shkaktuar nga mikroorganizmat është i njohur me shekuj. Akumulimi i baktereve lumineshente në simbiozë me kafshët e vogla detare ndonjëherë çon në një shkëlqim në det; luminescenca u ndesh edhe gjatë rritjes së disa baktereve në mish, etj.

Komponentët kryesorë, ndërveprimi ndërmjet të cilëve çon në emetimin e dritës, përfshijnë format e reduktuara të FMN ose NAD, oksigjenin molekular, enzimën luciferae dhe përbërjen e oksidueshme - luciferin. Supozohet se NAD ose FMN e reduktuar reagon me luciferazën, oksigjenin dhe luciferinën, si rezultat i së cilës elektronet në disa molekula kalojnë në një gjendje të ngacmuar dhe kthimi i këtyre elektroneve në nivelin e tokës shoqërohet me emetimin e dritës. Ndriçimi në mikrobe konsiderohet një "proces i kotë", pasi zvogëlon efikasitetin energjetik të frymëmarrjes.



FRYMËMARRJA QELIZORE

Proceset kryesore që i japin qelizës energji janë fotosinteza, kemosinteza, frymëmarrja, fermentimi dhe glikoliza si fazë e frymëmarrjes.

Me gjak, oksigjeni depërton në qelizë, ose më mirë në strukturat e veçanta qelizore të mitokondrive. Ato gjenden në të gjitha qelizat, përveç qelizave bakteriale, algave blu-jeshile dhe qelizave të pjekura të gjakut (qelizat e kuqe të gjakut). Në mitokondri, oksigjeni hyn në një reaksion shumëfazor me lëndë ushqyese të ndryshme: proteina, karbohidrate, yndyrna etj. Ky proces quhet frymëmarrje qelizore. Si rezultat, lirohet energji kimike, të cilën qeliza e ruan në një substancë të veçantë acid adenozinë trifosforik, ose ATP. Ky është një rezervë universale e energjisë që trupi shpenzon për rritjen, lëvizjen dhe ruajtjen e funksioneve të tij jetësore.

Frymëmarrja është një ndarje oksiduese e lëndëve ushqyese organike me pjesëmarrjen e oksigjenit, e shoqëruar me formimin e metabolitëve kimikisht aktivë dhe çlirimin e energjisë që përdoret nga qelizat për procese jetësore.

Ekuacioni i përgjithshëm i frymëmarrjes është si më poshtë:

Ku Q=2878 kJ/mol.

Por frymëmarrja, ndryshe nga djegia, është një proces me shumë faza. Ka dy faza kryesore në të: glikoliza dhe faza e oksigjenit.

Glikoliza

ATP, e çmuar për trupin, formohet jo vetëm në mitokondri, por edhe në citoplazmën e qelizës si rezultat i glikolizës (nga greqishtja glycis - prishje e ëmbël dhe lizike). Glikoliza nuk është një proces i varur nga membrana. Ndodh në citoplazmë. Megjithatë, enzimat glikolitike janë të lidhura me strukturat citoskeletore.

Glikoliza është një proces shumë kompleks. Ky është një proces i zbërthimit të glukozës nën veprimin e enzimave të ndryshme, i cili nuk kërkon pjesëmarrjen e oksigjenit. Për zbërthimin dhe oksidimin e pjesshëm të një molekule glukoze, duhet të ndodhin njëmbëdhjetë reaksione të njëpasnjëshme në mënyrë të koordinuar. Në glikolizë, një molekulë e glukozës bën të mundur sintetizimin e dy molekulave të ATP. Produktet e zbërthimit të glukozës mund të hyjnë më pas në një reaksion fermentimi, duke u shndërruar në alkool etilik ose acid laktik. Fermentimi alkoolik është karakteristik për majanë, dhe fermentimi i acidit laktik është karakteristik për qelizat shtazore dhe disa baktere. Shumë janë aerobikë, d.m.th. Duke jetuar ekskluzivisht në një mjedis pa oksigjen, organizmat kanë energji të mjaftueshme të gjeneruar si rezultat i glikolizës dhe fermentimit. Por organizmat aerobikë duhet të plotësojnë këtë rezervë të vogël, dhe mjaft të konsiderueshme.

Faza e oksigjenit e frymëmarrjes

Produktet e zbërthimit të glukozës hyjnë në mitokondri. Atje, një molekulë e dioksidit të karbonit ndahet fillimisht prej tyre, e cila hiqet nga trupi pas daljes. Pas djegies ndodh në të ashtuquajturin cikli i Krebsit (Shtojca nr. 1) (e emëruar sipas biokimikut anglez që e përshkroi atë) në një zinxhir reaksionesh të njëpasnjëshme. Secila prej enzimave që marrin pjesë në të hyn në komponime, dhe pas disa transformimeve lëshohet përsëri në formën e saj origjinale. Cikli biokimik nuk është aspak ecje pa qëllim në rrathë. Është më shumë si një traget që vrapon mes dy brigjeve, por në fund njerëzit dhe makinat lëvizin në drejtimin e duhur. Si rezultat i reaksioneve që ndodhin në ciklin e Krebsit, molekula shtesë ATP sintetizohen, molekula shtesë të dioksidit të karbonit dhe atomet e hidrogjenit ndahen.

Në këtë zinxhir përfshihen edhe yndyrnat, por prishja e tyre kërkon kohë, ndaj nëse nevojitet energji urgjente, trupi përdor karbohidratet dhe jo yndyrnat. Por yndyrat janë një burim shumë i pasur energjie. Proteinat gjithashtu mund të oksidohen për nevoja energjetike, por vetëm në raste ekstreme, për shembull, gjatë agjërimit të zgjatur. Proteinat janë një furnizim urgjent për qelizën.

Procesi më efikas i sintezës së ATP ndodh me pjesëmarrjen e oksigjenit në zinxhirin e frymëmarrjes me shumë faza. Oksigjeni është i aftë të oksidojë shumë komponime organike dhe në të njëjtën kohë të çlirojë shumë energji menjëherë. Por një shpërthim i tillë do të ishte katastrofik për trupin. Roli i zinxhirit respirator dhe çdo gjëje aerobike, d.m.th. e lidhur me oksigjenin, frymëmarrja konsiston pikërisht në sigurimin e furnizimit të trupit me energji të vazhdueshme dhe në pjesë të vogla në masën që trupi ka nevojë për të. Një analogji mund të nxirret me benzinën: derdhet në tokë dhe vihet në zjarr, ajo do të ndizet menjëherë pa asnjë përfitim. Dhe në një makinë, duke djegur pak nga pak, benzina do të bëjë punë të dobishme për disa orë. Por kjo kërkon një pajisje kaq komplekse si një motor.

Zinxhiri respirator, në kombinim me ciklin e Krebsit dhe glikolizën, bën të mundur rritjen e rendimentit të molekulave ATP nga çdo molekulë glukoze në 38. Por gjatë glikolizës ky raport ishte vetëm 2:1. Kështu, efikasiteti i frymëmarrjes aerobike është shumë më i madh.

Si funksionon zinxhiri i frymëmarrjes?

Mekanizmi i sintezës së ATP gjatë glikolizës është relativisht i thjeshtë dhe mund të riprodhohet lehtësisht in vitro. Sidoqoftë, nuk ka qenë kurrë e mundur të simulohet sinteza e ATP-së respiratore në laborator. Në vitin 1961, biokimisti anglez Peter Mitchell sugjeroi që enzimat fqinje në zinxhirin e frymëmarrjes të vëzhgonin jo vetëm një sekuencë strikte, por edhe një rend të qartë në hapësirën e qelizës. Zinxhiri respirator, pa ndryshuar renditjen e tij, fiksohet në guaskën (membranën) e brendshme të mitokondrive dhe e qep disa herë si me qepje. Përpjekjet për të riprodhuar sintezën respiratore të ATP dështuan sepse roli i membranës u nënvlerësua nga studiuesit. Por reagimi përfshin gjithashtu enzima të përqendruara në rritje në formë kërpudhash në anën e brendshme të membranës. Nëse këto rritje hiqen, atëherë ATP nuk do të sintetizohet.

Frymëmarrja është e dëmshme.

Oksigjeni molekular është një agjent i fuqishëm oksidues. Por si një ilaç i fuqishëm, mund të ketë edhe efekte anësore. Për shembull, ndërveprimi i drejtpërdrejtë i oksigjenit me lipidet shkakton formimin e peroksideve toksike dhe prish strukturën e qelizave. Komponimet reaktive të oksigjenit mund të dëmtojnë gjithashtu proteinat dhe acidet nukleike.

Pse nuk ndodh helmimi me këto helme? Sepse ata kanë një antidot. Jeta lindi në mungesë të oksigjenit dhe krijesat e para në Tokë ishin anaerobe. Pastaj u shfaq fotosinteza dhe oksigjeni si nënprodukt i tij filloi të grumbullohej në atmosferë. Në ato ditë, ky gaz ishte i rrezikshëm për të gjitha gjallesat. Disa anaerobe ngordhën, të tjerë gjetën qoshe pa oksigjen, për shembull, duke u vendosur në gunga toke; ende të tjerë filluan të përshtaten dhe të ndryshojnë. Pikërisht atëherë u shfaqën mekanizmat që mbronin qelizën e gjallë nga oksidimi i rastësishëm. Këto janë një sërë substancash: enzimat, duke përfshirë shkatërruesin e katalizimit të dëmshëm të peroksidit të hidrogjenit, si dhe shumë komponime të tjera jo proteinike.

Frymëmarrja në përgjithësi fillimisht u shfaq si një mënyrë për të hequr oksigjenin nga atmosfera që rrethon trupin dhe vetëm atëherë u bë një burim energjie. Anaerobet që iu përshtatën mjedisit të ri u bënë aerobe, duke fituar avantazhe të mëdha. Por rreziku i fshehur i oksigjenit mbetet ende për ta. Fuqia e antidoteve antioksidante nuk është e pakufizuar. Kjo është arsyeja pse në oksigjen të pastër, madje edhe nën presion, të gjitha gjallesat vdesin mjaft shpejt. Nëse qeliza dëmtohet nga ndonjë faktor i jashtëm, atëherë mekanizmat mbrojtës zakonisht dështojnë së pari dhe më pas oksigjeni fillon të dëmtojë edhe në përqendrime normale atmosferike.

Frymëmarrja qelizore është oksidimi i substancave organike në qelizë, si rezultat i të cilit sintetizohen molekulat e ATP. Lëndët e para fillestare (substrati) janë zakonisht karbohidratet, më rrallë yndyrnat dhe akoma më rrallë proteinat. Numri më i madh i molekulave ATP prodhohet nga oksidimi me oksigjen, numri më i vogël prodhohet nga oksidimi nga substanca të tjera dhe transferimi i elektroneve.

Karbohidratet ose polisaharidet ndahen në monosakaride përpara se të përdoren si substrat për frymëmarrjen qelizore. Pra, te bimët, niseshteja dhe te kafshët, glikogjeni hidrolizohet në glukozë.

Glukoza është burimi kryesor i energjisë për pothuajse të gjitha qelizat e organizmave të gjallë.

Faza e parë e oksidimit të glukozës është glikoliza. Nuk kërkon oksigjen dhe është karakteristikë e frymëmarrjes anaerobe dhe aerobike.

Oksidimi biologjik

Frymëmarrja qelizore përfshin një sërë reaksionesh redoks në të cilat hidrogjeni dhe elektronet lëvizin nga një përbërës (ose atom) në tjetrin. Kur një atom humbet një elektron, ai oksidohet; kur shtohet një elektron - reduktimi. Substanca e oksiduar është një dhurues, dhe substanca e reduktuar është një pranues i hidrogjenit dhe elektroneve. Reaksionet redoks që ndodhin në organizmat e gjallë quhen oksidim biologjik, ose frymëmarrje qelizore.

Në mënyrë tipike, reaksionet oksidative çlirojnë energji. Arsyeja për këtë qëndron në ligjet fizike. Elektronet në molekulat organike të oksiduara janë në një nivel më të lartë energjie sesa në produktet e reaksionit. Elektronet, duke lëvizur nga një nivel më i lartë në një nivel më të ulët të energjisë, çlirojnë energji. Qeliza e di se si ta rregullojë atë në lidhjet e molekulave - "karburanti" universal i gjallesave.

Pranuesi më i zakonshëm i elektroneve terminale në natyrë është oksigjeni, i cili reduktohet. Gjatë frymëmarrjes aerobike, dioksidi i karbonit dhe uji formohen si rezultat i oksidimit të plotë të substancave organike.

Oksidimi biologjik ndodh në faza, duke përfshirë shumë enzima dhe komponime që transferojnë elektron. Në oksidimin hap pas hapi, elektronet lëvizin përgjatë një zinxhiri transportuesish. Në faza të caktuara të zinxhirit, një pjesë e energjisë lirohet e mjaftueshme për sintezën e ATP nga ADP dhe acidi fosforik.

Oksidimi biologjik është shumë efektiv në krahasim me motorë të ndryshëm. Rreth gjysma e energjisë së çliruar përfundimisht fiksohet në lidhjet me energji të lartë të ATP. Pjesa tjetër e energjisë shpërndahet si nxehtësi. Meqenëse procesi i oksidimit është hap pas hapi, energjia termike lirohet pak nga pak dhe nuk dëmton qelizat. Në të njëjtën kohë, ai shërben për të mbajtur një temperaturë konstante të trupit.

Frymëmarrja aerobike

Në eukariotët aerobikë ndodhin faza të ndryshme të frymëmarrjes qelizore

në matricën mitokondriale - ose ciklin e acidit trikarboksilik,

në membranën e brendshme të mitokondrive - ose zinxhirin e frymëmarrjes.

Në secilën prej këtyre fazave, ATP sintetizohet nga ADP, mbi të gjitha në fund. Oksigjeni përdoret si agjent oksidues vetëm në fazën e fosforilimit oksidativ.

Reagimet totale të frymëmarrjes aerobike janë si më poshtë.

Glikoliza dhe cikli i Krebsit: C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 12H 2 + 4ATP

Zinxhiri respirator: 12H 2 + 6O 2 → 12H 2 O + 34ATP

Kështu, oksidimi biologjik i një molekule të glukozës prodhon 38 molekula ATP. Në fakt, shpesh është më pak.

Frymëmarrja anaerobe

Gjatë frymëmarrjes anaerobe në reaksionet oksidative, pranuesi i hidrogjenit NAD nuk e transferon përfundimisht hidrogjenin në oksigjen, i cili nuk është i pranishëm në këtë rast.

Acidi piruvik, i formuar gjatë glikolizës, mund të përdoret si një pranues hidrogjeni.

Në maja, piruvati fermentohet në etanol (fermentim alkoolik). Në këtë rast, gjatë reaksioneve, formohet edhe dioksidi i karbonit dhe përdoret NAD:

CH 3 COCOOH (piruvat) → CH 3 CHO (acetaldehid) + CO 2

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

Fermentimi i acidit laktik ndodh në qelizat e kafshëve që përjetojnë një mungesë të përkohshme të oksigjenit dhe në një numër bakteresh:

CH 3 COCOOH + NAD H 2 → CH 3 CHOHCOOH (acid laktik) + NAD

Të dy fermentimet nuk prodhojnë ATP. Energjia në këtë rast sigurohet vetëm nga glikoliza, dhe ajo arrin në vetëm dy molekula ATP. Pjesa më e madhe e energjisë nga glukoza nuk rikuperohet kurrë. Prandaj, frymëmarrja anaerobe konsiderohet joefektive.

Frymëmarrja qelizore është tërësia e proceseve enzimatike që ndodhin në çdo qelizë, si rezultat i të cilave molekulat e karbohidrateve, acideve yndyrore dhe aminoacideve ndahen përfundimisht në dioksid karboni dhe ujë, dhe energjia e çliruar biologjikisht e dobishme përdoret për jetën e qelizë. Energjia e dobishme biologjikisht është rrjedha e elektroneve nga nivelet më të larta të energjisë në ato më të ulëta. Ndodh kështu: nën veprimin e një enzime, protonet (d.m.th., atomet e hidrogjenit), dhe së bashku me to elektronet, hiqen nga një molekulë ushqyese (karbohidrate, yndyra, proteina). Ky proces njihet si dehidrogjenim*< Передача электронов через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных реакций окисления - восстановления, которые в совокупности носят название «биологического окисления «.>. Elektronet e marra transferohen në një substancë të veçantë të quajtur pranues**<Специфические соединения, которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно окисляются и восстанавливаются, называются "цитохромами ".> . Më pas, enzimat e tjera marrin elektrone nga pranuesi primar dhe i transferojnë ato në një tjetër, dhe kështu me radhë, derisa energjia e elektroneve të përdoret plotësisht ose të ruhet në formën e energjisë së lidhjes kimike (adenozinë trifosfat). Në fund të fundit, oksigjeni reagon me jonet e hidrogjenit dhe elektronet që heqin dorë nga energjia dhe shndërrohen në ujë, i cili ekskretohet nga trupi. Kjo rrjedhë e elektroneve quhet "kaskada e elektroneve". Për qartësi më të madhe, ajo mund të përfaqësohet si një seri ujëvarash, çdo ujëvarë rrotullon një turbinë - duke lëshuar energji derisa ta japë plotësisht. Në krye "uji" është një substancë ushqimore nga e cila do të hiqen elektronet dhe protonet (substrati), dhe në fund është "uji i mbeturinave" - ​​elektronet dhe protonet me energji të reduktuar, të lidhur me oksigjenin (ujin) dhe çfarë mbetjet e substratit , - do të ndahen. Tani le të shikojmë të njëjtin proces nga perspektiva e destrukturimit (entropisë, domethënë kalbjes). Çdo molekulë ushqyese ka strukturën e vet hapësinore. Gjatë dehidrogjenizimit, një enzimë e veçantë mund të heqë vetëm disa atome hidrogjeni që zënë një pozicion të caktuar hapësinor në molekulë. Si rezultat i një sërë eliminimesh të tilla të njëpasnjëshme, një substancë me strukturë komplekse shkatërrohet në përbërës të thjeshtë. Energjia e lidhjes, kur lirohet, përdoret nga trupi ynë për të forcuar veten - ai mbështet strukturat e veta të proteinave, yndyrave, karbohidrateve, etj. Kështu, duke destrukturuar substancat ushqimore, trupi ruan strukturën e trupit të tij në një nivel të qëndrueshëm. Nëse ushqimi tashmë është destrukturuar më parë (trajtimi termik, kriposja, tharja, rafinimi, bluarja, etj.), atëherë trupi ynë do të marrë shumë më pak energji që përmbahet në lidhjet e mbetura hapësinore. Prandaj, fuqia e të ushqyerit nuk qëndron në kalori, por në strukturën e ushqimit. Jetëgjatësia nuk varet nga ushqimi i ushqyer mirë, por nga ushqimi i strukturuar. Pra, frymëmarrja qelizore është procesi i prodhimit të elektroneve, pra elektricitetit. E. Ball bëri llogaritjet që tregojnë se sa energji elektrike prodhohet në trup kur substratet zbërthehen në ujë dhe dioksid karboni. Bazuar në konsumin e oksigjenit të trupit të njeriut të rritur në qetësi (264 centimetra kub në minutë), dhe faktin që çdo atom oksigjeni kërkon dy atome hidrogjeni dhe dy elektrone për të formuar një molekulë uji, Ball llogariti se në çdo minutë në të gjitha qelizat e trupi 2.86 transferohet nga molekulat e lëndëve ushqyese të absorbuara në procesin e oksidimit biologjik në oksigjen. 10.22 elektrone, pra rryma totale arrin 76 amper (A). Kjo është një vlerë mbresëlënëse: në fund të fundit, vetëm rreth 1 amper rrymë kalon përmes një llambë të zakonshme 100 vat.
Kalimi i elektroneve nga substrati në oksigjen korrespondon me një ndryshim potencial prej 1,13 volt (V); Volt herë amps japin vat, pra 1,13 x 76 = 85,9 vat. Kështu, fuqia e konsumuar nga trupi i njeriut është afërsisht e barabartë me fuqinë e konsumuar nga një llambë elektrike me njëqind vat, por në të njëjtën kohë trupi përdor rryma dukshëm më të larta në tensione dukshëm më të ulëta. Bazuar në sa më sipër, le të kuptojmë rolin e secilës substancë në procesin e jetës. Lëndët ushqyese shërbejnë për të ndërtuar strukturat e trupit tonë dhe kur shkatërrohen, na japin energji në formën e elektroneve. Produktet përfundimtare të destrukturimit të lëndëve ushqyese: UJI na siguron mjedisin për të zhvilluar proceset e jetës; DIOKSIDI I KARBONIT është një rregullator në formën e proceseve jetësore (ndryshon ACR, aktivizon aparatin gjenetik të qelizës, ndikon në përthithjen e oksigjenit nga trupi). Oksigjenit të konsumuar gjatë frymëmarrjes i është caktuar një rol modest në largimin e elektroneve me potencial të reduktuar të energjisë nga trupi në formën e produkteve të fazës përfundimtare të destrukturimit - dioksidit të karbonit dhe ujit.
Nga pozicioni i elementeve biogjene, karboni (18%) është një lidhës që lidh oksigjenin (70%) dhe hidrogjenin (10%). Jo azoti, por karboni është themeli i jetës, prandaj trupi përpiqet me të gjitha mjetet për ta ruajtur atë, duke e orientuar të gjithë procesin e frymëmarrjes drejt ruajtjes së qëndrueshme të karbonit në formën e dioksidit të karbonit dhe përbërjeve të tjera të tij. Një rënie e karbonit dhe përbërësve të tij në trup ndikon menjëherë në të gjitha proceset jetësore, duke shkaktuar shumë sëmundje.
Kështu ndodh faza e tretë e frymëmarrjes - frymëmarrja qelizore. Për më tepër, sasia më e madhe e dioksidit të karbonit merret nga ngrënia e ushqimeve me karbohidrate, dhe më e vogla nga ushqimet me yndyrë dhe proteina.