Shunday qilib, hujayradagi nafas olish hujayrada sodir bo'ladi.

Lekin aniq qayerda? Bu jarayonni qaysi organella amalga oshiradi?

Hujayra nafas olishning asosiy bosqichida sodir bo'ladi. Ma'lumki, mitoxondriyalarning asosiy mahsuloti - ATP molekulalari biologiyada "energiya" tushunchasi bilan sinonimdir. Darhaqiqat, bu jarayonning asosiy mahsuloti energiya, ATP molekulalaridir.

ATPbiologiyada energiyaning sinonimi molekuladir. Bu adenozin trifosfat yoki adenozin trifosfor kislotasini anglatadi. Formulaning rasmidan ko'rinib turibdiki, molekula tarkibiga quyidagilar kiradi:

1. fosfor kislotasi qoldiqlari bilan uchta bog'lanish, ularning yorilishi katta miqdorda energiya chiqaradi;
2. karbongidrat riboza (pentatom shakar) va
3. azotli asos

1 Hujayra nafas olish bosqichi - tayyorgarlik

Moddalar hujayralarga qanday kiradi? Tananing ovqat hazm qilish jarayonida. Ovqat hazm qilish jarayonining mohiyati oziq-ovqat bilan tanaga kiradigan polimerlarning monomerlarga bo'linishidan iborat:

• aminokislotalarga bo'linadi;
• - glyukozaga;
• glitserin va yog 'kislotalariga parchalanadi.

Bular. monomerlar allaqachon hujayra ichiga kiradi.

Hujayra hazm qilishning 2-bosqichi

Glikoliz- ATP sintezi bilan birga hujayralardagi glyukozaning ketma-ket parchalanishining fermentativ jarayoni.

Glikoliz da aerob sharoitlar piruvik kislota (PVA) (piruvat) hosil bo'lishiga olib keladi,

ichida glikoliz anaerob sharoitlar(kislorodsiz yoki kislorod etishmasligi) sut kislotasi (laktat) hosil bo'lishiga olib keladi.

CH3-CH(OH)-COOH

Jarayon fosfor kislotasi molekulalarining ishtirokida sodir bo'ladi, shuning uchun u deyiladi oksidlovchi fosforlanish

Glikoliz hayvonlarda glyukozaning asosiy yo'lidir.

Transformatsiyalar sodir bo'ladi, ya'ni. jarayon aniq anaerob bo'ladi: glyukoza molekulasi 2 ATP molekulasining chiqishi bilan PVA - piruvik kislotaga parchalanadi:

3 Hujayra hazm qilish bosqichi (kislorod)

Mitoxondriyaga kirib, oksidlanish sodir bo'ladi: kislorod ta'sirida PVK karbonat angidridga bo'linadi (umumiy tenglama):

Birinchidan, piruvik kislotaning bir uglerod atomi chiqariladi. Bu karbonat angidrid, energiya (u NADPning bir molekulasida saqlanadi) va ikki uglerodli molekula - asetil guruhini ishlab chiqaradi. Keyin reaktsiya zanjiri hujayraning metabolik muvofiqlashtirish markaziga kiradi - Krebs tsikli.

Krebs tsikli

(limon kislotasi aylanishi)

Krebs tsikli - bu ma'lum bir kirish molekulasi "yordamchi" vazifasini bajaradigan boshqa molekula bilan birlashganda boshlanadigan reaktsiya. Bu kombinatsiya mahsulot molekulalarini ishlab chiqaradigan bir qator boshqa kimyoviy reaktsiyalarni boshlaydi va nihoyat butun jarayonni qayta boshlashi mumkin bo'lgan yordamchi molekulani qayta yaratadi.

To'plangan energiyani qayta ishlash uchun bitta glyukoza molekulasi, Krebs sikli kerak ikki marta o'ting

Jarayon ko'p bosqichli bo'lib, qiziqarli nomlarga ega bo'lgan turli kislotalarga qo'shimcha ravishda, koenzimlar (CoA) ishtirok etadi.

Koenzimlar nima?

(kofermentlar)

• Bu kichik organik moddalar
• ular oqsillar bilan birlasha oladi (yoki to'g'ridan-to'g'ri fermentlar bilan, aytmoqchi, oqsil tabiatiga ega), faol moddani, katalizatorga o'xshash kospleksni hosil qiladi.

“Birgalikda” prefiksi “ko-” kabi – hamkorlikda ishlab chiqaruvchi, hamyurt va boshqalar. Bular. "bilan birga "

Glikoliz- alohida ahamiyatga ega katabolik yo'l.

U hujayra reaktsiyalari, shu jumladan oqsil sintezi uchun energiya beradi.

Yog'larni sintez qilishda glikolizning oraliq mahsulotlari ishlatiladi.

Piruvat boshqa birikmalarni sintez qilish uchun ham ishlatilishi mumkin. Glikoliz tufayli mitoxondriyal ishlash va kislorod mavjudligi qisqa muddatli ekstremal yuklarda mushaklar kuchini cheklamaydi.

Hujayrani energiya bilan ta'minlaydigan asosiy jarayonlar nafas olish bosqichi sifatida fotosintez, xemosintez, nafas olish, fermentatsiya va glikolizdir.
Qon bilan kislorod hujayraga, aniqrog'i maxsus hujayra tuzilmalariga - mitoxondriyalarga kiradi. Ular bakterial hujayralar, ko'k-yashil suv o'tlari va etuk qon hujayralari (qizil qon tanachalari) tashqari barcha hujayralarda uchraydi. Mitoxondriyalarda kislorod turli xil oziq moddalar - oqsillar, uglevodlar, yog'lar va boshqalar bilan ko'p bosqichli reaktsiyaga kiradi.Bu jarayon hujayrali nafas olish deb ataladi. Natijada kimyoviy energiya ajralib chiqadi, uni hujayra maxsus moddada - adenozin trifosfor kislotasida yoki ATPda saqlaydi. Bu tananing o'sishiga, harakatlanishiga va hayotiy funktsiyalarini saqlashga sarflaydigan universal energiya zaxirasidir.

Nafas olish - kislorod ishtirokida organik ozuqa moddalarining oksidlovchi parchalanishi, kimyoviy faol metabolitlarning shakllanishi va hujayralar tomonidan hayotiy jarayonlar uchun ishlatiladigan energiyaning chiqishi bilan birga keladi.

Nafas olish, yonishdan farqli o'laroq, ko'p bosqichli jarayondir. Unda ikkita asosiy bosqich mavjud: glikoliz va kislorod bosqichi.

Glikoliz

Tana uchun qimmatli ATP nafaqat mitoxondriyalarda, balki glikoliz natijasida hujayra sitoplazmasida ham hosil bo'ladi (yunoncha "glikis" - "shirin" va "lizis" - "parchalanish"). Glikoliz membranaga bog'liq jarayon emas. U sitoplazmada sodir bo'ladi. Biroq, glikolitik fermentlar sitoskeletal tuzilmalar bilan bog'liq.
Glikoliz juda murakkab jarayon. Bu kislorod ishtirokini talab qilmaydigan turli fermentlar ta'sirida glyukozaning parchalanish jarayonidir. Glyukoza molekulasining parchalanishi va qisman oksidlanishi uchun o'n bitta ketma-ket reaktsiya muvofiqlashtirilgan tarzda sodir bo'lishi kerak. Glikolizda glyukozaning bir molekulasi ikkita ATP molekulasini sintez qilish imkonini beradi. Keyin glyukoza parchalanish mahsulotlari fermentatsiya reaktsiyasiga kirishib, etil spirti yoki sut kislotasiga aylanishi mumkin. Spirtli fermentatsiya xamirturushga, sut kislotasi fermentatsiyasi esa hayvonlar hujayralari va ba'zi bakteriyalarga xosdir. Ko'pchilik aerobik, ya'ni. Faqat kislorodsiz muhitda yashaydigan organizmlar glikoliz va fermentatsiya natijasida hosil bo'ladigan etarli energiyaga ega. Ammo aerob organizmlar bu kichik zaxirani to'ldirishlari kerak va juda sezilarli.

Nafas olishning kislorod bosqichi

Glyukoza parchalanish mahsulotlari mitoxondriyaga kiradi. U erda karbonat angidrid molekulasi birinchi bo'lib ulardan ajralib chiqadi, u chiqish paytida tanadan chiqariladi. "Kuyishdan keyin" Krebs tsikli deb ataladigan (1-ilova) (uni tavsiflagan ingliz biokimyogari nomi bilan atalgan) - ketma-ket reaktsiyalar zanjirida sodir bo'ladi. Unda ishtirok etuvchi fermentlarning har biri birikmalarga kiradi va bir necha o'zgarishlardan so'ng yana asl shaklida chiqariladi. Biyokimyasal tsikl aylanalarda maqsadsiz yurish emas. Bu ko'proq ikki qirg'oq orasidan o'tib ketayotgan paromga o'xshaydi, lekin oxir-oqibat odamlar va mashinalar to'g'ri yo'nalishda harakat qilishadi. Krebs siklida sodir bo'ladigan reaksiyalar natijasida qo'shimcha ATP molekulalari sintezlanadi, qo'shimcha karbonat angidrid molekulalari va vodorod atomlari bo'linadi.
Yog'lar ham bu zanjirda ishtirok etadi, lekin ularning parchalanishi vaqt talab etadi, shuning uchun energiya shoshilinch zarur bo'lsa, organizm yog'larni emas, balki uglevodlarni ishlatadi. Ammo yog'lar juda boy energiya manbai. Proteinlar energiya ehtiyojlari uchun ham oksidlanishi mumkin, lekin faqat o'ta og'ir holatlarda, masalan, uzoq vaqt ro'za tutish paytida. Proteinlar hujayra uchun favqulodda ta'minotdir.
ATP sintezining eng samarali jarayoni ko'p bosqichli nafas olish zanjirida kislorod ishtirokida sodir bo'ladi. Kislorod ko'plab organik birikmalarni oksidlash va bir vaqtning o'zida juda ko'p energiya chiqarishga qodir. Ammo bunday portlash tana uchun halokatli bo'ladi. Nafas olish zanjirining roli va aerobik hamma narsa, ya'ni. kislorod bilan bog'liq bo'lsa, nafas olish tanani doimiy ravishda va kichik qismlarda - tanaga kerak bo'lgan darajada energiya bilan ta'minlashdan iborat. Benzin bilan o'xshashlik qilish mumkin: erga to'kilgan va olovga qo'yilgan, u hech qanday foyda keltirmasdan darhol yonib ketadi. Va asta-sekin yonayotgan mashinada benzin bir necha soat davomida foydali ish qiladi. Ammo bu dvigatel kabi murakkab qurilmani talab qiladi.

Nafas olish zanjiri, Krebs tsikli va glikoliz bilan birgalikda, har bir glyukoza molekulasidan ATP molekulalarining "hosildorligini" 38 ga oshirish imkonini beradi. Ammo glikoliz jarayonida bu nisbat faqat 2: 1 edi. Shunday qilib, aerob nafas olishning samaradorligi ancha katta.
Glikoliz jarayonida ATP sintezi mexanizmi nisbatan sodda va in vitroda osonlik bilan takrorlanishi mumkin. Biroq, laboratoriyada nafas olish ATP sintezini simulyatsiya qilish hech qachon mumkin bo'lmagan. 1961 yilda ingliz biokimyogari Piter Mitchell fermentlar - nafas olish zanjiridagi qo'shnilar nafaqat qat'iy ketma-ketlikni, balki hujayra bo'shlig'idagi aniq tartibni ham kuzatishni taklif qildi. Nafas olish zanjiri o'z tartibini o'zgartirmasdan, mitoxondriyaning ichki qobig'ida (membranada) o'rnatiladi va uni bir necha marta tikuv bilan "tikadi". ATP ning nafas olish sintezini ko'paytirishga urinishlar muvaffaqiyatsiz tugadi, chunki membrananing roli tadqiqotchilar tomonidan etarlicha baholanmagan. Ammo reaktsiya membrananing ichki tomonidagi qo'ziqorin shaklidagi o'simtalarda to'plangan fermentlarni ham o'z ichiga oladi. Agar bu o'smalar olib tashlansa, ATP sintez qilinmaydi.

Nafas olish jarayoni juda katta energiya ishlab chiqaradi. Agar ularning barchasi bir vaqtning o'zida bo'shatilsa, hujayra mavjud bo'lishni to'xtatadi. Ammo bu sodir bo'lmaydi, chunki energiya bir vaqtning o'zida emas, balki bosqichma-bosqich, kichik qismlarda chiqariladi. Energiyaning kichik dozalarda chiqarilishi nafas olishning ko'p bosqichli jarayon bo'lib, uning alohida bosqichlarida turli xil oraliq mahsulotlar (uglerod zanjirining turli uzunliklari bilan) hosil bo'lishi va energiya ajralib chiqishi bilan bog'liq. Chiqarilgan energiya issiqlik shaklida iste'mol qilinmaydi, lekin universal yuqori energiyali birikma - ATPda saqlanadi. ATP parchalanganda energiya tananing hayotiy funktsiyalarini ta'minlash uchun zarur bo'lgan har qanday jarayonlarda ishlatilishi mumkin: turli xil organik moddalarni sintez qilish, mexanik ishlar, protoplazmaning osmotik bosimini saqlash va boshqalar.

Nafas olish energiya bilan ta'minlaydigan jarayondir, ammo uning biologik ahamiyati bu bilan cheklanmaydi. Nafas olish bilan birga kechadigan kimyoviy reaksiyalar natijasida ko'p sonli oraliq birikmalar hosil bo'ladi. Turli xil miqdordagi uglerod atomlariga ega bo'lgan bu birikmalardan turli xil hujayra moddalarini sintez qilish mumkin: aminokislotalar, yog' kislotalari, yog'lar, oqsillar, vitaminlar.

Shuning uchun uglevod almashinuvi boshqa metabolizmni (oqsillar, yog'lar) belgilaydi. Bu uning katta ahamiyati.

Mikroblarning ajoyib xususiyatlaridan biri nafas olish jarayoni va uning kimyoviy reaktsiyalari - ko'rinadigan yorug'lik chiqarish qobiliyati - lyuminestsatsiya bilan bog'liq.

Ma'lumki, bir qator tirik organizmlar, jumladan, bakteriyalar ham ko'rinadigan yorug'lik chiqarishi mumkin. Mikroorganizmlar keltirib chiqaradigan lyuminestsensiya asrlar davomida ma'lum bo'lgan. Kichik dengiz hayvonlari bilan simbiozda lyuminestsent bakteriyalarning to'planishi ba'zan dengizda porlashga olib keladi; luminesans go'shtda ba'zi bakteriyalarning ko'payishi va boshqalar paytida ham uchragan.

O'zaro ta'siri yorug'lik emissiyasiga olib keladigan asosiy tarkibiy qismlarga FMN yoki NAD ning qisqartirilgan shakllari, molekulyar kislorod, lusiferae fermenti va oksidlanadigan birikma - lusiferin kiradi. Qaytarilgan NAD yoki FMN lyusiferaza, kislorod va lyusiferin bilan reaksiyaga kirishadi, buning natijasida ba'zi molekulalardagi elektronlar qo'zg'aluvchan holatga o'tadi va bu elektronlarning zamin darajasiga qaytishi yorug'lik emissiyasi bilan birga keladi. Mikroblardagi lyuminestsentlik "isrofgarchilik" deb hisoblanadi, chunki u nafas olishning energiya samaradorligini pasaytiradi.



Hujayrali Nafas Olish

Hujayrani energiya bilan ta'minlaydigan asosiy jarayonlar nafas olish bosqichi sifatida fotosintez, xemosintez, nafas olish, fermentatsiya va glikolizdir.

Qon bilan kislorod hujayra ichiga, aniqrog'i mitoxondriyaning maxsus hujayra tuzilmalariga kiradi. Ular bakterial hujayralar, ko'k-yashil suv o'tlari va etuk qon hujayralari (qizil qon tanachalari) tashqari barcha hujayralarda uchraydi. Mitoxondriyalarda kislorod turli xil oziq moddalar: oqsillar, uglevodlar, yog'lar va boshqalar bilan ko'p bosqichli reaktsiyaga kiradi.Bu jarayon hujayrali nafas olish deb ataladi. Natijada kimyoviy energiya ajralib chiqadi, uni hujayra maxsus modda adenozin trifosfor kislotasi yoki ATPda saqlaydi. Bu tananing o'sishiga, harakatlanishiga va hayotiy funktsiyalarini saqlashga sarflaydigan universal energiya zaxirasidir.

Nafas olish - kislorod ishtirokida organik ozuqa moddalarining oksidlovchi parchalanishi, kimyoviy faol metabolitlarning shakllanishi va hujayralar tomonidan hayotiy jarayonlar uchun ishlatiladigan energiyaning chiqishi bilan birga keladi.

Umumiy nafas olish tenglamasi quyidagicha:

Bunda Q=2878 kJ/mol.

Ammo nafas olish, yonishdan farqli o'laroq, ko'p bosqichli jarayondir. Unda ikkita asosiy bosqich mavjud: glikoliz va kislorod bosqichi.

Glikoliz

Organizm uchun qimmatli ATP nafaqat mitoxondriyalarda, balki hujayra sitoplazmasida ham glikoliz natijasida hosil bo'ladi (yunoncha glycis - shirin va lizis parchalanish). Glikoliz membranaga bog'liq jarayon emas. U sitoplazmada sodir bo'ladi. Biroq, glikolitik fermentlar sitoskeletal tuzilmalar bilan bog'liq.

Glikoliz juda murakkab jarayon. Bu kislorod ishtirokini talab qilmaydigan turli fermentlar ta'sirida glyukozaning parchalanish jarayonidir. Glyukoza molekulasining parchalanishi va qisman oksidlanishi uchun o'n bitta ketma-ket reaktsiya muvofiqlashtirilgan tarzda sodir bo'lishi kerak. Glikolizda glyukozaning bir molekulasi ikkita ATP molekulasini sintez qilish imkonini beradi. Keyin glyukoza parchalanish mahsulotlari fermentatsiya reaktsiyasiga kirishib, etil spirti yoki sut kislotasiga aylanishi mumkin. Spirtli fermentatsiya xamirturushga, sut kislotasi fermentatsiyasi esa hayvonlar hujayralari va ba'zi bakteriyalarga xosdir. Ko'pchilik aerobik, ya'ni. Faqat kislorodsiz muhitda yashaydigan organizmlar glikoliz va fermentatsiya natijasida hosil bo'ladigan etarli energiyaga ega. Ammo aerob organizmlar bu kichik zaxirani to'ldirishlari kerak va juda sezilarli.

Nafas olishning kislorod bosqichi

Glyukoza parchalanish mahsulotlari mitoxondriyaga kiradi. U erda karbonat angidrid molekulasi birinchi bo'lib ulardan ajralib chiqadi, u chiqish paytida tanadan chiqariladi. Kuyishdan keyin kuyish Krebs sikli deb ataladigan (1-ilova) (uni ta'riflagan ingliz biokimyogari nomi bilan atalgan) ketma-ket reaktsiyalar zanjirida sodir bo'ladi. Unda ishtirok etuvchi fermentlarning har biri birikmalarga kiradi va bir necha o'zgarishlardan so'ng yana asl shaklida chiqariladi. Biyokimyasal tsikl aylanalarda maqsadsiz yurish emas. Bu ko'proq ikki qirg'oq orasidan o'tib ketayotgan paromga o'xshaydi, lekin oxir-oqibat odamlar va mashinalar to'g'ri yo'nalishda harakat qilishadi. Krebs siklida sodir bo'ladigan reaksiyalar natijasida qo'shimcha ATP molekulalari sintezlanadi, qo'shimcha karbonat angidrid molekulalari va vodorod atomlari bo'linadi.

Yog'lar ham bu zanjirda ishtirok etadi, lekin ularning parchalanishi vaqt talab etadi, shuning uchun energiya shoshilinch zarur bo'lsa, organizm yog'larni emas, balki uglevodlarni ishlatadi. Ammo yog'lar juda boy energiya manbai. Proteinlar energiya ehtiyojlari uchun ham oksidlanishi mumkin, lekin faqat o'ta og'ir holatlarda, masalan, uzoq vaqt ro'za tutish paytida. Proteinlar hujayra uchun favqulodda ta'minotdir.

ATP sintezining eng samarali jarayoni ko'p bosqichli nafas olish zanjirida kislorod ishtirokida sodir bo'ladi. Kislorod ko'plab organik birikmalarni oksidlash va bir vaqtning o'zida juda ko'p energiya chiqarishga qodir. Ammo bunday portlash tana uchun halokatli bo'ladi. Nafas olish zanjirining roli va aerobik hamma narsa, ya'ni. kislorod bilan bog'liq bo'lgan nafas olish, tananing doimiy energiya bilan ta'minlanishini va tanaga muhtoj bo'lgan darajada kichik qismlarda bo'lishini ta'minlashdan iborat. Benzin bilan o'xshashlik qilish mumkin: erga to'kilgan va olovga qo'yilgan, u hech qanday foyda keltirmasdan darhol yonib ketadi. Va asta-sekin yonayotgan mashinada benzin bir necha soat davomida foydali ish qiladi. Ammo bu dvigatel kabi murakkab qurilmani talab qiladi.

Nafas olish zanjiri Krebs sikli va glikoliz bilan birgalikda har bir glyukoza molekulasidan ATP molekulalarining hosildorligini 38 ga oshirish imkonini beradi. Lekin glikoliz jarayonida bu nisbat faqat 2:1 edi. Shunday qilib, aerob nafas olishning samaradorligi ancha katta.

Nafas olish zanjiri qanday ishlaydi?

Glikoliz jarayonida ATP sintezi mexanizmi nisbatan sodda va in vitroda osonlik bilan takrorlanishi mumkin. Biroq, laboratoriyada nafas olish ATP sintezini simulyatsiya qilish hech qachon mumkin bo'lmagan. 1961 yilda ingliz biokimyogari Piter Mitchell nafas olish zanjiridagi qo'shni fermentlar nafaqat qat'iy ketma-ketlikni, balki hujayra bo'shlig'ida aniq tartibni ham kuzatishni taklif qildi. Nafas olish zanjiri o'z tartibini o'zgartirmasdan, mitoxondriyaning ichki qobig'ida (membranasida) mahkamlanadi va uni bir necha marta tikuv bilan tikadi. ATP ning nafas olish sintezini ko'paytirishga urinishlar muvaffaqiyatsiz tugadi, chunki membrananing roli tadqiqotchilar tomonidan etarlicha baholanmagan. Ammo reaktsiya membrananing ichki tomonidagi qo'ziqorin shaklidagi o'simtalarda to'plangan fermentlarni ham o'z ichiga oladi. Agar bu o'smalar olib tashlansa, ATP sintez qilinmaydi.

Nafas olish zararli.

Molekulyar kislorod kuchli oksidlovchi vositadir. Ammo kuchli dori sifatida u yon ta'sirga ham ega bo'lishi mumkin. Masalan, kislorodning lipidlar bilan to'g'ridan-to'g'ri o'zaro ta'siri toksik peroksidlar hosil bo'lishiga olib keladi va hujayralar tuzilishini buzadi. Reaktiv kislorod birikmalari oqsillar va nuklein kislotalarga ham zarar etkazishi mumkin.

Nima uchun bu zaharlar bilan zaharlanish sodir bo'lmaydi? Chunki ularda antidot bor. Hayot kislorod yo'qligida paydo bo'lgan va Yerdagi birinchi mavjudotlar anaerob edi. Keyin fotosintez paydo bo'ldi va kislorod uning qo'shimcha mahsuloti sifatida atmosferada to'plana boshladi. O'sha paytlarda bu gaz barcha tirik mavjudotlar uchun xavfli edi. Ba'zi anaeroblar nobud bo'ldi, boshqalari kislorodsiz burchaklarni topdi, masalan, tuproq bo'laklarida joylashdi; yana boshqalar moslashib, o'zgara boshladi. Aynan o'sha paytda tirik hujayrani tasodifiy oksidlanishdan himoya qiluvchi mexanizmlar paydo bo'ldi. Bu turli xil moddalar: fermentlar, shu jumladan zararli vodorod peroksid katalizatorini yo'q qiluvchi, shuningdek, boshqa ko'plab oqsil bo'lmagan birikmalar.

Umuman olganda, nafas olish dastlab tanani o'rab turgan atmosferadan kislorodni olib tashlash usuli sifatida paydo bo'ldi va shundan keyingina energiya manbai bo'ldi. Yangi muhitga moslashgan anaeroblar katta afzalliklarga ega bo'lib, aeroblarga aylandi. Ammo ular uchun kislorodning yashirin xavfi hali ham saqlanib qolmoqda. Antioksidant antidotlarning kuchi cheksiz emas. Shuning uchun toza kislorodda va hatto bosim ostida ham barcha tirik mavjudotlar juda tez nobud bo'ladi. Agar hujayra har qanday tashqi omil ta'sirida shikastlangan bo'lsa, unda himoya mexanizmlari odatda ishlamay qoladi, keyin esa kislorod normal atmosfera konsentratsiyasida ham zarar etkaza boshlaydi.

Hujayra nafasi - bu hujayradagi organik moddalarning oksidlanishi, buning natijasida ATP molekulalari sintezlanadi. Boshlang'ich xom ashyo (substrat) odatda uglevodlar, kamroq yog'lar va hatto kamroq oqsillardir. ATP molekulalarining eng ko'p miqdori kislorod bilan oksidlanish natijasida hosil bo'ladi, kamroq soni boshqa moddalar bilan oksidlanish va elektron o'tkazish natijasida hosil bo'ladi.

Uglevodlar yoki polisakkaridlar hujayrali nafas olish uchun substrat sifatida ishlatilishidan oldin monosaxaridlarga bo'linadi. Shunday qilib, o'simliklarda, kraxmalda va hayvonlarda glikogen glyukozaga gidrolizlanadi.

Glyukoza tirik organizmlarning deyarli barcha hujayralari uchun asosiy energiya manbai hisoblanadi.

Glyukoza oksidlanishining birinchi bosqichi glikolizdir. U kislorodni talab qilmaydi va ham anaerob, ham aerob nafas olish uchun xarakterlidir.

Biologik oksidlanish

Hujayra nafasi turli oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarini o'z ichiga oladi, bunda vodorod va elektronlar bir birikmadan (yoki atomdan) boshqasiga o'tadi. Atom elektronni yo'qotganda, u oksidlanadi; elektron qo'shilganda - qisqarish. Oksidlangan modda donor, qaytarilgan modda esa vodorod va elektronlarni qabul qiluvchi hisoblanadi. Tirik organizmlarda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari biologik oksidlanish yoki hujayrali nafas olish deb ataladi.

Odatda, oksidlanish reaktsiyalari energiya chiqaradi. Buning sababi fizik qonunlarda yotadi. Oksidlangan organik molekulalardagi elektronlar reaktsiya mahsulotlariga qaraganda yuqori energiya darajasida bo'ladi. Yuqoridan pastroq energiya darajasiga o'tadigan elektronlar energiya chiqaradi. Hujayra uni tirik mavjudotlarning universal "yoqilg'isi" bo'lgan molekulalar bog'larida qanday mustahkamlashni biladi.

Tabiatda eng keng tarqalgan terminal elektron qabul qiluvchi kislorod bo'lib, u kamayadi. Aerob nafas olish jarayonida organik moddalarning to'liq oksidlanishi natijasida karbonat angidrid va suv hosil bo'ladi.

Biologik oksidlanish ko'plab fermentlar va elektron o'tkazuvchi birikmalar ishtirokida bosqichlarda sodir bo'ladi. Bosqichli oksidlanishda elektronlar tashuvchilar zanjiri bo'ylab harakatlanadi. Zanjirning ma'lum bosqichlarida ADP va fosfor kislotasidan ATP sintezi uchun etarli bo'lgan energiya qismi chiqariladi.

Biologik oksidlanish turli dvigatellarga nisbatan juda samarali. Chiqarilgan energiyaning yarmi oxir-oqibat ATP ning yuqori energiyali aloqalarida o'rnatiladi. Energiyaning boshqa qismi issiqlik sifatida tarqaladi. Oksidlanish jarayoni bosqichma-bosqich bo'lgani uchun issiqlik energiyasi asta-sekin ajralib chiqadi va hujayralarga zarar etkazmaydi. Shu bilan birga, u doimiy tana haroratini saqlashga xizmat qiladi.

Aerob nafas olish

Aerob eukariotlarda hujayrali nafas olishning turli bosqichlari sodir bo'ladi

mitoxondriyal matritsada - yoki trikarboksilik kislota siklida,

mitoxondriyaning ichki membranasida - yoki nafas olish zanjirida.

Ushbu bosqichlarning har birida ATP ADP dan sintezlanadi, eng muhimi, oxirgi bosqichda. Kislorod oksidlovchi sifatida faqat oksidlovchi fosforlanish bosqichida ishlatiladi.

Aerob nafas olishning umumiy reaksiyalari quyidagicha.

Glikoliz va Krebs sikli: C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O → 6CO 2 + 12H 2 + 4ATP

Nafas olish zanjiri: 12H 2 + 6O 2 → 12H 2 O + 34ATP

Shunday qilib, bitta glyukoza molekulasining biologik oksidlanishi 38 ta ATP molekulasini hosil qiladi. Aslida, bu ko'pincha kamroq bo'ladi.

Anaerob nafas olish

Oksidlanish reaktsiyalarida anaerob nafas olish jarayonida vodorod qabul qiluvchi NAD oxir-oqibatda vodorodni kislorodga o'tkazmaydi, bu holda u mavjud emas.

Vodorod qabul qiluvchi sifatida glikoliz jarayonida hosil bo'lgan piruvik kislotadan foydalanish mumkin.

Xamirturushda piruvat etanolga fermentlanadi (spirtli fermentatsiya). Bunday holda, reaktsiyalar jarayonida karbonat angidrid ham hosil bo'ladi va NAD ishlatiladi:

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

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

Sut kislotasi fermentatsiyasi vaqtincha kislorod etishmasligini boshdan kechirayotgan hayvonlar hujayralarida va bir qator bakteriyalarda sodir bo'ladi:

CH 3 COCOOH + NAD H 2 → CH 3 CHOHCOOH (sut kislotasi) + NAD

Ikkala fermentatsiya ham ATP ishlab chiqarmaydi. Bu holda energiya faqat glikoliz orqali ta'minlanadi va u faqat ikkita ATP molekulasini tashkil qiladi. Glyukozadan energiyaning katta qismi hech qachon tiklanmaydi. Shuning uchun anaerob nafas olish samarasiz hisoblanadi.

Hujayra nafasi - bu har bir hujayrada sodir bo'ladigan fermentativ jarayonlarning yig'indisi bo'lib, natijada uglevodlar, yog'lar va aminokislotalar molekulalari oxir-oqibat karbonat angidrid va suvga parchalanadi va chiqarilgan biologik foydali energiya hayot uchun ishlatiladi. hujayra. Biologik foydali energiya - bu elektronlarning yuqori energiya darajasidan pastroq darajaga o'tishi. Bu shunday bo'ladi: ferment ta'sirida protonlar (ya'ni, vodorod atomlari) va ular bilan birga elektronlar ozuqa molekulasidan (uglevod, yog', oqsil) chiqariladi. Bu jarayon dehidrogenatsiya deb nomlanadi*< Передача электронов через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных реакций окисления - восстановления, которые в совокупности носят название «биологического окисления «.>. Olib tashlangan elektronlar qabul qiluvchi deb ataladigan maxsus moddaga o'tkaziladi**<Специфические соединения, которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно окисляются и восстанавливаются, называются "цитохромами ".> . Keyinchalik, boshqa fermentlar birlamchi akseptordan elektronlarni olib, boshqasiga o'tkazadi va elektron energiyasi to'liq iste'mol qilinmaguncha yoki kimyoviy bog'lanish energiyasi (adenozin trifosfat) shaklida saqlanadi. Oxir-oqibat, kislorod vodorod ionlari va elektronlar bilan reaksiyaga kirishadi, ular energiyani tashlab, suvga aylanadi, bu esa tanadan chiqariladi. Bu elektronlar oqimi "elektron kaskadi" deb ataladi. Aniqroq bo'lish uchun uni bir qator sharsharalar sifatida ko'rsatish mumkin, har bir sharshara turbinani aylantiradi - uni to'liq bermaguncha energiya beradi. Eng yuqori qismida "suv" oziq-ovqat moddasi bo'lib, undan elektronlar va protonlar olinadi (substrat), pastki qismida esa "chiqindi suv" - kislorod (suv) bilan bog'langan energiya kamaygan elektronlar va protonlar va nima. substrat qoldiqlari , - ajratilishi kerak. Keling, xuddi shu jarayonni buzilish (entropiya, ya'ni parchalanish) nuqtai nazaridan ko'rib chiqaylik. Har bir ozuqa molekulasi o'zining fazoviy tuzilishiga ega. Dehidrogenatsiya jarayonida ma'lum bir ferment faqat molekulada ma'lum fazoviy pozitsiyani egallagan ma'lum vodorod atomlarini olib tashlashi mumkin. Bunday ketma-ket olib tashlashlar natijasida murakkab tuzilishga ega bo'lgan modda oddiy tarkibiy qismlarga parchalanadi. Bo'shatilganda, ulanish energiyasi tanamiz tomonidan o'zini mustahkamlash uchun ishlatiladi - u oqsillar, yog'lar, uglevodlar va boshqalarning o'z tuzilmalarini qo'llab-quvvatlaydi. Shunday qilib, oziq-ovqat moddalarini yo'q qilish orqali organizm o'z tanasining tuzilishini barqaror darajada saqlaydi. Agar oziq-ovqat allaqachon buzilgan bo'lsa (issiqlik bilan ishlov berish, tuzlash, quritish, tozalash, maydalash va boshqalar), unda bizning tanamiz qolgan fazoviy aloqalarda mavjud bo'lgan kamroq energiya oladi. Shuning uchun ovqatlanishning kuchi kaloriyalarda emas, balki oziq-ovqat tarkibida. O'rtacha umr ko'rish yaxshi ovqatlanishga bog'liq emas, balki tuzilgan oziq-ovqatga bog'liq. Shunday qilib, hujayrali nafas olish elektronlarni, ya'ni elektr energiyasini ishlab chiqarish jarayonidir. E. Ball substratlar suv va karbonat angidridga parchalanganda organizmda qancha elektr energiyasi ishlab chiqarilganligini ko'rsatadigan hisob-kitoblarni amalga oshirdi. Voyaga etgan inson tanasining tinch holatda kislorod iste'moli (daqiqada 264 kub santimetr) va har bir kislorod atomi suv molekulasini hosil qilish uchun ikkita vodorod atomi va ikkita elektronni talab qilishiga asoslanib, Ball har bir daqiqada barcha hujayralarda tanasi 2.86 kislorodga biologik oksidlanish jarayonida so'rilgan ozuqa moddalarining molekulalaridan o'tkaziladi. 10,22 elektron, ya'ni umumiy oqim 76 amper (A) ga etadi. Bu ta'sirchan qiymat: axir, atigi 1 amperlik oqim oddiy 100 vattli lampochkadan o'tadi.
Elektronlarning substratdan kislorodga o'tishi 1,13 volt (V) potentsial farqiga to'g'ri keladi; Volt marta amperlar vattlarni beradi, shuning uchun 1,13 x 76 = 85,9 vatt. Shunday qilib, inson tanasi tomonidan iste'mol qilinadigan quvvat taxminan yuz vattli elektr chiroq tomonidan iste'mol qilinadigan quvvatga teng, biroq ayni paytda tana sezilarli darajada past kuchlanishlarda sezilarli darajada yuqori oqimlardan foydalanadi. Yuqoridagilardan kelib chiqqan holda, keling, har bir moddaning hayot jarayonidagi rolini tushunamiz. OZOVATLAR tanamizning tuzilmalarini qurish uchun xizmat qiladi va vayron bo'lganda, ular bizni elektronlar shaklida energiya bilan ta'minlaydi. Oziq moddalarni yo'q qilishning yakuniy mahsulotlari: SUV bizni hayotiy jarayonlar sodir bo'lishi uchun muhit bilan ta'minlaydi; KARBON DIOKSID - hayot jarayonlari ko'rinishidagi regulyator (AKRni o'zgartiradi, hujayraning genetik apparatini faollashtiradi, organizm tomonidan kislorodning so'rilishiga ta'sir qiladi). Nafas olish paytida iste'mol qilinadigan KISLOROD energiya potentsiali kamaygan elektronlarni tanadan parchalanishning yakuniy bosqichidagi mahsulotlar - karbonat angidrid va suv shaklida olib tashlashda kamtarona rol o'ynaydi.
Biogen elementlarning holatidan uglerod (18%) kislorod (70%) va vodorodni (10%) bog'laydigan bog'lovchi hisoblanadi. Azot emas, balki uglerod hayotning asosidir, shuning uchun tana barcha nafas olish jarayonini karbonat angidrid va uning boshqa birikmalari shaklida uglerodni barqaror saqlashga yo'naltirgan holda uni saqlab qolishga intiladi. Tanadagi uglerod va uning birikmalarining kamayishi darhol barcha hayotiy jarayonlarga ta'sir qiladi va ko'plab kasalliklarni keltirib chiqaradi.
Nafas olishning uchinchi bosqichi - hujayrali nafas olish shunday sodir bo'ladi. Bundan tashqari, karbonat angidridning eng katta miqdori uglevodli ovqatlardan, eng kichiki esa yog'li va oqsilli ovqatlardan olinadi.