КИСЛОРОД

КИСЛОРОД: ЖИВА НУЖДА

И "ИНТЕЛИГЕНТЕН УБИЕЦ"

КИСЛОРОДЪТ КАТО ЖИЗНЕНА НУЖДА

Кислородът е най-важното вещество на тялото, абсолютно необходимо за живота на хората и животните. Кислородът е източник на живот за всички клетки. Без него не можем да живеем дори няколко минути. Кислородът е необходим преди всичко за производството на енергия в клетките. Това се случва в така наречената дихателна верига във вътрешната мембрана на митохондриите. Именно тук се формира основният състав на универсалната енергийна молекула АТФ. Без кислород няма енергия, а без енергия не е възможна работа, независимо дали се извършва чрез биохимични или мускулни средства.

КАК КЛЕТКИТЕ ПОЛУЧАВАТ ЕНЕРГИЯ

Д-р Ото Варбург е удостоен два пъти с Нобелова награда за изследването си върху голямото значение на кислорода в живота на клетките. Накратко изводите му са следните.

Здравите клетки разграждат въглехидратите, които приемат, до глюкоза. Глюкозата се съхранява в тялото. Когато клетките се нуждаят от енергия, те разлагат глюкозата чрез верига от химични реакции, в последната връзка от които е необходим кислород. Това произвежда енергия, съхранявана под формата на АТФ, енергийната молекула на клетките.

В процеса на дишане кислородът навлиза в белите дробове, където се абсорбира в кръвта и се пренася до милиарди клетки в тялото. Носителят е червените кръвни клетки хемоглобин. Достигналият до клетките кислород се изразходва за преобразуване на поетата храна с образуването на АТФ, топлина и вода. как

колкото по-голяма е нуждата ни от топлина или енергия, толкова по-интензивно е усвояването на кислород.

Хранителните вещества служат като гориво за производството на енергия в тялото, а кислородът осигурява изгарянето на това гориво. Този процес на горене се нарича окисление, а горивото е предимно въглехидрати, които се окисляват (изгарят) с участието на кислород. Ето защо клетките се нуждаят от непрекъснато и достатъчно снабдяване с кислород. Само в този случай те ще функционират нормално, ще останат здрави и ще доставят на тялото енергия.

Кръвта се състои от три основни компонента: плазма, червени и бели кръвни клетки. Плазмата съдържа всички вещества, необходими за клетките, по-специално кислород. Но клетките на човешкото тяло, за разлика от рибите, за които несвързаният кислород в кръвната плазма е достатъчен за живот, се нуждаят от повече кислород, отколкото плазмата може да достави. Тази нужда се запълва от червените кръвни клетки, които са важни именно защото могат да транспортират големи количества кислород до различни телесни тъкани.

Въпреки това е важно да знаете, че червените кръвни клетки получават кислород от плазмата, пренасят го до капилярите, където кислородът се освобождава в плазмата и се транспортира през клетъчните мембрани за използване в метаболизма, протичащ в клетките. Следователно е логично да се предположи, че ако количеството кислород в плазмата може да се увеличи, количеството кислород, достигащо до клетките, също ще се увеличи.

За нормалното транспортиране на кислород в клетките през клетъчните мембрани е необходима определена среда в извънклетъчната течност. Тялото регулира своя състав с висока точност. Тази среда трябва да има необходимия баланс на течности, минерали и електролити, pH, протеини, осмотично налягане и т.н. и да бъде изчистена от токсични метаболити, за да се улесни преносът на кислород към клетките. Различни нарушения на този баланс в извънклетъчната течност водят до кислороден глад на клетките. Това е причината за повечето заболявания.

Всяко свойство на живите и всяко проявление на живота е свързано с определени химични реакции в клетката. Тези реакции протичат или с цената, или с освобождаването на енергия. Цялата съвкупност от процеси на трансформация на веществата в клетката, както и в тялото, се нарича метаболизъм.

Анаболизъм

Клетката в процеса на живот поддържа постоянството на своята вътрешна среда, наречена хомеостаза. За да направи това, той синтезира вещества в съответствие със своята генетична информация.

Ориз. 1. Схема на метаболизма.

Тази част от метаболизма, в която се създават макромолекулни съединения, характерни за дадена клетка, се нарича пластичен метаболизъм (асимилация, анаболизъм).

Анаболните реакции включват:

• синтез на протеини от аминокиселини;
• образуване на нишесте от глюкоза;
• фотосинтеза;
• синтез на мазнини от глицерол и мастни киселини.

Тези реакции са възможни само с разход на енергия. Ако за фотосинтезата се изразходва външна (светлинна) енергия, то за останалата част - ресурсите на клетката.

ТОП 4 статиикоито четат заедно с това

Количеството енергия, изразходвано за асимилация, е по-голямо от това, което се съхранява в химични връзки, тъй като част от него се използва за регулиране на процеса.

Катаболизъм

Другата страна на метаболизма и преобразуването на енергията в клетката е енергийният метаболизъм (дисимилация, катаболизъм).

Реакциите на катаболизъм са придружени от освобождаване на енергия.
Този процес включва:

• дъх;
• разграждане на полизахаридите в монозахариди;
• разграждане на мазнини в мастни киселини и глицерол и други реакции.

Ориз. 2. Процеси на катаболизъм в клетката.

Връзката на обменните процеси

Всички процеси в клетката са тясно свързани помежду си, както и с процесите в други клетки и органи. Трансформациите на органичните вещества зависят от наличието на неорганични киселини, макро- и микроелементи.

Процесите на катаболизъм и анаболизъм протичат едновременно в клетката и са два противоположни компонента на метаболизма.

Метаболитните процеси са свързани с определени клетъчни структури:

• дъх- с митохондрии;
• протеинов синтез- с рибозоми;
• фотосинтеза- с хлоропласти.

Клетката се характеризира не с отделни химични процеси, а с закономерния ред, в който те се извършват. Метаболитните регулатори са ензимни протеини, които насочват реакциите и променят интензивността им.

АТФ

Аденозинтрифосфорната киселина (АТФ) играе специална роля в метаболизма. Това е компактно химическо устройство за съхранение на енергия, използвано за реакции на термоядрен синтез.

Ориз. 3. Схема на структурата на АТФ и превръщането му в АДФ.

Поради своята нестабилност, АТФ образува ADP и AMP молекули (ди- и монофосфат) с освобождаване на голямо количество енергия за асимилационни процеси.

Енергията, освободена при реакциите на катаболизма, се съхранява под формата на връзки, т.нар макроергичен. Основната и универсална молекула за съхранение на енергия е АТФ.

Всички ATP молекули в тялото непрекъснато участват във всякакви реакции, постоянно се разграждат до ADP и се регенерират отново. Има три основни приложения за ATP, които заедно с процеса на образуване на AP се наричат ​​ATP цикъл.

ОСНОВНИ ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯ В КЛЕТКАТА

В клетката има четири основни процеса, които осигуряват освобождаването на енергия от химичните връзки по време на окисляването на веществата и нейното съхранение:

1. Гликолиза (етап 2) - окислението на молекула глюкоза до две молекули пирогроздена киселина, с образуването на 2 молекули ATP и NADH. Освен това пирогроздената киселина се превръща в ацетил-SCoA при аеробни условия и в млечна киселина при анаеробни условия.

2. β-Окисление на мастни киселини (етап 2) - тук се образуват окисление на мастни киселини до ацетил-SCoA, NADH и FADH2 молекули. Молекулите на АТФ "в чист вид" не се образуват.

3. Цикъл на трикарбоксилната киселина(TsTK, етап 3) - окисление на ацетиловата група (в състава на ацетил-SCoA) или други кето киселини до въглероден диоксид. Реакции на пълен цикъл с

се извършват чрез образуването на 1 GTP молекула (което е еквивалентно на един ATP), 3 NADH молекули и 1 FADH2 молекула.

4. Окислително фосфорилиране(етап 3) - NADH и FADH 2 са окислени, полу-

chennye в реакциите на катаболизъм на глюкоза и мастни киселини. В същото време ензимите на вътрешната мембрана на митохондриите осигуряват образуването на основното количество клетъчен АТФ от ADP ( фосфорилиране).

Основният начин за получаване на АТФ в клетката е окислителното фосфорилиране. Има обаче и друг начин за фосфорилиране на ADP до ATP - субстратно фосфорилиране. Този метод е свързан с прехвърлянето на макроергичен фосфат или енергия на макроергична връзка на вещество (субстрат) към ADP. Такива вещества са

метаболити на гликолизата(1,3-дифосфоглицеринова киселина, фосфоенолпируват),

цикъл на трикарбоксилната киселина (сукцинил-SCoA) и креатин фосфат. Енергията на хидролиза на тяхната макроергична връзка е по-висока, отколкото в АТФ (7,3 kcal / mol), а ролята на тези вещества се свежда до използването на ADP за фосфорилиране.

Невъзможно е да се разбере как е подредено и "работи" човешкото тяло, без да се разбере как протича метаболизмът в клетката. всеки жива клеткатрябва постоянно да произвежда енергия. Тя се нуждае от енергия, за да генерира топлина и да синтезира (създава) някои от нейните жизненоважни химикали, като протеини или наследствени вещества. Енергияклетката трябва да се движи. телесни клетки, способни да извършват движения, се наричат ​​мускули. Те могат да се свият. Това задвижва нашите ръце, крака, сърце, черва. И накрая, енергията е необходима за генериране на електрически ток: благодарение на нея някои части на тялото „комуникират“ с други. И връзката между тях се осигурява предимно от нервни клетки.

Откъде клетките получават своята енергия? Отговорът е: помага им АТФ. Нека обясним. Клетките изгарят хранителни вещества и при това се освобождава определено количество енергия. Те го използват, за да синтезират специален химикал, който съхранява необходимата им енергия. Това вещество се нарича аденозин трифосфат(съкратено ATP). Когато молекулата на АТФ, съдържаща се в клетката, се разгради, натрупаната в нея енергия се освобождава. Благодарение на тази енергия клетката може да произвежда топлина, електричество, да синтезира химикали или да се движи. Накратко, АТФзадейства целия "механизъм" на клетката.

Ето как тънък оцветен кръг от тъкан, взет от хипофизната жлеза- мозъчен придатък с размер на грахово зърно. Червени, жълти, сини, лилави и петна с телесен цвят са клетки с ядра. Всеки тип хипофизна клетка секретира един или повече жизненоважни хормони.

Сега нека поговорим повече за това как клетките получават АТФ. Вече знаем отговора. клеткиизгаря хранителни вещества. Те могат да направят това по два начина. Първо, изгаряйте въглехидрати, главно глюкоза, при липса на кислород. В този случай се образува вещество, което химиците наричат ​​пирогроздена киселина, а самият процес на разграждане на въглехидратите се нарича гликолиза. В резултат на гликолизата се произвежда твърде малко АТФ: разграждането на една молекула глюкоза е придружено от образуването само на две молекули АТФ. Гликолизата е неефективна – тя е най-старата форма на извличане на енергия. Спомнете си, че животът се е зародил във вода, тоест в среда, в която е имало много малко кислород.

второ, телесни клеткиизгарят пирогроздена киселина, мазнини и протеини в присъствието на кислород. Всички тези вещества съдържат въглерод и водород. В този случай изгарянето протича на два етапа. Първо клетката извлича водород, след което незабавно започва да разгражда останалата въглеродна рамка и се освобождава от въглеродния диоксид - извежда го през клетъчната мембрана. На втория етап водородът, извлечен от хранителните вещества, се изгаря (окислява). Образува се вода и се отделя голямо количество енергия. Достатъчно е клетките да синтезират много молекули АТФ (при окисляване, например, на две молекули млечна киселина, продукт на редукцията на пирогроздена киселина, се образуват 36 молекули АТФ).

Това описание изглежда сухо и абстрактно. Всъщност всеки от нас е виждал как протича процесът на генериране на енергия. Спомняте ли си телевизионни репортажи от космодруми за изстрелвания на ракети? Те се издигат поради невероятното количество енергия, отделена по време на ... окисляването на водорода, тоест, когато той се изгаря в кислород.

Космически ракети, високи колкото кула, се втурват към небето поради огромната енергия, която се отделя, когато водородът се изгаря в чист кислород. Същата тази енергия поддържа живота в клетките на тялото ни. Само при тях окислителната реакция протича на етапи. Освен това, първо, вместо топлинна и кинетична енергия, нашите клетки създават клетъчно гориво. АТФ.

Горивните им резервоари са пълни с течен водород и кислород. При стартиране на двигателите водородът започва да се окислява и огромната ракета бързо се отнася в небето. Може би изглежда невероятно, но все пак: същата енергия, която издига космическа ракета, поддържа и живота в клетките на нашето тяло.

Освен ако няма експлозия в клетките и от тях не избухне пламък. Окисляването протича на етапи и следователно вместо топлинна и кинетична енергия се образуват молекули на АТФ.