TLEN

TLEN: POTRZEBA ŻYCIA

I „INTELIGENTNY ZABÓJCA”

TLEN JAKO NIEZBĘDNA POTRZEBA

Tlen jest najważniejszą substancją organizmu, absolutnie niezbędną do życia ludzi i zwierząt. Tlen jest źródłem życia dla wszystkich komórek. Bez niej nie przeżyjemy nawet kilku minut. Tlen jest niezbędny przede wszystkim do produkcji energii w komórkach. Zachodzi to w tzw. łańcuchu oddechowym w wewnętrznej błonie mitochondriów. To tutaj powstaje główny skład uniwersalnej cząsteczki energii ATP. Bez tlenu nie ma energii, a bez energii nie jest możliwa żadna praca, niezależnie od tego, czy jest wykonywana za pomocą środków biochemicznych, czy mięśniowych.

JAK KOMÓRKI POZYSKUJĄ ENERGIĘ

Dr Otto Warburg dwukrotnie otrzymał Nagrodę Nobla za badania nad ogromnym znaczeniem tlenu w życiu komórek. W skrócie jego wnioski są następujące.

Zdrowe komórki rozkładają spożywane węglowodany na glukozę. Glukoza jest magazynowana w organizmie. Kiedy komórki potrzebują energii, rozkładają glukozę w łańcuchu reakcji chemicznych, których ostatni etap wymaga tlenu. Powoduje to wytwarzanie energii zmagazynowanej w postaci ATP, cząsteczki energii komórek.

Podczas oddychania tlen dostaje się do płuc, gdzie jest wchłaniany do krwi i przenoszony do miliardów komórek ciała. Nośnikiem jest hemoglobina krwinek czerwonych. Tlen, który dotarł do komórek, jest wydawany na przemianę spożytego pokarmu z wytworzeniem ATP, ciepła i wody. Jak

im większe jest nasze zapotrzebowanie na ciepło lub energię, tym intensywniejsze jest wchłanianie tlenu.

Składniki odżywcze służą jako paliwo do produkcji energii w organizmie, a tlen zapewnia spalanie tego paliwa. Ten proces spalania nazywany jest utlenianiem, a paliwem są przede wszystkim węglowodany, które ulegają utlenieniu (spaleniu) przy udziale tlenu. Dlatego komórki potrzebują nieprzerwanego i wystarczającego zaopatrzenia w tlen. Tylko w tym przypadku będą normalnie funkcjonować, pozostając zdrowymi i dostarczając organizmowi energii.

Krew składa się z trzech głównych składników: osocza, czerwonych i białych krwinek. Osocze zawiera wszystkie substancje niezbędne komórkom, w szczególności tlen. Jednak komórki ludzkiego ciała, w przeciwieństwie do ryb, którym niezwiązany tlen z osocza krwi wystarcza do życia, potrzebują więcej tlenu, niż osocze jest w stanie dostarczyć. Tę potrzebę zaspokajają krwinki czerwone, które są ważne właśnie dlatego, że mogą transportować duże ilości tlenu do różnych tkanek ciała.

Warto jednak wiedzieć, że krwinki czerwone pobierają tlen z osocza, przenoszą go do naczyń włosowatych, gdzie tlen jest uwalniany do osocza i transportowany przez błony komórkowe do wykorzystania w metabolizmie zachodzącym w komórkach. Logiczne jest zatem założenie, że jeśli uda się zwiększyć ilość tlenu w osoczu, zwiększy się również ilość tlenu docierającego do komórek.

Do normalnego transportu tlenu do komórek przez błony komórkowe niezbędne jest określone środowisko w płynie pozakomórkowym. Organizm z dużą precyzją reguluje swój skład. To środowisko musi mieć niezbędną równowagę płynów, minerałów i elektrolitów, pH, białek, ciśnienia osmotycznego itp. oraz być oczyszczone z toksycznych metabolitów, aby ułatwić przenoszenie tlenu do komórek. Różne naruszenia tej równowagi w płynie zewnątrzkomórkowym prowadzą do głodu tlenu w komórkach. To jest przyczyna większości chorób.

Każda właściwość życia i każdy przejaw życia jest związany z pewnymi reakcjami chemicznymi w komórce. Reakcje te wiążą się albo z kosztem, albo z uwolnieniem energii. Cały zestaw procesów transformacji substancji w komórce, a także w organizmie, nazywa się metabolizmem.

Anabolizm

Komórka w procesie życia zachowuje stałość swojego środowiska wewnętrznego, zwanego homeostazą. W tym celu syntetyzuje substancje zgodnie ze swoją informacją genetyczną.

Ryż. 1. Schemat metabolizmu.

Ta część metabolizmu, w której powstają charakterystyczne dla danej komórki związki wielkocząsteczkowe, nazywana jest przemianą plastyczną (asymilacja, anabolizm).

Reakcje anaboliczne obejmują:

• synteza białek z aminokwasów;
• tworzenie skrobi z glukozy;
• fotosynteza;
• synteza tłuszczów z glicerolu i kwasów tłuszczowych.

Reakcje te są możliwe tylko przy wydatku energii. Jeśli energia zewnętrzna (świetlna) jest zużywana na fotosyntezę, to na resztę - zasoby komórki.

TOP 4 artykułykto czyta razem z tym

Ilość energii zużytej na asymilację jest większa niż zmagazynowana w wiązaniach chemicznych, ponieważ część energii jest wykorzystywana do regulacji procesu.

katabolizm

Drugą stroną metabolizmu i konwersji energii w komórce jest metabolizm energetyczny (dysymilacja, katabolizm).

Reakcjom katabolizmu towarzyszy wydzielanie energii.
Ten proces obejmuje:

• oddech;
• rozkład polisacharydów na monosacharydy;
• rozkład tłuszczów na kwasy tłuszczowe i glicerol oraz inne reakcje.

Ryż. 2. Procesy katabolizmu w komórce.

Związek procesów wymiany

Wszystkie procesy w komórce są ze sobą ściśle powiązane, a także z procesami w innych komórkach i narządach. Przemiany substancji organicznych zależą od obecności kwasów nieorganicznych, makro- i mikroelementów.

Procesy katabolizmu i anabolizmu zachodzą w komórce jednocześnie i są dwoma przeciwstawnymi składnikami metabolizmu.

Procesy metaboliczne są związane z pewnymi strukturami komórkowymi:

• oddech- z mitochondriami;
• synteza białek- z rybosomami;
• fotosynteza- z chloroplastami.

Komórka charakteryzuje się nie pojedynczymi procesami chemicznymi, ale regularną kolejnością ich przeprowadzania. Regulatory metaboliczne to białka enzymatyczne, które kierują reakcjami i zmieniają ich intensywność.

ATP

Kwas adenozynotrójfosforowy (ATP) odgrywa szczególną rolę w metabolizmie. Jest to kompaktowe urządzenie do magazynowania energii chemicznej wykorzystywane w reakcjach syntezy jądrowej.

Ryż. 3. Schemat budowy ATP i jego przemiana w ADP.

Ze względu na swoją niestabilność, ATP tworzy cząsteczki ADP i AMP (di- i monofosforany) z uwolnieniem dużej ilości energii do procesów asymilacji.

Energia uwalniana w reakcjach katabolizmu magazynowana jest w postaci wiązań tzw makroergiczny. Główną i uniwersalną cząsteczką magazynującą energię jest ATP.

Wszystkie cząsteczki ATP w organizmie nieustannie uczestniczą we wszelkich reakcjach, są nieustannie rozkładane do ADP i ponownie regenerowane. Istnieją trzy główne zastosowania ATP, które wraz z procesem tworzenia AP nazywane są cyklem ATP.

GŁÓWNE ŹRÓDŁA ENERGII W OGNIWIE

W komórce zachodzą cztery główne procesy, które zapewniają uwalnianie energii z wiązań chemicznych podczas utleniania substancji i jej magazynowania:

1. Glikoliza (etap 2) - utlenianie cząsteczki glukozy do dwóch cząsteczek kwasu pirogronowego, z utworzeniem 2 cząsteczek ATP i NADH. Ponadto kwas pirogronowy jest przekształcany w acetylo-SCoA w warunkach tlenowych i w kwas mlekowy w warunkach beztlenowych.

2. β-Utlenianie kwasów tłuszczowych (etap 2) - powstaje tu utlenianie kwasów tłuszczowych do cząsteczek acetylo-SCoA, NADH i FADH2. Cząsteczki ATP „w czystej postaci” nie powstają.

3. Cykl kwasów trójkarboksylowych(TsTK, etap 3) - utlenianie grupy acetylowej (w składzie acetylo-SCoA) lub innych ketokwasów do dwutlenku węgla. Reakcje pełnego cyklu z

są przeprowadzane przez utworzenie 1 cząsteczki GTP (co odpowiada jednej cząsteczce ATP), 3 cząsteczek NADH i 1 cząsteczki FADH2.

4. Fosforylacja oksydacyjna(etap 3) - NADH i FADH 2 są utlenione, pół-

chennye w reakcjach katabolizmu glukozy i kwasów tłuszczowych. Jednocześnie enzymy błony wewnętrznej mitochondriów zapewniają tworzenie głównej ilości komórkowego ATP z ADP ( fosforylacja).

Głównym sposobem pozyskiwania ATP w komórce jest fosforylacja oksydacyjna. Istnieje jednak inny sposób fosforylacji ADP do ATP - fosforylacja substratu. Metoda ta wiąże się z przeniesieniem fosforanu makroergicznego lub energii wiązania makroergicznego substancji (substratu) do ADP. Takie substancje są

metabolity glikolizy(kwas 1,3-difosfoglicerynowy, fosfoenolopirogronian),

cykl kwasu trikarboksylowego (sukcynylo-SCoA) i fosforan kreatyny. Energia hydrolizy ich wiązania makroergicznego jest wyższa niż w ATP (7,3 kcal/mol), a rola tych substancji sprowadza się do wykorzystania ADP do fosforylacji.

Nie da się zrozumieć, jak jest zorganizowane i „działa” ludzkie ciało, nie rozumiejąc, jak przebiega metabolizm w komórce. Każdy żywa komórka musi stale wytwarzać energię. Potrzebuje energii, aby wytworzyć ciepło i zsyntetyzować (wytworzyć) niektóre z jej niezbędnych substancji chemicznych, takich jak białka lub substancje dziedziczne. Energia komórka musi się poruszać. komórki ciała, zdolne do wykonywania ruchów, nazywane są mięśniami. Mogą się skurczyć. To wprawia w ruch nasze ręce, nogi, serce, jelita. Energia jest wreszcie potrzebna do wytworzenia prądu elektrycznego: dzięki niemu niektóre części ciała „komunikują się” z innymi. A komunikację między nimi zapewniają przede wszystkim komórki nerwowe.

Skąd komórki czerpią energię? Odpowiedź brzmi: to im pomaga ATP. wyjaśnijmy. Komórki spalają składniki odżywcze, a robiąc to, uwalniana jest pewna ilość energii. Używają go do syntezy specjalnej substancji chemicznej, która magazynuje potrzebną im energię. Ta substancja nazywa się adenozynotrifosforan(w skrócie ATP). Gdy cząsteczka ATP zawarta w komórce ulega rozkładowi, energia w niej zgromadzona zostaje uwolniona. Dzięki tej energii komórka może wytwarzać ciepło, elektryczność, syntetyzować substancje chemiczne czy się poruszać. W skrócie, ATP uruchamia cały „mechanizm” komórki.

W ten sposób pobrano cienki, zabarwiony krąg tkanki przysadka mózgowa- wyrostek mózgowy wielkości ziarnka grochu. Czerwone, żółte, niebieskie, fioletowe i cieliste plamy są komórki z jądrami. Każdy typ komórek przysadki wydziela jeden lub więcej ważnych dla życia hormonów.

Porozmawiajmy teraz o tym, jak komórki otrzymują ATP. Znamy już odpowiedź. Komórki spalać składniki odżywcze. Mogą to zrobić na dwa sposoby. Najpierw spalaj węglowodany, głównie glukozę, przy braku tlenu. W tym przypadku powstaje substancja, którą chemicy nazywają kwasem pirogronowym, a sam proces rozkładu węglowodanów nazywany jest glikolizą. W wyniku glikolizy powstaje zbyt mało ATP: rozpadowi jednej cząsteczki glukozy towarzyszy powstawanie tylko dwóch cząsteczek ATP. Glikoliza jest nieefektywna - jest to najstarsza forma pozyskiwania energii. Pamiętaj, że życie powstało w wodzie, czyli w środowisku, w którym było bardzo mało tlenu.

Po drugie, komórki ciała spalają kwas pirogronowy, tłuszcze i białka w obecności tlenu. Wszystkie te substancje zawierają węgiel i wodór. W tym przypadku spalanie odbywa się w dwóch etapach. Najpierw komórka pobiera wodór, potem od razu zaczyna rozkładać pozostałą ramkę węglową i pozbywa się dwutlenku węgla - wyprowadza go przez błonę komórkową. W drugim etapie wodór wyekstrahowany z pożywek jest spalany (utleniany). Powstaje woda i uwalniana jest duża ilość energii. Wystarczy, aby komórki zsyntetyzowały wiele cząsteczek ATP (podczas utleniania np. dwóch cząsteczek kwasu mlekowego, produktu redukcji kwasu pirogronowego, powstaje 36 cząsteczek ATP).

Ten opis wydaje się suchy i abstrakcyjny. Tak naprawdę każdy z nas widział, jak przebiega proces wytwarzania energii. Pamiętacie relacje telewizyjne z portów kosmicznych o startach rakiet? Wznoszą się dzięki niewiarygodnej ilości energii uwalnianej podczas… utleniania wodoru, czyli spalania go w tlenie.

Rakiety kosmiczne o wysokości wieży pędzą w niebo z powodu ogromnej energii, która jest uwalniana podczas spalania wodoru w czystym tlenie. Ta sama energia podtrzymuje życie w komórkach naszego ciała. Tylko w nich reakcja utleniania przebiega etapami. Ponadto, po pierwsze, zamiast energii cieplnej i kinetycznej, nasze komórki wytwarzają paliwo komórkowe. ATP.

Ich zbiorniki paliwa są wypełnione ciekłym wodorem i tlenem. Po uruchomieniu silników wodór zaczyna się utleniać i ogromna rakieta jest szybko unoszona w niebo. Może to się wydaje niewiarygodne, ale jednak: ta sama energia, która unosi rakietę kosmiczną w górę, podtrzymuje również życie w komórkach naszego ciała.

Chyba, że ​​w komórkach nie dojdzie do eksplozji i nie wydostanie się z nich snop ognia. Utlenianie zachodzi etapami, dlatego zamiast energii cieplnej i kinetycznej powstają cząsteczki ATP.