Cześć wszystkim! Chciałem poświęcić ten artykuł jądrze komórkowemu i DNA. Ale wcześniej musimy dotknąć tego, jak komórka przechowuje i wykorzystuje energię (dzięki). Kwestie związane z energią poruszymy niemal wszędzie. Przyjrzyjmy się im najpierw.

Z czego można czerpać energię? Tak wszystkiego! Rośliny wykorzystują energię świetlną. Niektóre bakterie też. Oznacza to, że substancje organiczne są syntetyzowane z substancji nieorganicznych dzięki energii świetlnej. + Istnieją chemotrofy. Syntetyzują substancje organiczne z nieorganicznych, wykorzystując energię utleniania amoniaku, siarkowodoru i innych substancji. I jesteśmy ty i ja. Jesteśmy heterotrofami. Kim oni są? Są to ci, którzy nie wiedzą, jak syntetyzować substancje organiczne z nieorganicznych. To znaczy chemosynteza i fotosynteza, to nie dla nas. Bierzemy gotową materię organiczną (zjadamy ją). Rozkładamy go na części i albo wykorzystujemy jako materiał budowlany, albo niszczymy w celu uzyskania energii.
Co dokładnie możemy analizować pod kątem energii? Białka (najpierw przeanalizowane na aminokwasy), tłuszcze, węglowodany i alkohol etylowy (ale jest to opcjonalne). Oznacza to, że wszystkie te substancje mogą być wykorzystywane jako źródła energii. Ale do przechowywania go używamy tłuszcze i węglowodany. kocham węglowodany! Glikogen jest głównym węglowodanem magazynującym w naszym organizmie.

Składa się z reszt glukozy. Oznacza to, że jest to długi, rozgałęziony łańcuch składający się z identycznych ogniw (glukozy). Jeśli potrzebujemy energii, odrywamy jeden kawałek z końca łańcucha i utleniając go otrzymujemy energię. Ten sposób pozyskiwania energii jest charakterystyczny dla wszystkich komórek organizmu, ale szczególnie dużo glikogenu znajduje się w komórkach wątroby i tkanki mięśniowej.

Porozmawiajmy teraz o tłuszczu. Jest przechowywany w specjalnych komórkach tkanki łącznej. Ich nazwa to adipocyty. W rzeczywistości są to komórki z ogromną kroplą tłuszczu w środku.

W razie potrzeby organizm wydobywa tłuszcz z tych komórek, częściowo rozkłada i transportuje. W miejscu dostawy następuje ostateczne rozszczepienie wraz z uwolnieniem i przemianą energii.

Dość popularne pytanie: „Dlaczego cała energia nie może być magazynowana w postaci tłuszczu lub glikogenu?”
Te źródła energii mają różne cele. Z glikogenu dość szybko można uzyskać energię. Jego rozpad rozpoczyna się niemal natychmiast po rozpoczęciu pracy mięśniowej, osiągając szczyt po 1-2 minutach. Rozkład tłuszczów przebiega o kilka rzędów wielkości wolniej. Oznacza to, że jeśli śpisz lub gdzieś idziesz powoli, masz stałe zużycie energii, które można zapewnić poprzez podział tłuszczów. Ale gdy tylko zdecydujesz się przyspieszyć (serwery padły, pobiegły, aby je odebrać), będziesz musiał dużó energii i nie można go uzyskać szybko, dzieląc tłuszcze. Tutaj potrzebujemy glikogenu.

Jest jeszcze jedna ważna różnica. Glikogen wiąże dużo wody. Około 3 g wody na 1 g glikogenu. Oznacza to, że na 1 kg glikogenu to już 3 kg wody. Nieoptymalne... Z tłuszczem jest łatwiej. Cząsteczki lipidów (tłuszcze = lipidy), w których magazynowana jest energia, nie są naładowane, w przeciwieństwie do cząsteczek wody i glikogenu. Takie cząsteczki nazywane są hydrofobowymi (dosłownie boją się wody). Cząsteczki wody są spolaryzowane. Tak to wygląda.

Zasadniczo dodatnio naładowane atomy wodoru oddziałują z ujemnie naładowanymi atomami tlenu. Okazuje się, że jest to stabilny i korzystny energetycznie stan.
Teraz wyobraź sobie cząsteczki lipidów. Nie są naładowane i nie mogą normalnie oddziaływać ze spolaryzowanymi cząsteczkami wody. Dlatego mieszanina lipidów z wodą jest energetycznie niekorzystna. Cząsteczki lipidów nie są w stanie adsorbować wody, tak jak glikogen. „Zlepiają się” w tzw. krople lipidowe, otoczone błoną fosfolipidów (jedna ich strona jest naładowana i skierowana jest do wody z zewnątrz, druga nie jest naładowana i patrzy na lipidy kropli). W rezultacie mamy stabilny system, który skutecznie magazynuje lipidy i nic więcej.

Dobra, odkryliśmy formy magazynowania energii. Co się z nią dalej dzieje? Tutaj oddzieliliśmy cząsteczkę glukozy od glikogenu. Zmienił to w energię. Co to znaczy?
Zróbmy małą dygresję.

W komórce na sekundę zachodzi około 1 000 000 000 reakcji. Podczas reakcji jedna substancja przekształca się w inną. Co wtedy dzieje się z jego energią wewnętrzną? Może się zmniejszać, zwiększać lub pozostać bez zmian. Jeśli maleje -> energia jest uwalniana. Jeśli wzrasta -> musisz pobierać energię z zewnątrz. Organizm zwykle łączy takie reakcje. Oznacza to, że energia uwolniona podczas jednej reakcji jest wykorzystywana do przeprowadzenia drugiej.

Tak więc w organizmie znajdują się specjalne związki, makroergy, które są w stanie gromadzić i przenosić energię podczas reakcji. W ich składzie występuje jedno lub kilka wiązań chemicznych, w których gromadzi się ta energia. Teraz możemy wrócić do glukozy. Energia uwolniona podczas jego rozpadu będzie magazynowana w wiązaniach tych makroergów.

Weźmy przykład.

Najczęstszym makroergiem (walutą energetyczną) komórki jest ATP (trójfosforan adenozyny).

Wygląda tak.

Składa się z zasady azotowej adeniny (jednej z 4 używanych do kodowania informacji w DNA), cukru rybozy i trzech reszt kwasu fosforowego (a zatem trójfosforanu adenozyny). Energia jest magazynowana w wiązaniach między resztami kwasu fosforowego. Wraz z eliminacją jednej reszty kwasu fosforowego powstaje ADP (difosforan adenozyny). ADP może uwolnić energię poprzez oderwanie innej pozostałości i przekształcenie w AMP (MONOfosforan adenozyny). Ale wydajność oddzielonej drugiej reszty jest znacznie niższa. Dlatego zwykle organizm stara się ponownie uzyskać ATP z ADP. Dzieje się tak. Podczas rozpadu glukozy uwolniona energia jest wydawana na tworzenie wiązania między dwiema resztami kwasu fosforowego i tworzenie ATP. Proces jest wieloetapowy i na razie go pominiemy.

Powstały ATP jest uniwersalnym źródłem energii. Jest stosowany we wszystkim, od syntezy białek (połączenie aminokwasów wymaga energii) po pracę mięśni. Białka motoryczne odpowiedzialne za skurcze mięśni wykorzystują energię zmagazynowaną w ATP do zmiany ich konformacji. Zmiana konformacyjna to reorientacja jednej części dużej cząsteczki względem innej. Wygląda tak.

Oznacza to, że energia wiązań chemicznych jest przekształcana w energię mechaniczną. Oto prawdziwe przykłady białek, które wykorzystują ATP do wykonywania swojej pracy.

Poznaj to jest miozyna. białko motoryczne. Wykonuje ruch dużych formacji wewnątrzkomórkowych i bierze udział w skurczu mięśni. Należy pamiętać, że ma dwie „nogi”. Wykorzystując energię zmagazynowaną w 1 cząsteczce ATP przeprowadza jedną zmianę konformacyjną, a właściwie jeden krok. Najbardziej obrazowy przykład konwersji energii chemicznej ATP na energię mechaniczną.

Drugim przykładem jest pompa Na/K. W pierwszym etapie wiąże trzy cząsteczki Na i jedną ATP. Wykorzystując energię ATP zmienia swoją konformację, wyrzucając Na poza komórkę. Następnie wiąże dwie cząsteczki potasu i wracając do swojej pierwotnej konformacji przenosi potas do komórki. Rzecz jest niezwykle ważna, pozwala utrzymać poziom wewnątrzkomórkowego Na w normie.

Ale tak poważnie to:

Pauza. Dlaczego potrzebujemy ATP? Dlaczego nie możemy bezpośrednio wykorzystać energii zmagazynowanej w glukozie? Banalne, jeśli utlenisz glukozę do CO2 na raz, natychmiast uwolni się bardzo duża ilość energii. I większość z nich rozproszy się w postaci ciepła. Dlatego reakcja jest podzielona na etapy. Na każdym uwalnia się trochę energii, jest ona magazynowana, a reakcja trwa, aż substancja zostanie całkowicie utleniona.

Pozwól mi to podsumować. Energia jest magazynowana w tłuszczach i węglowodanach. Szybciej można go wydobyć z węglowodanów, ale więcej można zmagazynować w tłuszczach. Do przeprowadzania reakcji komórka wykorzystuje związki wysokoenergetyczne, w których zmagazynowana jest energia rozkładu tłuszczów, węglowodanów itp.… Głównym takim związkiem w komórce jest ATP. W rzeczywistości, weź to i używaj. Jednak nie jedyny. Ale o tym później.

PS Starałem się maksymalnie uprościć materiał, przez co pojawiły się pewne nieścisłości. Proszę gorliwych biologów o wybaczenie.

Tagi: Dodaj tagi

Kiedy zapoznajesz się z podstawowymi dziełami ludzkości, często myślisz sobie, że wraz z rozwojem nauki pojawia się więcej pytań niż odpowiedzi. W latach 80. i 90. XX wieku biologia molekularna i genetyka poszerzyły naszą wiedzę na temat komórek i interakcji komórkowych. Wyodrębniono całą klasę czynników komórkowych regulujących interakcje międzykomórkowe. Jest to ważne dla zrozumienia funkcjonowania wielokomórkowego organizmu człowieka, a zwłaszcza komórek układu odpornościowego. Ale każdego roku biolodzy odkrywają coraz więcej tych czynników międzykomórkowych i coraz trudniej jest odtworzyć obraz całego organizmu. Pytań jest więc więcej niż odpowiedzi.

Niewyczerpalność ludzkiego ciała i ograniczone możliwości jego badania prowadzą do wniosku, że konieczne są natychmiastowe i późniejsze priorytety badawcze. Takim priorytetem jest dziś energia komórek żywego organizmu ludzkiego. Niedostateczna wiedza na temat wytwarzania energii i wymiany energii w komórkach organizmu staje się przeszkodą w poważnych badaniach naukowych.

Komórka jest podstawową jednostką strukturalną organizmu: wszystkie narządy i tkanki składają się z komórek. Trudno liczyć na sukces leków lub metod nielekowych, jeśli są one opracowywane bez wystarczającej wiedzy na temat energii komórkowej i międzykomórkowych interakcji energetycznych. Można podać wystarczająco dużo przykładów tam, gdzie szeroko stosowane i zalecane środki zaradcze są szkodliwe dla zdrowia.

W opiece zdrowotnej dominuje podejście merytoryczne. Substancja jest substancją. Logika uzdrawiania jest niezwykle prosta: dostarczać organizmowi niezbędnych substancji (wody, pożywienia, witamin, pierwiastków śladowych i w razie potrzeby leków) oraz usuwać z organizmu produkty przemiany materii (odchody, nadmiar tłuszczów, soli, toksyn itp.) .). Ekspansja leków nadal triumfuje. Nowe pokolenia ludzi w wielu krajach stają się dobrowolnymi uczestnikami zakrojonego na szeroką skalę eksperymentu. Przemysł farmaceutyczny potrzebuje nowych pacjentów. Ludzi zdrowych jest jednak coraz mniej.

Twórca popularnego poradnika o narkotykach został kiedyś zapytany o to, ile narkotyków osobiście musiał wypróbować. Żadne, brzmiała odpowiedź. Najwyraźniej ten inteligentny człowiek miał genialną wiedzę na temat biochemii komórki i potrafił ją dobrze wykorzystać w życiu.

Wyobraźmy sobie miniaturową cząsteczkę żywej materii w postaci elipsoidy, dysku, kuli o średnicy około 8-15 mikronów (µm), która jest jednocześnie najbardziej złożonym układem samoregulującym. Nazywa się zwykłą żywą komórkę zróżnicowaną, jakby podkreślając, że wiele elementów składających się na jej skład jest wyraźnie oddzielonych względem siebie. Pojęcie „komórki niezróżnicowanej” z reguły odnosi się do zmodyfikowanej, na przykład komórki rakowej. Zróżnicowane komórki różnią się nie tylko budową, metabolizmem wewnętrznym, ale także specjalizacją, np. komórki nerek, wątroby, serca.

Ogólnie komórka składa się z trzech elementów: błony komórkowej, cytoplazmy, jądra. Skład błony komórkowej z reguły obejmuje trzy-, czterowarstwową błonę i zewnętrzną powłokę. Dwie warstwy błony składają się z lipidów (tłuszczów), z których większość to tłuszcze nienasycone - fosfolipidy. Błona komórkowa ma bardzo złożoną budowę i różnorodne funkcje. Różnica potencjałów po obu stronach membrany może wynosić kilkaset miliwoltów. Zewnętrzna powierzchnia membrany zawiera ujemny ładunek elektryczny.

Zwykle komórka ma jedno jądro. Chociaż istnieją komórki, które mają dwa lub więcej jąder. Funkcją jądra jest przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych, na przykład podczas podziału komórki, a także kontrolowanie wszystkich procesów fizjologicznych w komórce. Jądro zawiera cząsteczki DNA, które niosą kod genetyczny komórki. Jądro otoczone jest dwuwarstwową błoną.

Cytoplazma stanowi większość komórki i jest płynem komórkowym, w którym znajdują się organelle i inkluzje. Organelle są stałymi składnikami cytoplazmy, które pełnią określone ważne funkcje. Spośród nich najbardziej interesują nas mitochondria, które czasami nazywane są elektrowniami komórkowymi. Każde mitochondrium ma dwa systemy membranowe: zewnętrzną i wewnętrzną. Błona zewnętrzna jest gładka, lipidy i białka są w niej jednakowo reprezentowane. Błona wewnętrzna należy do najbardziej złożonych rodzajów systemów membranowych w organizmie człowieka. Zawiera wiele fałd, zwanych przegrzebkami (cristae), dzięki którym znacznie zwiększa się powierzchnia błony. Błonę tę można przedstawić jako zestaw wypustek w kształcie grzyba skierowanych do wewnętrznej przestrzeni mitochondriów. Na mitochondrium przypada od 10 do 4-10 do 5 takich odrostów.

Ponadto w wewnętrznej błonie mitochondrialnej jest 50-60 więcej enzymów, całkowita liczba cząsteczek różnych typów sięga 80. Wszystko to jest niezbędne do utleniania chemicznego i metabolizmu energetycznego. Wśród właściwości fizycznych tej membrany należy zwrócić uwagę na wysoki opór elektryczny, który jest charakterystyczny dla tzw. membran sprzęgających, które są zdolne do akumulacji energii jak dobry kondensator. Różnica potencjałów po obu stronach wewnętrznej błony mitochondrialnej wynosi około 200-250 mV.

Można sobie wyobrazić, jak złożona jest komórka, jeśli na przykład komórka wątroby hepatocytu zawiera około 2000 mitochondriów. Ale w komórce jest wiele innych organelli, setki enzymów, hormonów i innych złożonych substancji. Każda organella ma swój własny zestaw substancji; przeprowadzane są w niej pewne procesy fizyczne, chemiczne i biochemiczne. Substancje w przestrzeni cytoplazmatycznej znajdują się w tym samym stanie dynamicznym, nieustannie wymieniają się z organellami i ze środowiskiem zewnętrznym komórki poprzez jej błonę.

Przepraszam Czytelnika Niespecjalistę za szczegóły techniczne, ale wiedza o komórce jest przydatna dla każdej osoby, która chce być zdrowa. Musimy podziwiać ten cud natury i jednocześnie brać pod uwagę słabości komórki podczas leczenia. Zaobserwowałem, że zwykła analginka doprowadziła do obrzęku tkanek u młodej, zdrowej osoby. To niesamowite, jak bez zastanowienia, z jaką łatwością inni połykają tabletki!

Zrozumienie złożoności funkcjonowania komórek nie będzie pełne, jeśli nie będziemy mówić o energii komórek. Energia w komórce jest wydawana na wykonywanie różnych prac: mechanicznych - ruch płynu, ruch organelli; chemiczna - synteza złożonych substancji organicznych; elektryczne - tworzenie różnicy potencjałów elektrycznych na błonach plazmatycznych; osmotyczny - transport substancji do komórki iz powrotem. Nie stawiając sobie zadania wyliczenia wszystkich procesów, ograniczamy się do dobrze znanego stwierdzenia: bez wystarczającego zaopatrzenia w energię nie można osiągnąć pełnego funkcjonowania komórki.

Skąd komórka czerpie potrzebną energię? Zgodnie z teoriami naukowymi energia chemiczna składników odżywczych (węglowodanów, tłuszczów, białek) jest zamieniana na energię makroergicznych (zawierających dużo energii) wiązań adenozynotrójfosforanu (ATP). Procesy te zachodzą w mitochondriach komórek głównie w cyklu kwasów trójkarboksylowych (cykl Krebsa) oraz podczas fosforylacji oksydacyjnej. Energia zmagazynowana w ATP jest łatwo uwalniana w przypadku zerwania wiązań makroergicznych, w wyniku czego następuje zużycie energii w organizmie.

Jednak idee te nie pozwalają na obiektywną ocenę ilościowej i jakościowej charakterystyki zaopatrzenia w energię i wymiany energii w tkankach, a także stanu energii komórkowej i interakcji międzykomórkowych. Należy zwrócić uwagę na najważniejsze pytanie (G. N. Petrakovich), na które tradycyjna teoria nie może odpowiedzieć: z powodu jakich czynników zachodzi interakcja międzykomórkowa? W końcu ATP jest tworzone i zużywane, uwalniając energię, wewnątrz mitochondriów.

Tymczasem jest wystarczająco dużo powodów, by wątpić w dobrostan zaopatrzenia w energię narządów, tkanek, komórek. Można nawet wprost stwierdzić, że dana osoba nie jest pod tym względem bardzo doskonała. Świadczy o tym zmęczenie, którego wielu doświadcza każdego dnia i które zaczyna denerwować osobę od dzieciństwa.

Z obliczeń wynika, że ​​gdyby energia w organizmie produkowana była w wyniku tych procesów (cykl Krebsa i fosforylacja oksydacyjna), to przy małym obciążeniu deficyt energetyczny wyniósłby 30-50%, a przy dużym obciążeniu ponad 90%. Potwierdzają to badania amerykańskich naukowców, którzy doszli do wniosku, że mitochondria nie funkcjonują prawidłowo w zakresie dostarczania człowiekowi energii.

Pytania o energię komórek i tkanek zapewne długo leżałyby na poboczu drogi, wzdłuż której powoli posuwa się medycyna teoretyczna i praktyczna, gdyby nie dwa zdarzenia. Mówimy o Nowej Hipotezie Oddychania i odkryciu Oddychania Endogennego.

W reakcjach chemicznych, gdy tworzą się wiązania między prostymi cząsteczkami, energia jest zużywana, a po zerwaniu energia jest uwalniana.

W procesie fotosyntezy w roślinach zielonych energia światła słonecznego jest zamieniana na energię wiązań chemicznych zachodzących między cząsteczkami dwutlenku węgla i wody. Powstaje cząsteczka glukozy: CO 2 + H 2 O + Q (energia) \u003d C 6 H 12 O 6.

Glukoza jest głównym źródłem energii dla ludzi i większości zwierząt.

Proces asymilacji tej energii nazywany jest „fosforylacją oksydacyjną”. Energia (Q) uwolniona podczas utleniania jest natychmiast wykorzystywana do fosforylacji kwasu adenozynodifosforowego (ADP):

ADP+P+Q (energia)=ATP

Okazuje się, że jest to „uniwersalna waluta energetyczna” komórki kwasu adenozynotrójfosforowego (ATP). Może być używany w dowolnym momencie do dowolnej pracy przydatnej dla organizmu lub do ocieplenia.

ATP®ADP+P+Q (energia)

Proces utleniania glukozy przebiega dwuetapowo.

1. Utlenianie beztlenowe (beztlenowe) lub glikoliza zachodzi na gładkiej retikulum endoplazmatycznym komórki. W rezultacie glukoza jest rozdzierana na 2 części, a uwolniona energia wystarcza do syntezy dwóch cząsteczek ATP.

2. Utlenianie tlenowe (tlenowe). Dwie części glukozy (2 cząsteczki kwasu pirogronowego) w obecności tlenu kontynuują szereg reakcji oksydacyjnych. Etap ten odbywa się na mitochondriach i prowadzi do dalszego rozpadu cząsteczek i uwolnienia energii.

W wyniku drugiego etapu utleniania jednej cząsteczki glukozy powstaje 6 cząsteczek dwutlenku węgla, 6 cząsteczek wody oraz energia, która wystarcza do syntezy 36 cząsteczek ATP.

Jako substraty do utleniania w drugim etapie mogą być użyte nie tylko cząsteczki otrzymane z glukozy, ale także cząsteczki otrzymane w wyniku utleniania lipidów, białek, alkoholi i innych energochłonnych związków.

Aktywna forma kwasu octowego - A-CoA (acetylo-koenzym A lub acetylo-koenzym A) jest produktem pośrednim utleniania wszystkich tych substancji (glukozy, aminokwasów, kwasów tłuszczowych i innych).

A-CoA jest punktem przecięcia metabolizmu węglowodanów, białek i lipidów.

Przy nadmiarze glukozy i innych substratów przenoszących energię organizm zaczyna je odkładać. W tym przypadku glukoza jest utleniana w zwykły sposób do kwasu mlekowego i pirogronowego, a następnie do A-CoA. Ponadto A-CoA staje się podstawą do syntezy kwasów tłuszczowych i cząsteczek tłuszczu, które odkładają się w podskórnej tkance tłuszczowej. Wręcz przeciwnie, przy braku glukozy jest syntetyzowana z białek i tłuszczów poprzez A-CoA (glukoneogeneza).

W razie potrzeby można również uzupełnić zapasy aminokwasów innych niż niezbędne do budowy niektórych białek.

ATP jest głównym nośnikiem energii w komórce. Do realizacji jakichkolwiek przejawów życiowej aktywności komórek potrzebna jest energia. Organizmy autotroficzne otrzymują początkową energię ze słońca podczas reakcji fotosyntezy, podczas gdy organizmy heterotroficzne wykorzystują związki organiczne z pożywienia jako źródło energii. Energia jest magazynowana przez komórki w wiązaniach chemicznych cząsteczek ATP ( adenozynotrifosforan), które są nukleotydem składającym się z trzech grup fosforanowych, reszty cukrowej (rybozy) i reszty zasady azotowej (adeniny).

Wiązanie między resztami fosforanowymi nazywa się makroergicznym, ponieważ po zerwaniu uwalniana jest duża ilość energii. Zwykle komórka pobiera energię z ATP, usuwając tylko końcową grupę fosforanową. W tym przypadku powstaje ADP (difosforan adenozyny), kwas fosforowy i uwalniane jest 40 kJ / mol.

Cząsteczki ATP pełnią rolę uniwersalnej karty przetargowej komórki. Dostarczane są one na miejsce energochłonnego procesu, czy to enzymatycznej syntezy związków organicznych, pracy molekularnych białek motorycznych czy białek transportujących błonę, itp. Odwrotna synteza cząsteczek ATP odbywa się poprzez przyłączenie grupy fosforanowej do ADP z pochłanianiem energii. Magazynowanie energii w postaci ATP przez komórkę odbywa się w trakcie reakcji metabolizmu energetycznego. Jest to ściśle związane z metabolizmem plastycznym, podczas którego komórka wytwarza niezbędne do funkcjonowania związki organiczne.

Wymiana substancji i energii w komórce (metabolizm).

Metabolizm odnosi się do całości wszystkich powiązanych ze sobą reakcji metabolizmu plastycznego i energetycznego. W komórkach nieustannie zachodzi synteza węglowodanów, złożonych tłuszczów i kwasów nukleinowych. Jednym z najważniejszych procesów metabolizmu tworzyw sztucznych jest biosynteza białek. Synteza związków w trakcie reakcji wymiany plastycznej jest zawsze energochłonna i przebiega przy nieodzownym udziale ATP.

Jednym ze źródeł energii do powstania ATP jest enzymatyczny rozkład wchodzących do komórki związków organicznych (białek, tłuszczów i węglowodanów). Proces ten uwalnia energię, która jest magazynowana w ATP. Rozszczepianie glukozy odgrywa szczególną rolę w metabolizmie energetycznym komórki. Cukier ten jest syntetyzowany w wyniku reakcji fotosyntezy i może gromadzić się w komórkach w postaci polisacharydów: skrobi i glikogenu. W razie potrzeby polisacharydy rozkładają się, a cząsteczki glukozy przechodzą szereg kolejnych przemian.

Pierwszy etap, zwany glikolizą, zachodzi w cytoplazmie komórek i nie wymaga tlenu. W wyniku kolejnych reakcji z udziałem enzymów glukoza rozkłada się na dwie cząsteczki kwas pirogronowy. W tym przypadku zaangażowane są dwie cząsteczki ATP, a energia uwalniana podczas rozszczepiania wiązań chemicznych wystarcza do wytworzenia czterech cząsteczek ATP. W rezultacie wydajność energetyczna glikolizy jest niewielka i wynosi dwie cząsteczki ATP:

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 4 O 3 + 4H + + 2ATP

W warunkach beztlenowych (przy braku tlenu) dalsze przemiany są związane z różnymi typami fermentacja.

Każdy wie fermentacja mlekowa(kwaśnienie mleka), które ma miejsce w wyniku działania grzybów i bakterii kwasu mlekowego. Jest podobny w mechanizmie do glikolizy, tylko produktem końcowym jest tutaj kwas mlekowy. Ten rodzaj fermentacji zachodzi w komórkach z niedoborem tlenu, np. w intensywnie pracujących mięśniach. blisko nabiału fermentacja alkoholowa. Jedyną różnicą jest to, że produktami fermentacji alkoholowej są alkohol etylowy i dwutlenek węgla.

Kolejny etap, podczas którego kwas pirogronowy utlenia się do dwutlenku węgla i wody, to tzw oddychania komórkowego. Reakcje związane z oddychaniem zachodzą w mitochondriach komórek roślinnych i zwierzęcych i tylko w obecności tlenu. W środowisku wewnętrznym mitochondriów zachodzi szereg przemian chemicznych, aż do produktu końcowego – dwutlenku węgla. Jednocześnie na różnych etapach tego procesu powstają pośrednie produkty rozkładu substancji wyjściowej z eliminacją atomów wodoru. Atomy wodoru z kolei biorą udział w szeregu innych reakcji chemicznych, których efektem jest uwolnienie energii i jej „zachowanie” w wiązaniach chemicznych ATP oraz powstawanie cząsteczek wody. Staje się jasne, że właśnie w celu związania odszczepionych atomów wodoru potrzebny jest tlen. Ta seria przemian chemicznych jest dość złożona i zachodzi przy udziale wewnętrznych błon mitochondriów, enzymów i białek nośnikowych.

Oddychanie komórkowe ma niezwykle wysoką wydajność. Następuje synteza energii 30 cząsteczek ATP, podczas glikolizy powstają jeszcze dwie cząsteczki, aw wyniku przemian produktów glikolizy na błonach mitochondrialnych powstaje sześć cząsteczek ATP. Łącznie w wyniku utlenienia jednej cząsteczki glukozy powstaje 38 cząsteczek ATP:

C 6H 12O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2O + 38ATP

Mitochondria przechodzą końcowe etapy utleniania nie tylko cukrów, ale także innych związków organicznych - białek i lipidów. Substancje te są wykorzystywane przez komórki, głównie wtedy, gdy kończy się podaż węglowodanów. Najpierw zużywany jest tłuszcz, podczas którego utleniania uwalnia się znacznie więcej energii niż z równej objętości węglowodanów i białek. Dlatego tłuszcz u zwierząt jest główną „rezerwą strategiczną” zasobów energetycznych. W roślinach skrobia pełni rolę rezerwy energii. Podczas przechowywania zajmuje znacznie więcej miejsca niż równoważna energetycznie ilość tłuszczu. Dla roślin nie jest to przeszkodą, ponieważ są nieruchome i nie noszą na sobie rezerw, jak zwierzęta. Energię z węglowodanów można pozyskać znacznie szybciej niż z tłuszczów. Białka pełnią wiele ważnych funkcji w organizmie, dlatego biorą udział w metabolizmie energetycznym dopiero wtedy, gdy zasoby cukrów i tłuszczów zostaną wyczerpane, na przykład podczas długotrwałego głodu.

Fotosynteza. Fotosynteza to proces, podczas którego energia światła słonecznego jest zamieniana na energię wiązań chemicznych związków organicznych. W komórkach roślinnych procesy związane z fotosyntezą zachodzą w chloroplastach. Wewnątrz tej organelli znajdują się układy membran, w których osadzone są pigmenty wychwytujące energię promieniowania słonecznego. Głównym pigmentem fotosyntezy jest chlorofil, który pochłania głównie promienie niebieskie i fioletowe, a także czerwone promienie widma. Zielone światło jest odbijane, więc sam chlorofil i zawierające go części roślin wydają się zielone.

Rozróżnij chlorofile A, B, C, D, których wzory mają niewielkie różnice. Głównym jest chlorofil. A Bez niej fotosynteza jest niemożliwa. Pozostałe chlorofile, zwane pomocniczymi, są w stanie wychwycić światło o nieco innej długości fali niż chlorofil. A, który rozszerza widmo absorpcji światła podczas fotosyntezy. Tę samą rolę odgrywają karotenoidy, które postrzegają kwanty światła niebieskiego i zielonego. W różnych grupach organizmów roślinnych rozmieszczenie dodatkowych chlorofili nie jest takie samo jak w taksonomii.

Właściwe wychwytywanie i przekształcanie energii promieniowania następuje podczas faza światła. Pochłaniając kwanty światła, chlorofil przechodzi w stan wzbudzony i staje się donorem elektronów. Jego elektrony są przenoszone z jednego kompleksu białkowego do drugiego wzdłuż łańcucha transportu elektronów. Białka tego łańcucha, podobnie jak pigmenty, są skoncentrowane na wewnętrznej błonie chloroplastów. Kiedy elektron przechodzi przez łańcuch nośny, traci energię, która jest wykorzystywana do syntezy ATP.

Pod wpływem światła słonecznego w chloroplastach cząsteczki wody również ulegają rozszczepieniu - fotolizie, podczas gdy pojawiają się elektrony, które kompensują ich utratę przez chlorofil; jako produkt uboczny, produkujący tlen.

Tak więc funkcjonalne znaczenie fazy lekkiej polega na syntezie ATP i NADP·H poprzez zamianę energii świetlnej na energię chemiczną.

Ze wszystkich pigmentów, które wychwytują kwanty światła, tylko chlorofil A zdolne do przenoszenia elektronów do łańcucha transportowego. Pozostałe pigmenty najpierw przenoszą energię elektronów wzbudzonych przez światło do chlorofilu A, a opisany powyżej łańcuch reakcji fazy lekkiej już się od niego zaczyna.

Do realizacji ciemna faza Fotosynteza nie wymaga światła. Istota zachodzących tu procesów polega na tym, że cząsteczki otrzymane w fazie lekkiej są wykorzystywane w szeregu reakcji chemicznych, które „wiążą” CO 2 w postaci węglowodanów. Wszystkie reakcje fazy ciemnej zachodzą wewnątrz chloroplastów, a substancje uwalniane podczas „wiązania” dwutlenku węgla są ponownie wykorzystywane w reakcjach fazy jasnej.

Ogólne równanie fotosyntezy to:

6CO 2 + 6H 2 O - → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Związek i jedność procesów wymiany plastycznej i energetycznej. Procesy syntezy ATP zachodzą w cytoplazmie (glikoliza), w mitochondriach (oddychanie komórkowe) oraz w chloroplastach (fotosynteza). Wszystkie reakcje zachodzące podczas tych procesów są reakcjami wymiany energii. Energia zmagazynowana w postaci ATP jest wydatkowana w reakcjach metabolizmu plastycznego na produkcję niezbędnych do życia komórki białek, tłuszczów, węglowodanów i kwasów nukleinowych. Zauważ, że ciemna faza fotosyntezy to łańcuch reakcji wymiany plastycznej, a faza jasna to energia.