KYSLÍK

KYSLÍK: ŽIVOTNÁ POTREBA

A "INTELIGENTNÝ VRAH"

KYSLÍK AKO VITÁLNA POTREBA

Kyslík je najdôležitejšia látka tela, absolútne nevyhnutná pre život ľudí a zvierat. Kyslík je zdrojom života pre všetky bunky. Bez nej nemôžeme žiť ani pár minút. Kyslík je potrebný predovšetkým na výrobu energie v bunkách. K tomu dochádza v takzvanom dýchacom reťazci vo vnútornej membráne mitochondrií. Práve tu vzniká hlavné zloženie molekuly univerzálnej energie ATP. Bez kyslíka nie je žiadna energia a bez energie nie je možná žiadna práca, či už sa vykonáva biochemickými alebo svalovými prostriedkami.

AKO BUNKY DODÁVAJÚ ENERGIU

Doktor Otto Warburg bol dvakrát ocenený Nobelovou cenou za výskum veľkého významu kyslíka v živote buniek. Stručne povedané, jeho závery sú nasledovné.

Zdravé bunky rozkladajú sacharidy, ktoré prijímajú, na glukózu. Glukóza sa ukladá v tele. Keď bunky potrebujú energiu, rozkladajú glukózu prostredníctvom reťazca chemických reakcií, ktorých posledný krok vyžaduje kyslík. To produkuje energiu uloženú vo forme ATP, energetickej molekuly buniek.

V procese dýchania sa kyslík dostáva do pľúc, kde sa vstrebáva do krvi a prenáša sa do miliárd buniek v tele. Nosičom je hemoglobín červených krviniek. Kyslík, ktorý sa dostal k bunkám, sa spotrebuje na premenu prijatej potravy za tvorby ATP, tepla a vody. Ako

čím väčšia je naša potreba tepla alebo energie, tým intenzívnejšia je absorpcia kyslíka.

Živiny slúžia ako palivo na výrobu energie v tele a kyslík zabezpečuje spaľovanie tohto paliva. Tento proces spaľovania sa nazýva oxidácia a palivom sú predovšetkým sacharidy, ktoré sa oxidujú (spaľujú) za účasti kyslíka. Preto bunky potrebujú neprerušovaný a dostatočný prísun kyslíka. Iba v tomto prípade budú fungovať normálne, zostanú zdravé a dodajú telu energiu.

Krv sa skladá z troch hlavných zložiek: plazma, červené a biele krvinky. Plazma obsahuje všetky látky potrebné pre bunky, najmä kyslík. Bunky ľudského tela však na rozdiel od rýb, ktorým k životu stačí neviazaný kyslík krvnej plazmy, potrebujú viac kyslíka, ako je plazma schopná dodať. Túto potrebu napĺňajú červené krvinky, ktoré sú dôležité práve preto, že dokážu transportovať veľké množstvo kyslíka do rôznych telesných tkanív.

Je však dôležité vedieť, že červené krvinky prijímajú kyslík z plazmy, prenášajú ho do kapilár, kde sa kyslík uvoľňuje do plazmy a transportuje sa cez bunkové membrány na využitie v metabolizme prebiehajúcom v bunkách. Je preto logické predpokladať, že ak je možné zvýšiť množstvo kyslíka v plazme, zvýši sa aj množstvo kyslíka, ktoré sa dostane do buniek.

Pre normálny transport kyslíka do buniek cez bunkové membrány je nevyhnutné určité prostredie v extracelulárnej tekutine. Telo reguluje svoje zloženie s vysokou presnosťou. Toto prostredie musí mať potrebnú rovnováhu tekutín, minerálov a elektrolytov, pH, proteínov, osmotického tlaku atď. a musí byť očistené od toxických metabolitov, aby sa uľahčil prenos kyslíka do buniek. Rôzne porušenia tejto rovnováhy v extracelulárnej tekutine vedú k hladovaniu buniek kyslíkom. To je príčinou väčšiny chorôb.

Akákoľvek vlastnosť živého a akýkoľvek prejav života je spojený s určitými chemickými reakciami v bunke. Tieto reakcie idú buď s nákladmi, alebo s uvoľnením energie. Celý súbor procesov premeny látok v bunke, ako aj v tele, sa nazýva metabolizmus.

Anabolizmus

Bunka v procese života udržiava stálosť svojho vnútorného prostredia, nazývaného homeostáza. K tomu syntetizuje látky v súlade so svojou genetickou informáciou.

Ryža. 1. Schéma metabolizmu.

Táto časť metabolizmu, pri ktorej vznikajú makromolekulové zlúčeniny charakteristické pre danú bunku, sa nazýva plastický metabolizmus (asimilácia, anabolizmus).

Anabolické reakcie zahŕňajú:

• syntéza bielkovín z aminokyselín;
• tvorba škrobu z glukózy;
• fotosyntéza;
• syntéza tukov z glycerolu a mastných kyselín.

Tieto reakcie sú možné len s vynaložením energie. Ak sa vonkajšia (svetelná) energia vynakladá na fotosyntézu, potom na zvyšok - zdroje bunky.

TOP 4 článkyktorí čítajú spolu s týmto

Množstvo energie vynaloženej na asimiláciu je väčšie ako množstvo energie uložené v chemických väzbách, pretože časť energie sa používa na reguláciu procesu.

Katabolizmus

Druhou stranou metabolizmu a premeny energie v bunke je energetický metabolizmus (disimilácia, katabolizmus).

Katabolické reakcie sú sprevádzané uvoľňovaním energie.
Tento proces zahŕňa:

• dych;
• štiepenie polysacharidov na monosacharidy;
• rozklad tukov na mastné kyseliny a glycerol a ďalšie reakcie.

Ryža. 2. Procesy katabolizmu v bunke.

Vzťah výmenných procesov

Všetky procesy v bunke spolu úzko súvisia, ako aj s procesmi v iných bunkách a orgánoch. Premeny organických látok závisia od prítomnosti anorganických kyselín, makro- a mikroprvkov.

Procesy katabolizmu a anabolizmu prebiehajú v bunke súčasne a sú to dve opačné zložky metabolizmu.

Metabolické procesy sú spojené s určitými bunkovými štruktúrami:

• dych- s mitochondriami;
• Syntézy bielkovín- s ribozómami;
• fotosyntéza- s chloroplastmi.

Bunka nie je charakterizovaná jednotlivými chemickými procesmi, ale pravidelným poradím, v ktorom sa uskutočňujú. Metabolické regulátory sú enzýmové proteíny, ktoré riadia reakcie a menia ich intenzitu.

ATP

Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP) hrá špeciálnu úlohu v metabolizme. Ide o kompaktné zariadenie na uchovávanie chemickej energie používané na fúzne reakcie.

Ryža. 3. Schéma štruktúry ATP a jeho premena na ADP.

ATP vďaka svojej nestabilite tvorí molekuly ADP a AMP (di- a monofosfát) s uvoľnením veľkého množstva energie na asimilačné procesy.

Energia uvoľnená pri katabolických reakciách sa ukladá vo forme väzieb tzv makroergické. Hlavnou a univerzálnou molekulou na uchovávanie energie je ATP.

Všetky molekuly ATP v tele sa nepretržite zúčastňujú akýchkoľvek reakcií, neustále sa rozkladajú na ADP a znovu sa regenerujú. ATP má tri hlavné použitia, ktoré sa spolu s procesom tvorby AP nazývajú cyklus ATP.

HLAVNÉ ZDROJE ENERGIE V BUNKE

V bunke prebiehajú štyri hlavné procesy, ktoré zabezpečujú uvoľňovanie energie z chemických väzieb pri oxidácii látok a jej skladovaní:

1. Glykolýza (2. stupeň) - oxidácia molekuly glukózy na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej, za vzniku 2 molekúl ATP a NADH. Ďalej sa kyselina pyrohroznová premieňa na acetyl-SCoA za aeróbnych podmienok a na kyselinu mliečnu za anaeróbnych podmienok.

2. β-Oxidácia mastných kyselín (2. stupeň) - vznikajú tu oxidácie mastných kyselín na molekuly acetyl-SCoA, NADH a FADH2. Molekuly ATP "v čistej forme" nevznikajú.

3. Cyklus trikarboxylovej kyseliny(TsTK, stupeň 3) - oxidácia acetylovej skupiny (v zložení acetyl-SCoA) alebo iných ketokyselín na oxid uhličitý. Reakcie celého cyklu s

sa uskutočňujú vytvorením 1 molekuly GTP (čo je ekvivalentné jednej ATP), 3 molekúl NADH a 1 molekuly FADH2.

4. Oxidačná fosforylácia(fáza 3) - NADH a FADH 2 sú oxidované, semi-

chennye v reakciách katabolizmu glukózy a mastných kyselín. Enzýmy vnútornej membrány mitochondrií zároveň zabezpečujú tvorbu hlavného množstva bunkového ATP z ADP ( fosforylácia).

Hlavným spôsobom získania ATP v bunke je oxidatívna fosforylácia. Existuje však aj iný spôsob, ako fosforylovať ADP na ATP – fosforylácia substrátu. Táto metóda je spojená s prenosom makroergického fosfátu alebo energie makroergickej väzby látky (substrátu) na ADP. Takéto látky sú

metabolity glykolýzy(kyselina 1,3-difosfoglycerová, fosfoenolpyruvát),

cyklus trikarboxylových kyselín (sukcinyl-SCoA) a kreatínfosfát. Energia hydrolýzy ich makroergickej väzby je vyššia ako u ATP (7,3 kcal/mol) a úloha týchto látok sa redukuje na použitie ADP na fosforyláciu.

Je nemožné pochopiť, ako je ľudské telo usporiadané a „funguje“ bez toho, aby sme pochopili, ako prebieha metabolizmus v bunke. Každý živá bunka musí neustále vyrábať energiu. Potrebuje energiu na generovanie tepla a syntézu (vytvorenie) niektorých svojich životne dôležitých chemikálií, ako sú bielkoviny alebo dedičná látka. Energia bunka sa potrebuje pohnúť. telových buniek, schopné vykonávať pohyby, sa nazývajú svaly. Môžu sa zmenšiť. To dáva do pohybu naše ruky, nohy, srdce, črevá. Nakoniec je potrebná energia na vytvorenie elektrického prúdu: vďaka nej niektoré časti tela „komunikujú“ s ostatnými. A zabezpečiť komunikáciu medzi nimi predovšetkým nervových buniek.

Odkiaľ bunky získavajú energiu? Odpoveď znie: pomáha im to ATP. Poďme si to vysvetliť. Bunky spaľujú živiny a pri tom sa uvoľňuje určité množstvo energie. Používajú ho na syntézu špeciálnej chemikálie, ktorá uchováva potrebnú energiu. Táto látka je tzv adenosintrifosfátu(skrátene ATP). Pri rozklade molekuly ATP obsiahnutej v bunke sa uvoľní energia v nej nahromadená. Vďaka tejto energii môže bunka produkovať teplo, elektrinu, syntetizovať chemikálie alebo sa pohybovať. stručne povedané, ATP aktivuje celý "mechanizmus" bunky.

Takto sa odoberie tenký farebný kruh tkaniva hypofýza- mozgový prívesok veľkosti hrášku. Červené, žlté, modré, fialové a telové škvrny sú bunky s jadrami. Každý typ buniek hypofýzy vylučuje jeden alebo viac životne dôležitých hormónov.

Teraz si povedzme viac o tom, ako bunky získavajú ATP. Odpoveď už poznáme. Bunky spáliť živiny. Môžu to urobiť dvoma spôsobmi. Najprv spálite sacharidy, hlavne glukózu, v neprítomnosti kyslíka. V tomto prípade vzniká látka, ktorú chemici nazývajú kyselina pyrohroznová a samotný proces rozkladu sacharidov sa nazýva glykolýza. V dôsledku glykolýzy vzniká príliš málo ATP: rozklad jednej molekuly glukózy je sprevádzaný tvorbou iba dvoch molekúl ATP. Glykolýza je neefektívna – je to najstaršia forma získavania energie. Pamätajte, že život vznikol vo vode, teda v prostredí, kde bolo veľmi málo kyslíka.

po druhé, telových buniek spáliť kyselinu pyrohroznovú, tuky a bielkoviny za prítomnosti kyslíka. Všetky tieto látky obsahujú uhlík a vodík. V tomto prípade prebieha spaľovanie v dvoch fázach. Najprv bunka extrahuje vodík, potom okamžite začne rozkladať zvyšný uhlíkový rám a zbaví sa oxidu uhličitého - vyvedie ho von cez bunkovú membránu. V druhej fáze sa vodík extrahovaný zo živín spaľuje (oxiduje). Vzniká voda a uvoľňuje sa veľké množstvo energie. Bunkám stačí syntetizovať veľa molekúl ATP (pri oxidácii napr. dvoch molekúl kyseliny mliečnej, produktu redukcie kyseliny pyrohroznovej, vznikne 36 molekúl ATP).

Tento opis pôsobí sucho a abstraktne. V skutočnosti každý z nás videl, ako prebieha proces výroby energie. Pamätáte si televízne reportáže z kozmických prístavov o štartoch rakiet? Stúpajú do výšky kvôli neuveriteľnému množstvu energie uvoľnenej počas ... oxidácie vodíka, teda keď sa spáli v kyslíku.

Vesmírne rakety vysoké ako veža sa rútia do neba vďaka obrovskej energii, ktorá sa uvoľňuje pri spaľovaní vodíka v čistom kyslíku. Tá istá energia udržuje život v bunkách nášho tela. Iba v nich prebieha oxidačná reakcia v etapách. Navyše, po prvé, namiesto tepelnej a kinetickej energie naše bunky vytvárajú bunkové palivo. ATP.

Ich palivové nádrže sú naplnené kvapalným vodíkom a kyslíkom. Keď sa motory naštartujú, vodík začne oxidovať a obrovská raketa je rýchlo odnesená do neba. Možno sa to zdá neuveriteľné, ale stále: tá istá energia, ktorá vyletí vesmírnou raketou, tiež udržuje život v bunkách nášho tela.

Pokiaľ v článkoch nedôjde k výbuchu a nevypukne z nich snop plameňa. Oxidácia prebieha stupňovito, a preto namiesto tepelnej a kinetickej energie vznikajú molekuly ATP.