Một trong những vấn đề phức tạp nhất là sự hình thành, tích lũy và phân phối năng lượng trong tế bào.

Làm thế nào để một tế bào tạo ra năng lượng? Rốt cuộc, nó không có lò phản ứng hạt nhân, cũng không phải nhà máy điện, cũng không có nồi hơi, dù là cái nhỏ nhất. Nhiệt độ bên trong tế bào không đổi và rất thấp - không quá 40 °. Và mặc dù vậy, các tế bào xử lý một lượng chất như vậy và nhanh đến mức bất kỳ tổ hợp hiện đại nào cũng phải ghen tị với chúng.

Làm thế nào để điều này xảy ra? Tại sao năng lượng nhận được vẫn ở trong tế bào và không được giải phóng dưới dạng nhiệt? Làm thế nào để một tế bào lưu trữ năng lượng? Trước khi trả lời những câu hỏi này, cần phải nói rằng năng lượng đi vào tế bào không phải là năng lượng cơ học hay điện năng, mà là năng lượng hóa học chứa trong các chất hữu cơ. Tại thời điểm này, các định luật nhiệt động lực học phát huy tác dụng. Nếu năng lượng được chứa trong các hợp chất hóa học, thì nó phải được giải phóng bằng quá trình đốt cháy của chúng và đối với sự cân bằng nhiệt tổng thể, việc chúng cháy hết ngay lập tức hay dần dần không quan trọng. Ô chọn con đường thứ hai.

Để đơn giản, hãy so sánh tế bào với một "nhà máy điện". Đặc biệt đối với các kỹ sư, chúng tôi nói thêm rằng "nhà máy điện" của tế bào là nhiệt. Bây giờ chúng ta hãy thách thức các đại diện của ngành năng lượng tham gia một cuộc thi: ai sẽ nhận được nhiều năng lượng hơn từ nhiên liệu và sử dụng nó một cách tiết kiệm hơn - một tế bào hay bất kỳ nhà máy nhiệt điện nào tiết kiệm nhất?

Trong quá trình tiến hóa, tế bào đã tạo ra và cải tiến "nhà máy điện" của mình. Thiên nhiên đã chăm sóc tất cả các bộ phận của nó. Tế bào chứa "nhiên liệu", "động cơ-máy phát điện", "bộ điều chỉnh năng lượng", "trạm biến áp" và "đường dây truyền tải điện áp cao". Hãy xem tất cả trông như thế nào.

"Nhiên liệu" chính được đốt cháy bởi tế bào là carbohydrate. Đơn giản nhất trong số đó là glucose và fructose.

Từ thực hành y tế hàng ngày, người ta biết rằng glucose là một chất dinh dưỡng thiết yếu. Ở những bệnh nhân suy dinh dưỡng nặng, nó được tiêm tĩnh mạch, trực tiếp vào máu.

Các loại đường phức tạp hơn cũng được sử dụng làm nguồn năng lượng. Ví dụ, đường thông thường, có tên khoa học là "sucrose" và bao gồm 1 phân tử glucose và 1 phân tử fructose, có thể dùng làm nguyên liệu như vậy. Ở động vật, glycogen là nhiên liệu, một polymer bao gồm các phân tử glucose được liên kết trong một chuỗi. Trong thực vật, có một chất tương tự như glycogen - đây là loại tinh bột nổi tiếng. Cả glycogen và tinh bột đều là chất dự trữ. Cả hai đều bị hoãn lại cho một ngày mưa. Tinh bột thường được tìm thấy trong các bộ phận dưới lòng đất của cây, chẳng hạn như củ, giống như khoai tây. Ngoài ra còn có rất nhiều tinh bột trong tế bào thịt của lá cây (dưới kính hiển vi, các hạt tinh bột lấp lánh như những mảnh băng nhỏ).

Glycogen tích lũy ở động vật trong gan và được sử dụng từ đó khi cần thiết.

Tất cả phức tạp hơn glucose, đường phải được chia nhỏ thành "khối xây dựng" ban đầu của chúng - các phân tử glucose trước khi tiêu thụ. Có những enzym đặc biệt cắt, giống như kéo, chuỗi dài tinh bột và glycogen thành các monome riêng biệt - glucose và fructose.

Khi thiếu carbohydrate, thực vật có thể sử dụng axit hữu cơ trong "lò" của chúng - citric, malic, v.v.

Hạt có dầu nảy mầm tiêu thụ chất béo, chất béo này đầu tiên được phân hủy và sau đó chuyển hóa thành đường. Điều này có thể thấy từ thực tế là khi chất béo trong hạt được tiêu thụ, hàm lượng đường sẽ tăng lên.

Vì vậy, các loại nhiên liệu được liệt kê. Nhưng nó không có lợi cho lồng để đốt nó ngay lập tức.

Đường được đốt cháy trong tế bào về mặt hóa học. Quá trình đốt cháy bình thường là sự kết hợp của nhiên liệu với oxy, quá trình oxy hóa của nó. Nhưng đối với quá trình oxy hóa, một chất không nhất thiết phải kết hợp với oxy - nó bị oxy hóa khi các electron bị lấy đi khỏi nó dưới dạng nguyên tử hydro. Loại oxy hóa này được gọi là khử hydro("hydros" - hydro). Đường chứa nhiều nguyên tử hydro và chúng không được tách ra cùng một lúc mà lần lượt. Quá trình oxy hóa trong tế bào được thực hiện bởi một tập hợp các enzym đặc biệt giúp tăng tốc và định hướng quá trình oxy hóa. Tập hợp các enzym này và trình tự nghiêm ngặt trong công việc của chúng tạo thành cơ sở của bộ tạo năng lượng tế bào.

Quá trình oxy hóa trong các sinh vật sống được gọi là hô hấp, vì vậy chúng tôi sẽ sử dụng biểu thức dễ hiểu hơn này bên dưới. Hô hấp nội bào, được đặt tên tương tự như quá trình hô hấp sinh lý, có liên quan chặt chẽ với nó. Chúng ta sẽ nói nhiều hơn về các quá trình hô hấp sau.

Hãy tiếp tục so sánh một tế bào với một nhà máy điện. Bây giờ chúng ta cần tìm trong đó những bộ phận của nhà máy điện, nếu không có nó thì nó sẽ chạy không tải. Rõ ràng là năng lượng thu được từ việc đốt cháy carbohydrate và chất béo phải được cung cấp cho người tiêu dùng. Điều này có nghĩa là cần có một “đường dây truyền tải điện áp cao” di động. Đối với một nhà máy điện thông thường, điều này tương đối đơn giản - dây điện cao thế được kéo qua rừng taiga, thảo nguyên, sông và năng lượng được cung cấp qua chúng cho các nhà máy và xí nghiệp.

Tế bào cũng có "dây điện áp cao" phổ quát của riêng nó. Chỉ trong đó, năng lượng được truyền về mặt hóa học, và tất nhiên, một hợp chất hóa học đóng vai trò là "dây dẫn". Để hiểu nguyên lý hoạt động của nó, chúng tôi giới thiệu một sự phức tạp nhỏ trong hoạt động của nhà máy điện. Chúng ta hãy giả sử rằng năng lượng từ đường dây điện áp cao không thể được cung cấp cho người tiêu dùng bằng dây dẫn. Trong trường hợp này, sẽ dễ dàng nhất để sạc pin điện từ đường dây cao áp, vận chuyển chúng đến người tiêu dùng, vận chuyển pin đã sử dụng trở lại, v.v. Trong lĩnh vực năng lượng, tất nhiên, điều này là không có lợi. Một phương pháp tương tự lồng là rất có lợi.

Là một loại pin trong tế bào, một hợp chất phổ biến đối với hầu hết tất cả các sinh vật được sử dụng - axit adenosine triphosphoric (chúng ta đã nói về nó).

Không giống như năng lượng của các liên kết phosphoether khác (2-3 kilocalories), năng lượng liên kết của dư lượng phosphate cuối cùng (đặc biệt là cực đoan) trong ATP là rất cao (lên đến 16 kilocalories); vì vậy kết nối này được gọi là vĩ mô».

ATP được tìm thấy trong cơ thể ở bất cứ nơi nào cần năng lượng. Sự tổng hợp các hợp chất khác nhau, hoạt động của cơ bắp, chuyển động của Flagella trong động vật nguyên sinh - ATP mang năng lượng đi khắp mọi nơi.

"Sạc" ATP trong tế bào xảy ra như sau. Axit adenosine diphosphoric - ADP (ATP không có 1 nguyên tử phốt pho) phù hợp với nơi giải phóng năng lượng. Khi năng lượng có thể được liên kết, ADP kết hợp với phốt pho, chất này có số lượng lớn trong tế bào và "thu hút" năng lượng vào liên kết này. Bây giờ chúng ta cần vận chuyển. Nó bao gồm các enzym đặc biệt - phosphopherase ("fera" - tôi mang theo), theo yêu cầu, "lấy" ATP và chuyển nó đến vị trí tác động. Tiếp theo là lượt của "đơn vị nhà máy điện" cuối cùng, cuối cùng - máy biến áp bước xuống. Họ phải giảm điện áp và cung cấp dòng điện vốn đã an toàn cho người tiêu dùng. Vai trò này được thực hiện bởi cùng một phosphopherase. Việc chuyển năng lượng từ ATP sang chất khác được thực hiện trong một số giai đoạn. Đầu tiên, ATP kết hợp với chất này, sau đó xảy ra sự sắp xếp lại bên trong các nguyên tử phốt pho, và cuối cùng, phức hợp bị phá vỡ - ADP bị tách ra và phốt pho giàu năng lượng vẫn “treo” trên chất mới. Chất mới hóa ra không ổn định hơn nhiều do dư thừa năng lượng và có khả năng phản ứng khác nhau.

V. N. Seluyanov, V. A. Rybakov, M. P. Shestakov

Chương 1

1.1.3. Sinh hóa tế bào (năng lượng)

Các quá trình co cơ, truyền xung thần kinh, tổng hợp protein, v.v. đều tiêu tốn năng lượng. Tế bào chỉ sử dụng năng lượng dưới dạng ATP. Việc giải phóng năng lượng chứa trong ATP được thực hiện nhờ enzyme ATPase, enzyme này có mặt ở tất cả các vị trí cần năng lượng của tế bào. Khi năng lượng được giải phóng, các phân tử ADP, F, N được hình thành. Quá trình tái tổng hợp ATP được thực hiện chủ yếu nhờ nguồn cung cấp CRF. Khi CrF cung cấp năng lượng cho quá trình tái tổng hợp ATP, Cr và F được hình thành. Các phân tử này lan truyền qua tế bào chất và kích hoạt hoạt động enzym liên quan đến quá trình tổng hợp ATP. Có hai cách hình thành ATP chính: kỵ khí và hiếu khí (Aulik I.V., 1990; Khochachka P., Somero J., 1988, v.v.).

con đường kỵ khí hoặc là đường phân kỵ khí liên kết với các hệ thống enzyme nằm trên màng của lưới cơ tương và trong cơ tương. Khi Kr và F xuất hiện bên cạnh các enzym này, một chuỗi phản ứng hóa học sẽ được khởi động, trong đó glycogen hoặc glucose bị phân hủy thành pyruvate với sự hình thành các phân tử ATP. Các phân tử ATP ngay lập tức từ bỏ năng lượng của chúng để tái tổng hợp CRP, và ADP và F lại được sử dụng trong quá trình đường phân để tạo thành một phân tử ATP mới. Pyruvate có hai khả năng chuyển đổi:

1) Biến thành Acetyl coenzym A, trải qua quá trình photphoryl hóa oxy hóa trong ty thể để tạo thành các phân tử cacbon dioxit, nước và ATP. Con đường trao đổi chất này - glycogen-pyruvate-ty thể-carbon dioxide và nước - được gọi là đường phân hiếu khí.

2) Với sự trợ giúp của enzyme LDH M (lactate dehydrogenase loại cơ), pyruvate được chuyển thành lactate. Con đường trao đổi chất này - glycogen-pyruvate-lactate - được gọi là đường phân kỵ khí và đi kèm với sự hình thành và tích lũy các ion hydro.

cách hiếu khí, hay sự phosphoryl hóa oxy hóa, liên kết với hệ thống ti thể. Khi Cr và F xuất hiện gần ty thể với sự trợ giúp của CPKase trong ty thể, quá trình tái tổng hợp CrF xảy ra do ATP được hình thành trong ty thể. ADP và P được đưa trở lại ti thể để tạo thành phân tử ATP mới. Có hai con đường trao đổi chất để tổng hợp ATP:

1) đường phân hiếu khí;
2) oxy hóa lipid (chất béo).

Các quá trình hiếu khí có liên quan đến sự hấp thụ các ion hydro và trong các sợi cơ chậm (MF của tim và cơ hoành), enzyme LDH H (lactate dehydrogenase của tim) chiếm ưu thế, giúp chuyển hóa lactate thành pyruvate mạnh hơn. Do đó, trong quá trình hoạt động của các sợi cơ chậm (SMF), có sự loại bỏ nhanh chóng các ion lactate và hydro.

Sự gia tăng lactate và H trong MW dẫn đến ức chế quá trình oxy hóa chất béo và quá trình oxy hóa chất béo mạnh dẫn đến sự tích tụ citrate trong tế bào và nó ức chế các enzym đường phân.

Giới thiệu

1.1

Xin chào! Tôi muốn dành bài viết này cho nhân tế bào và DNA. Nhưng trước đó, chúng ta cần tìm hiểu cách tế bào lưu trữ và sử dụng năng lượng (xin cảm ơn). Chúng tôi sẽ đề cập đến các vấn đề liên quan đến năng lượng ở hầu hết mọi nơi. Chúng ta hãy nhìn vào họ đầu tiên.

Bạn có thể lấy năng lượng từ cái gì? Vâng của tất cả mọi thứ! Thực vật sử dụng năng lượng ánh sáng. Một số vi khuẩn nữa. Tức là các chất hữu cơ được tổng hợp từ các chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng. + Có hóa dưỡng. Chúng tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ bằng cách sử dụng năng lượng oxy hóa amoniac, hydro sunfua và các chất khác. Và có bạn và tôi. Chúng tôi là dị dưỡng. Họ là ai? Đây là những người không biết cách tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ. Đó là, tổng hợp hóa học và quang hợp, điều này không dành cho chúng ta. Chúng tôi lấy chất hữu cơ làm sẵn (chúng tôi ăn nó). Chúng tôi tháo rời nó thành từng mảnh và sử dụng nó làm vật liệu xây dựng hoặc phá hủy nó để lấy năng lượng.
Chính xác những gì chúng ta có thể phân tích cho năng lượng? Protein (lần đầu tiên phân tích chúng thành axit amin), chất béo, carbohydrate và rượu etylic (nhưng điều này là tùy chọn). Đó là, tất cả các chất này có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng. Nhưng để lưu trữ nó, chúng tôi sử dụng chất béo và carbohydrate. Tôi yêu carbs! Glycogen là carbohydrate dự trữ chính trong cơ thể chúng ta.

Nó được tạo thành từ dư lượng glucose. Đó là, nó là một chuỗi dài, phân nhánh bao gồm các liên kết giống hệt nhau (glucose). Nếu chúng ta cần năng lượng, chúng ta sẽ tách một mảnh ở cuối chuỗi và bằng cách oxy hóa nó, chúng ta sẽ thu được năng lượng. Phương pháp lấy năng lượng này là đặc trưng của tất cả các tế bào trong cơ thể, nhưng đặc biệt có rất nhiều glycogen trong các tế bào của gan và mô cơ.

Bây giờ hãy nói về chất béo. Nó được lưu trữ trong các tế bào mô liên kết đặc biệt. Tên của họ là tế bào mỡ. Trên thực tế, đây là những tế bào có một lượng chất béo khổng lồ bên trong.

Nếu cần thiết, cơ thể sẽ chiết xuất chất béo từ các tế bào này, phân hủy một phần và vận chuyển. Tại nơi giao hàng, sự phân tách cuối cùng xảy ra với sự giải phóng và chuyển hóa năng lượng.

Một câu hỏi khá phổ biến: "Tại sao tất cả năng lượng không thể được lưu trữ dưới dạng chất béo hoặc glycogen?"
Những nguồn năng lượng này có những mục đích khác nhau. Từ glycogen, năng lượng có thể được lấy khá nhanh. Sự phân tách của nó bắt đầu gần như ngay lập tức sau khi bắt đầu hoạt động cơ bắp, đạt đến đỉnh điểm sau 1-2 phút. Sự phân hủy chất béo diễn ra chậm hơn nhiều bậc. Tức là nếu bạn ngủ, hoặc chậm rãi đi đâu đó, bạn sẽ tiêu hao năng lượng liên tục và nó có thể được cung cấp bằng cách phân hủy chất béo. Nhưng ngay khi bạn quyết định tăng tốc (máy chủ bị rơi, chạy đến nhặt nó lên), bạn sẽ cần phải rất nhiều năng lượng và bạn không thể lấy nó nhanh chóng bằng cách tách chất béo. Đây là nơi chúng ta cần glycogen.

Có một sự khác biệt quan trọng khác. Glycogen liên kết rất nhiều nước. Khoảng 3 g nước trên 1 g glycogen. Tức là đối với 1 kg glycogen, đây đã là 3 kg nước. Không tối ưu... Nó dễ dàng hơn với chất béo. Các phân tử lipid (chất béo=lipid) trong đó năng lượng được lưu trữ không được tích điện, không giống như các phân tử nước và glycogen. Những phân tử như vậy được gọi là kỵ nước (nghĩa đen là sợ nước). Các phân tử nước bị phân cực. Đây là cách nó trông giống như.

Về cơ bản, các nguyên tử hydro tích điện dương tương tác với các nguyên tử oxy tích điện âm. Hóa ra một trạng thái ổn định và thuận lợi về mặt năng lượng.
Bây giờ hãy tưởng tượng các phân tử lipid. Chúng không tích điện và bình thường không thể tương tác với các phân tử nước phân cực. Do đó, hỗn hợp lipid với nước không thuận lợi về mặt năng lượng. Các phân tử lipid không thể hấp thụ nước như glycogen. Chúng "kết tụ" thành những giọt gọi là lipid, được bao quanh bởi một màng phospholipid (một mặt của chúng được tích điện và hướng ra ngoài nước, mặt còn lại không tích điện và nhìn vào lipid của giọt). Kết quả là, chúng tôi có một hệ thống ổn định lưu trữ lipid hiệu quả và không có gì khác.

Được rồi, chúng tôi đã tìm ra các dạng năng lượng được lưu trữ. Điều gì xảy ra với cô ấy tiếp theo? Ở đây chúng tôi tách một phân tử glucose từ glycogen. Biến nó thành năng lượng. Nó có nghĩa là gì?
Hãy thực hiện một lạc đề nhỏ.

Khoảng 1.000.000.000 phản ứng diễn ra trong một tế bào mỗi giây. Trong một phản ứng, một chất được chuyển thành một chất khác. Điều gì sau đó xảy ra với năng lượng bên trong của anh ta? Nó có thể giảm, tăng hoặc không thay đổi. Nếu nó giảm -> năng lượng được giải phóng. Nếu tăng -> bạn cần lấy năng lượng từ bên ngoài. Cơ thể thường kết hợp các phản ứng như vậy. Nghĩa là, năng lượng giải phóng trong quá trình của một phản ứng được sử dụng để thực hiện phản ứng thứ hai.

Vì vậy, trong cơ thể có các hợp chất đặc biệt, macroergs, có khả năng tích lũy và truyền năng lượng trong quá trình phản ứng. Trong thành phần của chúng có một hoặc một số liên kết hóa học trong đó năng lượng này tích lũy. Bây giờ chúng ta có thể trở lại với glucose. Năng lượng được giải phóng trong quá trình phân rã của nó sẽ được lưu trữ trong các liên kết của các macroerg này.

Hãy lấy một ví dụ.

Macroerg (tiền năng lượng) phổ biến nhất của tế bào là ATP (adenosine triphosphate).

Hình như thế này.

Nó bao gồm adenine bazơ nitơ (một trong 4 loại được sử dụng để mã hóa thông tin trong DNA), đường ribose và ba gốc axit photphoric (và do đó là Adenosine TRIphosphate). Năng lượng được lưu trữ trong các liên kết giữa các gốc axit photphoric. Với việc loại bỏ một dư lượng axit photphoric, ADP (adenosine diphosphate) được hình thành. ADP có thể giải phóng năng lượng bằng cách phá vỡ một chất cặn bã khác và biến thành AMP (Adenosine MONOphosphate). Nhưng hiệu quả của việc tách dư lượng thứ hai thấp hơn nhiều. Do đó, thông thường, cơ thể tìm cách lấy lại ATP từ ADP. Nó xảy ra như thế này. Trong quá trình phân hủy glucose, năng lượng được giải phóng được dành cho sự hình thành liên kết giữa hai gốc axit photphoric và sự hình thành ATP. Quá trình này gồm nhiều giai đoạn và bây giờ chúng tôi sẽ bỏ qua nó.

ATP kết quả là một nguồn năng lượng phổ quát. Nó được sử dụng trong mọi thứ, từ tổng hợp protein (cần năng lượng để kết hợp các axit amin) đến hoạt động của cơ bắp. Các protein vận động thực hiện co cơ sử dụng năng lượng dự trữ trong ATP để thay đổi cấu trúc của chúng. Sự thay đổi về hình dạng là sự định hướng lại một phần của phân tử lớn so với phần khác. Hình như thế này.

Tức là năng lượng liên kết hóa học được chuyển hóa thành cơ năng. Dưới đây là những ví dụ thực tế về các protein sử dụng ATP để thực hiện công việc của chúng.

Gặp đây là myosin. protein vận động. Nó thực hiện chuyển động của các thành tạo nội bào lớn và tham gia vào quá trình co cơ. Xin lưu ý rằng nó có hai "chân". Sử dụng năng lượng được lưu trữ trong 1 phân tử ATP, nó thực hiện một thay đổi về hình dạng, trên thực tế là một bước. Ví dụ minh họa rõ nhất về sự chuyển hoá năng lượng hoá học của ATP thành cơ năng.

Ví dụ thứ hai là bơm Na/K. Ở giai đoạn đầu tiên, nó liên kết ba phân tử Na và một ATP. Sử dụng năng lượng của ATP, nó thay đổi cấu trúc của nó, loại bỏ Na ra khỏi tế bào. Sau đó, nó liên kết hai phân tử kali và trở lại cấu trúc ban đầu, chuyển kali vào trong tế bào. Điều cực kỳ quan trọng, nó cho phép bạn duy trì mức Na nội bào ở mức bình thường.

Nhưng nghiêm túc, sau đó:

Tạm ngừng. Tại sao chúng ta cần ATP? Tại sao chúng ta không thể sử dụng trực tiếp năng lượng dự trữ trong glucose? Trite, nếu bạn oxy hóa glucose thành CO2 tại một thời điểm, một lượng năng lượng cực lớn sẽ được giải phóng ngay lập tức. Và hầu hết nó sẽ tiêu tan dưới dạng nhiệt. Do đó, phản ứng được chia thành các giai đoạn. Một ít năng lượng được giải phóng trên mỗi, nó được lưu trữ và phản ứng tiếp tục cho đến khi chất này bị oxy hóa hoàn toàn.

Hãy để tôi tóm tắt nó. Năng lượng được lưu trữ trong chất béo và carbohydrate. Bạn có thể chiết xuất nó nhanh hơn từ carbohydrate, nhưng bạn có thể lưu trữ nhiều chất béo hơn. Để thực hiện các phản ứng, tế bào sử dụng các hợp chất năng lượng cao, trong đó năng lượng phân hủy chất béo, carbohydrate, v.v. được lưu trữ ... ATP là hợp chất chính như vậy trong tế bào. Trong thực tế, lấy nó và sử dụng nó. Tuy nhiên, không phải là duy nhất. Nhưng nhiều hơn về điều này sau.

Tái bút Tôi đã cố gắng đơn giản hóa tài liệu hết mức có thể, vì vậy một số điểm không chính xác đã xuất hiện. Tôi yêu cầu các nhà sinh học nhiệt thành tha thứ cho tôi.

Thẻ: Thêm thẻ

Tất cả các sinh vật sống, ngoại trừ virus, được tạo thành từ các tế bào. Chúng cung cấp tất cả các quá trình cần thiết cho sự sống của thực vật hoặc động vật. Bản thân tế bào có thể là một sinh vật riêng biệt. Và làm thế nào một cấu trúc phức tạp như vậy có thể tồn tại mà không cần năng lượng? Dĩ nhiên là không. Vậy quá trình cung cấp năng lượng cho tế bào diễn ra như thế nào? Nó dựa trên các quy trình mà chúng ta sẽ thảo luận dưới đây.

Cung cấp năng lượng cho tế bào: nó xảy ra như thế nào?

Rất ít tế bào nhận năng lượng từ bên ngoài, chúng tự sản xuất năng lượng đó. có "nhà ga" riêng của họ. Và nguồn năng lượng trong tế bào là ty thể - bào quan tạo ra nó. Đó là quá trình hô hấp tế bào. Nhờ nó, các tế bào được cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, chúng chỉ có ở thực vật, động vật và nấm. Ti thể không có trong tế bào vi khuẩn. Do đó, ở họ, việc cung cấp năng lượng cho tế bào chủ yếu xảy ra do quá trình lên men chứ không phải do hô hấp.

Cấu trúc của ti thể

Đây là một cơ quan hai màng xuất hiện trong tế bào nhân chuẩn trong quá trình tiến hóa do sự hấp thụ của một tế bào nhỏ hơn. bào quan.

Màng bên trong có các phần nhô ra được gọi là cristae, hoặc các đường vân. Trên cristae, quá trình hô hấp tế bào diễn ra.

Những gì bên trong hai màng được gọi là ma trận. Nó chứa protein, enzyme cần thiết để tăng tốc độ phản ứng hóa học, cũng như RNA, DNA và ribosome.

Hô hấp tế bào là cơ sở của sự sống

Nó diễn ra trong ba giai đoạn. Hãy xem xét từng người trong số họ chi tiết hơn.

Giai đoạn đầu tiên là chuẩn bị

Trong giai đoạn này, các hợp chất hữu cơ phức tạp được phân hủy thành những chất đơn giản hơn. Do đó, protein phân hủy thành axit amin, chất béo thành axit cacboxylic và glycerol, axit nucleic thành nucleotide và carbohydrate thành glucose.

đường phân

Đây là giai đoạn thiếu khí. Nó nằm trong thực tế là các chất thu được trong giai đoạn đầu tiên bị phá vỡ hơn nữa. Các nguồn năng lượng chính mà tế bào sử dụng ở giai đoạn này là các phân tử glucose. Mỗi người trong số họ trong quá trình glycolysis phân hủy thành hai phân tử pyruvate. Điều này xảy ra trong mười phản ứng hóa học liên tiếp. Do năm đầu tiên, glucose được phosphoryl hóa và sau đó tách thành hai phosphotriose. Năm phản ứng sau đây tạo ra hai phân tử và hai phân tử PVC (axit pyruvic). Năng lượng của tế bào được dự trữ dưới dạng ATP.

Toàn bộ quá trình đường phân có thể được đơn giản hóa như sau:

2NAD + 2ADP + 2H 3 RO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2OVER. H 2 + 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP

Do đó, sử dụng một phân tử glucose, hai phân tử ADP và hai axit photphoric, tế bào nhận được hai phân tử ATP (năng lượng) và hai phân tử axit pyruvic, mà nó sẽ sử dụng trong bước tiếp theo.

Giai đoạn thứ ba là quá trình oxy hóa

Bước này chỉ xảy ra với sự có mặt của oxy. Các phản ứng hóa học của bước này diễn ra trong ty thể. Đây là phần chính trong đó năng lượng được giải phóng nhiều nhất. Ở giai đoạn này, phản ứng với oxy, nó phân hủy thành nước và carbon dioxide. Ngoài ra, 36 phân tử ATP được hình thành trong quá trình này. Vì vậy, chúng ta có thể kết luận rằng nguồn năng lượng chính trong tế bào là glucose và axit pyruvic.

Tổng hợp tất cả các phản ứng hóa học và bỏ qua các chi tiết, chúng ta có thể biểu diễn toàn bộ quá trình hô hấp tế bào bằng một phương trình đơn giản:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 RO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.

Do đó, trong quá trình hô hấp, từ một phân tử glucose, sáu phân tử oxy, ba mươi tám phân tử ADP và cùng một lượng axit photphoric, tế bào nhận được 38 phân tử ATP, ở dạng dự trữ năng lượng.

Sự đa dạng của các enzym ti thể

Tế bào nhận năng lượng cho sự sống thông qua quá trình hô hấp - quá trình oxy hóa glucose và sau đó là axit pyruvic. Tất cả các phản ứng hóa học này không thể diễn ra nếu không có enzym - chất xúc tác sinh học. Hãy xem xét những thứ nằm trong ty thể - bào quan chịu trách nhiệm hô hấp tế bào. Tất cả chúng được gọi là oxyoreductase, vì chúng cần thiết để đảm bảo xảy ra các phản ứng oxy hóa khử.

Tất cả các oxyoreductase có thể được chia thành hai nhóm:

• oxy hóa;
• dehydrogenase;

Ngược lại, dehydrogenase được chia thành hiếu khí và kỵ khí. Thực phẩm hiếu khí chứa coenzym riboflavin mà cơ thể nhận được từ vitamin B2. Các dehydrogenase hiếu khí chứa các phân tử NAD và NADP dưới dạng coenzym.

Oxidase đa dạng hơn. Trước hết, chúng được chia thành hai nhóm:

• những thứ có chứa đồng;
• những thứ có chứa sắt.

Loại thứ nhất bao gồm polyphenol oxyase, ascorbate oxyase, loại thứ hai - catalase, peroxidase, cytochrom. Sau đó, lần lượt, được chia thành bốn nhóm:

• sắc tố tế bào a;
• sắc tố tế bào b;
• sắc tố tế bào c;
• sắc tố tế bào d.

Cytochrom a chứa sắt formylporphyrin, cytochrom b chứa protoporphyrin sắt, c chứa mesoporphyrin sắt thay thế, và d chứa sắt dihydroporphyrin.

Có những cách khác để có được năng lượng?

Trong khi hầu hết các tế bào thu được nó thông qua quá trình hô hấp tế bào, thì cũng có những vi khuẩn kỵ khí không cần oxy để tồn tại. Chúng tạo ra năng lượng cần thiết thông qua quá trình lên men. Đây là một quá trình trong đó carbohydrate được phân hủy với sự trợ giúp của các enzym mà không có sự tham gia của oxy, do đó tế bào nhận được năng lượng. Có một số loại lên men tùy thuộc vào sản phẩm cuối cùng của các phản ứng hóa học. Nó có thể là axit lactic, rượu, butyric, axeton-butan, axit xitric.

Ví dụ, xem xét Nó có thể được thể hiện như sau:

C 6 H 12 O 6 → C 2 H 5 OH + 2CO 2

Đó là, vi khuẩn phân hủy một phân tử glucose thành một phân tử rượu etylic và hai phân tử carbon oxit (IV).