Energiacsere
A létfontosságú tevékenységhez szükséges energia, a szervezetek többsége a szerves anyagok oxidációs folyamatainak eredményeképpen kapja meg, azaz a katabolikus reakciók következtében. Az "üzemanyagként" ható legfontosabb vegyület a glükóz.
Organizmuscsoportok szabad oxigénnel kapcsolatban
A szervezetek három csoportra oszthatók:
- aerobok (kötelező aerobok) - olyan szervezetek, amelyek csak az oxigén környezetben élhetnek (állatok, növények, egyes baktériumok és gombák);
- anaerobok (kötelező anaerobok) - olyan szervezetek, amelyek oxigénközegben (néhány baktériumban) nem képesek élni;
- fakultatív formák (fakultatív anaerobok) - olyan szervezetek, amelyek oxigén jelenlétében és anélkül élhetnek (néhány baktérium és gombák).
Oxigén jelenlétében kötelező aerobes és fakultatív anaerobok esetén a katabolizmus három lépésben történik: előkészítő; oxigén-mentes; oxigént. Ennek eredményeként a szerves anyagok szervetlen vegyületekre bomlanak. A kötelező és fakultatív anaerobok esetében az oxigén katabolizmus hiányában két első lépésből származik: előkészítő és anoxikus. Ennek eredményeképpen keletkeznek köztes szerves vegyületek, amelyek még gazdag energiával rendelkeznek.
A katabolizmus szakaszai
Az első szakasz, előkészítő, a komplex szerves vegyületek egyszerűbb egyszerűsítéséből áll:
- a fehérjék aminosavakba bomlanak;
- zsírok - glicerinhez és zsírsavakhoz;
- poliszacharidok - monoszacharidok;
- nukleinsavak - nukleotidokig.
A multicelluláris organizmusokban ez a gasztrointesztinális traktusban fordul elő, az egysejtű organizmusokban a lizoszómákban a hidrolitikus enzimek hatására történik. Az ebben az esetben felszabaduló energiát hő formájában disszipálják. A keletkező szerves vegyületek vagy tovább oxidálódnak, vagy a sejtek felhasználják saját szerves vegyületük szintézisére.
A második szakasz - a tökéletlen oxidáció (anoxia) - a szerves anyagok további feldarabolása, amelyet a sejt citoplazmájában hajtanak végre oxigén nélkül.
A sejtben a legfontosabb energiaforrás a glükóz. A glükóz oxigénmentes, hiányos oxidációját glikolízisnek nevezik. Ennek eredményeként glikolízis egy molekula glükóz képződik két molekula piroszőlősav (PVK, piruvát) CH3 COCOOH, ATP-t és vizet, valamint a hidrogénatomok, amelyek kötődnek egy hordozó molekulához NAD + és a NAD tárolja formájában • H.
A glikolízis teljes formulája a következő:
Továbbá, az oxigén hiányában a közegben glikolízis termékek (PVK és NAD • H) vagy feldolgozott etil-alkoholban (alkoholos erjedés megfigyelt élesztősejteket és növények oxigén hiányt)
vagy tejsavban (laktikus fermentáció megfigyelhető az állati sejtekben, oxigénhiány miatt)
Ha oxigén jelen van a közegben, a glikolízis termékek tovább hasadnak a végtermékekbe.
A harmadik szakasz - a teljes oxidáció (légzés) - a PVK szén-dioxid és víz oxidációjához tartoznak, a mitokondriumokban történik az oxigén kötelező részvétele. Ez a szakasz három szakaszból áll:
- az acetil-koenzim A képződése;
- az acetil-koenzim A oxidációja a Krebs ciklusban;
- oxidatív foszforiláció az elektron-szállítási láncban.
Az első szakaszban a PVK a citoplazmából a mitokondriumokba kerül, ahol kölcsönhatásba lép a mátrix enzimekkel és formákkal: a cellából eltávolított széndioxid; hidrogénatomok, amelyeket a mitokondriumok belső membránján hordozó molekulákkal szállítanak; acetil-koenzim A (acetil-CoA).
A második lépés az acetil-koenzim A oxidációja a Krebs ciklusban. Krebs-ciklus (trikarbonsavciklus, a citromsav-ciklus), - egy lánc szekvenciális reakciók, amelyben egy molekula acetil-Koa kialakított két molekula szén-dioxid; ATP molekula; négy pár hidrogénatom került át a hordozó molekulákra - NAD és FAD.
Így a glikolízis és a Krebs-ciklus következtében a glükózmolekula felszívódik a CO2 szintjéig. és a felszabaduló energiát négy ATP szintézisére fordítják, és tíz NAD • H és négy FAD • H2 felhalmozódik.
A harmadik lépésben a NAD • H és a FAD • H2 hidrogénatomokat molekuláris oxigén O2 oxidálja, hogy vizet képezzen. Egy NAD • H képes három ATP-t, és egy FAD • H2-két ATP-t. Így az egyidejűleg felszabaduló energiát egy másik 34 ATF formájában tároljuk.
Ez a folyamat a következőképpen alakul. A hidrogénatomok a belső mitokondriális membrán külső oldala közelében koncentrálódnak. Ők elveszítik elektronokat, hogy a lánc-hordozó molekulák (citokrómok) elektronotransportnoy lánc (ETC) visszük át a belső oldalán a belső membrán, ahol oxigén molekulák kombinálni:
Ennek eredményeként az elektron transzport lánc mitokondriumok belső membrán enzimeket belsejében negatív töltésű (köszönhető, hogy a O2 -), és a külső - pozitívan (miatt H +). Így potenciális különbség keletkezik a felületei között. Az ATP-szintetáz enzim ioncsatornával rendelkező molekulái beépülnek a mitokondriumok belső membránjába. Amikor a potenciális különbség a membránon keresztül elér egy kritikus szintet, a pozitív töltésű részecskék H + teljesítményű elektromos mezőt kezdenek, hogy álljon át az ATP-áz csatornát, és, amint a belső felületén a membrán reagálnak oxigénből víz képződik:
H + hidrogénionok energiája. amelyet a belső mitokondriális membrán ioncsatornáján keresztül szállítunk, az ADP foszforilezésére alkalmazzuk ATP-ben:
Az ilyen ATP-képződés a mitokondriumokban az oxigén részvételével oxidatív foszforilációnak nevezik.
A glükóz felosztásának teljes egyenlete a sejtes légzés folyamatában:
Így a glikolízis során két ATP molekulát alakítanak ki a sejtes légzés során - egy másik 36ATP, összesen, a glükóz-38ATP teljes oxidációjával.