Energiacsere (a krebs ciklussal)
Akkor következik be a bélben vagy a lizoszómákban, ebben a szakaszban, komplex biopolimerek (makromolekulák) hasítjuk, és monomerek (kevés energia felszabadul, és az egészet a hőként eltűnt) Szénhidrátok - glükóz; Fehérjék -AMK; Zsírok - glicerin és zsírsavak; A nukleinsavak nukleotidok.
Anoxikus szakasz (glikolízis, anaerob, nem teljes oxidáció, disszimiláció):
A sejtek citoplazmájában áramlik lizoszóma enzimekkel. A szükséges feltételek az ADP és a H3 PO4. Folyamatosan fut (13 egymást követő reakció), sok köztes termék képződik.
Az első szakaszban kialakult AMK a testet nem használja a disszimiláció következő szakaszaiban, mert ehhez szükséges a saját fehérje molekulák szintézisének anyaga. Ezért az energia megszerzése érdekében a fehérjéket nagyon ritkán fogyasztják csak akkor, ha a fennmaradó tartalékok (szénhidrátok és zsírok) kimerültek. A sejtben a leginkább elérhető energiaforrás a glükóz.
A glükózból származó reakciók sorozata után két molekula piruvinsav (PVK) és energia (2ATF, 2NADHN, 2H +) képződnek
C3H4O3 - piruvinsav (PVC)
NAD - nikotinamid-adenin-dinukleotid - H és elektronok akceptorja (vivőanyaga)
NAD + oxidált formában
OVER. H - csökkent forma
Az energia kibocsátása 200 kJ / mol (ebből 120 kJ / mol - 60% hő formájában disszipálódik, 80 kJ / mol - 40% a 2ATF szintéziséhez)
40% a 2ADP + 2F --- 2ATP + 2NAD szintéziséhez. H
A sejtek típusától (prokarióta vagy eukarióta) és a szervezetektől függően a PVK tejsavvá, alkohollá vagy egyéb szerves anyaggá
Glükóz --- 1 --- Pyruvic acid ----- 2 ----- tejsav
1-2 az anaerob út az állati sejtekben lévő tejsav képződéséhez, a tejsavbaktériumok és a magasabb növények (a hialoplazmában)
1-3 - alkoholos fermentáció élesztőben (anaerob folyamat)
1-4 - légzőszervek légzése (mitokondriumokban)
Vagyis a PVK jövőbeli sorsa függ a sejt oxigén jelenlététől. Ha van oxigén, akkor a PVK belép a mitokondriumba, ahol teljesen oxidálódik a C02 és a H2O-ra, és a harmadik, az energia-metabolizmus (1-4) oxigénszintje megy végbe.
Oxigén hiányában az úgynevezett anaerob légzés történik, amelyet gyakran fermentációnak neveznek (a fermentáció anaerob folyamata a szerves anyagok átalakulásának folyamatában, amely kis mennyiségű energiát eredményez):
- a legtöbb növény és az élesztő sejtjeiben az alkohol fermentáció során a PVK-t etil-alkohollá (1-3)
Különböző forrásokban ezt az egyenletet másképp írták: PVK --- etilalkohol + CO2
- A tejsav (1-2) tejsavas erjedésből (azonos a glikolízissel) a PVK-ból származik. Ez a folyamat nem csak tejsavbaktériumokban fordulhat elő. Az ember izomzatának sejtjeiben lévő intenzív fizikai munkában az oxigénhiány hiányzik, ezért tejsav képződik, amely felhalmozódása fáradtsághoz, fájdalomhoz, néha görcsökhöz vezet
- Vannak még az ilyen organizmusok, sejtek, amelyek anaerob körülmények között nem képződik a tejsav és etil-alkohol, és például, ecetsav, vajsav vagy acetont, hanem képződött 2ATF.
A glikolízis és az erjedés általános tulajdonságai. egy kis energia keletkezik (2ATF), és a végtermékek még mindig nagyon gazdagok az energiában, ami felszabadul, amikor ezen anyagok további oxidációja CO2-re és H2O-ra (teljes hasítás) történik.
Oxigén színpad (aerob, teljes oxidáció, asszimiláció, celluláris vagy szövet légzés):
A köztitermékeknek a mitokondriumokba való oxidációja a végtermékekbe (CO2 és H2O) nagy mennyiségű energia leadásával történik. Az oxigénfázis kötelező feltételei az oxigén és a sértetlen mitokondriális membránok.
A glikolízis folyamatában felszabaduló PVK belép a mitokondriába. Itt energiatartalmú anyagként acetil-koenzim A (acetil-CoA) alakul. Az acetil-CoA kölcsönhatásba lép az oxaloecetsav-molekulával, amely citromsavat képez, és további átalakulásokon megy keresztül, ami oxaloecetsav képződését eredményezi. Ez utóbbiak kölcsönhatásba lépnek az acetil-CoA új molekuláival, és az átalakulások ciklusa megismétlődik.
A hidrogén a NAD molekulák segítségével a mitokondriumok belső membránjára kerül, ahol az enzimek légzési lánca található, és oxidatív foszforilációs folyamatok folynak. Itt a hidrogénatomok elveszítik az elektronokat, és H + protonokká válnak. A H + protonokat a speciális enzimek átviszik a mitokondriumok belső membránjának külső felületére, ami pozitív töltést eredményez.
Az elektronok az elektronátviteli lánc mentén haladnak a belső membrán belső felületéhez, és oxigénhez csatlakoznak, és O 2-t képeznek.
A felszabadult elektronok energiája nagyon magas. Ezek az elektronok belépnek az enzimek légzési láncába, amely vivőfehérjékből - citokrómokból áll. A rendszer mentén lépcsőzött, mintha az "elesett" elektronok elveszítenék az energiát. A "leeső" elektron miatt az ATPáz enzim szintetizálja az ATP molekulákat. A végső elektron-akceptor az oxigénmolekula, amely belélegzi a mitokondriumokat a légzés ideje alatt. A membrán külső oldalán levő atomok elektronokat vesznek fel, és negatív töltésűek. A hidrogénionok oxigénnel elegyednek és vízmolekulák képződnek. A két molekula PVC-nek a mitokondriumokban történő oxidációja során 36 ATP molekulát szintetizálunk. Az ATP-szintézis folyamatát, a hidrogén oxidáció folyamatával párosulva, oxidatív foszforilációnak nevezzük. Ezt a folyamatot a VA felfedezte és tanulmányozta. Engelgart 1831-ben
A fenti további információ más módon fejezhető ki: a mitokondriumok belső membránjának belső és külső felületei között potenciális különbség keletkezik. Meghatározott értékénél (200 mV) a protonok a protoncsatornákon keresztül jutnak át a mitokondriális mátrixba. Amikor a protonok átjutnak az enzim aktív központján, energiájukat az ATP (foszforiláció) szintézisén végzik:
A mitokondriális mátrixban a H + protonok az O 2-anionokhoz kötődnek. vizet képezve.
Így a mitokondriumban a légzés folyamán energia-szegény anyagok keletkeznek: a CO2 és a H2O, és nagy mennyiségű energiát szabadítanak fel. Ennek az energianak egy részét az ATP szintézisére fordítják. A PVK két molekulájának teljes oxidációjával (ezek egy glükózmolekulából származnak a glikolízis során) 36 ATP molekulát képeznek.
Pyruvic acid + O2 ----- H2O + CO2 + energia
(az energia-anyagcsere oxigén fázisának egyenlete)
Energia szabadul fel ebben a szakaszban - 2600 kJ / mól (1160 kJ / mol - 45% kerül a hőként eltűnt és 1440 kJ / mol - 55% felszaporodnak az ATP formájában kötvények).
A légzési folyamat energetikailag előnyösebb, mint a glikolízis folyamata. Egy glükózmolekula hiányos oxidációjával csak két ATP molekula képződik, és ha teljesen oxidálódik, az ATP-38 molekulák hozama 19-ször nagyobb! Ezért a magasabb növények és a legtöbb állat sejtjeiben a légzés folyamata a legfontosabb módja a létfontosságú tevékenységükhöz szükséges energia megszerzésének. Az ilyen energia nyereség biztosította a bolygónk aerob szervezeteinek primer fejlődését az anaerobokkal összehasonlítva.
Az energia-metabolizmus anoxikus és oxigénszintjeinek teljes egyenlete vagy a szerves anyagok teljes oxidációja:
Az energia-anyagcsere hatékonysága - az összes reakció eredményeként 38 ATP molekula képződik. Az 1 mól ATP-ben tárolt energia 30,6 kJ / mol.
Összes aerob glükóz oxidációját két szakaszában szabadul Eobsch = 2880 kJ / mol, amelyek 1162 kJ / mol van tárolva formájában ATP molekulák (38. 30.6 = 1,162.8 kJ / mól).
Az aerob légzés hatékonysága (38. 30.6: 2880). 100% = 40,37%.
Aerobikus légzésnél csak 2 ATP molekulát tárolnak. Számoljuk ki e folyamatok hatékonyságát.
Alkoholos fermentáció: Általános = 210 kJ / mol
Hatékonyság = (2,30,6: 210). 100% = 29,14%
Tejsavas fermentáció (glikolízis az izmokban):
Összesen = 150 kJ / mol
Hasonlítsa össze ezeket az adatokat a különböző motorok hatékonyságával. A legjobb turbinákban a hatásfok 20-25%. Belső égésű motorokban - 35%. A biológiai oxidáció hatékonysága kétségtelen. A sejtes légzés, a biológiai oxidáció és az égés folyamata hasonló a végeredményben, de nem az energiamegtakarítás szempontjából. Égés közben minden energia áthalad fény és hő hatására, semmi sem tárolódik. A légzés folyamán az energiát ATP molekulákban tárolják, majd a sejtekhez szükséges szerves anyagok bioszintézisére fordítják.