respirația celulară

Procesele de digestie a carbohidraților în celulă, care rezultă în eliberarea de energie, oamenii de știință au început să studieze pentru o lungă perioadă de timp.

Ea a fost mult timp cunoscute două procese zaharuri despicarea - fermentarea și respirația, iar relația dintre aceste procese a fost respinsă. Fermentarea sau digestia carbohidraților fara oxigen a fost descoperit doar in microorganisme - bacterii si drojdie.

Respirație, adică clivaj substanțelor în prezența oxigenului, sa considerat tipic pentru organisme superioare - plante și animale. Au trecut mulți ani înainte de a fi fost stabilit că ambele procese sunt strâns legate între ele. Sa dovedit că fermentare - prima etapă de digestie a carbohidraților. In absenta oxigenului nu este un proces suplimentar, iar dacă oxigenul este prezent, o substanță obținută prin fermentarea glucozei, scindată în CO2 și H2O Raportul anaerob (fără oxigen) și aerobă (cu oxigen), studiu de respirație în aparat, care a fost creat primul om de știință german Warburg.

Acest dispozitiv permite cantitatea de oxigen și dioxid de carbon absorbit evoluat. Dispozitivul este atașat la vasul în studiu cu celule sau componente celulare. Folosind reducerea presiunii gazului manometru determinarea cantității de oxigen absorbit. Turnată într-o soluție alcalină navă de capturare absoarbe CO 2. și apoi se determină suma. Raportul dintre CO2 / O2 se numește câtul respirator.

Dacă O2 este consumată numai asupra proceselor de respiratie si anaerobe nu merg, raportul de CO2 / O2 este 1. Raporturile respiratorii mai mici de 1 sunt observate atunci când O2 este consumat în alte reacții, altele decât respirația, cum ar fi formarea de acizi organici din fructe de maturare. Ratele respiratorii ridicate sunt, de exemplu, în semințele unei membrane celulare, împiedicând accesul liber al O2. și organisme în care există o respirație considerabilă anaerobă.

Să ne gândim în detaliu cele două etape ale respirației - anaerobe și aerobe. Prima etapă - divizarea inițială a glucozei - numit glicoliză. Astfel, o moleculă de glucoză consumată două molecule de ATP, care este detașat de cele doua grupuri de fosfat bogate în energie și, care aderă la primul și al șaselea glucoza atom, contribuie la ruperea acesteia între a treia și a patra atomi de carbon.

Ca urmare a mai multor reacții care au loc cu participarea diferitelor enzime și fosfogliceraldehid fosfodioksiatseton transformate în două molecule de trei atomi de carbon ai acidului lactic (ca în cazul fermentării acidului lactic) pentru a produce patru noi molecule de ATP; net două molecule de ATP utilizat deja dă un randament real, egal cu două molecule de ATP. Numărarea de energie arătat că, la alunițe audio de scindare

glucoza în acid lactic eliberat 56 de calorii mari, în timp ce numai gram-molecula de glucoza incheiat mari 690 de calorii. Această mare parte din energia nu este eliberată în timpul glicolizei și multe celule trăiesc în absența oxigenului și incapabil să respire (de exemplu, bacterii hidrogen sulfurat), trebuie să fie îndeplinite 1/10 parte din energia disponibilă în ele.

Astfel, legătura fosfat energia de ATP este suficient pentru clivarea glucozei în acid lactic.

În prezența oxigenului începe a doua, aerobă, glucide pas digestie - respirație. Celulele capabile de respirație, acid lactic scindat CO2 prin reacții complexe, care implică deja noi biocatalizatori - enzime. In acest ciclu implica acizi organici care constau din trei atomi de carbon și, prin urmare, numit „ciclul acidului tricarboxilic“. Pentru decodarea ciclului în 1953, Premiul Nobel a fost acordat omului de știință german G. Krebs.

Să luăm în considerare acest ciclu. în aceasta principal că la sfârșitul b al ciclului Krebs din acidul lactic obținut prin CO2 și H2O Energia din glucoză este astfel recuperat aproape complet.

Ciclul începe cu cele două molecule de acid lactic sunt oxidate și dau două molecule de acid piruvic. Una dintre moleculele de acid piruvic, la rândul său, este oxidat, în timp ce este clivată de o moleculă de CO2. Aceasta conduce la formarea unei molecule de acid acetic. O altă moleculă de acid piruvic se leaga CO2 dedicat. de patru formatoare de molecula de acid oxaloacetică. Acidul acetic format este cuplat cu o anumită substanță care conține comunicare mikroergicheskuyu, nu numai cu fosfor ca ATP și sulful - așa-numitul „coenzima A“. Acest compus conduce la o creștere a activității chimice a acidului acetic, și se leagă la oxaloacetică acidă, dând acid citric.

Acidul citric este supus în continuare mai multe transformări și dă acidul oxalosuccinic, din care CO2 și formele scindate ale alfa - Acid ketoglyutarovaya. Acesta este oxidat din nou cu eliberarea de CO2 și dă acid succinic. Oxidarea acidului succinic duce la formarea mai întâi și apoi malic acid fumărie. Finală „coardă“ ciclu - oxidarea acidului malic la oxaloacetică, care din nou este legat de o moleculă de acid acetic - și ciclul se reia.

Pentru a rezuma concurența celulelor cu o centrală termică. Oamenii de știință au estimat că descompunerea în CO2 și H2O două molecule de acid lactic, formate dintr-o moleculă de randamente de glucoza 36 molecule de ATP. Împreună cu două molecule de ATP formate prin scindarea glucozei, 38 molecule de ATP-ul produs. În ceea ce privește energia, acest lucru înseamnă că de mai multe 690 calorii conținute într-un gram-molecula de glucoza, celula se transformă în forma dorită de energie de 55%, adică mai mult de 380 de calorii! Desigur, orice inginer va fi de acord că o astfel de tehnică. N. D. nu a fost atins.

La nivelul de educație al CO2 și H2O de glucoză deja în condiții de siguranță pentru a vorbi despre respirație. La școală, toată lumea știe că o persoană inhaleaza oxigen și exhales dioxid de carbon (apa ramane in tesuturi).

Din nou și din nou, unul este lovit de eficiență în natură! S-ar părea, CO2 și apă nu este o astfel de achiziție de mare. Cu toate acestea, conversia energiei în natură nu se termina aici.

Cadouri unice disponibile pentru viata de pe Pamant energie - energia luminii solare. Folositi-l într-o tehnică foarte dificilă. De exemplu, în principiu, puteți construi aceeași putere termică, concentrându-se în oglindă pe tăvi cu raze Karakum apă caldă de soare. Dar punct de vedere tehnic dificil de a crea o astfel de centrală electrică.

În natură, din nou folosind aceeași clorofilei compus chimic - pigment verde, plante în imposibilitatea de a capta energia din resturile de celule de soare și animale - CO2 și apă pentru a restabili molecula de glucoza.

Deci, am închis un ciclu, și este posibil să se tragă o linie. Toată energia vieții pe Pământ într-un grad sau altul este derivata din energia soarelui. Capacitatea de a utiliza energia luminii solare - diferența majoră dintre lumea plantelor de animal. Plantele nu au această capacitate, stocul de materie organică de pe Pământ ar fi mult timp în urmă epuizat.

Sinteza substanțelor organice numite frunze verzi ale plantei prin fotosinteză. Fotosinteza - un proces într-o oarecare măsură, proces invers de carbohidrati divizare. Cel mai bine este să înceapă descoperirea procesului de fotosinteză proprietățile substanței, care joacă un rol major în ea, - clorofilă.

Pigmentul verde de plante - clorofila are o caracteristică unică. molecula sa captează energia luminii solare și, în același timp, așa cum spun fizicienii, „excitat“, adică, se mută la un nivel mai ridicat de energie. Și, în timp ce la acest nivel și având mai multă energie, clorofila transmite sistemele enzimatice care de CO2 și apă creează primă moleculă trei carbon a substanței. Procesul de fotosinteza este foarte complex și nu este pe deplin înțeles. Este totuși clar faptul că molecula de glucoză (produsul final) este derivata din energia solara, CO2 și H2O

Desigur, grâu, tuberculi de cartofi, pepeni dulci nu sunt alcătuite în întregime din carbohidrati. Ele sunt întotdeauna prezente proteine, grăsimi, acizi nucleici. Conversia carbohidraților și acționează primar în fotosinteză trei carbon de molecule organice se realizează în etape ulterioare ale sistemelor enzimatice diferite. Dar analiza poate mai semnificativ este procesul invers in celulele vii - utilizarea de proteine ​​și grăsimi gata făcute pentru activitatea de celule.

Mare complexitate și secvența severă proces de respirație arată că fiecare enzimă și substanța intermediară trebuie să aibă loc în orice parte particulară a celulei. Acum, se arată că autentic întregul sistem, care ciclul Krebs situat in mitocondrie.

Mai recent, oamenii de știință au descoperit că toate enzimele din ciclul Krebs sunt situate în interiorul mitocondriilor și nu sunt afiliate cu partiții pliate - membrane. Enzimele ale lanțului respirator (oxidarea hidrogenului la apă), dimpotrivă, sunt în anumite locuri ale membranei care constă din proteine ​​și grăsime. molecule lipoidă - grăsime și nu întâmplător sunt prezente în mitocondrii. Ele fac parte din straturile duble speciale dispuse în cochilii, atât în ​​afara și în interiorul mitocondriile și selectiv sărind peste anumiți ioni metalici.

Dar funcția „scheletul endoplasmatic“ este neclară. Acest întreg sistem de straturi duble din interiorul celulei, similar cu șinele de cale ferată ale unui nod de cale ferată de mare, când este văzută din avion. Oamenii de știință cred că scheletul endoplasmatic poartă funcția de celule un fel de „drum de fier“: „pentru sine“ sale sunt substante nutritive transportate.

S-ar părea, de ce să complice un proces chimic? Se amestecă cei doi reactanți în soluție, iar reacția a fost completă. Cu toate acestea, nu trebuie să uităm viteza de reacție. Tehnica utilizată mult timp catalizatori, acceleratori de reacție. De exemplu, atunci când este adăugat la reacția de descompunere a peroxidului de hidrogen la apă și accelerator de oxigen - platina negru, reacția va merge la sute de ori mai rapid. Sa dovedit că totul în valoare de suprafața catalizatorului. piesă obișnuită de platină nu afectează descompunerea peroxidului de hidrogen. Un negru de platină - o pulbere Superfine de platină, care este obținut prin electroliza (pierderi de metal din sărurile lor de un curent electric) la un electrod de platină. Suprafața pulberii este extrem de mare - de fapt, există o mulțime de particule mici. Același lucru se întâmplă într-o celulă vie. mitocondriile Complex dispozitiv - nu natura fantezie, dar trebuie confiscarea evoluționar de a utiliza suprafața maximă pentru activitatea catalizatorilor naturali - enzime.

Partajați-le cu prietenii tăi