A fotoszintézis és a légzés az élet alapját képező két folyamat. Mindkettő egy cellában játszódik. Az első - növényekben és néhány bakteriális, a második - állatokban, növényekben, gombákban és baktériumokban.

Azt mondhatjuk, hogy a sejtlégzés és a fotoszintézis egymással ellentétes folyamatok. Ez részben helyes, mivel az elsőnél az oxigén felszívódik és felszabadul, a másodiknál ​​pedig fordítva. Ezt a két folyamatot azonban még összehasonlítani is helytelen, mivel különböző organellumokban, különböző anyagok felhasználásával fordulnak elő. A célok, amelyekhez szükség van, szintén különbözőek: a tápanyagokhoz a fotoszintézis, az energiatermeléshez pedig a sejtlégzés szükséges.

Fotoszintézis: hol és hogyan történik?

Ez egy kémiai reakció, amelynek célja szerves anyagok előállítása szervetlenekből. A fotoszintézis előfeltétele a napfény jelenléte, mivel annak energiája katalizátorként működik.

A növényekre jellemző fotoszintézis a következő egyenlettel fejezhető ki:

• 6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Vagyis hat molekula szén-dioxidból és ugyanennyi vízmolekulából napfény jelenlétében egy növény egy molekula glükózt és hat oxigént nyerhet.

Ez a fotoszintézis legegyszerűbb példája. A glükóz mellett a növények más, összetettebb szénhidrátokat, valamint más osztályokból származó szerves anyagokat is képesek szintetizálni.

Íme egy példa aminosav-termelésre szervetlen vegyületekből:

• 6CO 2 + 4H 2 O + 2SO 4 2- + 2NO 3 - + 6H + = 2C 3 H 7 O 2 NS + 13O 2.

Az aerob sejtlégzés minden más szervezetre jellemző, beleértve az állatokat és a növényeket is. Oxigén részvételével fordul elő.

Az állatvilág képviselőinél a sejtlégzés speciális organellumokban történik. Mitokondriumoknak nevezik őket. A növényekben a sejtlégzés a mitokondriumokban is előfordul.

Szakasz

A sejtlégzés három szakaszban zajlik:

1. Előkészületi szakasz.
2. Glikolízis (anaerob folyamat, nem igényel oxigént).
3. Oxidáció (aerob szakasz).

Előkészületi szakasz

Az első szakasz az, hogy az emésztőrendszerben lévő összetett anyagokat egyszerűbbekre bontják. Így az aminosavakat a fehérjékből, a zsírsavakat és a glicerint a lipidekből, a glükózt pedig az összetett szénhidrátokból nyerik. Ezek a vegyületek a sejtbe, majd közvetlenül a mitokondriumokba kerülnek.

Glikolízis

Ez abban rejlik, hogy az enzimek hatására a glükóz piroszőlősavra és hidrogénatomokra bomlik. Ebben az esetben ez a folyamat a következő egyenlettel fejezhető ki:

• C6H12O6 = 2C3H3O3 + 4H + 2ATP.

Így a glikolízis folyamatában a szervezet két ATP-molekulát nyerhet egy glükózmolekulából.

Oxidáció

Ebben a szakaszban a glikolízis során képződő enzimek hatására oxigénnel reagál, ami szén-dioxid- és hidrogénatomok képződését eredményezi. Ezek az atomok azután a cristae-ba kerülnek, ahol oxidálódnak, víz és 36 ATP-molekulát képezve.

Tehát a sejtlégzés folyamatában összesen 38 ATP-molekula képződik: 2 a második és 36 a harmadik szakaszban. Az adenozin-trifoszforsav a fő energiaforrás, amellyel a mitokondriumok látják el a sejtet.

A mitokondrium szerkezete

Azok az organellumok, amelyekben légzés történik, állatokban, növényekben és növényekben találhatók. Ezek gömb alakúak és körülbelül 1 mikron nagyságúak.

A mitokondriumoknak a kloroplasztiszokhoz hasonlóan két membránja van, amelyeket membránközi tér választ el egymástól. Ami ennek az organellumnak a membránjában van, azt mátrixnak nevezzük. Ribszómákat, mitokondriális DNS-t (mtDNS) és mtRNS-t tartalmaz. A glikolízis és az oxidáció első szakasza a mátrixban megy végbe.

A belső membránból bordákhoz hasonló redők keletkeznek. Cristae-nak hívják őket. Itt zajlik le a sejtlégzés harmadik szakaszának második szakasza. Ennek során keletkezik a legtöbb ATP molekula.

A kettős membrán organellumok eredete

A tudósok bebizonyították, hogy a fotoszintézist és a légzést biztosító struktúrák szimbiogenezis útján jelentek meg a sejtben. Vagyis egykor külön élőlények voltak. Ez magyarázza azt a tényt, hogy mind a mitokondriumoknak, mind a kloroplasztiszoknak saját riboszómájuk, DNS-ük és RNS-ük van.

Alapfogalmak és kulcsfogalmak: SEJTELÉGZÉS. ANEAEROB LÉGZÉS. AEROB LÉGZÉS.

Emlékezik! Mi a légzés?

Bevezető gyakorlat

Határozza meg az emberi szervezetben az emésztési folyamatok sorrendjét, miután egy darab csokoládé-banán torta bejutott a szájüregbe: d) a fehérjék, zsírok és szénhidrátok üreges emésztése a duodenumban; e) az élelmiszerek lassú darálása és nedvesítése; m) a süteményben jelenlévő szénhidrátok lebontása a nyál amilázai által;

f) az élelmiszerek ételcsomókba tapadása és a nyelőcsövön keresztül a gyomorba való mozgása; i) komplex molekulák végső fali emésztése és kismolekulák felszívódása a vérbe és a nyirokba; p) a kekszfehérjék és tejzsírok lebontása a gyomorban; i) aminosavak, zsírsavak és glükóz szállítása a sejtekbe vér és nyirok segítségével. Milyen szót kaptál?

Mi a sejtlégzés biológiai jelentősége?

A sejtek fő tápanyagai az aminosavak, a zsírsavak és a glükóz. A légzés az a folyamat, amelynek során ezek az anyagok lebomlanak, és kémiai energia szabadul fel. A sejtlégzésnek két fő típusa van: anaerob és aerob.

Az AEROB LÉGZÉS a tápanyagok biológiai oxidációjának és energiatermelésének folyamatainak összessége oxigén részvételével. A szerves anyagok lebomlása a H 2 O és a CO 2 végső oxidációs termékek képződésével történik. Az aerob légzés az eukarióta sejtek túlnyomó többségére jellemző. A glikolízis a citoplazmában kezdődik és a mitokondriumokban folytatódik.

Az aerob oxidáció során az oxigén az elektronok és a hidrogén protonok akceptorjaként (vevőjeként) szolgál víz képzésére. Az aerob légzés az energiaszerzés legfejlettebb módja. Energiahatása körülbelül 20-szor nagyobb, mint az anaerob légzésé.

A légzési folyamatok sok tekintetben hasonlóak az élő természet különböző birodalmaiból származó szervezetek sejtjeiben. A hasonlóság jelei az olyan univerzális anyagok képződése, mint a piroszőlősav és az ATP, az oxigén felhasználása elektronok és hidrogén akceptorként, a H 2 O és CO 2 végtermékekre való szétválása stb.

Tehát a SEJTELÉGZÉS a tápanyagok biológiai oxidációjának folyamatainak összessége az ATP-ben felhalmozódó kémiai energia felszabadulásával.

Milyen folyamatok alapozzák meg a sejtek anaerob légzését?

A legtöbb sejt elsősorban glükózt használ az energia felszabadítására a légzés során. Érdekes módon vannak olyan sejtek (például agysejtek, vázizomsejtek, érett vörösvérsejtek), amelyek csak ennek a monoszacharidnak a molekuláiból kapnak energiát.

Miért a glükóz a sejtek fő energiaforrása? A poláris glükózmolekulák nagyon jól kölcsönhatásba lépnek a vízzel, ezért könnyen és gyorsan mozognak a sejtben, elősegített diffúzióval, amely nem igényel energiaráfordítást. Ezenkívül a glükózt a sejtek tartalék szénhidrátokká alakíthatják át: növényi sejtben - keményítővé, állati és gombás sejtekben - glikogénné.

A glükóz oxigénmentes lebontásának legrégebbi és leguniverzálisabb folyamata a glikolízis (a görög édes és hasító szóból), amely a sejtek citoplazmájában megy végbe. A glikolízis olyan enzimatikus reakciók összessége, amelyek tejsav és ATP képződésével biztosítják a glükózmolekulák oxigénmentes lebontását. A glikolízis az anaerob és aerob légzés közös folyamata. A glikolízis energiahatása körülbelül 200 kJ (120 kJ hő, 80 kJ ATP):

A glikolízis energiája a glükóz potenciális energiájának csak 5-7%-a. Alacsony hatékonysága ellenére a glikolízis nagy biológiai jelentőséggel bír. Ez a folyamat energiával látja el a szervezetet oxigénhiányos körülmények között. A glikolízis még a gerinceseknél és az embereknél is hatékony módja annak, hogy energiát nyerjünk rövid intenzív stressz időszakokban.

A glükóz anaerob átalakulásának másik mechanizmusa a fermentáció. Az erjedés szerves anyagok (főleg szénhidrátok) lebontásának folyamata oxigénmentes körülmények között. Louis Pasteur a fermentációs folyamatokat „oxigén nélküli életnek” nevezte. Az erjedés jellemző az élesztősejtekre, tejsavbaktériumokra, nyálkagombákra stb. Az alkoholos és tejsavas erjesztés mellett vajsav, ecetsav, propionsav, metán stb. erjedés is előfordul az élőlényekben.

Tehát a sejtekben az anaerob légzés fő folyamatai a glikolízis és a fermentáció.

Melyek a sejtek aerob légzésének fő szakaszai?

A sejtek életfolyamatai nagyon összetettek. Megértésük azonban nagyon fontos, mivel az élőlények összes létfontosságú funkciója a sejtszinten van meghatározva. Ennek az állításnak a szemléltetésére vegyük figyelembe a sejtek aerob légzését.

A légzés oxigénstádiuma a mitokondriumokban oxigén részvételével történik, és ezzel egyidejűleg az energia nagy része (több mint 90%) H 2 O és CO 2 képződésével szabadul fel. Az ilyen felosztás energiahatása nagy (például glükóz esetében - körülbelül 2600 kJ):

A katabolizmus ezen szakaszában a tudósok három szakaszt különböztetnek meg: oxidatív dekarboxilációt, Krebs-ciklust (vagy trikarbonsavciklust) és oxidatív foszforilációt (48. ábra).

Első fázis. Az oxidatív dekarboxiláció a piroszőlősav (a kis biomolekulák oxigénmentes lebomlásának terméke) acetil-koenzim A-vá (acetil-CoA) történő átalakulása.

Második szakasz. A Krebs-ciklus (trikarbonsav-ciklus) a mitokondriális mátrixban zajló enzimreakciók sorozata, melynek eredményeként az acetil-CoA energia felszabadulásával és hidrogénatomok képződésével CO 2 -dá oxidálódik.

Harmadik szakasz. Az oxidatív foszforiláció az ATP bioszintézise ADP-ből és szervetlen ortofoszfátból a felszabaduló és felhalmozódott energia következtében a légzési lánc enzimeinek részvételével. Ez a folyamat a mitokondriumok krisztjain megy végbe.

Tehát az oxigénfokozat reakcióinak köszönhetően összesen 36 mol ATP szintetizálódik. A glükóz teljes lebontásának teljes energetikai eredménye 2800 kJ energia (200 kJ + 2600 kJ), amelyből 38 ATP molekula halmozódik fel.

55%-a elvész, 45%-a pedig hő formájában eloszlik. A glükóz lebontásának teljes egyenlete:

Tehát a sejtek energiával való ellátásában a fő szerepet a glükóz teljes oxigénlebontása játssza.

TEVÉKENYSÉG

Feladat gyakorlati készségek fejlesztésére

Az emberi izmok glükóz katabolizmusa során 4 mol glükóz bomlott le, ennek csak a fele ment teljes oxigénlebontáson. Határozzuk meg: a) mennyi tejsav halmozódott fel (mólban) az izmokban; b) mennyi energia szabadult fel; c) mennyi ATP (mólban) keletkezett?

1. Mennyi tejsav (anyajegyben) halmozódott fel az emberi izmokban?

2. Mekkora energia szabadult fel 2 mol glükóz tökéletlen és 2 mol glükóz teljes lebontása során?

3. Mennyi ATP (mólban) keletkezett?

ATTITUDE Biológia + egészség

A tápanyagok lebontása a szervezetben három szakaszban történik. A táblázat segítségével hasonlítsa össze ezeket a szakaszokat. Bizonyítsa be a sejtlégzéssel kapcsolatos ismeretek szükségességét az egészséges életmódhoz.

A TÁPANYAG-BONTÁS SZAKASZAI SZÉNHIDRÁT PÉLDA HASZNÁLATÁVAL

	Önkontroll feladatok
	1. Mi a sejtlégzés? 2. Nevezze meg a sejtlégzés főbb típusait! 3. Mi az anaerob légzés? 4. Nevezze meg az anaerob légzés főbb mechanizmusait! 5. Mi az aerob légzés? 6. Nevezze meg az aerob légzés főbb folyamatait!
	7. Mi a sejtlégzés biológiai jelentősége? 8. Milyen folyamatok alapozzák meg a sejtek anaerob légzését?
	10. Miért hatékonyabb a szerves vegyületek oxigénbontása energetikailag, mint az oxigénmentes lebontás?

Ez tankönyvi anyag

Különböző kiindulási anyagok használata

A légzés kezdeti szubsztrátjai különféle anyagok lehetnek, amelyek bizonyos anyagcsere-folyamatok során acetil-CoA-vá alakulnak számos melléktermék felszabadulásával. A NAD (NADP) redukciója és az ATP képződése már ebben a szakaszban megtörténhet, de ezek többsége az acetil-CoA feldolgozása során a trikarbonsav ciklusban képződik.

Glikolízis

A glikolízis – a glükóz enzimatikus lebontásának útja – szinte minden élő szervezetben közös folyamat. Aerobokban megelőzi magát a sejtlégzést, az anaerobokban fermentációval végződik. Maga a glikolízis teljesen anaerob folyamat, és nem igényel oxigén jelenlétét.

Ennek első szakasza 2 molekula ATP energiafelhasználásával folytatódik, és egy glükózmolekulát 2 molekula glicerinaldehid-3-foszfátra hasít. A második szakaszban a glicerinaldehid-3-foszfát NAD-függő oxidációja megy végbe, amelyet szubsztrát foszforiláció kísér, vagyis egy foszforsav-maradék hozzáadása a molekulához, és nagy energiájú kötés képződik benne, ami után a maradék ADP-be kerül az ATP képződésével.

Így a glikolízis egyenlete a következő:

Glükóz + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H 2O + 4H +.

Az ATP-t és az ADP-t a reakcióegyenlet bal és jobb oldaláról redukálva kapjuk:

Glükóz + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H2O + 4H+.

A piruvát oxidatív dekarboxilezése

A glikolízis során képződő piruvát (piruvát) a piruvát-dehidrogenáz komplex (3 különböző enzimből és több mint 60 alegységből álló összetett szerkezet) hatására szén-dioxiddá és acetaldehiddé bomlik, amely a koenzim A-val együtt acetil- CoA. A reakciót a NAD NADH-vá való visszaállítása kíséri.

Az eukariótákban a folyamat a mitokondriális mátrixban megy végbe.

zsírsavak β-oxidációja

Fő cikk: β-oxidáció

Végül a negyedik szakaszban a kapott β-ketosavat β-ketotioláz hasítja koenzim A jelenlétében acetil-CoA-vá és új acil-CoA-vá, amelyben a szénlánc 2 atommal rövidebb. A β-oxidációs ciklust addig ismételjük, amíg az összes zsírsav acetil-CoA-vá nem alakul.

Trikarbonsav ciklus

Teljes reakcióegyenlet:

Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

Az eukariótákban a ciklus enzimei szabad állapotban vannak a mitokondriális mátrixban, csak a szukcinát-dehidrogenáz épül be a belső mitokondriális membránba.

Az ATP-molekulák nagy része oxidatív foszforilációval termelődik a sejtlégzés utolsó szakaszában: az elektrontranszport láncban. Itt a glikolízis, a β-oxidáció, a Krebs-ciklus stb. folyamataiban redukálódó NADH és FADN 2 oxidációja következik be. A reakciók során felszabaduló energia a belső membránban lokalizált elektronhordozó láncnak köszönhető mitokondriumok (prokariótákban - citoplazma membránban), transzmembrán protonpotenciállá alakulnak át. Az ATP-szintáz enzim ezt a gradienst használja az ATP szintézisére, energiáját kémiai kötések energiájává alakítva. A számítások szerint egy NAD∙H molekula 2,5 molekula ATP-t képes termelni a folyamat során, FADH 2 - 1,5 molekula.

Az aerob légzési lánc végső elektronakceptorja az oxigén.

Anaerob légzés

A légzés általános egyenlete, ATP egyensúly

Színpad	Koenzim hozam	ATP kimenet (GTP)	Az ATP előállításának módszere
A glikolízis első fázisa		−2	Glükóz és fruktóz-6-foszfát foszforilációja 2 ATP felhasználásával a citoplazmából.
A glikolízis második fázisa		4	Szubsztrát foszforiláció
	2 NADH	3 (5)	Oxidatív foszforiláció. A NADH-ból csak 2 ATP képződik az elektrontranszport láncban, mivel a koenzim a citoplazmában képződik, és a mitokondriumokba kell szállítani. Amikor a malát-aszpartát transzfert a mitokondriumokba történő szállításra használják, 3 mol ATP képződik a NADH-ból. Glicerofoszfát inga használatakor 2 mol ATP képződik.
Piruvát dekarboxilezése	2 NADH	5	Oxidatív foszforiláció
Krebs ciklus		2	Szubsztrát foszforiláció
	6 NADH	15	Oxidatív foszforiláció
	2 FADN 2	3	Oxidatív foszforiláció
Általános kimenet		30 (32) ATP	A glükóz szén-dioxiddá történő teljes oxidációjával és az összes keletkező koenzim oxidációjával.

Megjegyzések

Lásd még

Wikimédia Alapítvány. 2010.

• Zerge

LEHELET Modern enciklopédia

LEHELET- olyan folyamatok összessége, amelyek biztosítják az oxigén bejutását a szervezetbe és a szén-dioxid eltávolítását (külső légzés), valamint a sejtek és szövetek oxigén felhasználását a szerves anyagok oxidációjához a szükséges energia felszabadításával. .. ... Nagy enciklopédikus szótár

Lehelet- LÉGZÉS, olyan folyamatok összessége, amelyek biztosítják az oxigén bejutását a szervezetbe és a szén-dioxid eltávolítását (külső légzés), valamint a sejtek és szövetek oxigén felhasználását a szerves anyagok oxidációjára energia felszabadításával, ... ... Illusztrált enciklopédikus szótár

LEHELET- LÉGZÉS, én, vö. 1. Az élő szervezetek oxigénfelvételének és szén-dioxid-kibocsátásának folyamata. Légzőrendszer. Cellular d. 2. Belélegzés és levegő kibocsátás a tüdőn keresztül. Rovnoe d. Restrain D. rugó (ford.). Második szélroham...... Ozsegov magyarázó szótára

lehelet- LÉLEGZÉS, LÉLEGZÉS, I; Házasodik 1. A levegő beszívása és kibocsátása a tüdőből vagy (egyes állatoknál) más releváns szervekből, mint az élő szervezetek oxigénfelvételének és szén-dioxid-kibocsátásának folyamata. Légzőrendszer. Zajos, nehéz... enciklopédikus szótár

Lehelet- általánosan használt értelemben a mellkas élete során folyamatosan váltakozó mozgássorozatát jelenti belégzés és kilégzés formájában, és meghatározza egyrészt a friss levegő beáramlását a tüdőbe, másrészt az eltávolítást. a tőlük már elrontott levegőtől..... Enciklopédiai szótár F.A. Brockhaus és I.A. Efron

Lehelet- I A légzés (légzés) olyan folyamatok összessége, amelyek a légköri levegőből biztosítják a szervezet oxigénellátását, felhasználását a szerves anyagok biológiai oxidációjában és a szén-dioxid eltávolításában a szervezetből. Ennek eredményeként...... Orvosi enciklopédia

Energiaáramlás a sejtben

A sejtben az energiaáramlás az élőlények táplálkozási folyamatain és a sejtlégzésen alapul.

1. Élelmiszer– az élő szervezetek anyag- és energiaszerzési folyamata.

2. Sejtlégzés- az a folyamat, amelynek során az élő szervezetek a benne gazdag szerves anyagokból energiát szabadítanak fel, amikor azokat enzimatikusan egyszerűbbekre bontják (disszimilálják). A sejtlégzés lehet aerob vagy anaerob.

3. Aerob légzés– energiát nyernek az oxigén részvételével a szerves anyagok lebontásának folyamatában. Az energia-anyagcsere oxigén (aerob) szakaszának is nevezik.

Anaerob légzés– energiát nyerni élelmiszerből szabad légköri oxigén használata nélkül. Általánosságban elmondható, hogy egy cellában az energiaáramlás a következőképpen ábrázolható (5.3. ábra)

ÉTEL

CUKOR, ZSÍRSAVAK, AMINOSAVAK

SEJTLÉGZÉS

ATP

CO 2, H 2 O, NH 3

VEGYI, MECHANIKAI, ELEKTROMOS, OSZMOTIKAI MUNKÁK

ADP + H 3 PO 4

5.3. ábra. Energiaáramlás a sejtben

Vegyi munka: fehérjék, nukleinsavak, zsírok, poliszacharidok bioszintézise a sejtben.

Gépészeti munka: izomrostok összehúzódása, csillók verése, kromoszómák divergenciája mitózis során.

Villanyszerelés– potenciálkülönbség fenntartása a sejtmembránon keresztül.

Ozmotikus munka– anyaggradiensek fenntartása a sejtben és környezetében.

Az aerob légzés folyamata három szakaszban zajlik: 1) előkészítő; 2) oxigénmentes; 3) oxigén.

Első fázis – előkészítő vagy emésztési szakasz, amely magában foglalja a polimerek enzimatikus lebontását monomerekké: a fehérjék aminosavakká, a zsírok glicerinné és zsírsavakká, a glikogén és a keményítő glükózzá, a nukleinsavak nukleotidokká. A gyomor-bélrendszerben emésztőenzimek részvételével és a sejtek citoplazmájában lizoszóma enzimek részvételével fordul elő.

Ebben a szakaszban kis mennyiségű energia szabadul fel, hő formájában disszipálódik, és a keletkező monomerek tovább bomlanak a sejtekben, vagy építőanyagként hasznosulnak.

Második fázis – anaerob (oxigénmentes). A sejtek citoplazmájában fordul elő oxigén részvétele nélkül. Az első szakaszban képződött monomerek további hasításon mennek keresztül. Ilyen folyamatra példa az glikolízis – a glükóz oxigénmentes nem teljes lebontása.

A glikolízis reakcióiban egy molekula glükóz (C 6 H 12 O 6) két molekula piroszőlősavat (C 3 H 4 O 3 - PVK) termel. Ebben az esetben minden glükózmolekuláról 4 H+ atom válik le, és 2 ATP molekula keletkezik. A hidrogénatomok a NAD +-hoz kapcsolódnak (nikotinamidadenin-dinukleotid; a NAD és a hasonló hordozók funkciója az, hogy az első reakcióban (redukálandó) a hidrogént befogadják, a másikban pedig feladják (oxidálják).

A glikolízis általános egyenlete így néz ki:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2

A glikolízis során 200 kJ/mol energia szabadul fel, amiből 80 kJ, vagyis 40%-a az ATP szintézisére megy el, és 120 kJ (60%) hőként disszipálódik.

a) az állati sejtekben 2 tejsavmolekula képződik, amely ezt követően glikogénné alakul és lerakódik a májban;

b) az alkoholos erjedés a növényi sejtekben CO 2 felszabadulásával megy végbe. A végtermék az etanol.

Az anaerob légzés az oxigénlélegeztetéshez képest egy evolúciósan korábbi, de kevésbé hatékony formája a tápanyagokból történő energiaszerzésnek.

Harmadik szakasz – aerobic(oxigén, szöveti légzés) a mitokondriumokban fordul elő, és oxigén jelenlétét igényli.

Az előző oxigénmentes szakaszban keletkezett szerves vegyületeket a hidrogén eltávolításával CO 2 -vé és H 2 O-vá oxidálják. Az elválasztott hidrogénatomok hordozók segítségével oxigénbe kerülnek, kölcsönhatásba lépnek vele és vizet képeznek. Ez a folyamat jelentős mennyiségű energia felszabadulásával jár, melynek egy része (55%) vízképződésre megy el. Az oxigén szakaszban a Krebs-ciklus reakciói és az oxidatív foszforilációs reakciók különböztethetők meg.

Krebs ciklus(trikarbonsav ciklus) a mitokondriális mátrixban fordul elő. H. Krebs angol biokémikus fedezte fel 1937-ben.

A Krebs-ciklus a piroszőlősav és az ecetsav reakciójával kezdődik. Ebben az esetben citromsav képződik, amely egy sor egymást követő átalakulás után ismét ecetsavvá válik, és a ciklus megismétlődik.

A Krebs-ciklus reakciói során egy PVC molekulából 4 pár hidrogénatom, két CO 2 molekula és egy ATP molekula keletkezik. A szén-dioxidot eltávolítják a sejtből, és a hidrogénatomok csatlakoznak a hordozó molekulákhoz - NAD és FAD (flavin adenin dinukleotid), ami NADH 2 és FADH 2 képződését eredményezi.

A Krebs-ciklusban és az előző anaerob stádiumban keletkezett NADH 2 és FADH 2 energia átvitele az ATP-re a légzési láncban található mitokondriumok belső membránján történik.

Légzési lánc vagy elektrontranszport lánc (elektronszállító lánc) a mitokondriumok belső membránjában található. Elektronhordozókon alapul, amelyek a redox reakciókat katalizáló enzimkomplexek részét képezik.

A hidrogénpárok szétválnak a NADH 2-ről és a FADH 2-ről protonok és elektronok formájában (2H + +2e), és belépnek elektrontranszport lánc. A légzési láncban egy sor biokémiai reakcióba lépnek be, melynek végeredménye az ATP szintézise (5.4. ábra).

Rizs. 5.4 Elektronszállítási lánc

Az elektronokat és a protonokat a légzési lánc hordozóinak molekulái fogják be és szállítják: az elektronokat a membrán belső oldalára, a protonokat pedig a külső oldalra. Az elektronok összekapcsolódnak az oxigénnel. Az oxigénatomok negatív töltésűek lesznek:

O 2 + e - = O 2 -

A protonok (H +) a membrán külső oldalán, az anionok (O 2-) pedig a membrán belsejében halmozódnak fel. Ennek eredményeként a potenciálkülönbség növekszik.

A membrán egyes helyein az ATP szintézisét végző enzim (ATP-szintetáz) molekulái vannak beágyazva, amelyek ion (proton) csatornával rendelkeznek. Amikor a potenciálkülönbség a membránon eléri a 200 mV-ot, a protonok (H +) az elektromos tér ereje által a csatornán keresztül jutnak el, és a membrán belső oldalára jutnak, ahol kölcsönhatásba lépnek az O 2 --vel, H 2 O-t képezve.

½ O 2 + 2H + = H 2 O

A mitokondriumokba jutó oxigén az elektronok (e -), majd a protonok (H+) kötődéséhez szükséges. O2 hiányában a protonok és elektronok szállításával kapcsolatos folyamatok leállnak. Ezekben az esetekben sok sejt ATP-t szintetizál a tápanyagok fermentációval történő lebontásával.

Az oxigénfokozat összefoglaló egyenlete

2C 3 H 4 O 3 + 36 H 3 PO 4 + 6 O 2 + 36 ADP = 6 CO 2 + 42 H 2 O + 36 ATP + 2600 kJ

1440 (40·36) halmozódott fel az ATP-ben

1160 kJ szabadul fel hőként

Az oxigén légzés összefoglaló egyenlete, beleértve az oxigénmentes és oxigén szakaszokat :

C 6 H 12 O 6 + 38 ADP + 38 H 3 PO 4 + 6O 2 = 38 ATP + 6CO 2 + 44 H 2 O

Az energiaanyagcsere végtermékei (CO 2, H 2 O, NH 3), valamint a felesleges energia a sejtmembránon keresztül szabadulnak ki a sejtből, melynek szerkezete és funkciói külön figyelmet érdemelnek.

A légzés kezdeti szubsztrátjai különféle anyagok lehetnek, amelyek bizonyos anyagcsere-folyamatok során acetil-CoA-vá alakulnak számos melléktermék felszabadulásával. A NAD (NADP) redukciója és az ATP képződése már ebben a szakaszban megtörténhet, de ezek többsége az acetil-CoA feldolgozása során a trikarbonsav ciklusban képződik.

Glikolízis

A glikolízis – a glükóz enzimatikus lebontásának útja – szinte minden élő szervezetben közös folyamat. Aerobokban megelőzi magát a sejtlégzést, az anaerobokban fermentációval végződik. Maga a glikolízis teljesen anaerob folyamat, és nem igényel oxigén jelenlétét.

Az első szakaszban 2 molekula ATP szabadul fel, és egy glükózmolekula 2 molekula glicerinaldehid-3-foszfátra hasad. A második szakaszban a glicerinaldehid-3-foszfát NAD-függő oxidációja megy végbe, amelyet szubsztrát foszforiláció kísér, vagyis egy foszforsav-maradék hozzáadása a molekulához, és nagy energiájú kötés képződik benne, ami után a maradék ADP-be kerül az ATP képződésével.

Így a glikolízis egyenlete a következő:

Glükóz + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H 2O + 4H +.

Az ATP-t és az ADP-t a reakcióegyenlet bal és jobb oldaláról redukálva kapjuk:

Glükóz + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H2O + 4H+.

A piruvát oxidatív dekarboxilezése

A glikolízis során képződő piruvát (piruvát) a piruvát-dehidrogenáz komplex (3 különböző enzimből és több mint 60 alegységből álló összetett szerkezet) hatására szén-dioxiddá és acetaldehiddé bomlik, amely a koenzim A-val együtt acetil- CoA. A reakciót a NAD NADH-vá való visszaállítása kíséri.

Az eukariótákban a folyamat a mitokondriális mátrixban megy végbe.

zsírsavak β-oxidációja

Végül a negyedik szakaszban a kapott β-ketosavat β-ketotioláz hasítja koenzim A jelenlétében acetil-CoA-vá és új acil-CoA-vá, amelyben a szénlánc 2 atommal rövidebb. A β-oxidációs ciklust addig ismételjük, amíg az összes zsírsav acetil-CoA-vá nem alakul.

Trikarbonsav ciklus

Teljes reakcióegyenlet:

Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

Az eukariótákban a ciklus enzimei szabad állapotban vannak a mitokondriális mátrixban, csak a szukcinát-dehidrogenáz épül be a belső mitokondriális membránba.

Az ATP-molekulák nagy része oxidatív foszforilációval termelődik a sejtlégzés utolsó szakaszában: az elektrontranszport láncban. Itt a NAD∙H és a FADH 2 oxidációja megy végbe, redukálva a glikolízis folyamataiban, β-oxidációban, a Krebs-ciklusban stb. Az ezen reakciók során felszabaduló energia a mitokondriumok belső membránjában (prokariótákban - a citoplazma membránjában) lokalizált elektrontranszporterek láncának köszönhetően transzmembrán protonpotenciállá alakul át. Az ATP-szintáz enzim ezt a gradienst használja az ATP szintézisére, energiáját kémiai kötések energiájává alakítva. A számítások szerint egy NAD∙H molekula 2,5 molekula ATP-t képes termelni a folyamat során, FADH 2 - 1,5 molekula.

Az aerob légzési lánc végső elektronakceptorja az oxigén.

Anaerob légzés

A légzés általános egyenlete, ATP egyensúly

Színpad	Koenzim hozam	ATP kimenet (GTP)	Az ATP előállításának módszere
A glikolízis első fázisa		−2	Glükóz és fruktóz-6-foszfát foszforilációja 2 ATP felhasználásával a citoplazmából.
A glikolízis második fázisa		4	Szubsztrát foszforiláció
	2 NADH	3 (5)	Oxidatív foszforiláció. A NADH-ból csak 2 ATP képződik az elektrontranszport láncban, mivel a koenzim a citoplazmában képződik, és a mitokondriumokba kell szállítani. Amikor a malát-aszpartát transzfert a mitokondriumokba történő szállításra használják, 3 mol ATP képződik a NADH-ból. Glicerofoszfát inga használatakor 2 mol ATP képződik.
Piruvát dekarboxilezése	2 NADH	5	Oxidatív foszforiláció
Krebs ciklus		2	Szubsztrát foszforiláció
	6 NADH	15	Oxidatív foszforiláció
	2 FADN 2	3	Oxidatív foszforiláció
Általános kimenet		30 (32) ATP	A glükóz szén-dioxiddá történő teljes oxidációjával és az összes keletkező koenzim oxidációjával.

Lásd még

Írjon véleményt a "Celluláris légzés" című cikkről

Megjegyzések

A sejtlégzést jellemző részlet

Teltek a napok, és nem tudtam, hogy a lányom még mindig a Meteorában van? Caraffa megjelent mögötte?.. És minden rendben volt vele?
Az életem üres volt és furcsa, ha nem reménytelen. Nem hagyhattam el Karaffát, mert tudtam, hogy ha csak úgy eltűnök, azonnal kiveszi a haragját szegény Annámon... Ráadásul még mindig nem tudtam elpusztítani, mert nem találtam utat a védelemhez. amit adott, egykor „idegen” ember volt. Kíméletlenül száguldott az idő, és egyre jobban éreztem a tehetetlenségemet, ami a tétlenséggel párosulva lassan az őrületbe kezdett...
Majdnem egy hónap telt el első pincelátogatásom óta. Nem volt a közelben senki, akivel akár egy szót is szólhattam volna. A magány egyre mélyebben nyomasztott, ürességet ültetve a szívbe, melyet a kétségbeesés élesen fűszerezett...
Nagyon reméltem, hogy Morone a pápa „tehetségei” ellenére is életben maradt. De félt visszatérni a pincékbe, mert nem volt biztos benne, hogy ott van-e még a szerencsétlen bíboros. Visszalátogatásom Caraffa valódi haragját válthatja ki rá, és Moronának nagyon drágán kell fizetnie ezért.
Mivel minden kommunikációtól elzárva maradtam, napjaimat a „magányosság” teljes csendjében töltöttem. Míg végül nem bírta tovább, újra lement a pincébe...
A szoba, ahol egy hónapja Morone-t találtam, ezúttal üres volt. Csak remélni lehetett, hogy a bátor bíboros még él. És őszintén kívántam neki sok szerencsét, ami sajnos a caraffai foglyokból egyértelműen hiányzott.
És mivel amúgy is a pincében voltam, egy kis gondolkodás után úgy döntöttem, tovább nézek, és óvatosan kinyitottam a következő ajtót...
És ott, valami iszonyatos kínzó „eszközön” egy teljesen meztelen, véres fiatal lány feküdt, akinek a teste élő, égett hús, vágások és vér valóságos keveréke volt, tetőtől talpig betakarta... Sem a hóhér, sem annál több - Caraffa, szerencsére nem volt kínzás a kínzószobában.
Csendesen közeledtem a szerencsétlen asszonyhoz, és óvatosan megsimogattam duzzadt, gyengéd arcát. A lány felnyögött. Aztán törékeny ujjait óvatosan tenyerembe véve, lassan elkezdtem „kezelni”... Hamarosan tiszta, szürke szemek néztek rám meglepődve...
- Csendben, édesem... Feküdj csendesen. Megpróbálok a lehető legtöbbet segíteni. De nem tudom, lesz-e elég időm... Sokat bántottál, és nem vagyok benne biztos, hogy gyorsan „meg tudom-e oldani” az egészet. Lazíts, kedvesem, és próbálj valami jóra emlékezni... ha tudsz.
A lány (kiderült, hogy csak gyerek) felnyögött, próbált valamit mondani, de valamiért nem jöttek ki a szavak. Motyogta, még a legrövidebb szót sem tudta tisztán kiejteni. És ekkor szörnyű felismerés tört rám - ennek a szerencsétlen nőnek nem volt nyelve!!! Kitépték... hogy ne mondjanak túl sokat! Hogy ne kiáltsa az igazat, amikor máglyán égetik... Hogy ne tudja megmondani, mit tettek vele...
Istenem!.. Mindezt tényleg EMBEREK csinálták???
Kicsit megnyugtatva elhalt szívemet, megpróbáltam lelkileg feléje fordulni – hallotta a lány. Ami azt jelentette, hogy megajándékozott!... Azok egyike, akiket a pápa olyan hevesen gyűlölt. És kit égetett el olyan brutálisan elevenen félelmetes emberi máglyáin...
- Mit csináltak veled, kedves?!.. Miért vették el a beszédedet?!
Megpróbáltam feljebb húzni a testéről lehullott durva rongyokat szemtelen, remegő kézzel, döbbenten suttogtam.
– Ne félj semmitől, kedvesem, csak gondold át, mit szeretnél mondani, és megpróbállak meghallgatni. Mi a neved, lány?
– Damiana... – suttogta halkan a válasz.
– Várj, Damiana – mosolyogtam a lehető leggyengéden. - Kapaszkodj, ne csússz el, megpróbálok segíteni!
De a lány csak lassan rázta a fejét, és egy tiszta, magányos könnycsepp gördült végig ütött-kopott arcán...
- Köszönöm a kedvességét. De én már nem vagyok bérlő... – halk „mentális” hangja susogott válaszul. - Segíts... Segíts "menni." Kérlek... Nem bírom tovább... Hamarosan visszajönnek... Kérlek! Megszentségtelenítettek... Kérlek, segíts „elhagyni”... Tudod, hogyan. Segítség... Megköszönöm „ott” és emlékezni fogok rád...
Vékony ujjaival megragadta a kínzástól eltorzult csuklómat, halálos markolattal szorongatta, mintha biztosan tudná, hogy tényleg segíthetek neki... megadhatom neki azt a békét, amit akar...
Éles fájdalom csavarta meg fáradt szívemet... Ez az édes, brutálisan megkínzott lány, szinte gyerek, szívességből könyörgött a halálomért!!! A hóhérok nemcsak megsebesítették törékeny testét, hanem meggyalázták tiszta lelkét, együtt erőszakolták meg!... És most Damiana készen állt a „hagyásra”. A halált kérte szabadulásként, akár csak egy pillanatra is, anélkül, hogy az üdvösségre gondolt volna. Megkínozták és megszentségtelenítették, és nem akart élni... Anna megjelent a szemem előtt... Istenem, tényleg lehetséges, hogy ugyanaz a szörnyű vég vár rá?!! Vajon sikerül megmentenem őt ettől a rémálomtól?!
Damiana esdeklően nézett rám tiszta szürke szemeivel, melyben embertelenül mély fájdalom tükröződött, erejében vad... Nem tudott tovább harcolni. Nem volt elég ereje ehhez. És hogy ne árulja el magát, inkább elment...
Milyen „népek” voltak azok, akik ekkora kegyetlenséget követtek el?! Miféle szörnyek taposták el tiszta Földünket, aljasságukkal és „fekete” lelkükkel megszentségtelenítve?.. Csendesen sírtam, megsimogatva ennek a bátor, szerencsétlen lánynak az édes arcát, aki szomorú, kudarcos életének egy kis részét sem élte le. ... És a gyűlöletem égette a lelkemet! Gyűlölet a szörnyeteg iránt, aki magát pápának nevezte... Isten helytartójának... és a Szentatya... aki élvezte rothadt hatalmát és gazdagságát, miközben saját szörnyű pincéjében egy csodálatos, tiszta lélek távozott az életből. . Szabad akaratából távozott... Mert nem tudta tovább elviselni azt a rendkívüli fájdalmat, amelyet ugyanaz a „szent” pápa parancsára okozott neki...
Ó, mennyire utáltam őt!!!.. Teljes szívemből, teljes lelkemből utáltam! És tudtam, hogy bosszút állok rajta, bármibe is kerüljön. Mindenkiért, aki az ő parancsára olyan brutálisan meghalt... Az apjáért... Girolamóért... ezért a kedves, tiszta lányért... és mindenkiért, akitől játékosan elvette a lehetőséget, hogy megélhessék kedvesüket és egyetlenüket. élettest, földi élet.
„Segítek, lányom… segítek, édesem…” – suttogtam halkan, és gyengéden megöleltem. – Nyugodj meg, édesem, nem lesz több fájdalom. Apám odament... Beszéltem vele. Csak fény és béke van... Nyugi, kedvesem... teljesítem a kívánságodat. Most elmész - ne félj. Nem fogsz érezni semmit... Segítek, Damiana. Veled leszek...
Megcsonkított fizikai testéből egy elképesztően gyönyörű esszencia származott. Úgy nézett ki, mint Damiana, mielőtt erre az átkozott helyre jött.
- Köszönöm... - suttogta halk hangja. – Köszönöm a kedvességedet... és a szabadságodat. Emlékezni fogok rád.
Simán emelkedni kezdett az izzó csatornán.
– Viszlát Damian... Legyen boldog és fényes új életed! Még mindig megtalálod a boldogságodat, lány... És találsz jó embereket. Viszontlátásra...
A szíve csendesen megállt... És a szenvedő lélek szabadon repült oda, ahol már senki sem bánthatta. Az édes, kedves lány elment, nem tudva, milyen csodálatos és örömteli lehetett rongyos, meg nem élt élete... mennyi jó embert tudott volna boldoggá tenni Ajándéka... milyen magas és fényes lehetett ismeretlen szerelme... és milyen hangosan és boldogan szólalhat meg születendő gyermekeinek hangja ebben az életben...
Damiana halálában megnyugodott arca kisimul, és úgy tűnt, egyszerűen aludt, olyan tiszta és gyönyörű most... Keserűen zokogva rogytam le egy durva ülésre üres teste mellé... Szívem megfagyott a keserűségtől és a nehezteléstől ártatlan, rövid életéért... És valahol nagyon mélyen a lélekben heves gyűlölet támadt, amely azzal fenyegetett, hogy kitör, és elsöpri ezt az egész bűnöző, félelmetes világot a Föld színéről...